CN104138920B - 一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法，通过尺寸确定‑基覆板表面处理‑组坯‑焊坯‑抽真空‑加热‑除鳞‑轧制(TMCP或TMCP+热处理)‑矫直‑热处理‑分板‑精整‑产品检验‑表面处理‑包装‑发货等步骤获得高性能、高附加值的管线钢复合板。采用复合制坯和抽真空模式，使覆板处于一个密封、洁净、无氧环境下，最大限度对覆层钢板进行保护，防止其高温氧化；通过改进现有TMCP轧制工艺，设计合理热处理工艺，满足管线钢复合板基覆层不同材料性能对工艺控制的要求。

Description

一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法

技术领域

本发明专利涉及一种轧制金属复合板生产技术领域，更具体的说，它涉及一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，金属材料在各领域中发挥了越来越重要的作用，而对于金属材料的要求也逐渐增高。为了满足高强度、高腐蚀性、高耐磨性、耐高温性等要求，一种新型的工程材料--复合材料诞生了。复合材料由两种或两种以上具有不同性质的材料组成，它通过物理或化学的方法，在宏观上组成了具有新功能的材料。各种材料在物理或化学性能上能够互相取长补短，并产生协同效应，这使得复合材料综合性能优于原组成材料并且满足各种不同领域的要求。正是由于复合材料在性能上发展了多个材料的各自优点，所以在各个领域发挥了越来越大的作用。

与单一的材料相比，双金属复合材料同时具备了基层和覆层材料的最佳性能，可以满足高强度、高耐磨性、耐高温性等的要求，即降低了生产成本，又降低了稀有、贵重金属的利用率。正是因为这些特点，双金属复合材料被越来越多地应用在机械、建筑、石油、化工、医疗、食品、消防、核工业等领域。

金属复合板的研究最早是由美国于1860年开始的。经过一百多年的发展，金属复合板的生产技术得到不断提高，生产方法也日益增多。日本金属复合板的生产始于1954年，那时的生产方法称之为“爆炸复合法”，凭借炸药的爆发能而接合的一种方法。1986年开发了轧制法。1990年又开发了连续热轧带卷的生产法，主要是指薄板的生产。金属复合板具有的优良组合性能，在化工、电力、机械等方面得到广泛应用，且需求量在不断增加。

1)爆炸及爆炸轧制复合法

爆炸复合，属于爆炸焊接法，是用炸药作能源进行金属间焊接和生产金属复合材料的一种很有实用价值的高新技术。这种方法是L.R.Carl在1944年首先提出来的。爆炸复合法既是一项同种，特别是任意异种金属材料焊接的新技术，又是一种任意金属组合的复合材料的生产新工艺，具有重要的技术和经济价值。爆炸焊接最大特点是在一瞬间能将相同的、特别是不同的和任意的金属组合，简单、迅速和强固地焊接在一起。它的最大用途是制造各种组合、各种形状、各种尺寸和各种用途的双金属及多金属复合材料。爆炸复合法其结合强度较高，具有良好的再加工性能，对于熔点相差大的钽与铅、硬度相差大的铅与钢等均能应用爆炸复合法进行生产，尤其是在结合界面容易生成金属间化合物等双金属的复合，采用通常的复合方法是很困难的，而采用爆炸复合法可以获得性能良好的复合板。爆炸复合法其生产工艺成本低廉，不需要较复杂的设备。而爆炸复合法的不足是安全系数较低，环境污染严重，而且采用爆炸复合方法生产的复合板由于受工艺技术的限制，尺寸有很大的局限性，同时受炸药用量及爆速控制问题影响，生产大幅面(20m以上)的不锈钢复合板一直是爆炸复合的盲区，加之又是野外操作，受环境和气象条件影响，不易对加工工艺流程的各环节及交货周期进行控制。另外，爆炸复合法受覆层采购宽度影响，当覆层宽度大于市场板材宽度时需要对覆板进行拼接才能满足生产，无形中给设备安全运行带来隐患。因此，该方法在生产大幅面、覆层无拼接焊缝的双金属复合板方面缺乏竞争力。

2)爆炸-轧制复合法

爆炸-轧制法，即是在爆炸复合法的基础上，对复合板进行轧制。充分利用了爆炸工艺的优点，同时提高了复合板的表面质量和尺寸精度。一般来说，轧制工艺包括热轧和冷轧两个步骤，热轧主要是为了获得要求的板材厚度，总加工量较大；冷轧主要是为了获得最终精确的板材厚度尺寸和理想的表面，总加工量较小。通过爆炸-轧制复合法，在一定程度上能够弥补单独采用爆炸法的不足，但是其带来的安全以及环境污染问题并没有得到有效解决。

3)轧制复合法

从目前的发展趋势来看，双金属复合板正朝着板面尺寸大型化、更经济的方向发展；生产工艺正朝着更加环保批量生产的方向发展。而采用轧制复合的方法正好可以满足这一要求，并拓宽了复合板的应用领域。轧制复合的基本原理是将两种表面洁净的金属相互接触，通过加热和塑性变形时原子间高度扩散作用达到连续的冶金结合的复合方法，该工艺主要采用复合制坯、真空轧制复合方式生产金属复合钢板，是目前国际上普遍采用的工艺方法。但在，国内对爆炸复合板的研究较多；由于生产条件的限制，对轧制复合板的生产工艺研究得很少，随着大能力轧钢设备的引进，国内也具有了轧制生产宽幅复合板的能力。而该工艺技术具有以下优势：

一、轧制法生产工艺全程采用机械自动化流水作业，在现代化的厂房内进行，因此，可以实现大规模批量生产，不受气候、场地、运输的影响，生产周期短，交货周期有保障。且工艺技术实施过程中无噪声、粉尘、地质灾害等环境不利因素发生，属国际提倡的绿色环保工艺。

二、生产工艺过程硬件采用MES信息化过程控制，工艺参数完全按照事先输入的国家标准或行业标准要求执行；软件按照质量管理体系进行全过程质量控制，因此生产的产品性能稳定，不易波动。

三、轧制法的轧制工序可以采用灵活多变的纵横展宽轧制模式，如全纵轧、全横轧、纵横轧制等工艺，突破了原材料尺寸的局限，没有原料拼接焊缝，降低质量缺陷，杜绝质量隐患的发生；

但是，由于管线钢与奥氏体不锈钢、双相不锈钢及镍基合金等耐蚀材料在化学成分和物理性能上存在较大的差异，单纯的依靠普通轧制工艺很难满足两种不同材料的性能要求。因此，在进行轧制复合时同时满足覆层奥氏体不锈钢、双相不锈钢及镍基合金等耐蚀材料与基层管线钢较高的强度在工艺上难以把握，这也导致至今国内尚未有任何厂家能生产此类产品。

发明内容

基于以上背景和技术的综合考虑，本发明提供了一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法，而覆层为奥氏体不锈钢、双相不锈钢及镍基合金等耐蚀材料。

本发明包括以下步骤：

1、确定所需基层原料和覆层原料材质及规格尺寸，并最终确定复合坯尺寸、轧制尺寸及基覆板。

2、将合格的基覆板原料裁剪或切割后在待复合面进行打磨，去除待复合面钢板表面的氧化层、油脂等影响复合的有害物质，使待复合面钢板露出新鲜金属。打磨过程可采用手工或机械方式进行。

3、在覆板的非复合面涂刷一层耐高温隔离剂，该隔离剂由金属氧化物超细粉加胶混合组成，该隔离剂在高温下可防止两张非复合面覆板发生复合，最终保证轧制分板后两张单面复合板的生产。

4、将涂有隔离剂的两张覆板送入烘干炉进行烘干。烘干炉可以是车底式炉、罩式炉或箱式链式炉等，采用电式加热，如条件允许可在烘干炉内通入惰性气体用以防止覆板烘干时氧化，烘干温度可根据覆板厚度及面积设定在200～700℃。

5、基板可根据工作环境潮湿度情况进行烘干，烘干温度不低于200℃；如工作环境潮湿度不大可不必烘干。

6、密封条的高度不大于复合坯内覆板的实测厚度，密封条厚度大于6mm，长度根据覆板的宽度、长度裁剪、切割。

7、将一块打磨合格的基板放置在操作台上，带有金属光泽的一面向上，将密封条点焊在基板磨削面的四个方向上，密封条的定位焊是以基板四边为基准，密封条外侧与基板边部距离控制在6～30mm。

8、对密封条与基板形成的夹角处进行牢固焊接，使基板与密封条形成一个盒体。

9、组坯前对所有基板、覆板的待复合面进行清理，清除基覆板复合面残留的粉尘、油污以及氧化层等污物。

10、将烘干后的带有隔离剂的两张覆板对扣，有隔离剂的一面相接触，放置在基板与密封条形成的盒体内，覆板四边与密封条内壁的间距不小于3mm。盒体内的覆板也可以由多层构成，为涂刷隔离剂复合板表面处理及烘干按上述工艺处理，此时，带有隔离剂的两张覆板始终处于中间位置。

11、将另一块基板磨削面向下，采用挂钩或磁性设备将其放置到盒体上进行合坯作业，上下两块基板四边要对齐。合坯后将复合坯送入专利号为ZL2012203889767的组坯压力机，使上下两块基板与密封条之间紧密接触，并对上基板与密封条夹角处进行牢固焊接。

12、采用专利号为ZL2012203889540的焊坯机对密封条与上下两块基板形成的空间进行焊接，增加上下两块基板与密封条的连接强度，需要对其它面进行焊接时，采用专利号为ZL2012203889451的翻坯机和专利号为ZL2012203889131的转坯机进行调整。

13、焊接完成后，在复合坯轧制方向对角处进行钻孔，一端连接抽真空系统，一端连接真空度测量系统。采用专利号为ZL2012203888923的一种金属复合坯快速试漏装置和专利号为ZL2012203888919的一种金属复合坯抽空快速连接装置对复合坯及抽真空系统的密封性进行检验，并采用抽真空设备对复合坯进行抽真空。当复合坯真空值不大于200Pa时可对复合坯进行封堵、密封。

14、抽真空后的复合坯经连续化生产炉加热，加热时间不低于2.5小时，出炉温度控制在1050～1180℃。

15、出炉后的复合坯经除鳞箱清除复合坯表面氧化皮，到达四辊可逆式粗轧机，粗轧机轧制力不小于5000吨，采用大压下量、低速轧制，并根据轧制宽度选择纵轧、横轧或纵横轧制模式，中间坯厚度一般不低于2倍的成品厚度。

16、中间坯到达四辊可逆式精轧机，精轧机轧制力不小于5200吨，采用TMCP轧制工艺。精轧开轧温度不高于900℃，终轧温度控制在780～870℃。

17、也可采用单机架模式生产，即单个轧机轧制，控制要求同上。

18、采用ACC或DQ模式对复合板进行冷却，以获得基层和覆层必要的性能。一般开冷温度不大于780℃，终冷温度控制在450～700℃。

19、钢板冷却后进行校平。

20、对于轧制总厚度大于34mm的复合钢板，首先采用正火处理，正火温度不低于870℃，保温时间不小于30分钟，出炉后进行矫形并自然冷却。然后，对复合板进行回火处理，回火温度控制在350～710℃，保温时间不低于30分钟，出炉后进行矫直并自然冷却。该热处理过程可在轧制后整板进行，也可分板后对单张复合板进行处理，工艺同上。

21、对于轧制总厚度不大于34mm的复合钢板，可直接通过TMCP工艺满足材料性能要求，减少热处理环节，降低能源消耗及成本

有益效果：

管线钢复合板采用轧制法生产开创国内技术先河；二、采用复合制坯和抽真空模式，使覆板处于一个密封、洁净、无氧环境下，最大限度对覆层钢板进行保护，防止其高温氧化；三、通过改进现有TMCP轧制工艺，设计合理热处理工艺，满足管线钢复合板基覆层不同材料性能对工艺控制的要求。

采用该工艺方法可成功生产出具有高性能、高附加值的管线钢复合板，且工艺对自然环境影响最小，属绿色环保工艺。另外，采用该工艺方法生产的管线钢复合板可使覆层奥氏体不锈钢、双相不锈钢及镍基合金等耐蚀材料保持原有耐蚀性，而基层管线钢性能余富量大，后续可加工性高，DWTT性能检测SA％在90％以上，远高于标准要求，设备运行安全性更高。

具体实施方式

本实施例涉及一种基层材料为管线钢，覆层材料为N08825镍基合金的轧制管线钢复合板的制备

1、镍基合金管线钢复合板，基层材质为X60，厚度19mm；覆层材质为N08825，厚度3mm。设计选用基层X60原料厚度为57mm，覆层N08825原料厚度为12mm，复合坯厚度为138mm，轧制厚度为44mm。

2、按照组坯工艺流程，对两张覆板非复合面涂刷一层隔离剂，然后进行烘干处理，并按照基板-覆板-覆板-基板的叠放顺序进行合坯、焊接。

3、焊接完成后对复合坯轧制方向的两个对角处进行钻孔，一端连接抽真空系统，一端连接真空度测量系统，随后进行试漏和抽空作业，当复合坯真空度到达200pa或更低时对复合坯两端钻孔处进行封堵、密封。

4、将复合坯送入步进梁式板坯加热炉进行加热，加热时间不小于2.5小时，出炉温度控制在1050～1180℃。

5、出炉后的复合坯经除鳞箱清除复合坯表面氧化皮，到达四辊可逆式粗轧机，采用大压下量、低速、纵横轧制模式，中间坯厚度88mm。

6、中间坯到达四辊可逆式精轧机，精精轧开轧温度不高于900℃，终轧温度控制在780～870℃。

7、采用ACC或DQ模式对复合板进行冷却。开冷温度不大于780℃，终冷温度控制在450～700℃。

8、钢板冷却后进行校平。

10、对于轧制的管线钢复合钢，首先采用正火处理，正火温度不低于870℃，保温时间不小于30分钟，出炉后进行矫形并自然冷却。然后，对复合板进行回火处理，回火温度控制在350～710℃，保温时间不低于30分钟，出炉后进行矫直并自然冷却。

11、后续对复合板进行切割分板、精整、性能检测、表面处理、包装、发货。

本实施例涉及一种基层材料为管线钢，覆层材料为S31603的轧制管线钢复合板的制备

1、镍基合金管线钢复合板，基层材质为L415，厚度19mm；覆层材质为S31603，厚度3mm。设计选用基层L415原料厚度为57mm，覆层S31603原料厚度为12mm，复合坯厚度为138mm，轧制厚度为44mm。

2、按照组坯工艺流程，对两张覆板非复合面涂刷一层隔离剂，然后进行烘干处理，并按照基板-覆板-覆板-基板的叠放顺序进行合坯、焊接。

3、焊接完成后对复合坯轧制方向的两个对角处进行钻孔，一端连接抽真空系统，一端连接真空度测量系统，随后进行试漏和抽空作业，当复合坯真空度到达200pa或更低时对复合坯两端钻孔处进行封堵、密封。

4、将复合坯送入步进梁式板坯加热炉进行加热，加热时间不小于2.5小时，出炉温度控制在1050～1180℃。

5、出炉后的复合坯经除鳞箱清除复合坯表面氧化皮，到达四辊可逆式粗轧机，采用大压下量、低速、纵横轧制模式，中间坯厚度88mm。

6、中间坯到达四辊可逆式精轧机，精精轧开轧温度不高于900℃，终轧温度控制在780～870℃。

7、采用ACC或DQ模式对复合板进行冷却。开冷温度不大于780℃，终冷温度控制在450～700℃。

8、钢板冷却后进行校平。

10、对于轧制的管线钢复合钢，首先采用正火处理，正火温度不低于870℃，保温时间不小于30分钟，出炉后进行矫形并自然冷却。然后，对复合板进行回火处理，回火温度控制在350～710℃，保温时间不低于30分钟，出炉后进行矫直并自然冷却。

11、后续对复合板进行切割分板、精整、性能检测、表面处理、包装、发货。

上面所述的两种实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法，其特征在于：它采取以下步骤：(1)确定基层原料和覆层原料材质和规格尺寸，覆层原料尺寸小于基层原料尺寸；(2)打磨待复合面；(3)在非复合面涂刷一层耐高温隔离剂；(4)将涂有隔离剂的两张覆板送入烘干炉进行烘干；(5)根据复合坯内覆板尺寸制作密封条；(6)放置基板，焊接密封条；(7)对所有基板、覆板的待复合面进行清理；(8)将烘干后的带有隔离剂的两张覆板对扣，有隔离剂的一面相接触，放置在基板与密封条形成的盒体内，覆板四边与密封条内壁的保持间距不小于3mm；(9)将另一块基板磨削面向下，进行合坯作业，上下两块基板四边要对齐；(10)采用焊坯机对密封条与上下两块基板形成的空间进行焊接；(11)在复合坯轧制方向对角处进行钻孔，一端连接抽真空系统，一端连接真空度测量系统；(12)使用连续化生产炉对复合坯加热，加热时间不低于2.5小时，出炉温度控制在1050～1180℃；(13)出炉后的复合坯经除鳞箱清除复合坯表面氧化皮，经四辊可逆式粗轧机轧制得中间坯；(14)中间坯到达四辊可逆式精轧机，精轧机轧制力不小于5200吨，采用TMCP轧制工艺；精轧开轧温度不高于900℃，终轧温度控制在780～870℃；(15)采用ACC或DQ模式对复合板进行冷却，以获得基层和覆层必要的性能；开冷温度不大于780℃，终冷温度控制在450～700℃；(16)钢板冷却校平；(17)对校平后的钢板进行热处理，其中：对于轧制总厚度大于34mm的复合钢板，首先采用正火处理，正火温度不低于870℃，保温时间不小于30分钟，出炉后进行矫形并自然冷却；然后，对复合板进行回火处理，回火温度控制在350～710℃，保温时间不低于30分钟，出炉后进行矫直并自然冷却；对于轧制总厚度不大于34mm的复合钢板，可直接通过TMCP工艺满足材料性能要求，减少热处理环节，降低能源消耗及成本。

2.根据权利要求1所述的一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法，其特征在于：第(3)步中，该隔离剂由金属氧化物超细粉加胶混合组成，该隔离剂在高温下可防止两张非复合面覆板发生复合。

3.根据权利要求1所述的一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法，其特征在于：第(4)步中，覆板可根据工作环境潮湿度情况进行烘干，烘干温度不低于200℃。

4.根据权利要求1所述的一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法，其特征在于：第(5)步中，密封条的高度不大于复合坯内覆板的实测厚度，密封条厚度大于6mm。

5.根据权利要求1所述的一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法，其特征在于：第(6)步中，基板带有金属光泽的一面向上，将密封条点焊在基板磨削面的四个方向上，密封条的定位焊是以基板四边为基准，密封条外侧与基板边部距离控制在6～30mm；对密封条与基板形成的夹角处进行牢固焊接，使基板与密封条形成一个盒体。

6.根据权利要求1所述的一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法，其特征在于：第(9)步中，合坯后将复合坯送入组坯压力机，使上下两块基板与密封条之间紧密接触，并对上基板与密封条夹角处进行牢固焊接。

7.根据权利要求1所述的一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法，其特征在于：第(11)步中，采用一种金属复合坯快速试漏装置和一种金属复合坯抽空快速连接装置对复合坯及抽真空系统的密封性进行检验，并采用抽真空设备对复合坯进行抽真空；当复合坯真空值小于200Pa时可对复合坯进行封堵、密封。

8.根据权利要求1所述的一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法，其特征在于：第(13)步中，粗轧机轧制力不小于5000吨，采用大压下量、低速轧制，并根据轧制宽度选择纵轧、横轧或纵横轧制模式，中间坯厚度不低于2倍的成品厚度。

9.根据权利要求1所述的一种基层材料为管线钢的轧制金属复合板制造方法，其特征在于：第(14)步中，也可采用单机架模式生产，即单个轧机轧制。