CN104786581B - 一种多层不锈钢复合钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种多层不锈钢复合钢板及其制造方法，该多层不锈钢复合钢板包括：碳钢基材层和复合于碳钢基材层的一面至少两层覆层材料，覆层材料中至少一层为不锈钢复合层；通过真空焊接将碳钢基材层与覆层材料结合并轧制，使所述碳钢基材层和各覆层材料通过各层中的原子向相邻层相互真空扩散而结合。本发明复合钢板的复合效果好，其结合面的剪切强度大，并且结合面齐平，基材层和复合层以及复合层和复合层之间的复合程度高，结构稳定性好。

Description

一种多层不锈钢复合钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及复合板材及其制造方法，尤其涉及一种不锈钢复合板材及其制造方法。

背景技术

层状金属复合材料是由三层或者三层以上不同材质的金属复合而成，它具备原来各单一材料所不具备的优良特性。通过对层板组分的合理选择以及适当的加工工艺，可以获得满足不同需要的层状金属复合材料。除此之外，还可以利用廉价金属材料来替代昂贵金属材料，以降低生产制造成本。现有的层状金属复合材料通常有：不锈钢-碳钢复合板、铜-钢复合板、铝-钢复合板、钛-钢复合板等多种复合板等。其中，不锈钢-碳钢复合板是一种以碳钢为基板，以不锈钢为覆层的复合板材。由于不锈钢-碳钢复合板由碳钢和不锈钢制成，因此，其既保留了不锈钢的耐腐蚀、耐磨、抗磁、外表美观等综合性能，又具有碳钢的可焊性强、成形性好、拉伸性佳、导热性优良、机械强度大且加工性能良好的特点。另外，不锈钢-碳钢复合板可以进行热压、冷弯、切割、焊接等各种加工工艺，因此其是能够广泛地应用于冶金、造船、宇航、制药、食品、建筑、电子、化工、机械及国防等各种行业领域的新型工业产品。

随着社会需求的不断增加以及为了顺应生产发展的需要，企业期望能够通过提高不锈钢复合钢板的质量，提升不锈钢复合钢板的产能，并降低不锈钢复合钢板的工艺难度以获得一种综合性能好且生产成本低的不锈钢复合钢板。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多层不锈钢复合钢板及其制造方法，该复合钢板的复合效果好，其结合面的剪切强度大，并且结合面齐平，基材层和复合层以及复合层和复合层之间的复合程度高，结构稳定性好。

此外，本发明所述的多层不锈钢复合钢板充分发挥了碳钢和不锈钢的各自优势，该多层不锈钢复合钢板具有耐腐蚀性好、耐磨损佳、加工性能良好、可焊性强、成形性好、导热性优异、机械强度大等诸多优良的综合性能，能够广泛适用于工业制造领域。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种多层不锈钢复合钢板，其包括：碳钢基材层和复合于碳钢基材层的一面至少两层覆层材料，覆层材料中至少一层为不锈钢复合层；通过真空焊接将碳钢基材层与覆层材料结合并轧制，使所述碳钢基材层和各覆层材料通过各层中的原子向相邻层的相互真空扩散而结合。

进一步，所述覆层材料中至少一层为碳钢复合层，该碳钢复合层牌号与碳钢基材层相同或不同的。

又，所述覆层材料中至少设两层不锈钢复合层，各不锈钢复合层牌号相同或不同。

不同于现有技术中的基材层和复合层是通过粘结或热熔焊接实现复合，本发明中碳钢基材层和各不锈钢复合层是通过各层中的原子向相邻层的相互扩散而结合的，因此，本发明所述的复合钢板中的碳钢基材层与不锈钢复合层之间以及不锈钢复合层与不锈钢复合层之间实现了冶金结合，也就是说，碳钢与不锈钢以及不锈钢和不锈钢之间的结合均实现了冶金结合。较之于现有技术的结合方式，原子的扩散结合的结合牢度更大，结构稳定性更好，结合面的剪切强度更高。

多层不锈钢复合层(大于四层)中的各层不锈钢复合层可以使用同一牌号的，各层不锈钢材料的牌号也可以是不同的。

本发明的多层不锈钢复合钢板的制造方法，其包括步骤：

1)坯料表面处理：将碳钢坯料和各不锈钢坯料进行表面预处理；经过表面预处理的各坯料的待焊接面的平面度≤1mm/m²，粗糙度Ra≤6.3μm；

2)组坯：在碳钢坯料的上表面或下表面放置多层不锈钢坯料，并使各不锈钢坯料的外边沿均与碳钢坯料的外边沿平齐；

3)点焊定型，使碳钢坯料与各不锈钢坯料之间的相对位置保持不变；

4)焊接：采用真空电子束将碳钢坯料与不锈钢坯料以及相邻的不锈钢坯料之间的结合面的边缘焊接密封，控制焊接真空度≤1.0Pa，焊接深度为10mm～80mm，焊接宽度≥2mm；

5)加热：将组合坯加热，控制加热温度为800～1250℃，并保温1～3h；

6)轧制：多道次轧制到目标厚度，控制轧制温度为600～1190℃。

进一步，还包括步骤(7)：精整和矫直。

优选的，在所述步骤(4)焊接步骤中，焊接完成后使用电磁振动消除焊接应力。

在上述步骤(3)中，可以采取手工焊接、气体保护焊、氩弧焊对组坯完成点焊定型。与此同时，在上述步骤(3)中提及的相对位置保持不变是指碳钢坯料与各不锈钢坯料之间的相对位置在进行步骤(4)之间不会发生任何变化，即保证组坯过程的稳定性。

在上述步骤(4)中，采用真空电子束将碳钢坯料与不锈钢坯料以及相邻的不锈钢坯料之间的结合面的边缘焊接密封，一方面确保了复合钢板的结合面之间的焊接强度，另一方面还避免了结合面在后续加工过程中因焊缝漏气而发生氧化现象。

另外，在上述步骤(4)中，对于焊接工艺参数进行了控制。其中，控制焊接真空度≤1.0Pa是为了有效防止不锈钢-碳钢表面氧化层的形成，同时还减少了真空抽气时间，提高了加工效率，降低了加工成本；将焊接深度设定为10mm-80mm的原因在于：这样的焊接深度能够保证焊接强度达到后续加热轧制所需的焊合强度要求。在此需要说明的是，上述技术方案中的焊接深度为自坯料的外边沿向内延伸的被焊接密封的尺寸大小。同时，为了进一步地确保焊接强度达到后续加热轧制所需的焊合强度要求，需要将焊接宽度设计为≥2mm。

更进一步地，在上述加热步骤中，控制加热温度为800-1250℃，并保温1-3h。

根据两种复层不锈钢的熔点温度，选择熔点最低的复层金属熔点Tm再降低200-280℃确定加热温度。保温时间按照复层和基层金属的导热系数大小确定需要的保温时间，一般碳钢按照实际有效厚度*1min/mm计算保温时间，不锈钢按照有效厚度×2min/mm计算保温时间，若是铜或者钛复层金属，保温时间参照碳钢层厚度计算。组合坯的实际有效厚度按照基层+复层①+复层②的总厚度计算。

在轧制步骤中，控制轧制温度为600～1190℃。轧制温度范围按照基层和复层金属各自的变形抗力确定，在轧机能够承受的范围内设计轧制温度和变形道次。

本发明所述的多层不锈钢复合钢板结合面的结合强度大，并且结合面齐平，碳钢基材层和铁素体不锈钢复合层通过碳钢基材层中的原子和不锈钢复合层中的原子向相邻层的相互扩散而结合，原子扩散结合的结合应力和牢度因至少两层以上的复合层面的结构应力而增强，并且可将成分介于上下表面材料成分之间的过渡性材料作为中间层，从而使其结合更加容易、结构稳定性更好。结合面的剪切强度均≥350Mpa。

另外，由于碳钢基材层和多层不锈钢复合层以及多层不锈钢复合层内的各不锈钢复合层之间的结合为冶金结合，因此，本发明所述的多层不锈钢复合钢板具有的优良的复合效果及良好的结构稳定性。

此外，由于本发明所述的多层不锈钢复合钢板组合了具备各自特性的不锈钢与碳钢材料，可生产耐腐蚀性好、耐磨损佳、加工性能良好、可焊性强、成形性好、导热性优异、机械强度大等诸多优良的综合性能。

本发明所述的多层不锈钢复合钢板的采用真空电子束焊接，生产效率高，成本低，复合效果好，金属材料资源省，加工方便，适用范围广。采用该方法可以制备厚度为3-300mm，宽度为140-3500mm，长度为3000-12000mm的多层不锈钢复合钢板，其多层不锈钢复合层的厚度可以在1-30mm范围之间。

附图说明

图1为本发明所述的多层不锈钢复合钢板在一种实施方式下的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释和说明，然而，以下解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

参见图1，本发明的多层不锈钢复合钢板，其包括：碳钢基材层1和复合于碳钢基材层1的一面至少两层覆层材料2、3，覆层材料2、3中至少一层为不锈钢复合层；所述碳钢基材层1和各覆层材料2、3通过各层中的原子向相邻层的相互扩散而结合。

进一步，本发明所述覆层材料2、3中至少一层为碳钢复合层，该碳钢复合层牌号与碳钢基材层相同或不同的。

又，本发明所述覆层材料2、3中至少设两层不锈钢复合层，各不锈钢复合层牌号相同或不同。

本发明实施例制造方法按照下列步骤(工艺参数参见表1)：

(1)坯料表面处理：首先将待这些复合的坯料表面通过铣床加工或矫直机校平，再将坯料结合面水平放置，使用砂轮进行打磨，清除表面杂物，使表面光洁、平整，再进行抛光打磨，对加工表面金属屑、油渍、积尘等杂物进行擦拭清理，露出金属鲜面，并控制经过表面预处理的各坯料的待焊接面的平面度≤1mm/m²，粗糙度Ra≤12.5μm，最后完成待复合的碳钢坯料和各不锈钢坯料的表面预处理；

(2)组坯：在碳钢坯的上表面放置双层不锈钢坯料，在组坯的过程中，需要使得双层不锈钢坯料的外边沿均与碳钢坯料的外边沿平齐，即使得各不锈钢坯料的对角线与碳钢坯料的对角线对齐或基本对齐；

(3)采用电焊点焊定型以使碳钢坯料与各不锈钢坯料之间的相对位置在实施步骤(4)之前不会发生任何移动；

(4)焊接：将定型后的组坯坯料运至真空焊箱体内，采用真空电子束将碳钢坯料与不锈钢坯料以及两相邻的不锈钢坯料之间的结合面的边缘焊接密封，控制焊接真空度≤1.0Pa及更低，焊接深度为10mm-80mm，焊接宽度≥2mm，在焊接完毕后采用电磁振动消除焊接应力；

(5)加热：将组合坯加热，控制加热温度为800-1250℃，并保温1-3h；

(6)轧制：多道次轧制到目标厚度，并控制轧制温度为600-1190℃；

(7)精整和矫直；

(8)100％UT(探伤)检测；

(9)切割定尺；

(10)表面处理，以获得多层不锈钢复合钢板，具体剖面结构可以参见图1。

上述多层不锈钢复合钢板的制造方法的具体工艺参数详见表1。

如图1所示，本发明制造方法获得的多层不锈钢复合钢板，在碳钢基材层1的上表面复合有两层覆层材料2、3(均为不锈钢复合层)，其中，覆层材料3(不锈钢复合层)的厚度要大于覆层材料2(不锈钢复合层)的厚度，并且这两层不锈钢复合层所采用的牌号也可以是不相同的。由于碳钢基材层1和各覆层材料2、3(不锈钢复合层)通过各层中的原子向相邻层的相互扩散而结合，该种结合方式属于冶金结合，因此，三者结合面的结合牢度强。

需要说明的是，本发明所述的多层不锈钢复合钢板的结构并不局限于图1所示的层状结构，也就是说，可以在碳钢坯料的下表面复合多层不锈钢复合层，以制成多层不锈钢复合钢板。相应地，也可以在碳钢坯料的上或下表面放置三层、四层甚至更多层的不锈钢复合层，以制成本发明所述的多层不锈钢复合钢板。

表1

由于本发明多层不锈钢复合钢板中的碳钢基材层和多层不锈钢复合层以及多层不锈钢复合层中的各个层面之间的结合全部属于冶金结合，其较之于机械结合，本发明的多层不锈钢复合钢板中的各层之间的结合度更大，其结合面的剪切强度均在350MPa以上。同时，本发明制造方法的工艺步骤简单易行，能够大批量地生产厚度较大的多层不锈钢复合钢板。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多层不锈钢复合钢板，其特征在于，包括：碳钢基材层和复合于碳钢基材层的一面至少两层覆层材料，覆层材料中至少一层为不锈钢复合层；通过真空焊接将碳钢基材层与覆层材料结合并轧制，使所述碳钢基材层和各覆层材料通过各层中的原子向相邻层相互真空扩散而结合；所述复合钢板通过以下方法获得：

1)坯料表面处理：将碳钢坯料和各不锈钢坯料进行表面预处理；经过表面预处理的各坯料的待焊接面的平面度≤1mm/m²，粗糙度Ra≤6.3μm；

2)组坯：在碳钢坯料的上表面或下表面放置多层不锈钢坯料，并使各不锈钢坯料的外边沿均与碳钢坯料的外边沿平齐；

3)点焊定型，使碳钢坯料与各不锈钢坯料之间的相对位置保持不变；

4)焊接：采用真空电子束将碳钢坯料与不锈钢坯料以及相邻的不锈钢坯料之间的结合面的边缘焊接密封，控制焊接真空度≤1.0Pa，焊接深度为10mm～80mm，焊接宽度≥2mm；

5)加热：将组合坯加热，控制加热温度为800～1250℃，并保温1～3h；

6)轧制：多道次轧制到目标厚度，控制轧制温度为600～1190℃。

2.如权利要求1所述的多层不锈钢复合钢板，其特征在于，所述覆层材料中至少一层为碳钢复合层，该碳钢复合层牌号与碳钢基材层相同或不同的。

3.如权利要求1或2所述的多层不锈钢复合钢板，其特征在于，所述覆层材料中至少设两层不锈钢复合层，各不锈钢复合层牌号相同或不同。

4.一种多层不锈钢复合钢板的制造方法，其特征是，包括步骤：

1)坯料表面处理：将碳钢坯料和各不锈钢坯料进行表面预处理；经过表面预处理的各坯料的待焊接面的平面度≤1mm/m²，粗糙度Ra≤6.3μm；

2)组坯：在碳钢坯料的上表面或下表面放置多层不锈钢坯料，并使各不锈钢坯料的外边沿均与碳钢坯料的外边沿平齐；

3)点焊定型，使碳钢坯料与各不锈钢坯料之间的相对位置保持不变；

4)焊接：采用真空电子束将碳钢坯料与不锈钢坯料以及相邻的不锈钢坯料之间的结合面的边缘焊接密封，控制焊接真空度≤1.0Pa，焊接深度为10mm～80mm，焊接宽度≥2mm；

5)加热：将组合坯加热，控制加热温度为800～1250℃，并保温1～3h；

6)轧制：多道次轧制到目标厚度，控制轧制温度为600～1190℃；最终获得的多层不锈钢复合钢板，其包括：碳钢基材层和复合于碳钢基材层的一面至少两层覆层材料，覆层材料中至少一层为不锈钢复合层；通过真空焊接将碳钢基材层与覆层材料结合并轧制，使所述碳钢基材层和各覆层材料通过各层中的原子向相邻层相互真空扩散而结合。

5.如权利要求4所述的多层不锈钢复合钢板的制造方法，其特征是，还包括步骤(7)：精整和矫直。

6.如权利要求4所述的多层不锈钢复合钢板的制造方法，其特征是，在所述步骤(4)焊接步骤中，焊接完成后使用电磁振动消除焊接应力。