CN104805431B - 一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，包括不锈钢涂层复合工序，在所述不锈钢涂层复合工序中，采用碳钢为基板，对碳钢基板进行清洁处理，得到新鲜干燥的表面，然后采用冷气动力喷涂技术在碳基板的表面上制备一层不锈钢涂层，不锈钢复合层的厚度范围为复合板总厚度的0.5%‑1.5%，复合板总厚度在1.5mm以上；所述复合板再经过等强度区加热保温、高热轧制工艺和冷却得到冷喷涂不锈钢碳钢复合板。本发明工艺操作简单，可进行连续大规模生产。所制备产品不锈钢复合层的厚度约为几十微米到几百微米之间，满足了薄规格主要的需求。不锈钢成分调节自由度高，产品成材率高。

Description

一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法

技术领域

本发明涉及冷气动力喷涂涂层复合板制造技术，高温轧制技术领域，特别涉及冷喷涂不锈钢涂层碳钢薄板高温轧制工艺技术。

背景技术

随着工业技术的发展，不锈钢材料因其具有优良的耐蚀性和表面光洁度而广泛应用于诸多的领域，包括建筑、汽车、石油精炼、装饰化学工业、原子能工业以及船舶等，其需求量也呈现逐年递增的趋势。但是由于不锈钢中含有高比例的镍铬等稀贵金属而使其价格居高不下。而且，由于镍价市场波动巨大，导致含镍量较高的300不锈钢的价格一涨再涨。因此，开发不锈钢的替代产品已经成为世界各国材料研究人员关注的重要课题。

碳钢作为最常用的结构材料，具有一系列优良的性能，如焊接性、力学性能、热稳定性等，同时制造成本相对较低。然而碳钢的耐蚀性能去远远低于不锈钢。在这种情况下，将不锈钢与碳钢复合起来，使其既具有碳钢优良的力学性能，同时又兼具不锈钢良好的耐蚀性，形成表面膜层的不锈钢复合材料就具有非常重要的现实意义。目前，现有技术采用爆炸焊接，复合浇铸、冷轧复合等工艺制备了不锈钢和碳钢的复合板，这种不锈钢-碳钢复合板比纯不锈钢节约铬、镍元素，对于我国铬、镍元素资源贫乏的国家来说，具有重大的意义，但是，由于现有不锈钢碳钢复合工艺相对复杂，需要独立的工艺流程，生产工艺相对复杂，生产规模较小。主要产品仅能生产复合不锈钢层的厚度大于1.2mm的材料。成本约为不锈钢材料的70%，相对较高。

专利CN201824600U、CN2937319采用不锈钢箔通过胶层粘结附着在基板上形成复合板，复合板不耐热。专利CN201830485U采用中频电源加热控制系统经中频电容补偿器与感应加热器连接，产生的中频交流电功率输入到中频电容补偿器与感应加热器形成谐振，在感应加热器上产生交变大电流，通过涡流效应加热面层及基层金属，粘合层接受面层及基层金属的热量融化后在惰性气氛下贴合进入轧机轧制成复合板。控制难度较大。专利CN101254580在两种不锈钢之间连续的夹一层钎料将两种不同材料的带卷用3～30吨的张力进行卷取，在非复合面辊涂一层专用高温防粘剂，将卷紧的预复合带卷送入工频炉，将其加热至950℃～1130℃的温度，经保温急冷出炉，制造不锈钢复合带卷。但两种金属的协调性较低。专利CN102632339A采用激光焊接法，先对薄不锈钢板进行预处理，平整安装，配制焊粉，氩气保护，用计算机程序控制焊粉给量及激光束强度，焊接不锈钢复合板。是一种表面处理技术，然后进行焊料焊接。专利CN201346897用碳钢板为基体、用不锈钢板为覆体，进行一定厚度单面或双面整体地、连续地包覆，使两种金属扩散实现完全的冶金结合。其制造周期长，表面质量难以控制。专利CN102553919A采用高温快烧法进行复合板坯加热，加热温度控制在1180～1280℃，均热时间为15～60min，调整炉气温度控制基板与复板表面温差在5～30℃；通过调节粗轧工作辊辊速比至1.04～1.3，以获得良好的板形；其控轧控冷工艺为：控制精轧终轧温度在830～920℃，轧后冷却速度为5-30℃/s，卷取温度为560～680℃，获得不锈钢复合板。专利CN101767106A将不锈钢复合板坯加热后送炉卷轧机上，在开轧温度为1050～1250℃，轧制速度小于12.6mm/min的条件下，往复进行多道次粗轧即平轧；再送卷取炉中，在卷取炉炉温为550～1000℃、终轧温度为800～1000℃条件下，往复进行多道次精轧即卷轧；最后将板坯直接或者冷却至450～700℃送入卷取机内，形成复合板。CN1923388、CN102049478A采用复合连铸技术制备复合板。专利CN201099023、CN1074159、CN102179673A、CN102248401A采用爆炸复合技术制备复合板。以上复合板中不锈钢的厚度占复合板总厚度的10%以上，薄规格达到25%以上。

采用物理或化学气相法生产的不锈钢膜层材料，其不锈钢膜层的厚度只有几百纳米，并且其结合强度也不是很高。在许多领域达不到使用要求。

因此，开发合适厚度不锈钢复合层的不锈钢碳钢复合材料成为目前急需解决的课题之一。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种不锈钢碳钢复合板的热轧工艺。

本发明的技术方案是，一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，包括不锈钢涂层复合工序，在所述不锈钢涂层复合工序中，采用碳钢为基板，对碳钢基板进行清洁处理，得到新鲜干燥的表面，然后采用冷气动力喷涂技术在碳基板的表面上制备一层不锈钢涂层，不锈钢复合层的厚度范围为复合板总厚度的0.5%-1.5%，复合板总厚度在1.5mm以上；所述复合板再经过等强度区加热保温、高热轧制工艺和冷却得到冷喷涂不锈钢碳钢复合板。

根据本发明的一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，优选的是，所述清洁处理方法包括喷砂、酸洗、抛光中的一种。

根据本发明的一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，优选的是，所述碳钢基板的初始厚度大于最终产品不锈钢涂层碳钢板厚度的两倍。

根据本发明的一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，优选的是，所述等强度区加热保温中的加热温度是1150-1400℃。

更好的是，所述加热温度区间为等强度区间，加热温度范围为T±20，单位为K，T按照下式进行计算获得：

式中，σ_s为不锈钢室温强度，单位为MPa，σ_c为碳钢室温强度，单位为MPa，T_s为不锈钢熔点，单位为K，T_c为碳钢熔点，单位为K，T_r为室温，单位为K。

将温度控制在此范围，不锈钢层的高温强度和基体碳钢板的强度接近，在轧制过程中，不锈钢层与碳钢基体变形抗力相近，可以达到协调变形的效果。

其中，所述等强度加热保温的保温时间为t±2，单位为min，t按照下式进行计算获得：

t＝A×d

式中，A为加热时间系数，单位为min/mm，A取值为2.5-3.5min/mm，d为带有不锈钢涂层的复合板坯的最初厚度，单位为mm。

将保温时间控制在此范围，复合材料的的组织可以达到整体温度均匀，组织均匀，同时又防止不锈钢组织和碳钢基体组织中晶粒的长大，引起材料的高温下的力学性能发生较大的变化。

在一个优选的实施方案中，所述高温轧制工艺采用压下厚度递减的多道次方式进行：

第一道次：d_y1＝0.25d；

第二道次：d_y2＝0.25d_s；

第三道次：d_y3＝0.25d_s，或d_y3＝0.2d_s；

第四道次：d_y4＝0.25d_s，或dy4＝0.2d_s；

第五道次：d_y5＝0.2d_s……

当d_s-d_z≤0.20d_s时，为最后一道次，压下量为d_y＝d_s-d_z；式中d_y为压下厚度，d_y1-d_y5为每一道次的压下厚度，d_z为最终产品不锈钢碳钢复合板的厚度，式中ds为每一道次不锈钢碳钢复合板坯高温轧制后的剩余厚度。d_y为最后一道次的压下厚度。

将压下厚度控制在以递减的多道次方式，可以保证复合板表面层组织和心部组织的变形量相近，即不锈钢层与碳钢基体两相的变形量相近，以达到协调变形的效果。不发生表面涂层开裂。

根据本发明的一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，优选的是，所述冷却速度v大于200℃/s。

本发明的有益效果是：

本发明制造工艺技术与现有技术相比的优势在于：本发明制造技术不需要额外的生产线，不需要对现有设备进行大规模结构改造。工艺操作简单，可进行连续大规模生产。所制备产品不锈钢复合层的厚度约为几十微米到几百微米之间，占材料总厚度百分数在0.5%-1.5%，满足了薄规格主要的需求。不锈钢成分调节自由度高，产品成材率高。

附图说明

图1为本发明不锈钢碳钢复合板的热轧工艺流程图。

图2为本发明实施例1不锈钢碳钢复合板组织SEM图。

具体实施方式

实施例1-8采用的碳钢主要成分及性能见表1，对碳钢基板进行清洁处理，得到新鲜干燥的表面。

表1碳钢主要成分及性能

采用冷气动力喷涂技术在碳钢表面喷涂制备不锈钢涂层，不锈钢涂层主要成分及性能见表2。碳钢表面冷喷涂不锈钢后形成带有不锈钢涂层的复合板坯，不锈钢涂层的厚度P，单位为mm，其占复合板总厚度的百分比范围为0.5%-1.5%。

表2不锈钢涂层主要成分及性能

对带有不锈钢涂层的复合板坯进行高温加热。加热温度范围为T±20，单位为K，T按照下式进行计算获得：

对带有不锈钢涂层的复合板坯进行高温加热。加热的保温时间为为t±2，单位为min。t按照下式进行计算获得：t＝A×d。A为加热时间系数，单位为min/mm，实施例1-6取值为3min/mm，实施例7-8中A为2.5min/mm，从而计算出保温时间。d为带有不锈钢涂层的复合板坯的最初厚度，单位为mm。保温后后对带有不锈钢涂层的复合板坯进行高温轧制。本发明热轧工艺是：采用压下厚度d_y递减的多道次方式进行。第一道次：d_y1＝0.25d。第二道次：d_y2＝0.25d_s。式中d_s为每一道次不锈钢涂层的复合板坯高温轧制后的剩余厚度。第三道次：d_y3＝0.25d_s，或d_y3＝0.2d_s。第四道次：d_y4＝0.25d_s，或d_y4＝0.2d_s。第五道次：d_y5＝0.2d_s，然后以此方程进行高温轧制。当d_s-d_z≤0.20d_s时，为最后一道次，压下量为d_y＝d_s-d_z。式中d_z最终产品不锈钢涂层碳钢板的厚度，d_y1，d_y2，d_y3……为每一道次的压下厚度。不锈钢涂层碳钢复合坯高温轧制工艺参数及产品性能见表3。冷却后的复合板，按照不锈钢的酸洗流程，获得最终产品。

表3不锈钢涂层碳钢复合坯高温轧制工艺参数

高温轧制各道次压下量见表4。

表4高温轧制各道次压下量

从表3和表4中可见，所制备产品不锈钢复合层的厚度约为25微米到132微米之间，占材料总厚度百分数在0.5%-1.5%，满足了薄膜规格产品主要的需求。本发明得到的不锈钢碳钢复合板，弯折到180度（即对折）不开裂，而现有技术的不锈钢碳钢复合板，弯折到120度基本开裂。本发明的不锈钢涂层的复合强度明显高于现有技术。

本发明制造技术不需要额外的生产线，不需要对现有设备进行大规模结构改造。工艺操作简单，可进行连续大规模生产。本发明工艺适应力强，不锈钢成分调节自由度高，产品成材率高。

Claims (6)

1.一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，包括不锈钢涂层复合工序，其特征在于：在所述不锈钢涂层复合工序中，采用碳钢为基板，对碳钢基板进行清洁处理，得到新鲜干燥的表面，然后采用冷气动力喷涂技术在碳基板的表面上制备一层不锈钢涂层，不锈钢复合层的厚度范围为复合板总厚度的0.5％-1.5％，复合板总厚度在1.5mm以上；所制备产品不锈钢复合层的厚度为25微米到132微米之间；所述复合板再经过等强度区加热保温、高热轧制工艺和冷却得到冷喷涂不锈钢碳钢复合板；

所述等强度加热保温的保温时间为t±2，单位为min，t按照下式进行计算获得：

t＝A×d

式中，A为加热时间系数，单位为min/mm，A取值为2.5-3.5min/mm，d为带有不锈钢涂层的复合板坯的最初厚度，单位为mm；

所述高热轧制工艺采用压下厚度递减的多道次方式进行：

第一道次：d_y1＝0.25d；

第二道次：d_y2＝0.25d_s；

第三道次：d_y3＝0.25d_s，或d_y3＝0.2d_s；

第四道次：d_y4＝0.25d_s，或dy4＝0.2d_s；

第五道次：d_y5＝0.2d_s……

当d_s-d_z≤0.20d_s时，为最后一道次，压下量为d_y＝d_s-d_z；式中d_y为压下厚度，d_y1-d_y5为每一道次的压下厚度，d_z为最终产品不锈钢碳钢复合板的厚度，式中ds为每一道次不锈钢碳钢复合板坯高温轧制后的剩余厚度。

2.根据权利要求1所述的一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，其特征在于，所述清洁处理方法包括喷砂、酸洗、抛光中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，其特征在于，所述碳钢基板的初始厚度大于最终产品不锈钢涂层碳钢板厚度的两倍。

4.根据权利要求1所述的一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，其特征在于，所述等强度区加热保温中的加热温度是1150-1400℃。

5.根据权利要求4所述的一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，其特征在于，所述加热温度区间为等强度区间，加热温度范围为T±20，单位为K，T按照下式进行计算获得：

<mrow> <mi>T</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>s</mi> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>c</mi> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>s</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;sigma;</mi> <mi>c</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>

式中，σ_s为不锈钢室温强度，单位为MPa，σ_c为碳钢室温强度，单位为MPa，T_s为不锈钢熔点，单位为K，T_c为碳钢熔点，单位为K，T_r为室温，单位为K。

6.根据权利要求1所述的一种冷喷涂不锈钢碳钢复合板的制造方法，其特征在于，所述冷却速度v大于200℃/s。