CN105296854A - 一种具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板及制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板及制造方法，该复合板包括基板与复板，基板上下表面整体连续地包覆着复板，基板与复板通过原子扩散冶金结合的方式形成冷轧双面不锈钢复合板；其中，所述基板为超低碳铝镇静钢，所述复板为304类奥氏体不锈钢。本发明制备的冷轧双面不锈钢复合板表面质量良好，碳钢基材组织均匀，室温延伸率达45％以上，耐腐蚀性能优良，材料性能稳定，既具有纯不锈钢的使用性能，又能大幅度降低成本，可作为304不锈钢的替代品，广泛应用于装饰面板及成形要求较高的领域。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢复合板，具体涉及一种具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板及制造方法，尤其涉及一种具有优良综合性能的经济型双面冷轧不锈钢复合板及制造方法。
背景技术
不锈钢复合钢板是一种以碳钢或不锈钢为基体、单面或双面整体连续地包覆不锈钢的两种金属高效节能材料。它充分发挥两种材料特性优势，既具有不锈钢的耐腐蚀、耐磨性和装饰性；又具有碳钢良好的力学及成形性能，因而它是一种多功能材料，既是不锈钢的替代品，又是不锈钢的延伸品。同时它可节约镍铬等贵金属，降低成本。
目前，许多民用领域开始尝试采用冷轧不锈钢复合板取代原有的纯304不锈钢冷轧板，以达到原有材料使用功能的基础上降低原材料成本。比较典型的是电梯行业所使用的冷轧不锈钢复合板，该行业初期多尝试采用双金属高分子机械加工胶粘复合或常规碳钢如Q235B、08Al与304不锈钢爆炸轧制复合的冷轧复合板。胶粘复合板主要采用胶粘剂将不同的金属材料粘结在一起，是一种机械复合的方式，存在结合界面强度低、成形易分层、不能焊接受热、使用长时间后胶粘剂易老化导致复合板界面开裂等各种问题。
为解决上述使用风险，采用轧制或爆炸轧制等冶金复合方法生产的冷轧不锈钢复合板是一种可行的方法。但这种冶金结合界面的不锈钢复合板，冷轧后一般需进行类似纯不锈钢的连续固溶酸洗处理，这种后续处理，一方面软化材料，均匀化组织，使得冷轧不锈钢复合板具有良好的力学性能，另一方面使得不锈钢覆层具有较好的表面及耐蚀性。然而，碳钢的再结晶退火工艺与不锈钢的固溶热处理工艺相差较大，如常规冷轧普碳钢的退火温度在700℃左右，而304不锈钢的固溶温度在1050℃左右。
如按照碳钢退火工艺制度对冷轧不锈钢复合板进行热处理，304不锈钢会发生晶间碳化物析出，影响材料的耐腐蚀性能；如按照304不锈钢固溶热处理工艺进行热处理，复合板基板碳钢组织及力学性能会明显恶化。且对于板形要求较高的冷轧产品，必须通过平整的工序实现，而Q235B、08Al等碳钢与304不锈钢复合的冷轧板平整后极易产生表面屈服花纹缺陷或平整过量导致延伸性能不足。
对此，一些制造要求较高的面板及成形使用领域，冷轧不锈钢复合板综合性能要求可归结为以下几个方面：(1)板形、表面良好，不锈钢复层厚度及基层材料组织均匀；(2)良好的成形性能，延伸率45％以上，板材90°折弯后变形处无开裂及桔皮缺陷；(3)表面具有固溶态304奥氏体不锈钢的同等耐蚀性；(4)具有良好的焊接性，焊后无分层。要实现上述综合目的，必须寻求合适的基层、复层材料设计及制造方法。
日本专利JP1987110879(A)公开了一种滚压成形用冷轧不锈钢复合薄板，该复合薄板通过限定碳钢基材C、Al、N三种化学成分的重量百分比C：0.03～0.08％，Al：0.015～0.04％，N：0.008～0.012％及最终热处理温度920～960℃来保证材料具有良好的滚压成形性，即滚压成形后无“小型波纹”缺陷。但得到的1.0mm厚度冷轧304L不锈钢复合板延伸率只有30％，且根据其性能描述，平整后容易产生表面花纹缺陷，较难满足上述提到的表面性能及成形性能等要求。
中国专利CN104309200A公开了一种双面不锈钢复合板及其生产方法，该复合板采用Q195～Q235普碳钢作为基材，SUS304～SUS316奥氏体不锈钢作为面材，通过热熔的方式将不锈钢浇覆在普碳钢基材上下表面，待冷却后通过连续冷轧生产加工的方式生产出界面为原子间结合的不锈钢复合板。该发明方法主要采用固液结合的复合方式，界面结合力较强，成形及焊接后不易分层，但该方法得到的冷轧不锈钢复合板复层厚度均匀性控制较难，同时，由于碳钢基材中碳含量较高，缺少稳定化元素，界面结合处碳钢一侧会存在明显脱碳层，碳钢基材组织不均匀，平整后容易产生表面缺陷。另外，以Q195～Q235普碳钢作为基材的不锈钢复合薄板也很难达到延伸率45％的技术要求。
综上所述，目前还没有一种能满足上述用户需求的经济型冷轧不锈钢复合卷板。因此，开发一种具有优良综合性能的经济型冷轧不锈钢复合板显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板及制造方法，该复合板表面质量良好，碳钢基材组织均匀，室温延伸率达45％以上，耐腐蚀性能优良，材料性能稳定，既具有纯不锈钢的使用性能，又能大幅度降低成本，可作为304不锈钢的替代品，广泛应用于装饰面板及成形要求较高的领域。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板，其包括基板与复板，基板上下表面整体连续地包覆着复板，基板与复板通过原子扩散冶金结合的方式形成冷轧双面不锈钢复合板；其中，
所述基板的化学成分质量百分比为：C：0.0005～0.004％；Si≤0.10％；Mn：0.05～0.30％；Al：0.025～0.055％；N：0.0005～0.005％；Ti：0.01～0.08％；Nb：0.001～0.05％；P：0.007～0.015％；S：0.001～0.010％，余量为铁和不可避免的杂质；
所述复板的化学成分质量百分比为：C≤0.06％；Si≤0.75％；Mn≤2.0％；Cr：17.5～19.5％；Ni：8.0～12.0％；N≤0.10％；P≤0.045％；S≤0.030％，余量为铁和不可避免的杂质。
进一步，所述基板上下表面包覆的复板总厚占复合板全厚的10～30％，基板上下表面的复板厚度对称或不对称。
所述冷轧双面不锈钢复合板的室温延伸率≥45％。
本发明所述基板为超低碳铝镇静钢，该碳钢基材成分限定理由如下：
C：碳钢中，当C含量较低时，低碳钢屈服强度会出现明显下降，难以保证用户对强度的要求。当C含量较高，与不锈钢复合时，在复合界面处容易产生脱碳层，形成异常过渡组织，同时碳钢基材容易产生屈服点延伸，影响不锈钢复合板性能及表面质量。因此，本发明设计碳含量为0.0005～0.004％。
N：N与C的作用相似，本发明钢中设计N含量为0.0005～0.005％。
Al：Al是固定钢中N并使之稳定化的重要成分，将Al含量控制在0.025％以上对促进低碳钢力学性能稳定及对冷轧不锈钢复合板表面质量改善有明显作用。但Al含量超过0.055％时，材料成本增加，而且增加碳钢基板原始连铸坯制造阶段的断裂风险。因此，本发明基材中控制Al含量为0.025～0.055％。
Ti、Nb：Ti、Nb是间隙碳原子的有效固定元素，减少碳钢基材中固溶的碳含量，对改善冷加工过程中冷轧不锈钢复合板的表面质量有明显作用。将Ti含量固定在0.01％以上、Nb含量固定在0.001％以上，就对降低0.0005％碳含量的碳钢中的固溶碳起到了比较好的改善作用。考虑到碳钢基材中碳含量上限为0.004％及合金成分成本等问题，将本发明中Ti≤0.08％、Nb≤0.05％。因此，本发明控制Ti：0.01～0.08％、Nb：0.001～0.05％。
Si、Mn、P、S元素含量的控制主要依据现有常规超低碳钢的成分体系及实际生产中最优控制要求而定。
本发明所述的复材主要采用304不锈钢成分体系，其中，对C含量作了限定，具体为C≤0.06％，因为过高的C含量，导致复合板在后续热加工或处理过程中，铬的碳化物容易在奥氏体不锈钢晶间析出或析出后完全固溶较困难，影响不锈钢耐腐蚀性能。
本发明复合板厚度配比方面，复合比(即复板厚度占复合板全厚的比例)太小，不锈钢复板太薄，生产过程容易产生轧制孔洞及裂纹等表面缺陷，影响复合板表面质量和使用寿命，单面不锈钢厚度比例宜控制在5％以上；另一方面，复合比太大，材料成本较高，产品的经济性较差。为此，复板厚度占复合板全厚的10～30％，即复合比在0.1～0.3之间。
本发明所述的具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板的制造方法，其包括如下步骤：将所述基板及所述复板通过爆炸、扩散焊接或真空焊接方法制成双面不锈钢复合坯，该复合坯经热轧、热轧后退火+酸洗、冷轧工序制成轧硬态冷轧卷，随后再经冷轧后退火+酸洗，在线平整，得到板形良好的冷轧双面不锈钢复合板。其中，热轧后退火温度≥950℃，冷轧后退火温度为880～920℃。
本发明所述基板及复板通过爆炸、扩散焊接或真空焊接等方法制成双面不锈钢复合坯，制成的复合坯可通过后续的热轧工序实现复合界面为物理冶金结合，随后的热处理及冷轧工序可以进一步增强复合界面的冶金结合情况。本发明采用类似于纯不锈钢的生产工艺流程可充分利用现有不锈钢生产制造设备，无需进行新的产线设计及设备投资。
本发明热轧卷的退火温度在950℃以上，使得热轧过程中复板不锈钢析出的碳化物充分固溶，降低后续冷轧卷板退火工艺要求。若热轧卷的退火温度较低，热轧及热轧冷却过程不锈钢复板中析出的碳化物无法充分固溶，部分析出碳化物会保留至冷轧状态，而冷轧卷的退火温度一般不宜过高，这样热轧卷退火热处理过程中未充分固溶的碳化物在冷轧卷退火热处理过程中会继续保留，以致影响最终成品卷的表面腐蚀性能。
本发明冷轧复合卷板的退火温度设定为880～920℃，是因为如果退火温度过低，复板不锈钢容易产生碳化物析出，影响不锈钢表面耐蚀性，同时复板不锈钢也不能适当再结晶软化，而过高的退火温度会让碳钢基材晶粒严重长大，严重影响不锈钢复合板综合力学性能和成形后的表面质量。
本发明制得的冷轧双面不锈钢复合板的基板组织均匀，成品表面无屈服花纹缺陷，耐蚀性较好，室温延伸率≥45％，成形后无表面桔皮现象产生。
本发明的有益效果：
1.本发明基材采用上述设计成分的超低碳铝镇静钢，使得碳钢基板与不锈钢复板界面附近没有明显的异常组织，碳钢基板组织均匀，通过不锈钢正常工艺流程生产的冷轧双面复合板表面不会产生表面屈服花纹缺陷。
2.本发明采用合理的固溶热处理工艺，保证碳钢基材组织及晶粒尺寸稳定控制，冷轧双面复合板成形后无桔皮缺陷，表面质量优良，同时复板不锈钢发生再结晶软化，无碳化物析出，使得整体材料具有较好的力学性能和表面耐蚀性。
3.本发明控制复板总厚为冷轧双面复合板全厚的10～30％，使得复合板材料具有良好使用性能的同时，还具有较好的经济性。
4.本发明冷轧双面复合板的基板与复板界面存在原子间元素过度，为冶金结合，界面结合力强，成形及焊接后无分层开裂。
5.本发明制备得到的冷轧双面复合板的室温延伸率达45％以上，满足了开槽折弯等高成形要求，弥补现有冷轧不锈钢复合板的不足。
附图说明
图1为传统冷轧不锈钢复合板横截面显微金相组织照片。
图2为本发明实施例1中冷轧后退火温度为900℃得到的复合板横截面显微金相组织照片。
图3为本发明实施例1中冷轧后退火温度为900℃得到的复合板复合界面元素过渡情况。
图4为冷轧不锈钢复合板开槽折弯示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
表1为本发明实施例及对比例基板、复板钢的成分及复合配比，表2为本发明实施例及对比例复合板的关键制造工艺及性能。
按照表1的成分及复板总厚占复合板全厚10～30％的复合配比选定加工好碳钢基板及不锈钢复板，然后通过爆炸、扩散焊接或真空焊接方法制成双面不锈钢复合坯，优先采用真空电子束焊接的方法制坯，经热轧、热轧后退火+酸洗及冷轧系列工序制成轧硬态冷轧卷，随后，冷轧后退火+酸洗，在线平整，得到板形良好的2B冷轧双面不锈钢复合卷板。其中，热轧后退火温度为950℃以上，冷轧后退火温度为880～920℃。
对上述方法得到的冷轧不锈钢复合板进行表面质量检查及力学、成形、腐蚀等各项性能检测。其中，力学拉伸性能按照GB/T6396-2008复合钢板力学及工艺性能试验方法进行；腐蚀性能按照GB/T10125-1997人造气氛腐蚀试验-盐雾试验方法进行240h试验；成形性能则按非标方法进行，即在冷轧不锈钢复合板一面开出相当于3/4板厚深度的90°直角V型沟槽，然后弯折90°，如图4所示，观察弯折处外表面是否有开裂及桔皮缺陷。
由图1、图2所示，与传统冷轧不锈钢复合板横截面显微组织相比，本发明得到的双面不锈钢复合板基板的组织均匀，界面结合处不存在异常组织。
由图3所示，可以观察到本发明复合板基板和复板界面结合处，Fe、Cr等金属元素存在10～20μm的过渡层，基板与复板材料发生明显的物理冶金结合。
由表2可知，本发明制备的冷轧双面不锈钢钢复合板具有很好的力学性能，室温延伸率达45％以上，90°开槽折弯成即形后无开裂及桔皮现象，成品表面无屈服花纹缺陷，耐蚀性较好，可应用于装饰面板及成形要求较高的领域。
Claims (5)
1.一种具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板，其包括基板与复板，基板上下表面整体连续地包覆着复板，其特征在于，
所述基板的化学成分质量百分比为：C：0.0005～0.004％；Si≤0.10％；Mn：0.05～0.30％；Al：0.025～0.055％；N：0.0005～0.005％；Ti：0.01～0.08％；Nb：0.001～0.05％；P：0.007～0.015％；S：0.001～0.010％，余量为铁和不可避免的杂质；
所述复板的化学成分质量百分比为：C≤0.06％；Si≤0.75％；Mn≤2.0％；Cr：17.5～19.5％；Ni：8.0～12.0％；N≤0.10％；P≤0.045％；S≤0.030％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板，其特征在于，所述基板上下表面包覆的复板总厚占复合板全厚的10～30％，基板上下表面的复板厚度对称或不对称。
3.根据权利要求1所述具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板，其特征在于，所述冷轧双面不锈钢复合板的室温延伸率≥45％。
4.如权利要求1-3任一项所述具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板的制造方法，其包括如下步骤：将权利要求1或2所述基板和所述复板通过爆炸、焊接制成双面不锈钢复合坯；该复合坯经热轧、热轧后退火+酸洗、冷轧制成轧硬态冷轧卷，随后再经冷轧后退火+酸洗，在线平整，得到冷轧双面不锈钢复合板；其中，热轧后退火温度≥950℃，冷轧后退火温度为880～920℃。
5.根据权利要求4所述具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板的制造方法，其特征在于，所述冷轧双面不锈钢复合板的室温延伸率≥45％。
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