CN108085585B - 一种高强耐蚀复合花纹钢及其制造方法 - Google Patents

一种高强耐蚀复合花纹钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强耐蚀复合花纹钢，包括基板和单面或双面轧制复合于基板上的花纹复层；所述基板的化学元素质量百分比为：C：0.01～0.20％、Si：0.10～0.5％、Mn：0.5～2.0％、Al：0.02～0.04％、Ti：0.005～0.018％、Nb：0.005～0.020％、0＜B≤0.0003％、N≤0.006％，余量为铁和其他不可避免杂质。相应地，本发明还公开了一种上述的高强耐蚀复合花纹钢的制造方法。本发明所述的高强耐蚀复合钢板强度高，耐蚀性强，其屈服强度≥470MPa，抗拉强度≥610MPa，剪切强度≥410MPa，延伸率≥40％。

Description

一种高强耐蚀复合花纹钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种复合板及其制造方法，尤其涉及一种复合花纹钢及其制造方法。
背景技术
花纹板具有外形美观、表面防滑的优点，因而在市场应用广泛。目前花纹钢分为碳钢花纹板和不锈钢花纹板。然而上述花纹钢分别存在以下问题：
对于碳钢花纹板而言，在其长期使用过程中，由于碳钢锈蚀导致使用过程中存在安全隐患，因而，为了防止锈蚀而需要定期对花纹钢进行防腐处理。防腐处理过程对生产成本和人力成本耗费巨大，其不仅对于区域环境要求极高(例如防腐过程需要在灰尘极少的区域内进行)，而且所采用的防腐材料为对人体健康不利的化学物质(例如防腐材料使用油漆)。此外，对碳钢花纹板采用防腐处理时，防腐处理对钢板的使用也会造成影响。另外，碳钢花纹板还存在钢板强度级别不高、需要增加耐蚀裕量而造成构建重量偏大的问题。
对于不锈钢花纹板而言，其存在屈服强度低，影响构件整体稳定性的问题，而为了满足构件稳定性需求，在使用时，对不锈钢花纹板厚度增加，进而影响了构件重量。
此外，碳钢花纹板与不锈钢花纹板都存在焊接难度大的问题。
基于上述考虑，期望采用碳钢作为基层，提供结构性能例如强度，不锈钢板作为复层，提供耐蚀性，通过将基层与复层复合轧制成复合花纹钢，用以满足强度和耐蚀性的综合要求。
然而，目前现有技术在利用复合轧制实现复合花纹钢时存在如下技术难点：
(1)复合花纹板在轧制花纹时，花纹层金属向花纹辊刻槽内流动，复层与基层的结合面承受较大的拉应力，特别是花纹面复层的厚度较薄时，结合面容易分离、开裂。
(2)复合花纹板的复层与基层的物性参数、高温变形特性差别较大，从而使得轧制后的花纹板因末道次机架的负荷分配明显增大，导致生产不稳定，所产生的钢板表面质量不一。
(3)花纹高度是花纹板产品花纹表面质量的主要指标，目前现有技术中对保证花纹高度要求难以满足。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种高强耐蚀复合花纹钢，通过合理的化学质量配比使得采用复合轧制的复合花纹钢具有强度高，耐蚀性强，屈服强度≥470MPa，抗拉强度≥610MPa，剪切强度≥410MPa，延伸率≥40％。
为了实现上述目的，本发明提出了一种高强耐蚀复合花纹钢，包括基板和单面或双面轧制复合于基板上的花纹复层；所述基板的化学元素质量百分比为：
C：0.01～0.20％、Si：0.10～0.5％、Mn：0.5～2.0％、Al：0.02～0.04％、Ti：0.005～0.018％、Nb：0.005～0.020％、0＜B≤0.0003％、N≤0.006％，余量为铁和其他不可避免杂质。
在本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢中，不可避免的杂质主要是S和P元素，杂质元素含量越低技术效果越好，然而考虑到钢厂的实际的炼钢水平，因而，在本发明技术方案中，控制基板中P≤0.015％，S≤0.010％。
本发明所述的高强耐腐蚀复合花纹钢中所述的基板的各化学元素的设计原理为：
C：碳是奥氏体稳定化元素。在钢中起到固溶强化的作用，能够明显提高钢的强度，然而当C的质量百分比高于0.20％时，则对焊接性能和韧性不利，也容易使钢增加诸如珠光体组织及马奥岛的硬相组织，对钢的耐蚀性能有不利影响。因此，综合考虑钢板的强韧性匹配以及对钢的耐蚀性的要求，本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢的基板中的碳的质量百分比控制在0.01～0.20％，用以保证所述的高强耐蚀复合花纹钢的强度和韧性，且焊接性能良好。
Si：在本发明技术方案中，钢中加硅能提高钢质纯净度和脱氧。硅在钢中起固溶强化作用，但过高质量百分比的硅不利于焊接性能。由于花纹复层的钢中也含有硅，因而，在本发明技术方案中，对基板中的硅的质量百分比控制在0.10-0.50％，在此范围内的硅不会对花纹复层的耐蚀性有任何影响，且使得基板具备良好的焊接性能。
Mn：在本发明所述的技术方案中，Mn可以推迟珠光体转变，降低临界冷却速度，提高钢的淬透性，同时对钢具有固溶强化的作用，是钢中的主要固溶强化元素。但锰的质量百分比高于2.0％时，容易出现偏析带以及马氏体组织，对钢的韧性有不利影响。此外，偏析带的出现对钢的耐蚀性能也会有所降低。而当锰的质量百分比低于0.5％时，不利于钢的强度级别提升，因此，本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢的基板中对锰的质量百分比限定在0.5-2.0％。
Al：Al是钢中的强脱氧元素。为了降低钢中的氧元素的含量，铝的质量百分比控制在0.02～0.04％。此外，脱氧后多余的铝和钢中的氮元素能形成AlN析出物，有助于提高钢的强度并且在热处理加热时能细化钢的奥氏体晶粒度。
Ti：Ti是强碳化物形成元素，钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N，形成的TiN能使复合坯加热时基层奥氏体晶粒不过分长大，细化原始奥氏体晶粒度。钛在钢中还可分别与碳和硫化合生成TiC、TiS、Ti4C2S2等，上述化合物以夹杂物和第二相粒子的形式存在。钛的上述碳氮化物析出物在焊接时还可阻止热影响区晶粒长大，改善焊接性能。因此，本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢中基板的钛的质量百分比控制在0.005～0.018％。
Nb：铌是强碳化物形成元素，在本发明所述的技术方案中，基板中加入铌主要是为了提高再结晶温度，使得基板晶粒细化，有利于基板的低温冲击韧性的提高。因此，本发明所述的Nb的质量百分比控制在0.005～0.020％。
B：硼能极大地提高钢的淬透性，可以抑制贝氏体的形成，为了保证本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢具有高强度，因此，对硼的质量百分比控制在：0＜B≤0.0003％
N：在本发明所述的技术方案中，N起到的作用与碳相似，通过对N的质量百分比控制在N≤0.006％，从而保证本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢强度。在一些优选的实施方式中，为了进一步保证所述的高强耐蚀复合花纹钢的强度，对N的质量百分比优选限定在N：0.0005％～0.005％。
进一步地，本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢中，所述基板还含有Ni、Cr和Mo元素的至少其中之一，其中Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo≤0.10％。
其中，添加Ni是因为：Ni是稳定奥氏体的元素，对提高钢的强度有一定的作用。钢中加镍，尤其是在调质钢中加镍能大幅提高钢的低温冲击韧性。但是由于镍属于贵重合金元素，添加过多会增加生产成本。对于本发明所述的技术方案而言，为了进一步提高基板的低温冲击韧性的时，可适量添加镍，Ni的质量百分比控制在Ni≤0.20％。
添加Cr是因为：Cr的偏析倾向较锰小，当基板的钢中有明显的偏析带及带状组织的时候，可适当降低锰的含量，减少的含量以铬替代，从而提高钢的强度和耐蚀性。此外，基板中添加铬也有利于抑制花纹复层的铬向基板扩散。因此，在本发明中可适量添加铬，Cr的质量百分比控制在Cr≤0.20％。
添加Mo是因为：Mo能进一步细化晶粒，提高钢的强度和韧性。在本发明技术方案中，钼能减少钢的回火脆性，同时回火时还能析出非常细小的碳化物，显著强化钢的基体。此外，钼的添加有利于抑制本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢容易产生的自回火脆性，但由于钼是非常昂贵的合金元素，因此，本发明的技术方案中对Mo的质量百分比限定在Mo≤0.10％。
进一步地，本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢中，所述花纹复层为奥氏体不锈钢。
需要说明的是，在本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢中花纹复合层可以根据各实施方式的具体情况选择满足国家或国际标准要求的奥氏体不锈钢，例如304、304L、316、316L。
进一步地，本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢中，所述基板的微观组织为铁素体+珠光体。
进一步地，本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢中，在基板和花纹复层的结合处具有过渡层，所述过渡层的厚度≤200μm。
所述的过渡层中各化学元素质量百分比呈梯度分布。也就是说，由于花纹复层和基板中各化学元素质量配比的不同，因此，各化学元素沿厚度方向从质量百分比较高的一侧扩散至质量百分比较低的另一侧，形成过渡层中各元素梯度分布。所述的过渡层有利于提高基板与花纹复层的结合强度，在花纹形成过程中的塑性变形下不易发生分层开裂，此外，所述的过渡层促进基板金属元素随花纹复层金属流动，有利于花纹高度的形成。
进一步地，本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢中，花纹复层的厚度占高强耐蚀复合花纹钢厚度的10-40％。这是因为：对花纹复层的厚度控制有利于保证花纹的成形性、保证花纹板的耐蚀性，并且还有利于提升钢力学性能。当花纹复层的厚度大于高强耐蚀复合花纹钢厚度的40％，则影响钢的强度；当花纹复层的厚度小于高强耐蚀复合花纹钢厚度的10％，则花纹复层无法轧制出较高的花纹高度，降低了钢的表面质量和使用寿命。因此，对花纹复层的厚度控制有利于本发明所述的高强耐蚀花纹钢获得良好的耐蚀性能、力学性能及成形性。
进一步地，本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢中，其屈服强度≥470MPa，抗拉强度≥610MPa，剪切强度≥410MPa，延伸率≥40％。
相应地，本发明的另一目的还在于提供一种上述高强耐蚀复合花纹钢的制造方法，包括步骤：
(1)制得基板板坯和复层板坯；
(2)将基板板坯和复层板坯进行组坯，对各层的贴合面的四周进行焊接密封，然后抽真空；
(3)复合轧制：先将组坯在1100～1180℃的温度下加热，然后进行多道次轧制，得到复合钢板，控制总压下率不低于70％，终轧温度不低于900℃，多道次轧制的最后一道次轧制表面花纹，控制最后一道次的压下率为10％-20％；
(4)水冷后卷取。
在本发明所述的制造方法中，采用复合轧制获得高强耐蚀复合花纹钢，通过对工艺中各参数的控制实现了基板与复层之间的完全冶金结合，所获得的高强耐蚀花纹钢兼具良好的耐蚀性和优良的力学性能。
需要说明的是，在一些优选的实施方式中，在步骤(2)中，对基板板坯和复层板坯的组坯前，对各层的需要贴合面的表面进行预处理，以去除表面氧化膜。
此外，在步骤(3)中，组坯加热温度限定在1100～1180℃，是因为：在此温度范围内加热，有利于复层板坯获得均匀的奥氏体组织，使得碳化物完全溶解，并且使得基板板坯中的铌、钛等合金元素的化合物全部或部分溶解，有利于完全冶金结合。
另外，在本发明所述的技术方案中，表面花纹采用花纹辊轧制，表面花纹的样式可根据各实施方式的具体情况进行设置，例如扁豆型、菱形。为了进一步提高表面花纹的质量，花纹辊刻花深度设置为2.8-4mm。
进一步地，本发明所述的制造方法中，在所述步骤(3)中，控制终轧温度为920-1000℃。这是因为，当终轧温度高于1000℃时，易出现钢板粘结在花纹辊上，导致花纹辊槽内内填充，使得之后生产的钢板表面花纹质量无法达到要求。
进一步地，本发明所述的制造方法中，在所述步骤(4)中，卷取温度为500～650℃。这是因为：当卷取温度高于650℃时，成卷时钢板表面花纹会刻印在相邻的带钢表面。
本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢通过基板和花纹复层的设计，尤其是对基板各化学元素质量比的控制，使其具有高强度和高耐蚀性能，所述的高强耐蚀复合花纹钢，其屈服强度≥470MPa，抗拉强度≥610MPa，剪切强度≥410MPa，延伸率≥40％。
此外，本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢表面质量高，无开裂分层现象。
本发明所述的高强耐蚀复合花纹钢的制造方法通过对各工艺参数的控制，实现了基板与复层的完全冶金结合，使得所获得的高强耐蚀复合花纹钢也具有上述优点。
附图说明
图1显示了实施例1的高强耐蚀复合花纹钢在低倍镜观察下的金相组织。
图2为实施例1的高强耐蚀复合花纹钢的基板的金相组织照片。
图3为实施例1的高强耐蚀复合花纹钢的位于基板与花纹复层间的一侧过渡层的金相组织照片。
图4为实施例1的高强耐蚀复合花纹钢的位于基板与花纹复层间的另一侧过渡层的金相组织图。
图5为实施例1的高强耐蚀复合花纹钢的花纹复层中表面花纹样式示意图。
图6显示了实施例1的高强耐蚀复合花纹钢的花纹复层中表面花纹在另一视角下的结构示意图。
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所述的一种高强耐蚀复合花纹钢及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-4
表1列出了实施例1-4的高强耐蚀复合花纹钢中各坯层的化学元素质量百分比。
表1.(wt％，余量为Fe和除了P、S以外其他不可避免的杂质)
Figure BDA0001160164040000071
实施例1-4的高强耐蚀复合花纹钢的制造方法采用以下步骤制得(各实施例中的具体工艺参数参见表2)：
(1)按照表1所列的各化学组分制得基板板坯和复层板坯；
(2)将基板板坯和复层板坯进行组坯，对各层的贴合面的四周进行焊接密封，然后抽真空；
(3)复合轧制：先将组坯在1100～1180℃的温度下加热，然后进行多道次轧制，得到复合钢板，控制总压下率不低于70％，终轧温度为920-1000℃，多道次轧制的最后一道次轧制表面花纹，控制最后一道次的压下率为10％-20％；
(4)水冷后卷取，卷取温度为500-650℃。
表2列出了实施例1-4的高强耐蚀复合花纹钢的制造方法的具体工艺参数。
表2.
Figure BDA0001160164040000081
表3列出了实施例1-4的高强耐蚀复合花纹钢经各项性能测试后的测试结果。
表3.
Figure BDA0001160164040000082
由表3可以看出，实施例1-4的屈服强度≥470MPa，抗拉强度≥610MPa，剪切强度≥410MPa，延伸率≥40％，说明本案各实施例的强度较高，力学性能优良。
图1显示了实施例1的高强耐蚀复合花纹钢在低倍镜观察下的金相组织。如图1所示，实施例1的高强耐蚀复合花纹钢具有花纹复层1和基板2。
图2为实施例1的高强耐蚀复合花纹钢的基板的金相组织照片。如图2所示，基板为铁素体和珠光体组织，微观组织晶粒细小、均匀，铁素体平均晶粒尺寸在10μm以内。
图3为实施例1的高强耐蚀复合花纹钢的位于基板与花纹复层间的一侧过渡层的金相组织照片。如图3所示，实施例1的基板13与花纹复层11间具有过渡层12。
图4为实施例1的高强耐蚀复合花纹钢的位于基板与花纹复层间的另一侧过渡层的金相组织图。如图4所示，实施例1的基板13与花纹复层21间具有过渡层22。
结合图3和图4可知，实施例1的基板和双面轧制复合于基板上的花纹复层间具有过渡层，所形成的过渡层12和22有利于提高基板13与花纹复层11、21的结合强度，使得实施例1不易发生分层开裂。
图5为实施例1的高强耐蚀复合花纹钢的花纹复层中表面花纹样式示意图。如图5所示，实施例1的表面花纹样式为扁豆形。
图6显示了实施例1的高强耐蚀复合花纹钢的花纹复层中表面花纹在另一视角下的结构示意图。如图6所示，实施例1的表面花纹高度h为1.02mm。
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 (8)

1.一种高强耐蚀复合花纹钢，其特征在于，包括基板和单面或双面轧制复合于基板上的花纹复层；所述基板的化学元素质量百分比为：
C：0.01～0.20％、Si：0.10～0.5％、Mn：0.5～2.0％、Al：0.02～0.04％、Ti：0.005～0.018％、Nb：0.005～0.020％、0＜B≤0.0003％、N≤0.006％，余量为铁和其他不可避免杂质；
在基板和花纹复层的结合处具有过渡层，所述过渡层的厚度≤200μm，所述过渡层中各化学元素质量百分比呈梯度分布；
所述基板的微观组织为铁素体+珠光体，其中，铁素体平均晶粒尺寸在10μm以内。
2.如权利要求1所述的高强耐蚀复合花纹钢，其特征在于，所述基板还含有Ni、Cr和Mo元素的至少其中之一，其中Ni≤0.20％、Cr≤0.20％、Mo≤0.10％。
3.如权利要求1所述的高强耐蚀复合花纹钢，其特征在于，所述花纹复层为奥氏体不锈钢。
4.如权利要求1所述的高强耐蚀复合花纹钢，其特征在于，花纹复层的厚度占高强耐蚀复合花纹钢厚度的10-40％。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的高强耐蚀复合花纹钢，其屈服强度≥470MPa，抗拉强度≥610MPa，剪切强度≥410MPa，延伸率≥40％。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的高强耐蚀复合花纹钢的制造方法，其特征在于，包括步骤：
(1)制得基板板坯和复层板坯；
(2)将基板板坯和复层板坯进行组坯，对各层的贴合面的四周进行焊接密封，然后抽真空；
(3)复合轧制：先将组坯在1100～1180℃的温度下加热，然后进行多道次轧制，得到复合钢板，控制总压下率不低于70％，终轧温度不低于900℃，多道次轧制的最后一道次轧制表面花纹，控制最后一道次的压下率为10％-20％；
(4)水冷后卷取。
7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，控制终轧温度为920-1000℃。
8.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，卷取温度为500～650℃。
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