CN108118252A - 一种马氏体不锈钢轧制复合钢板及其制造方法 - Google Patents

一种马氏体不锈钢轧制复合钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种马氏体不锈钢轧制复合钢板，包括基层和轧制复合于基层上的马氏体不锈钢复层；所述基层的化学元素质量百分比为：C：0.1～0.2％、0＜Si≤0.35％、Mn：0.5～1.5％、Al：0.02～0.04％、Ti：0.005～0.018％、Nb：0.005～0.020％、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马氏体不锈钢轧制复合钢板。本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板，其基层屈服强度≥235MPa，延伸率A50≥18％，0℃夏比冲击功Akv≥100J，马氏体不锈钢轧制复合钢板的剪切强度≥385MPa。

Description

一种马氏体不锈钢轧制复合钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种复合板及其制造方法，尤其涉及一种轧制复合钢板及其制造方法。
背景技术
马氏体不锈钢复合钢板作为一种重要的钢铁材料，其独特的兼具不锈钢耐蚀性能和碳钢力学性能的综合性能优势，使之被广泛应用于冶金、矿山机械、水电站等行业。随着我国工业的飞速发展以及各类军用及民用对设备的使用寿命的要求提升，以及生产及使用过程的对绿色环保超低碳排放的要求，使得对复合板的性能要求也随之提高。
现有技术中，复合钢板通常采用传统的机械复合和爆炸复合，上述两种工艺在控制复合板复层和基层性能的时候能够分开控制，然后再将其组合在一起。即在复合前可以分别将不锈钢和碳钢的各自所要求的性能处理到合适的状态，再施以机械复合力或爆炸冲击力使之合二为一，获得复合板。但是这两种复合方法各有各的缺点。例如：机械复合的复合板其不锈钢复层和碳钢基层中间没有完整的冶金结合，只是通过机械的力贴在一起，使用过程中复合界面容易开裂、脱落，失效快；爆炸复合的缺点是其本身工艺方法对工艺环境要求较为严格，需要在深山老林，环境人烟稀少的地方执行，此外，爆炸时产生的噪音、震动和冲击波对周边环境影响极大，在环境意识崛起的当前时期，这种工艺方法受环境条件因素限制较大。另外，爆炸复合生产的复合板其复合界面的剪切强度较低。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种马氏体不锈钢轧制复合钢板，所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板具有硬度高、力学性能好以及一定的冷弯及成型性能。
为了实现上述目的，本发明提出了一种马氏体不锈钢轧制复合钢板，其包括基层和轧制复合于基层上的马氏体不锈钢复层；所述基层的化学元素质量百分比为：
C：0.1～0.2％、0＜Si≤0.35％、Mn：0.5～1.5％、Al：0.02～0.04％、Ti：0.005～0.018％、Nb：0.005～0.020％、N≤0.006％，余量为铁和其他不可避免杂质。
对于马氏体不锈钢复层可采用本领域内技术人员所知晓的马氏体不锈钢，例如：30Cr13、20Cr13、40Cr13以及其它类型的马氏体不锈钢。
C：碳是钢中重要的合金元素。碳含量的提高能使钢板的强度和硬度得到提升，但质量百分比过高的碳也会导致钢板的塑性韧性下降，影响钢板的焊接性能。在本发明所述的技术方案中，考虑碳对基层钢板性能的影响以及轧制复合时避免马氏体不锈钢复层的碳向基层的扩散迁移，因而，适当提高基层的碳含量，其质量百分比限定在0.1-0.2％，以保证马氏体不锈钢轧制复合钢板获得高强度和硬度。
Si：钢中添加硅能提高钢的纯净度，并且Si能起到脱氧的作用。此外，硅在钢中起固溶强化作用，但过量的硅不利于焊接性能。由于马氏体不锈钢复层内也具有硅，故对于基层中硅的质量百分比限定在0＜Si≤0.35％，有利于降低其对马氏体不锈钢复层耐腐蚀性的影响，同时也能够保证基层的良好的焊接性能。
Mn：在本发明所述的技术方案中，锰起到强化合金元素，同时锰增加钢的淬透性，降低马氏体形成的临界冷速。另外，锰有利于提高钢的强度级别。考虑到过量的锰具有较高的偏析倾向，因而本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板的基层对锰的质量百分比限定在0.5～1.5％。
为了进一步提高本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板的，本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板的Mn更为优选范围为：0.8-1.2％。
Al：Al在本发明所述的技术方案中，Al为强脱氧元素，用于降低钢中的氧的质量百分比。本发明所述的技术方案中控制铝的质量百分比在0.02～0.04％，是因为脱氧后铝会和氮元素能形成AlN析出物，有利于提高钢强度并且起到细化晶粒的作用。
Ti：钛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，抑制晶粒过分长大，起到细化晶粒的作用。此外，钛在钢中还可分别与碳和硫化合生成TiC、TiS、Ti4C2S2，上述化合物以夹杂物和第二相粒子的形式存在。钛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，在本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板的基层对Ti的质量百分比控制在Ti：0.005～0.018％。
Nb：铌是强碳化物形成元素，在基层中添加铌有利于提高再结晶温度，从而起到晶粒细化作用，有利于基层的低温冲击韧性的提高。因此，在本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板的基层中对铌的质量百分比控制在0.005～0.020％。
N：N是奥氏体稳定化元素，其在基层中是作为炼钢气体元素的残留余量，因而，在本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板中对N的质量百分比控制在N≤0.006％。
此外，在本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板中，不可避免的杂质主要是S和P元素，因而需要控制基层中P≤0.015％，S≤0.010％。
进一步地，本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板中，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％。
为了进一步提高本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板的实施效果，可以添加Ni、Cr和Mo元素的至少其中之一，这是因为：
Ni：在本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板中添加Ni，有利于稳定奥氏体，并且有利于提高钢的强度。钢中添加Ni能大幅提高钢的低温冲击韧性。但由于镍属于贵重合金元素，添加过多将提高生产成本。对于马氏体不锈钢轧制复合板而言，适量添加Ni有利于提高基层的低温冲击韧性，因此，本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板对Ni的质量百分比控制在Ni≤0.20％。
Cr：由于铬的偏析倾向相较于锰小，因而，当基层的钢中有明显的偏析带及带状组织的时候，通过添加铬来改善钢的性能。其次，基层添加铬也有利于抑制马氏体不锈钢复层的铬向基层的扩散。鉴于此，本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板对Cr的质量百分比限定在Cr≤0.20％。
Mo：钼有利于细化晶粒，提高钢的强度和韧性。此外，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，有利于强化钢的基层基体。另外，钼的添加有利于抑制马氏体不锈钢轧制复合钢板产生的自回火脆性。因此，本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板中对钼的质量百分比限定在Mo≤0.10％。
进一步地，本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板中，所述马氏体不锈钢复层的微观组织全部为马氏体或马氏体+少量碳化物，其中碳化物的相比例不超过2％。
进一步地，本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板中，所述基层的微观组织为铁素体+珠光体。
进一步地，本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板中，在基层和马氏体不锈钢复层的结合处具有过渡层，所述过渡层的厚度≤200μm。
在本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板中，由于位于基层和马氏体不锈钢复层中各元素的质量百分比不同，导致质量百分比高的元素会向质量百分比低的一侧扩散，进而使得结合处的元素的质量百分比呈梯度分布，形成过渡层。
进一步地，本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板中，所述过渡层的微观组织为铁素体+碳化物。
进一步地，本发明如所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板中，其基层屈服强度≥235MPa，延伸率A50≥18％，0℃夏比冲击功Akv≥100J，马氏体不锈钢复合钢板剪切强度≥385MPa。
相应地，本发明的另一目的还在于提供一种可用于制造上述马氏体不锈钢轧制复合钢板的制造方法，采用该制造方法的马氏体不锈钢轧制复合钢板具有高强度、一定的冷弯和成型性能。
为了达到上述发明目的，本发明还提出了一种上述马氏体不锈钢轧制复合钢板的制造方法，包括步骤：
(1)制得基板板坯和复层不锈钢板坯；
(2)将至少一层基板板坯和至少一层复层板坯进行组坯；
(3)复合轧制：先将复合坯在1100～1180℃的温度下加热，然后进行多道次轧制，控制总压下率不低于70％，终轧温度不低于900℃；
(4)复合板热矫直；
(5)复合板送冷床单张空冷，下冷床后单张空冷终冷温度≤80℃以完成马氏体相变。
在本发明所述的制造方法中，通过将基板板坯与复层不锈钢板坯轧制复合，使得轧制后所获得马氏体不锈钢轧制复合钢板既具有良好的力学性能，又具有较好的焊接性能。
为了提高复合效果，在基板板坯和复层板坯组坯前，对基板板坯与复层板坯需要复合的板坯表面进行预处理，去除需要复合的表面的氧化物。在本发明所述的制造方法中，对于组坯的层数，本领域内技术人员可以根据各实施方式的具体情况进行设置，例如：设置组坯层数为两层，一层为基板板坯，另一层为复层板坯；又例如：设置组坯层数为四层，基板板坯为两层，复层板坯为两层，其中将两层马氏体不锈钢复层板坯复合时位于复合坯上下表面，基层板坯位于复合坯中间。在一些优选的实施方式中，基层板坯与基层板坯的层间铺设分离剂层。此外，在另一些优选实施方式中，基层与复层的结合界面抽真空。
为了保证马氏体不锈钢复层充分完成马氏体相变，使得本发明所述的马氏体不锈钢钢板的硬度较高，在步骤(5)中，单张钢板不允许堆垛，直至单张空冷终冷温度≤80℃。
此外，需要说明的是，步骤(5)获得的复合板不可以冷矫，但可以采用压平，以防止马氏体不锈钢复层开裂。此外，压平时，可以对板坯组合层数多的复合板在厚度方向上分离成子板后进行压平，以提高压平效果，例如，板坯组合层数为4层时，可在压平前进行切边分离成厚度方向上两块复合板子板后进行压平，以提高压平效果。
进一步地，本发明所述的制造方法，在所述步骤(4)中，热矫直停矫温度≥550℃。
进一步地，本发明所述的制造方法，在所述步骤(3)中，终轧温度为920～1000℃。
本发明所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板通过优化成分设计和工艺参数控制，使得所获的马氏体不锈钢轧制复合钢板其基层屈服强度≥235MPa，延伸率A50≥18％，0℃夏比冲击功Akv≥100J，马氏体不锈钢复合钢板剪切强度≥385MPa。
此外，本发明所述的制造方法通过将基板与复层板坯的复合轧制，使得复合钢板既具有优良的力学性能，又具有较高的硬度和一定的冷弯及成型性能。
附图说明
图1为实施例2的马氏体不锈钢轧制复合钢板的基层的金相组织。
图2为实施例2的马氏体不锈钢轧制复合钢板的复层的金相组织。
图3为实施例3的马氏体不锈钢轧制复合钢板的过渡层的金相组织。
图4为实施例3的马氏体不锈钢轧制复合钢板过渡层的金相组织放大图。
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马氏体不锈钢轧制复合钢板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1-9
表1列出了实施例1-9的马氏体不锈钢轧制复合钢板的各坯层的化学元素的质量百分比。
表1.(wt％，余量为Fe和除了P、S以外其他不可避免的杂质)
实施例1-9的马氏体不锈钢轧制复合钢板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所列的各坯层的质量百分配比制得基板板坯和复层不锈钢板坯；
(2)将至少一层基板板坯和至少一层复层板坯进行组坯；
(3)复合轧制：先将复合坯在1100～1180℃的温度下加热，然后进行多道次轧制，终轧温度不低于900℃；
(4)复合板热矫直：热矫直停矫温度≥550℃。；
(5)复合板送冷床单张空冷，下冷床后单张空冷终冷温度≤80℃以完成马氏体相变。
需要说明的是，基板板坯形成各实施例的马氏体不锈钢轧制复合钢板的基层，复层不锈钢板坯则形成各实施例的马氏体不锈钢轧制复合钢板的马氏体不锈钢复层。
表2列出了实施例1-9的马氏体不锈钢轧制复合钢板的制造方法的具体工艺参数。
表2.
表3列出了实施例1-9的马氏体不锈钢轧制复合钢板各项性能测试的测试结果。
表3.
由表3可以看出，各实施例其基层屈服强度≥235MPa，马氏体不锈钢轧制复合钢板剪切强度≥385MPa，其中基层硬度高于110HB，马氏体不锈钢复层的硬度高于48HRC，说明各实施例的力学性能良好。此外，各实施例的延伸率A50≥18％，0℃夏比冲击功Akv≥100J，说明本案实施例1-9的基层钢板韧性优良，并且复层在内侧的内弯性能测试的结果表明本案各实施例具备冷弯和成型性能。
图1为实施例2的马氏体不锈钢轧制复合钢板的基层的金相组织。从图1可以看出，实施例2的基层的微观组织为铁素体+珠光体。
图2为实施例2的马氏体不锈钢轧制复合钢板的复层的金相组织。从图2可以看出，实施例2的马氏体不锈钢复层的微观组织为马氏体。
图3为实施例3的马氏体不锈钢轧制复合钢板的过渡层的金相组织。从图3可以看出，在实施例3的基层和马氏体不锈钢复层的结合处具有过渡层，所述过渡层的厚度≤200μm。
图4进一步放大显示了实施例3的马氏体不锈钢轧制复合钢板过渡层的金相组织。从图4可以看出，实施例3的过渡层的微观组织为铁素体+碳化物。
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 (10)

1.一种马氏体不锈钢轧制复合钢板，其特征在于，包括基层和轧制复合于基层上的马氏体不锈钢复层；所述基层的化学元素质量百分比为：
C：0.1～0.2％、0＜Si≤0.35％、Mn：0.5～1.5％、Al：0.02～0.04％、Ti：0.005～0.018％、Nb：0.005～0.020％、N≤0.006％，余量为铁和其他不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板，其特征在于，所述基层还含有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所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板，其特征在于，所述马氏体不锈钢复层的微观组织全部为马氏体或马氏体+少量碳化物，其中碳化物的相比例不超过2％。
4.如权利要求1所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板，其特征在于，所述基层的微观组织为铁素体+珠光体。
5.如权利要求1所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板，其特征在于，在基层和马氏体不锈钢复层的结合处具有过渡层，所述过渡层的厚度≤200μm。
6.如权利要求5所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板，其特征在于，所述过渡层的微观组织为铁素体+碳化物。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板，其基层屈服强度≥235MPa，延伸率A50≥18％，0℃夏比冲击功Akv≥100J，马氏体不锈钢轧制复合钢板的剪切强度≥385MPa。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的马氏体不锈钢轧制复合钢板的制造方法，其特征在于，包括步骤：
(1)制得基板板坯和复层不锈钢板坯；
(2)将至少一层基板板坯和至少一层复层板坯进行组坯；
(3)复合轧制：先将复合坯在1100～1180℃的温度下加热，然后进行多道次轧制，终轧温度不低于900℃；
(4)复合板热矫直；
(5)复合板送冷床单张空冷，下冷床后单张空冷终冷温度≤80℃以完成马氏体相变。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，热矫直停矫温度≥550℃。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，终轧温度为920～1000℃。
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