CN108239725B - 一种高剪切强度轧制复合钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高剪切强度轧制复合钢板，其包括碳钢基层和轧制复合于碳钢基层上的不锈钢复层；所述碳钢基层的化学元素质量百分比为：C：0.17％～0.25％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.15％～1.50％；Mo：0.45％～0.60％；Ni：0.40％～0.70％；Al：0.020～0.040％；Ca：0.0010～0.0030％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。另外，本发明还公开了一种上述高剪切强度轧制复合钢板的制造方法。本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板，其室温下抗拉强度为570～690MPa，室温下屈服强度≥365MPa，剪切强度≥350MPa，延伸率≥20％。

Description

一种高剪切强度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，尤其涉及一种采用轧制复合工艺的复合钢板及其制造方法。
背景技术
安注箱是核电站安全注入系统中重要的应急安全设备，在反应堆压力降到中压时，安注箱能快速将硼酸溶液注入堆芯防止燃料棒熔化，以保证核电站安全，其质保要求非常严格。目前安注箱设备制造均采用复合板，即安注箱的结构材料为碳钢，其内壁为一层起耐腐蚀作用的不锈钢材料。日本核事故后，从安全角度考虑，国内设计者对该材料的剪切强度等关键指标提出了更高要求，而目前国内外现有的复合板生产技术已不能完全满足核电安注箱的技术要求。
公开号为CN102825858A，公开日为2012年12月19日，名称为“一种核电工程用复合钢板及其制备方法”的中国专利文献公开了一种核电工程用复合钢板，其采用的制造方法为爆炸焊接。爆炸焊接复合工艺是将两块要复合的钢板中间铺上炸药，用爆炸的方式使两块钢板固态焊接结合在一起。然而，该工艺显然不环保，而且复合钢板复合界面的结合率难以达到100％，钢板的尺寸精度也不高。另外，复合钢板的宽度受爆炸焊接复合工艺的限制，不能太宽，其宽度仅为1500mm，因此，在应用于对宽度有要求的核电设备的制造时，只能将几块钢板通过焊接的方法进行拼接使用，这样势必会增加设备结构的焊缝，从而增加设备制造难度及成本，同时焊缝的增加也会降低设备的安全性。由于采用爆炸复合，本已采用调质工艺(淬火+回火)生产的基层碳钢在与复层复合后，还需要进行正火+快速冷却+高温回火来恢复原来的调质态性能，即基层钢板需要进行两次热处理，一次是在爆炸复合前，基层钢板必须经调质(淬火+回火)工艺实现基层钢板要求的力学性能。第二次是在爆炸复合后，因为爆炸焊接过程是高温高压的过程，基层钢板经过这个过程，其原有的调质态已经被改变，基层钢板的力学性能也被随之被改变，为恢复基层钢板原有的调质态力学性能，必须要将已经复合好的基层钢板和复层钢板同时进入加热炉进行正火+快速冷却+高温回火。如此一来，势必增加复合钢板的制造成本。该发明所公开的技术方案中，基层板厚仅20mm，复层板厚仅3mm。
申请日为201010126501.1，申请日为2010年3月16日，名称为“一种核级压力容器用复合钢板”的中国专利文献公开了一种核级压力容器用复合钢板，该核级压力容器用复合钢板的基层碳钢牌号为SA533TP.B CL.1，复层不锈钢牌号为SA240TP304L，基层厚度55mm，复层厚度5mm。其制造方法为轧制复合或爆炸复合，但是这两种方法均未有详细的工艺说明，同时也未列出该核级压力容器用复合钢板的实际性能，从性能指标看，其剪切强度≥210MPa的要求偏低，已经不能满足现在核电机组的要求。
此外，安注箱用复合板对结合面强度、力学性能、探伤以及碳钢基层、不锈钢复层的厚度精度的要求均较高，因此复合钢板的制造难度极大。
鉴于此，期望获得一种复合钢板，在符合核电站安注箱用复合板的高要求的同时，该复合钢板能够达到剪切强度≥350MPa。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种高剪切强度轧制复合钢板，该高剪切强度轧制复合钢板具有较高的剪切强度，能够适用于核电站安注箱对复合板的使用要求。
为了实现上述目的，本发明提出了一种高剪切强度轧制复合钢板，其包括碳钢基层和轧制复合于碳钢基层上的不锈钢复层；其中，所述碳钢基层的化学元素质量百分比为：
C：0.17％～0.25％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.15％～1.50％；Mo：0.45％～0.60％；Ni：0.40％～0.70％；Al：0.020～0.040％；Ca：0.0010～0.0030％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。
目前国内主要采用爆炸复合制造工艺生产复合板，然而，本发明技术方案采用轧制复合工艺获得高剪切强度轧制复合钢板，该高剪切强度轧制复合钢板通过轧制复合工艺将不锈钢复层轧制复合于碳钢基层上来获得高剪切强度的复合钢板，该钢板的生产工艺简单环保，复合界面的结合率达到100％。本案发明人通过对碳钢基层的各个化学元素的合理设计，并结合轧制复合工艺，从而实现了碳钢基层和不锈钢复层的冶金结合，其碳钢基层的各化学元素设计原理如下所述：
C：在本发明所述的技术方案中，C是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素。随着钢中C的质量百分比的增加，钢的淬透性及钢淬火后基体的硬度提高，钢的抗拉强度和屈服极限上升但同时，钢的延伸率和缺口冲击韧性下降。因此，为了保证基层碳钢的高强度和高韧性，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板对碳钢基层的C的质量百分比限定在0.17％～0.25％。
Si：在本发明所述的技术方案中，Si是主要的脱氧剂，能与FeO作用生成SiO2，然后SiO2进入炉渣而被排除，少量以SiO2残存于钢中，成为非金属夹杂物。Si可起固溶强化的作用，同时Si减少C在奥氏体中的溶解度，促使C脱溶，以碳化物的形式析出。此外，适量的Si能加速焊接冶金过程的还原作用，还能提高焊缝金属的抗气孔能力。质量百分比高于0.40％的Si使焊缝金属的塑韧性降低。因此，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，对碳钢基层的Si的质量百分比限定在0.15％～0.40％。
Mn：Mn加入钢中能固溶于铁素体中，起到强化铁素体的作用。在碳的质量百分比限定在0.17％～0.25％条件下，Mn的质量百分比在1.50％以下时，有利于提高钢的强度的同时，仍可使钢保持较高的塑性和韧性。因此，本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板对碳钢基层的Mn的质量百分比限定在1.15％～1.50％。
Mo：在本发明所述的技术方案中，Mo是缩小奥氏体相区的元素，同时也抑制钢中奥氏体的分解，促使C和Fe形成复杂的碳化物。同时，Mo也可以起到固溶强化的作用，能提高钢材强度。为确保在本发明所述的技术方案中，钢经长时间模拟焊后热处理(SPWHT)后及150℃服役温度下仍然具有高的强度，因而，对碳钢基层的Mo的质量百分比限定在0.45％～0.60％。
Ni：Ni具有一定的强化作用，加入Ni有利于提高钢强度同时，加入Ni还能显著地改善钢材的韧性，特别是低温韧性的提高。因此，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板对Ni的质量百分比限定在0.40％～0.70％。
Al：Al是钢中的主要脱氧元素，有利于细化晶粒，在本发明所述的技术方案中，Al的质量百分比在0.02～0.04％。
Ca：为改善钢中硫化物的形态，提高钢的低温韧性，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢的碳钢基层中添加0.0010％～0.0030％的Ca。
需要说明的是，在本发明所述的技术方案中，在碳钢基层中的不可避免的杂质元素包括Cr、Cu、V、Nb、Ti、B、Co、As、Sn、P和S。对于本发明的技术方案来说，杂质元素是有害元素，在钢中的含量需要越低越好，但是考虑到钢铁冶炼成本的经济性，因而对于上述不可避免的杂质元素在碳钢基层的质量百分比控制在：P≤0.008％，S≤0.0015％，Cr≤0.03％，Cu≤0.05％，V≤0.01％，Nb≤0.01％，Ti≤0.01％，B≤0.0004％，Co≤0.01％，As≤0.01％以及Sn≤0.008％。
进一步地，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，所述不锈钢复层的化学元素质量百分比为：
0＜C≤0.025％；Si：0.30％～0.75％；Mn：1.30％～2.0％；Cr：17.5％～19.5％；Ni：8.25％～12.00％；0＜N≤0.10％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。
为了进一步提高轧制复合的冶金结合效果，本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板对于不锈钢复层的化学元素作了进一步限定，其设计原理如下所述：
C：在本发明所述的技术方案中，碳与元素铬形成的富铬碳化物在晶界处析出后，将使不锈钢具有晶间腐蚀倾向，为提高不锈钢复层的抗晶间腐蚀性能，对于不锈钢复层的C的质量百分比控制为0＜C≤0.025％。
Si：在本发明所述的技术方案中，Si是主要的脱氧剂，能与FeO作用生成SiO2，然后SiO2进入炉渣而被排除，少量以SiO2残存于钢中，成为非金属夹杂物。此外，Si可起固溶强化的作用，同时Si减少C在奥氏体中的溶解度，促使C脱溶，以碳化物的形式析出。适量的Si能加速焊接冶金过程的还原作用，还能提高焊缝金属的抗气孔能力。因此，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板的不锈钢复层中对于Si的质量百分比限定在0.30～0.75％。
Mn：在本发明所述的技术方案中，在碳的质量百分比在0＜C≤0.025％条件下，Mn的质量百分比在2.0％以下时，有利于提高钢的强度的同时，仍可使钢保持较高的塑性和韧性。因此，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板对不锈钢复层的Mn的质量百分比控制在1.30％～2.0％。
Cr：在本发明所述的技术方案中，铬的主要作用是耐腐蚀，因而，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，对不锈钢复层的Cr的质量百分比限定在17.5％～19.5％。
Ni：在本发明所述的技术方案中，镍是稳定奥氏体的元素，镍可将奥氏体的范围扩大到低温区，并且镍可以增强不锈钢抗酸的腐蚀能力。因此，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中对Ni的质量百分比限定在8.25％～12.00％。
N：在本发明所述的技术方案中，N在不锈钢中是强奥氏体形成元素，可显著提高钢的强度。因此，在本发明所述的技术方案中，对不锈钢复层的N的质量百分比限定在0＜N≤0.10％。
需要说明的是，在本发明所述的技术方案中，在不锈钢复层中的不可避免的杂质元素包括P和S。对于本发明的技术方案来说，杂质元素是有害元素，在钢中的含量需要越低越好，但是考虑到钢铁冶炼成本的经济性，因而对于上述不可避免的杂质元素在不锈钢复层的质量百分比控制在：P≤0.015％，S≤0.005％。
进一步地，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，所述不锈钢复层的厚度为3～15mm，所述不锈钢复层的微观组织为奥氏体。
进一步地，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，所述碳钢基层的厚度为20～80mm。
进一步地，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，所述碳钢基层的厚度h为20mm≤h≤40mm；所述碳钢基层在厚度方向上被划分为：近碳钢基层表面的表层，位于碳钢基层芯部的芯部层，以及位于芯部层和表层之间的中间层，其中表层的微观组织具有相比例≥90％的回火马氏体，中间层的微观组织具有相比例≥80％的回火贝氏体，芯部层的微观组织具有相比例≥60％的回火贝氏体。
更进一步地，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，当所述碳钢基层的厚度h为20mm≤h≤40mm时，所述碳钢基层的表层的微观组织的余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体，所述碳钢基层的中间层的微观组织的余量为针状铁素体+渗碳体，所述碳钢基层的芯部层的微观组织的余量为针状铁素体+块状铁素体+渗碳体。
进一步地，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，所述碳钢基层的厚度h为40mm＜h≤60mm；所述碳钢基层在厚度方向上被划分为：近碳钢基层表面的表层，位于碳钢基层芯部的芯部层，以及位于芯部层和表层之间的中间层，其中表层的微观组织具有相比例≥80％的回火马氏体，中间层的微观组织具有相比例≥70％的回火贝氏体，芯部层的微观组织具有相比例≥50％的回火贝氏体。
更进一步地，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，当所述碳钢基层的厚度h为40mm＜h≤60mm时，所述碳钢基层的表层的微观组织的余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体，所述碳钢基层的中间层的微观组织的余量为针状铁素体+渗碳体，所述碳钢基层的芯部层的微观组织的余量为针状铁素体+块状铁素体+渗碳体。
进一步地，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，当所述碳钢基层的厚度h为60mm＜h≤80mm时，所述碳钢基层在厚度方向上被划分为：近碳钢基层表面的表层，位于碳钢基层芯部的芯部层，以及位于芯部层和表层之间的中间层，其中表层的微观组织具有相比例≥70％的回火马氏体，中间层的微观组织具有相比例为≥60％的回火贝氏体，芯部层的微观组织具有相比例≥60％的针状铁素体+块状铁素体。
更进一步地，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，当所述碳钢基层的厚度h为60mm＜h≤80mm时，所述碳钢基层的表层的微观组织的余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体，所述碳钢基层的中间层的微观组织的余量为针状铁素体+渗碳体，所述碳钢基层的芯部层的微观组织的余量为回火贝氏体+渗碳体。
进一步地，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，其室温下抗拉强度为570～690MPa，室温下屈服强度≥365MPa，室温下延伸率≥20％，150℃下抗拉强度为≥570MPa，150℃下屈服强度≥335MPa，150℃下延伸率≥20％，剪切强度≥350MPa，10℃下的冲击功≥150J，10℃下冲击试验中侧向膨胀量≥1.5mm，落锤试验无塑性转变温度NDTT≤-70℃。
进一步地，在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，碳钢基层的晶粒度大于7.0。
由于核电站安注箱对于钢板对抵抗脆性裂纹传播能力的要求较高，即对钢板无塑性转变温度要求较高，为了确保本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板的无塑性转变温度较低，因而对于碳钢基层的金相组织要求其晶粒细小，分布均匀，晶粒度大于7.0。
相应地，本发明的另一目的还在于提供一种上述的高剪切强度轧制复合钢板的制造方法，包括步骤
(1)制得碳钢基层板坯和不锈钢复层板坯；
(2)叠合组坯；
(3)叠合坯加热；
(4)复合轧制：其中控制粗轧的总压下率≥40％，控制精轧的终轧温度为900～940℃，轧后进行空冷；
(5)热处理采用淬火+回火，其中淬火温度为890～910℃，保持时间≥15min；回火温度为670～690℃，保持时间≥30min。
在本发明所述的制造方法中，通过将碳钢基层板坯和不锈钢复层板坯轧制复合获得高剪切强度轧制复合钢板。相较于现有技术，在本发明所述的技术方案中采用轧制复合，因而具有工艺简单、环保的优点。
其中，在步骤(2)中，组坯前为了保证复合效果，对于碳钢基层板坯的表面进行预处理，例如去除板坯表面的氧化铁皮或冶金缺陷。预处理后，对机加表面进行PT渗透法检查是否存在裂纹、凹坑。若存在裂纹或凹坑，采用修磨处理裂纹或凹坑，修磨处需圆滑过渡。
此外，在步骤(2)中，组坯采用焊接的方式将碳钢基层板坯与不锈钢复层板坯叠合组坯。在本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板中，焊接前，对碳钢基层板坯和不锈钢复层板坯四周加工焊接坡口。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述步骤(3)中，加热温度为1120～1180℃，保持时间≥60min。
需要说明的是，在本发明的技术方案中，为了确保不锈钢复层的耐晶间腐蚀性能，对不锈钢复层板坯进行轧制开坯，开坯轧制成的中间板坯进行在线固溶处理。
此外，为了确保步骤(3)加热后的叠合坯表面不出现氧化皮和异物残留，因而，在步骤(3)加热出炉后，对叠合坯进行高压水除鳞。
本发明所述的高剪切强度轧制复合钢板具有较高的剪切强度，剪切强度≥350MPa，室温下抗拉强度为570～690MPa，室温下屈服强度≥365MPa，室温下延伸率≥20％，150℃下抗拉强度为≥570MPa，150℃下屈服强度≥335MPa，150℃下延伸率≥20％，10℃下的冲击功≥150J，10℃下冲击试验中侧向膨胀量≥1.5mm，落锤试验无塑性转变温度NDTT≤-70℃。
此外，本发明所述的制造方法采用轧制复合工艺，因而，相较于现有技术，具有工艺简单、环保的优点，且不锈钢复层与碳钢基层的结合界面结合率达到100％，所制造的高剪切强度轧制复合钢板的宽度不受工艺限制。
附图说明
图1为本发明所述的高剪切强度复合钢板的取样示意图。
图2为实施例4的高剪切强度复合钢板厚度截面上不锈钢复层、复合界面(结合面)以及碳钢基层的微观形貌图。
图3为实施例4的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面2mm处的金相组织图。
图4为实施例4的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/4处的金相组织图。
图5为实施例4的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/2处的金相组织图。
图6为实施例4的高剪切强度复合钢板的不锈钢复层的金相组织图。
图7为实施例1的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面2mm处的金相组织图。
图8为实施例1的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/4处的金相组织图。
图9为实施例1的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/2处的金相组织图。
图10为实施例1的高剪切强度复合钢板的不锈钢复层的金相组织图。
图11为实施例2的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面2mm处的金相组织图。
图12为实施例2的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/4处的金相组织图。
图13为实施例2的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/2处的金相组织图。
图14为实施例2的高剪切强度复合钢板的不锈钢复层的金相组织图。
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高剪切强度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1-6和对比例1-4
表1列出了实施例1-6的高剪切强度轧制复合钢板以及对比例1-4的常规工艺复合钢板的各化学元素质量百分比。
表1.(wt％，余量为Fe和除了P、S、Cr、Cu、V、Nb、Ti、B、Co、As和Sn以外的其他不可避免的杂质)
Figure BDA0001193205810000091
Figure BDA0001193205810000101
实施例1-6的高剪切强度轧制复合钢板的制造方法采用以下步骤制得(其中，各实施例的具体工艺参数参考表2，对比例采用了公开号为CN102825858A，公开日为2012年12月19日，名称为“一种核电工程用复合钢板及其制备方法”的中国专利文献中所公开的实施例)：
(1)制得碳钢基层板坯和不锈钢复层板坯：其中，碳钢基层板坯厚度为295～300mm，宽度为1500～2300mm，为确保良好的铸坯内质以确保碳钢基层板坯具有优良的低温韧性和低的无塑性转变温度，连铸碳钢基层板坯的不平度控制在3mm/m，铸坯浇注时中间包钢水平均过热度应≥25℃，为严格控制碳钢基层板坯内在质量，需要保证连铸板坯的内在质量要求为中心按曼内斯评级标准≤M2.0级；此外，不锈钢复层板坯厚度控制在195～200mm，宽度为1500～1600mm；同时不锈钢复层板坯按YB/T4003-1997的规定进行酸浸低倍检验，中心偏析≤2.5、中心疏松≤2.5、中间裂纹≤2.0、角裂纹≤2.0、三角区裂纹≤2.0；
(2)叠合组坯：组坯前，将不锈钢复层板坯开坯轧制成中间板坯，为确保不锈钢复层板坯的耐晶间腐蚀性能良好，将中间板坯进行在线固溶处理，中间板坯加热温度为1120-1180℃，保温时间210-240min；中间板坯入水温度≥960℃；在保证中间板坯板形的情况下，水冷速度20～40℃/s；在线固溶处理完成后，对中间板坯采用等离子切割定尺，定尺后的中间板坯进行酸洗处理，酸洗后将碳钢基层板坯与中间板坯采用焊接方式进行叠合组坯；其中在焊接前，采用机械加工对碳钢基层板坯表面进行加工，去除其表面的表面氧化铁皮和冶金缺陷，表面加工完成后，对机加表面进行PT渗透法检查，确定是否有裂纹、凹坑存在，若存在裂纹或凹坑，采用修磨进行处理，且修磨处圆滑过渡；然后对碳钢基层板坯以及酸洗后的中间板坯四周加工焊接坡口，坡口加工完成后，沿碳钢基层板坯以及中间板坯的四周采用焊接方式将碳钢基层板坯和中间板坯进行叠合组坯；在焊接后，对叠合组坯的板坯之间抽真空，对抽取真空位置进行封闭操作；焊接完成后，还对焊缝进行100％UT探伤，按GB/T11345-1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》采用斜探头B级检测要求，四周焊缝质量需达到标准规定的Ⅱ级要求；
(3)叠合坯加热：加热温度为1120～1180℃，保持时间≥60min；其中为了保证加热的叠合坯表面不出现氧化皮和异物残留，因而，在叠合坯加热出炉后，对叠合坯进行高压水除鳞；
(4)复合轧制：其中控制粗轧的总压下率≥40％，控制精轧的终轧温度为900～940℃，轧后进行空冷；
(5)热处理采用淬火+回火，其中淬火温度为890～910℃，保持时间≥15min；回火温度为670～690℃，保持时间≥30min。
表2列出了实施例1～6的高剪切强度轧制复合钢板的制造方法的具体工艺参数及其复合界面的结合情况。
表2.
Figure BDA0001193205810000111
Figure BDA0001193205810000121
注：表2中的复合界面结合率采用UT探伤进行测试，复合板各层厚度采用超声波测厚仪进行测试。
将实施例1-6的高剪切强度轧制复合钢板进行各项性能测试，测试的结果列于表3-10中。其中，高剪切强度轧制复合钢板性能测试采用模拟焊后热处理(SPWHT)后进行检测，模拟焊后热处理(SPWHT)工艺如下所述：425℃以下装炉，加热速率不限；425℃以上的升温速率为≤55℃/小时；保温温度605-625℃；到温后，保温24小时；425℃以上的冷却速率：≤55℃/小时；425℃以下的冷却速率不限，可空冷或随炉冷至室温。
表3列出了实施例1-6的高剪切强度轧制复合钢板的碳钢基层室温下的拉伸性能测试结果。
表3.
Figure BDA0001193205810000122
表4列出了实施例1-6的高剪切强度轧制复合钢板的碳钢基层在150℃下的高温拉伸性能测试结果。
表4.
Figure BDA0001193205810000123
Figure BDA0001193205810000131
表5列出了实施例1-6的高剪切强度轧制复合钢板的碳钢基层的冲击试验的性能测试结果。
表5.
Figure BDA0001193205810000132
表6列出了实施例1-6的高剪切强度轧制复合钢板的碳钢基层的落锤试验的性能测试结果。
表6.
Figure BDA0001193205810000133
表7列出了实施例1-6的高剪切强度轧制复合钢板的剪切强度的测试结果。
表7.
Figure BDA0001193205810000134
表8列出了实施例1-6的高剪切强度轧制复合钢板的不锈钢复层的晶间腐蚀试验测试结果
表8.
Figure BDA0001193205810000141
表9列出了实施例1-6的高剪切强度轧制复合钢板的晶粒度。
表9.
Figure BDA0001193205810000142
表10列出了对比例1-4的常规工艺复合钢板的各个性能测试结果。
表10.
Figure BDA0001193205810000143
注：各对比例的数据采用公开号为CN102825858A，公开日为2012年12月19日，名称为“一种核电工程用复合钢板及其制备方法”的中国专利文献中所公开的实施例的性能参数。
由表3至表10可以看出，本案各实施例的室温强度高、塑性和韧性优良，同时150℃下的强度、塑性和韧性也表现优良高；碳钢基层的无塑性转变温度(NDTT)低，说明各实施例的钢板抗脆性断裂能力强；此外各个实施例的钢板的剪切强度高，表明采用轧制复合工艺生产的钢板，其复合界面结合紧密、抗剪切能力强；此外，本案各实施例的钢板复层抗晶间腐蚀性能良好，碳钢基层的晶粒细小。由此可以看出，本案各实施例的各项性能优良，完全满足核电站安注箱用钢板的高技术要求。
图1为本发明所述的高剪切强度复合钢板的取样示意图。如图1所示，图中H表示钢板头部，P表示钢板板宽1/4处，取样时，在每张复合钢板的钢板头部H采用等离子切割方式，截取一块力学性能试样试板，力学性能试板的取样位置在钢板板宽1/4处P。所取的力学性能试板在进行模拟焊后热处理(SPWHT)后，对其进行性能检测。
图2为实施例4的高剪切强度复合钢板厚度截面上不锈钢复层、复合界面(结合面)以及碳钢基层的微观形貌图。如图2所示，实施例4的高剪切强度复合钢板包括碳钢基层III和轧制复合于碳钢基层上的不锈钢复层I，不锈钢复层I与碳钢基层III之间为复合结合面II。
图3为实施例4的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面2mm处的金相组织图。如图3所示，实施例4的碳钢基层在此厚度处的微观组织包括相比例≥70％的回火马氏体，余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体。
图4为实施例4的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/4处的金相组织图。如图4所示，实施例4的碳钢基层在此厚度处的微观组织包括相比例≥60％的回火贝氏体，余量为针状铁素体+渗碳体。
图5为实施例4的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/2处的金相组织图。如图5所示，实施例4的碳钢基层在此厚度处的微观组织包括相比例≥60％的针状铁素体+块状铁素体，余量为回火贝氏体+渗碳体。
此外，结合图3至图5可知，实施例4的高剪切强度复合钢板的碳钢基层在厚度方向上被划分为：近碳钢基层表面的表层，位于碳钢基层芯部的芯部层，以及位于芯部层和表层之间的中间层，其中表层的微观组织具有相比例≥70％的回火马氏体，余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体；中间层的微观组织具有相比例≥60％的回火贝氏体，余量为针状铁素体+渗碳体；芯部层的微观组织具有相比例≥60％的针状铁素体+块状铁素体，余量为回火贝氏体+渗碳体。
图6为实施例4的高剪切强度复合钢板的不锈钢复层的金相组织图。如图6所示，实施例4的不锈钢复层的微观组织为奥氏体。
图7为实施例1的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面2mm处的金相组织图。如图7所示，实施例1的碳钢基层在此厚度处的微观组织包括相比例≥90％的回火马氏体，余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体。
图8为实施例1的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/4处的金相组织图。如图8所示，实施例1的碳钢基层在此厚度处的微观组织包括相比例≥80％的回火贝氏体，余量为针状铁素体+渗碳体。
图9为实施例1的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/2处的金相组织图。如图9所示，实施例1的碳钢基层在此厚度处的微观组织包括相比例≥60％的回火贝氏体，余量为针状铁素体+块状铁素体+渗碳体。
此外，结合图7至图9可知，实施例1的高剪切强度复合钢板的碳钢基层在厚度方向上被划分为：近碳钢基层表面的表层，位于碳钢基层芯部的芯部层，以及位于芯部层和表层之间的中间层，其中表层的微观组织具有相比例≥90％的回火马氏体，余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体；中间层的微观组织具有相比例≥80％的回火贝氏体，余量为针状铁素体+渗碳体；芯部层的微观组织具有相比例≥60％的回火贝氏体，余量为针状铁素体+块状铁素体+渗碳体。
图10为实施例1的高剪切强度复合钢板的不锈钢复层的金相组织图。如图10所示，实施例1的不锈钢复层的微观组织为奥氏体。
图11为实施例2的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面2mm处的金相组织图。如图11所示，实施例2的碳钢基层在此厚度处的微观组织包括相比例≥80％的回火马氏体，余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体。
图12为实施例2的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/4处的金相组织图。如图12所示，实施例2的碳钢基层在此厚度处的微观组织包括相比例≥70％的回火贝氏体，余量为针状铁素体+渗碳体。
图13为实施例2的高剪切强度复合钢板的碳钢基层厚度方向上距离碳钢基层表面的碳钢基层厚度1/2处的金相组织图。如图13所示，实施例2的碳钢基层在此厚度处的微观组织包括相比例≥50％的回火贝氏体，余量为针状铁素体+块状铁素体+渗碳体。
此外，结合图11至图13可知，实施例2的高剪切强度复合钢板的碳钢基层在厚度方向上被划分为：近碳钢基层表面的表层，位于碳钢基层芯部的芯部层，以及位于芯部层和表层之间的中间层，其中表层的微观组织具有相比例≥80％的回火马氏体，余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体；中间层的微观组织具有相比例≥70％的回火贝氏体，余量为针状铁素体+渗碳体；芯部层的微观组织具有相比例≥50％的回火贝氏体，余量为针状铁素体+块状铁素体+渗碳体。
图14为实施例2的高剪切强度复合钢板的不锈钢复层的金相组织图。如图10所示，实施例2的不锈钢复层的微观组织为奥氏体。
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 (7)

1.一种高剪切强度轧制复合钢板，其包括碳钢基层和轧制复合于碳钢基层上的不锈钢复层；其特征在于，所述碳钢基层的化学元素质量百分比为：
C：0.17％～0.25％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.15％～1.50％；Mo：0.45％～0.60％；Ni：0.40％～0.70％；Al：0.020～0.040％；Ca：0.0010～0.0030％；余量为Fe及其他不可避免的杂质；
所述高剪切强度轧制复合钢板室温下屈服强度≥365MPa，室温下延伸率≥20％，150℃下抗拉强度为≥570MPa，150℃下屈服强度≥335MPa，150℃下延伸率≥20％，剪切强度≥350MPa，10℃下的冲击功≥150J，10℃下冲击试验中侧向膨胀量≥1.5mm，落锤试验无塑性转变温度NDTT≤-70℃；
所述高剪切强度轧制复合钢板的碳钢基层的晶粒度大于7.0；
其中，所述高剪切强度轧制复合钢板的不锈钢复层与碳钢基层的复合界面结合率达到100％；
其中，所述碳钢基层的厚度为20～80mm，并且：
当所述碳钢基层的厚度h为20mm≤h≤40mm时：所述碳钢基层在厚度方向上被划分为：近碳钢基层表面的表层，位于碳钢基层芯部的芯部层，以及位于芯部层和表层之间的中间层，其中表层的微观组织具有相比例≥90％的回火马氏体，中间层的微观组织具有相比例≥80％的回火贝氏体，芯部层的微观组织具有相比例≥60％的回火贝氏体；
当所述碳钢基层的厚度h为40mm＜h≤60mm时：所述碳钢基层在厚度方向上被划分为：近碳钢基层表面的表层，位于碳钢基层芯部的芯部层，以及位于芯部层和表层之间的中间层，其中表层的微观组织具有相比例≥80％的回火马氏体，中间层的微观组织具有相比例≥70％的回火贝氏体，芯部层的微观组织具有相比例≥50％的回火贝氏体；
当所述碳钢基层的厚度h为60mm＜h≤80mm；所述碳钢基层在厚度方向上被划分为：近碳钢基层表面的表层，位于碳钢基层芯部的芯部层，以及位于芯部层和表层之间的中间层，其中表层的微观组织具有相比例≥70％的回火马氏体，中间层的微观组织具有相比例为≥60％的回火贝氏体，芯部层的微观组织具有相比例≥60％的针状铁素体+块状铁素体；
其中，所述不锈钢复层的化学元素质量百分比为：0＜C≤0.025％；Si：0.30％～0.75％；Mn：1.30％～2.0％；Cr：17.5％～19.5％；Ni：8.25％～12.00％；0＜N≤0.10％；余量为Fe及其他不可避免的杂质；所述不锈钢复层的厚度为3～15mm，所述不锈钢复层的微观组织为奥氏体。
2.如权利要求1所述的高剪切强度轧制复合钢板，其特征在于，当所述碳钢基层的厚度h为20mm≤h≤40mm时：所述表层的微观组织的余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体，所述中间层的微观组织的余量为针状铁素体+渗碳体，所述芯部层的微观组织的余量为针状铁素体+块状铁素体+渗碳体。
3.如权利要求1所述的高剪切强度轧制复合钢板，其特征在于，当所述碳钢基层的厚度h为40mm＜h≤60mm时：所述表层的微观组织的余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体，所述中间层的微观组织的余量为针状铁素体+渗碳体，所述芯部层的微观组织的余量为针状铁素体+块状铁素体+渗碳体。
4.如权利要求1所述的高剪切强度轧制复合钢板，其特征在于，当所述碳钢基层的厚度h为60mm＜h≤80mm时：所述表层的微观组织的余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体，所述中间层的微观组织的余量为针状铁素体+渗碳体，所述芯部层的微观组织的余量为回火贝氏体+渗碳体。
5.如权利要求1所述的高剪切强度轧制复合钢板，其特征在于，其室温下抗拉强度为570～690MPa。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的高剪切强度轧制复合钢板的制造方法，其特征在于，包括步骤：
(1)制得碳钢基层板坯和不锈钢复层板坯；
(2)叠合组坯；
(3)叠合坯加热；
(4)复合轧制：其中控制粗轧的总压下率≥40％，控制精轧的终轧温度为900～940℃，轧后进行空冷；
(5)热处理采用淬火+回火，其中淬火温度为890～910℃，保持时间≥15min；回火温度为670～690℃，保持时间≥30min。
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，加热温度为1120～1180℃，保持时间≥60min。
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