CN108406238B - 一种双相叠层组织钢板及其制备方法 - Google Patents

一种双相叠层组织钢板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双相叠层组织钢板及其制备方法，属于钢材制造技术领域。该双相叠层组织钢板的制备方法通过在钢基板上交替堆焊不同的第一焊丝和第二焊丝，形成交替分布的第一堆焊层和第二堆焊层，经过轧制和退火处理后制得；其中，第一焊丝和第二焊丝分别选自铁素体焊丝、马氏体焊丝和奥氏体焊丝中的一种。本发明的制备方法直接采用铁素体不锈钢焊丝、马氏体不锈钢焊丝、奥氏体不锈钢焊丝和贝氏体不锈钢焊丝中的任意两者堆焊形成双相叠层组织，再经轧制和退火处理即可得到具有理想性能的双相叠层组织钢板，工艺流程简单，加工效率高，易于实现全自动化生产，节约生产成本，并实现了对钢板微观组织和宏观力学性能的有效调控。

Description

一种双相叠层组织钢板及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢板制造技术领域，具体涉及一种双相叠层组织钢板及其制备方法。
背景技术
兼具有高强度，高韧性的钢材一直是广大科研工作者和技术人员孜孜不倦的追求目标，也是钢结构件应对不断恶化的工作环境的迫切需求。但经过冶炼，轧制和热处理制备的传统钢材，由于其内部晶粒尺寸均匀，各区域力学性能接近，一般的细化晶粒的方法并不能同时兼顾强度和塑韧性，从而大大限制了钢材的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双相叠层组织钢板及其制备方法，以解决现有钢材无法同时兼具两种力学性能的问题，例如良好强度和塑韧性、焊接性和塑性等。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种双相叠层组织钢板的制备方法，该制备方法通过在钢基板上交替堆焊不同的第一焊丝和第二焊丝，形成交替分布的第一堆焊层和第二堆焊层，经过轧制和退火处理后制得；其中，第一焊丝和第二焊丝分别选自铁素体焊丝、马氏体焊丝、奥氏体焊丝和贝氏体焊丝中的一种。
铁素体、马氏体、奥氏体和贝氏体是钢材中常见的四种组织；其中，铁素体组织塑韧性好，强度一般；而马氏体组织强度高，塑韧性很差；奥氏体塑性很好，强度较低，具有一定韧性；贝氏体具有较高的强韧性配合，且硬度相同的情况下，贝氏体组织的耐磨性明显优于马氏体。本发明通过堆焊工艺将铁素体组织、马氏体组织、奥氏体组织和贝氏体组织中的任意两者有序的混合在一起，制备出一种具有铁素体/马氏体、奥氏体/马氏体、铁素体/奥氏体、贝氏体/铁素体、奥氏体/贝氏体、贝氏体/马氏体等双相叠层组织的钢板。此钢板兼具有两种组织性能，例如铁素体和奥氏体组织的塑韧性以及马氏体组织的强度，能够很好地应用于各种复杂的工况环境。同时，与传统的冶炼方法制备的双相钢相比，此种钢板中，两种组织有序混合，能够很好地调控钢材的微观组织和宏观性能。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述制备方法包括以下具体步骤：
(1)在低碳钢基板表面分别用第一焊丝和第二焊丝交替堆焊，堆焊的条件为：焊接电流为120-160A，焊接电压为10-15V，弧长修正为10mm，电弧推力为-2.5mN，送丝速度为5m/min，焊接速度为250-350mm/min，保护气体为体积比98％Ar和2％O2，保护气体流量为20-25L/min；
(2)将堆焊后的板材进行轧制，每道次轧制下压量为0.8-1.2mm，总轧制压下率为60-80％；
(3)将轧制后的板材在750-850℃的条件下保温80-140s，空冷至645-655℃，然后再以45-60℃/s的速度快冷至250-300℃，保温1-2min，最后空冷至室温。
本发明通过特殊的堆焊工艺，在低碳钢基板表面交替堆焊两种不同的焊丝，例如铁素体焊丝和马氏体焊丝，再经过特定的轧制和退火处理工艺，制备出同时具有两种性能的钢板，例如铁素体和马氏体双相叠层组织的钢板。其中，塑韧性好的铁素体堆焊层(或奥氏体堆焊层)作为“软”层被强度更高的马氏体“硬”层夹持，当受到的外应力达到铁素体“软”层的屈服强度时，由于马氏体“硬”层的包围从而使得其不能发生塑性变形，直至外应力达到马氏体“硬”层的屈服强度，从而使得铁素体“软”层具有几乎与马氏体“硬”层一样的强度。同理，铁素体“软”层又为马氏体“硬”层提供了缓冲，从而使得马氏体“硬”层也具有极高的塑韧性。
此外，本发明与传统双相钢板相比，钢板中的铁素体、马氏体、奥氏体和贝氏体中任意两者双相组织为有序混合，可以通过调整铁素体堆焊层、马氏体堆焊层、奥氏体堆焊层和贝氏体堆焊层中任意两者的比例，对钢板的微观组织和宏观力学性能进行调控。同时，本发明的制备方法技术路线简单，加工效率高，生产成本低。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(1)中，交替堆焊的次数为5-6次。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，步骤(1)中，相邻焊道的中心间距为4-6mm。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，第一焊丝为铁素体不锈钢焊丝，第二焊丝为马氏体不锈钢焊丝，并且形成的铁素体堆焊层占整个堆焊层的60-70％，形成的马氏体堆焊层占整个堆焊层的30-40％。
本发明利用铁素体不锈钢焊丝和马氏体不锈钢焊丝进行交替堆焊，通过控制两者的堆焊比例，获得同时具有良好塑性和强度的钢板。铁素体堆焊层占整个堆焊层的60-70％，马氏体堆焊层占整个堆焊层的30-40％，在该范围了内得到钢板塑性和强度匹配良好。
上述的制备方法制得的双相叠层组织钢板。
进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述双相叠层组织钢板包括基板以及交替堆焊在基板上的第一堆焊层和第二堆焊层，第一堆焊层与第二堆焊层为不同材质；其中，第一堆焊层和第二堆焊层分别为铁素体堆焊层、马氏体堆焊层、奥氏体堆焊层或贝氏体堆焊层。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过交替堆焊两种不同的焊丝，使得板材具有铁素体/马氏体、奥氏体/马氏体、铁素体/奥氏体、贝氏体/铁素体、奥氏体/贝氏体、贝氏体/马氏体等双相叠层组织，其中，铁素体提供了钢的延展性(塑性)，马氏体则提供了强度，奥氏体具有良好的焊接性，对冷裂纹和热裂纹的敏感性都比较小，焊前不需要预热，焊后也无需进行热处理；贝氏体具有较高的强韧性匹配和耐磨性。通过调整两种不同堆焊层的比例，可以获得期望的力学性能。
本发明采用特殊的堆焊工艺，突破了传统双相钢加工制备的理念。本发明的制备方法直接采用铁素体不锈钢焊丝、马氏体不锈钢焊丝、奥氏体不锈钢焊丝和贝氏体不锈钢焊丝中的任意两者堆焊形成双相叠层组织，再经轧制和退火处理即可得到具有理想性能的双相叠层组织钢板，工艺流程简单，加工效率高，易于实现全自动化生产，节约生产成本，并实现了对钢板微观组织和宏观力学性能的有效调控。
本发明提供了一种设计加工各种双相叠层组织钢板方法的理念，即不仅仅可以交替堆焊铁素体/马氏体焊丝，还可以交替堆焊铁素体/奥氏体焊丝、奥氏体/马氏体焊丝、贝氏体/马氏体焊丝等等。
附图说明
图1为本发明实施例铁素体/马氏体双相叠层组织钢板的结构示意图。
图中：101-基板；102-第一堆焊层；103-第二堆焊层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明的下列实施例的堆焊采用CMT冷金属过渡工艺技术，焊机型号：TranspulsSynergic 4000，保护气体为体积比的98％Ar和2％O2。铁素体不锈钢焊丝为ER430，φ1.2mm，马氏体不锈钢焊丝为ER410，φ1.2mm。
实施例1
本实施例的双相叠层组织钢板的制备方法，包括：
(1)用铁素体焊丝在低碳钢基板一侧堆焊出一层一定高度的铁素体层，堆焊条件为：送丝速度：5mm/min，焊接速度：300mm/min，弧长修正：10mm，电弧推力：-2.5mN，每焊道中心间距：5mm，电流：140A，电压：14.3V，保护气体流量：25L/min。
(2)采用相同的堆焊工艺参数，在铁素体层上用马氏体不锈钢焊丝堆焊一层马氏体层。
(3)重复上述操作，交替堆叠6次。铁素体堆焊层占整个堆焊层的65％，形成的马氏体堆焊层占整个堆焊层的35％。
(4)将焊接后的板材在轧制机进行轧制，每道次压下量为1mm，压下率为70％。
(5)将轧制后的板材在750℃的条件下保温120s，然后空冷至650℃，再以50℃/s的速度快冷至300℃，保温2min，最后空冷至室温，从而制得所期的铁素体/马氏体双相叠层组织钢板。
实施例2
本实施例的双相叠层组织钢板的制备方法，包括：
(1)用铁素体焊丝在低碳钢基板一侧堆焊出一层一定高度的铁素体层，堆焊条件为：送丝速度：5mm/min，焊接速度：250mm/min，弧长修正：10mm，电弧推力：-2.5mN，每焊道中心间距：5mm，电流：160A，电压：15V，保护气体流量：23L/min。
(2)采用相同的堆焊工艺参数，在铁素体层上用马氏体不锈钢焊丝堆焊一层马氏体层。
(3)重复上述操作，交替堆叠5次。铁素体堆焊层占整个堆焊层的70％，形成的马氏体堆焊层占整个堆焊层的30％。
(4)将焊接后的板材在轧制机进行轧制，每道次压下量为0.8mm，压下率为60％。
(5)将轧制后的板材在800℃的条件下保温140s，然后空冷至655℃，再以60℃/s的速度快冷至280℃，保温1.5min，最后空冷至室温，从而制得所期的铁素体/马氏体双相叠层组织钢板。
实施例3
本实施例的双相叠层组织钢板的制备方法，包括：
(1)用铁素体焊丝在低碳钢基板一侧堆焊出一层一定高度的铁素体层，堆焊条件为：送丝速度：5mm/min，焊接速度：350mm/min，弧长修正：10mm，电弧推力：-2.5mN，每焊道中心间距：5mm，电流：120A，电压：10V，保护气体流量：20L/min。
(2)采用相同的堆焊工艺参数，在铁素体层上用马氏体不锈钢焊丝堆焊一层马氏体层。
(3)重复上述操作，交替堆叠5次。铁素体堆焊层占整个堆焊层的60％，形成的马氏体堆焊层占整个堆焊层的40％。
(4)将焊接后的板材在轧制机进行轧制，每道次压下量为1.2mm，压下率为80％。
(5)将轧制后的板材在850℃的条件下保温100s，然后空冷至645℃，再以45℃/s的速度快冷至250℃，保温1min，最后空冷至室温，从而制得所期的铁素体/马氏体双相叠层组织钢板。
本发明实施例的上述制备工艺同样适用于铁素体/奥氏体、奥氏体/马氏体、贝氏体/铁素体、贝氏体/马氏体、贝氏体/奥氏体双相叠层组织钢板的制备，此处不再展开赘述。
试验例
对上述实施例1-3所制备的铁素体/马氏体双相叠层组织钢板与现有铁素体钢板和马氏体钢板进行力学性能测试，结果如表1所示。
表1
Figure GDA0002423357670000061
Figure GDA0002423357670000071
从表1中可以看出，本发明制备的铁素体/马氏体双相叠层钢板兼具有铁素体钢的塑韧性和马氏体钢的强度，综合力学性能优良，能够很好的满足相关使用要求。
下面结合附图，对本发明制备方法制得的双相叠层组织钢板的结构进行说明。
如图1所示，本发明的双相叠层组织钢板包括基板以及交替堆焊在基板101上的第一堆焊层102和第二堆焊层103。第一堆焊层102与第二堆焊层103为不同材质；其中，第一堆焊层和第二堆焊层分别为铁素体堆焊层、马氏体堆焊层、奥氏体堆焊层或贝氏体堆焊层。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双相叠层组织钢板的制备方法，其特征在于，所述制备方法通过在钢基板上交替堆焊不同的第一焊丝和第二焊丝，形成交替分布的第一堆焊层和第二堆焊层，经过轧制和退火处理后制得；其中，第一堆焊层与第二堆焊层为不同材质，第一焊丝和第二焊丝分别选自铁素体焊丝、马氏体焊丝、奥氏体焊丝和贝氏体焊丝中的一种。
2.根据权利要求1所述的双相叠层组织钢板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下具体步骤：
(1)在低碳钢基板表面分别用第一焊丝和第二焊丝交替堆焊，堆焊的条件为：焊接电流为120-160A，焊接电压为10-15V，弧长修正为10mm，电弧推力为-2.5mN，送丝速度为5m/min，焊接速度为250-350mm/min，保护气体为体积比为98％的Ar和2％的O2，保护气体流量为20-25L/min；
(2)将堆焊后的板材进行轧制，每道次轧制下压量为0.8-1.2mm，总轧制压下率为60-80％；
(3)将轧制后的板材在750-850℃的条件下保温80-140s，空冷至645-655℃，然后再以45-60℃/s的速度快冷至250-300℃，保温1-2min，最后空冷至室温。
3.根据权利要求2所述的双相叠层组织钢板的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，交替堆焊的次数为5-6次。
4.根据权利要求2所述的双相叠层组织钢板的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，相邻焊道的中心间距为4-6mm。
5.根据权利要求2所述的双相叠层组织钢板的制备方法，其特征在于，第一焊丝为铁素体不锈钢焊丝，第二焊丝为马氏体不锈钢焊丝，并且形成的铁素体堆焊层占整个堆焊层的60-70％，形成的马氏体堆焊层占整个堆焊层的30-40％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的一种双相叠层组织钢板。
7.根据权利要求6所述的双相叠层组织钢板，其特征在于，包括基板以及交替堆焊在所述基板上的第一堆焊层和第二堆焊层，第一堆焊层与第二堆焊层为不同材质；其中，所述第一堆焊层和所述第二堆焊层分别为铁素体堆焊层、马氏体堆焊层、奥氏体堆焊层或贝氏体堆焊层。
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