CN109591396B - 不锈钢、碳钢复合板材及其制备方法 - Google Patents

不锈钢、碳钢复合板材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种不锈钢、碳钢复合板材及其制备方法：该复合板材的包括依次叠加复合的碳钢板、不锈钢板、不锈钢板和碳钢板；所述的碳钢板的金属成分含量为：C0.15‑0.20％，Si 0.19‑0.35％，Mn0.5‑1.0％，S 0.02‑0.025％，P 0.023‑0.025％，Cr 0.04‑0.06％，Nb0.02‑0.05％，Al0.04‑0.06％，Ni0.40‑0.60％余量为Fe；所述的不锈钢板的金属成分含量为：C 0.07‑0.075％，Si 0.65‑0.75％，Mn 1.4‑1.8％，S 0.003‑0.01％，P 0.035‑0.04％，Cr18‑20％，Ni8.5‑13％，Nb0.02‑0.05％，Al 0.10‑0.15％，Cu0.30‑0.45％，Ti 0.18‑0.20％，余量为Fe。具有耐腐蚀性能好、有效降低晶间腐蚀现象的优点。

Description

不锈钢、碳钢复合板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料的复合板材的技术领域，具体的涉及一种不锈钢、碳钢复合板材及其制备方法。
技术背景
金属复合板是近年来用途越来越多的金属材料，比如在核反应堆冷却系统领域，在船舶领域，以及冶金和化工石油领域，等等都多有应用。这种复合材料通过将不锈钢和碳钢进行复合，获得了两种材料的优异性能，具有较好的耐腐蚀性能和理想的基材力学强度，而且还能节约成本等优势。
目前，金属复合材料也多有研究，比如在剪切强度、结合率和热处理后的板型均相对较差的问题等方面进行研究，获得性能较好的复合材料；但是，目前的这些材料的研究多是从材料的使用环境要满足的性能方面考虑，而对于这种复合板材层间的晶间腐蚀性能的研究较少，而在整个复合材料的生产制备过程，如果晶间腐蚀性能控制不好，将大大影响复合板材的耐腐蚀性能和使用效果。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供一种耐腐蚀性能好、有效降低晶间腐蚀现象的不锈钢、碳钢复合板材。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种不锈钢、碳钢复合板材，该复合板材的包括依次叠加复合的碳钢板、不锈钢板、不锈钢板和碳钢板；所述的碳钢板的金属成分含量为：C0.15-0.20％，Si 0.19-0.35％，Mn0.5-1.0％，S 0.02-0.025％，P0.023-0.025％，Cr0.04-0.06％，Nb0.02-0.05％，Al0.04-0.06％，Ni0.40-0.60％余量为Fe；所述的不锈钢板的金属成分含量为：C 0.07-0.075％，Si 0.65-0.75％，Mn 1.4-1.8％，S 0.003-0.01％，P 0.035-0.04％，Cr18-20％，Ni8.5-13％，Nb0.02-0.05％，Al 0.10-0.15％，Cu0.30-0.45％，Ti 0.18-0.20％，余量为Fe。
作为优选，本发明上述的不锈钢、碳钢复合板材，该复合板材的包括依次叠加复合的碳钢板、不锈钢板、不锈钢板和碳钢板；所述的碳钢板的金属成分含量为：C0.15-0.20％，Si 0.20-0.24％，Mn 0.6-0.8％，S 0.02-0.024％，P 0.023-0.025％，Cr 0.04-0.06％，Nb0.02-0.05％，Al 0.04-0.06％，Ni 0.40-0.60％余量为Fe；所述的不锈钢板的金属成分含量为：C 0.07-0.075％，Si 0.70-0.75％，Mn1.5-1.7％，S 0.003-0.01％，P 0.035-0.04％，Cr18-20％，Ni 9-13％，Nb 0.02-0.05％，Al 0.10-0.15％，Cu0.30-0.45％，Ti 0.18-0.20％，余量为Fe。
本发明还公开一种上述不锈钢、碳钢复合板材的制备方法，制备步骤包括：
(1)对称组坯：将冶炼好的碳钢板和不锈钢板按照碳钢板、不锈钢板、不锈钢板、碳钢板的顺序进行叠加复合；且碳钢板、不锈钢板相互接触的面进行打磨露出金属层，在不锈钢板和不锈钢板相互接触的面上涂覆于隔离剂并在400-445℃进行烘干；
(2)将组好的复合坯四周进行焊接封边，然后进行抽真空，真空度在10×10-2Pa以下；
(3)复合坯加热：将复合坯送至加热炉加热，加热温度1160～1240℃，加热时间为4-6h；然后进行三道轧制：第一道轧制开轧温度控制在1170～1180℃，第二道轧制开轧温度控制在1100～1150℃，第三道轧制开轧温度控制在1000～1010℃，单道次压下率在15～25％；
(4)冷却：轧制后抛钢，复合板直接超快冷，以10～20℃/s的速度进行冷却，终冷温度为650～850℃，然后再加热至900-930℃、保温10-30min进行稳定化处理，然后再以15～20℃/s的速度冷却至450℃；然后空冷处理至常温。
作为优选，本发明步骤(4)所述的空冷处理为：在450℃保温1-2小时，然后空冷至15-170℃保温5-6小时，然后空冷至120-130℃保温3-5小时；然后从120-130℃空冷至常温。采用上述过程，可以有效的降低晶间腐蚀性能，提高材料的抗腐蚀效果。
本发明步骤(1)所述的隔离剂为1306高温抗氧化涂料、或者成分为MgO和Al2O3，其质量比2:1的液态隔离剂。
本发明的优点和有益效果：
1.本发明的特定配方成分的不锈钢和碳钢进行复合，减少了晶间腐蚀的现象；特别是在两种材料中都添加了铌和镍，并且充分的与其它成分原料进行组合，有效的降低晶间腐蚀现象；此外，本发明还在不锈钢材料中添加了特定含量碳化物形成元素Ti，在高温1160～1240℃作用下，Cr的碳化物在高温下被溶解、此外部分的Ti的碳化物也被溶解并弥散细化，从而可以将C重新溶解于不锈钢中，在快速冷却下使C来不及析出消除晶界处贫Cr组织及不均匀组织、抑制Cr23C6的形成，有效的减轻晶界区贫Cr，因此能够提高抗晶间腐蚀的能力。
2.本发明的方法，采用三道轧制工艺以及冷却和复加热工序，并且合理的控制温度；这是因为不锈钢发生晶间腐蚀的原因在于发生晶间腐蚀的敏感温度下保温一定的时间时产生的。在晶间腐蚀敏感温度下不锈钢中的C如果有充足的时间移动至晶界处就会形成Cr23C6导致晶界附近的Cr成分的贫乏，从而造成晶界区和晶粒本体有了明显的差异，从而大大降低了不锈钢的耐腐蚀性；而本发明有效控制温度范围，使之尽可能的在非晶间敏感腐蚀内，降低晶间腐蚀现象的发生；此外，控制温度降低的速率，尽可能的减少晶间敏感腐蚀温度持续的时间；此外，本发明还冷却后的复加热，实现对板材的稳定化处理，这样Ti的碳化物首先从不锈钢中析出、并能有效的防止碳化铬的析出，从而进一步的避免出现晶界贫Cr组织，降低材质的晶界腐蚀性能。
3.本发明空冷处理采用特定的时效处理流程，使得材料进一步的降低晶间腐蚀现象，提高了耐腐蚀性能。
附图说明
图1实施例1复合板金相图。
图2本发明复合板横截面结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细描述，但本发明不仅仅局限于以下实施例。该领域的技术熟练人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
附图2为本发明的复合板横截面结构示意图，其中1为碳钢板，2为不锈钢板。
实施例1
一种不锈钢、碳钢复合板材，该复合板材的包括依次叠加复合的碳钢板、不锈钢板、不锈钢板和碳钢板；所述的碳钢板的金属成分含量为：C0.18％，Si 0.25％，Mn0.8％，S0.02-0.025％，P 0.024％，Cr 0.05％，Nb0.04％，Al0.05％，Ni,0.50％，余量为Fe；所述的不锈钢板的金属成分含量为：C 0.070％，Si 0.70％，Mn 1.6％，S 0.008％，P 0.04％，Cr19％，Ni12％，Nb0.03％，Al0.12％，Cu.035％，Ti 0.18-0.20％，余量为Fe。
制备的方法：
(1)对称组坯：将冶炼好的碳钢板和不锈钢板按照碳钢板、不锈钢板、不锈钢板、碳钢板的顺序进行叠加复合；且碳钢板、不锈钢板相互接触的面进行打磨露出金属层，在不锈钢板和不锈钢板相互接触的面上涂覆于隔离剂并在400-430℃进行烘干；钢板厚度为25mm，不锈钢板厚度为12.5mm。
(2)将组好的复合坯四周进行焊接封边，然后进行抽真空，真空度在5×10-3Pa以下；
(3)复合坯加热：将复合坯送至加热炉加热，加热温度1230～1235℃，加热时间为5h；然后进行三道轧制：第一道轧制开轧温度控制在1170～1175℃，第二道轧制开轧温度控制在1100～1105℃，第三道轧制开轧温度控制在1000～1005℃，单道次压下率在20％(即压下量Δh与轧件轧制前的高度H×100％)；
(4)冷却：轧制后抛钢，复合板直接超快冷，以15℃/s的速度进行冷却，终冷温度为800℃，然后再加热至900-910℃、保温15min进行稳定化处理，然后再以20℃/s的速度冷却至450℃；然后在450℃保温1.5小时，然后空冷至170℃保温6小时，然后空冷至130℃保温4小时；然后从130℃空冷至常温。采用上述过程，可以有效的降低晶间腐蚀性能，提高材料的抗腐蚀效果。
附图1为此实施例的复合板金相图，从附图可以看出本发明实施例制备的复合板材，没有晶间腐蚀，耐腐蚀效果好。
实施例2
一种不锈钢、碳钢复合板材，该复合板材的包括依次叠加复合的碳钢板、不锈钢板、不锈钢板和碳钢板；所述的碳钢板的金属成分含量为：0.16％，Si 0.22％，Mn0.6％，S0.022％，P0.024％，Cr 0.045％，Nb0.03％，Al0.045％，Ni0.45％余量为Fe；所述的不锈钢板的金属成分含量为：C 0.0.072％，Si 0.70％，Mn 1.5％，S0.006％，P 0.036％，Cr18％，Ni8.5％，Nb0.03％，Al0.12％，Cu0.35％，Ti 0.19％，余量为Fe；钢板厚度为30mm，不锈钢板厚度为10mm。
上述不锈钢、碳钢复合板材的制备方法，制备步骤包括：
(1)对称组坯：将冶炼好的碳钢板和不锈钢板按照碳钢板、不锈钢板、不锈钢板、碳钢板的顺序进行叠加复合；且碳钢板、不锈钢板相互接触的面进行打磨露出金属层，在不锈钢板和不锈钢板相互接触的面上涂覆于隔离剂并在420℃进行烘干；
(2)将组好的复合坯四周进行焊接封边，然后进行抽真空，真空度在1×10-3Pa以下；
(3)复合坯加热：将复合坯送至加热炉加热，加热温度1180～1185℃，加热时间为6h；然后进行三道轧制：第一道轧制开轧温度控制在1175～1180℃，第二道轧制开轧温度控制在1145～1150℃，第三道轧制开轧温度控制在1005～1010℃，单道次压下率在25％；
(4)冷却：轧制后抛钢，复合板直接超快冷，以15℃/s的速度进行冷却，终冷温度为840℃，然后再加热至920-925℃、保温20min进行稳定化处理，然后再以16℃/s的速度冷却至450℃；然后空冷至常温。
本发明步骤(1)所述的隔离剂为成分MgO和Al2O3，其质量比2:1的液态隔离剂。
实施例3
一种不锈钢、碳钢复合板材，该复合板材的包括依次叠加复合的碳钢板、不锈钢板、不锈钢板和碳钢板；所述的碳钢板的金属成分含量为：C0.20％，Si 0.30％，Mn0.8％，S0.023％，P0.024％，Cr 0.055％，Nb0.04％，Al0.055％，Ni0.55％，余量为Fe；所述的不锈钢板的金属成分含量为：C,0.074％，Si 0.70％，Mn 1.7％，S 0.008％，P 0.038％，Cr18.5％，Ni9％，Nb0.04％，Al0.13％，Cu0.40％，Ti 0.19％，余量为Fe。制备方法同实施例1。
实施例4
一种不锈钢、碳钢复合板材，该复合板材的包括依次叠加复合的碳钢板、不锈钢板、不锈钢板和碳钢板；所述的碳钢板的金属成分含量为：C0.20％，Si0.35％，Mn0.8％，S0.024％，P0.024％，Cr 0.06％，Nb0.045％，Al0.06％，Ni0.60％，余量为Fe；所述的不锈钢板的金属成分含量为：C 0.074％，Si 0.70％，Mn 1.75％，S 0.008％，P 0.035％，Cr19.5％，Ni10％，Nb0.045％，Al0.12％，Cu0.42％，Ti 0.19％，余量为Fe。制备方法同实施例2。
表1本发明实施例1-4样品性能
Figure BDA0001926735350000061
通过上述实施例可知，本发明的复合钢板耐腐蚀能力强，且力学性能理想。

Claims (4)

1.一种不锈钢、碳钢复合板材，其特征在于：该复合板材的包括依次叠加复合的碳钢板、不锈钢板、不锈钢板和碳钢板；所述的碳钢板的金属成分含量为：C0.15-0.20%， Si0.19-0.35%，Mn0.5-1.0%， S 0.02-0.025%，P 0.023-0.025%，Cr 0.04-0.06%，Nb0.02-0.05%， Al0.04-0.06%， Ni0.40-0.60%，余量为Fe；
所述的不锈钢板的金属成分含量为：C 0.07-0.075%，Si 0.65-0.75%， Mn 1.4-1.8%，S0.003-0.01%，P 0.035-0.04%，Cr18-20%，Ni8.5-13%，Nb0.02-0.05%，Al 0.10-0.15%，Cu0.30-0.45%，Ti 0.18-0.20%，余量为Fe；
制备步骤包括：
（1）对称组坯：将冶炼好的碳钢板和不锈钢板按照碳钢板、不锈钢板、不锈钢板、碳钢板的顺序进行叠加复合；且碳钢板、不锈钢板相互接触的面进行打磨露出金属层，在不锈钢板和不锈钢板相互接触的面上涂覆于隔离剂并在400-445℃进行烘干；
（2）将组好的复合坯四周进行焊接封边，然后进行抽真空，真空度在10×10-2Pa以下；
（3）复合坯加热：将复合坯送至加热炉加热，加热温度1160～1240℃，加热时间为4-6h；然后进行三道轧制：第一道轧制开轧温度控制在1170～1180℃，第二道轧制开轧温度控制在1100～1150℃，第三道轧制开轧温度控制在1000～1010℃，单道次压下率在15～25％；
（4）冷却：轧制后抛钢，复合板直接超快冷，以10～20℃/s的速度进行冷却，终冷温度为650～850℃，然后再加热至900-930℃、保温10-30min进行稳定化处理，然后再以15～20℃/s的速度冷却至450℃；然后空冷处理至常温。
2.根据权利要求1所述的不锈钢、碳钢复合板材，其特征在于：该复合板材的包括依次叠加复合的碳钢板、不锈钢板、不锈钢板和碳钢板；所述的碳钢板的金属成分含量为：C0.15-0.20%， Si 0.20-0.24%，Mn 0.6-0.8%，S 0.02-0.024%，P 0.023-0.025%，Cr 0.04-0.06%，Nb 0.02-0.05%，Al 0.04-0.06%，Ni 0.40-0.60%余量为Fe；所述的不锈钢板的金属成分含量为：C 0.07-0.075%，Si 0.70-0.75%， Mn 1.5-1.7%，S 0.003-0.01%，P 0.035-0.04%， Cr18-20%，Ni 9-13%，Nb 0.02-0.05%，Al 0.10-0.15%，Cu0.30-0.45%，Ti 0.18-0.20%，余量为Fe。
3.根据权利要求2所述的不锈钢、碳钢复合板材，其特征在于：步骤（1）所述的隔离剂为1306高温抗氧化涂料、或者成分为MgO和Al2O3，其质量比2:1的液态隔离剂。
4.根据权利要求2所述的不锈钢、碳钢复合板材，其特征在于：步骤（4）所述的空冷处理为：在450℃保温1-2小时，然后空冷至15-170℃保温5-6小时，然后空冷至120-130℃保温3-5小时；然后从120-130℃空冷至常温。
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