CN109703130B - 一种锆钢复合板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锆钢复合板及其制作方法，该锆钢复合板包括碳钢层、扩散层及锆层；该扩散层包括锆层内的碳钢扩散层及碳钢层内的锆扩散层；本发明所公开的锆钢复合板的制作方法，采用封焊后进行压延复合的方式进行制作，能够在普通的工作环境下进行，而无需像爆炸复合制作方法，需要选取偏僻的环境进行，耗时耗力，且危险性高。

Description

一种锆钢复合板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料及复合材料的制作方法，具体为一种锆钢复合板及其制备方法。

背景技术

锆钢复合板是一种以锆为覆层、钢为基层的双金属新型复合材料，既具有锆的优良耐蚀特性，又具有碳钢板作为结构物的强度。

目前，锆钢复合板制造方法主要有爆炸复合法和爆炸制坯-轧制法。爆炸复合法通常在常温下进行，指利用炸药爆炸产生的冲击力造成工件迅速碰撞而实现焊接的方法，但由于爆炸复合受自身工艺限制，制作复合板板面较小、生产效率低，且因复合板基板变形较大而仅适用于厚金属板的复合。爆炸-轧制复合法则存在工序复杂、影响复合板结合强度的因素多、能耗大、生产周期长以及制作成本较高等缺点，这一系列的问题极大地限制了该方法的使用。此外，上述两种方法还存在噪音大和环境污染，不利于环保等不利影响，故往往需要一个远离人群的工作环境，由此导致某些企业只能选择较为偏僻的地点进行生产，其运输成本等也会随之升高。

发明内容

发明目的：本发明公开了一种锆钢复合板制备方法，该方法制备出的锆钢复合板其材料性能较好，且制作过程环保无污染，对于工作环境要求不高，且一次能成型两个锆钢复合板，效率较高；本发明公开的锆钢复合板耐蚀性能较好且强度较高。

技术方案：本发明公开了一种锆钢复合板，包括碳钢层、扩散层及锆层；扩散层位于碳钢层和锆层之间，并连接碳钢层和锆层；该扩散层包括：碳钢层内元素或分子向锆层扩散的锆侧扩散层，以及锆层内元素或分子向碳钢层扩散的碳钢侧扩散层。

本发明还公开了一种锆钢复合板的制备方法，具体步骤如下：

(1)剪裁钢板、锆板各两块，并将钢板与锆板结合面打磨处理，打磨至金属本色；

(2)锆板的非结合的一面涂抹隔离剂，并将涂抹面相对放置；

(3)特别的将相对放置的锆板四边边缘密封焊接，并在一角预留一通气孔；

(4)按照钢板、锆板、锆板、钢板的次序对称叠放组坯；

(5)将钢板四周封焊，在钢板一角设通气孔，并在通气孔位置焊接通气管；

(6)将通气管与三通连接，三通分别与真空泵和惰性气体瓶相连；

(7)打开氩气阀门补充惰性气体至0.1MPa-0.2MPa，检验钢板封焊的气密性；

(8)关闭惰性气体阀门，打开真空泵阀门，将钢层内压力抽至0.01-0.001MPa；

(9)关闭真空阀门，打开惰性气体阀门，补充惰性气体至常压；

(10)重复步骤(9)和(10)反复两次，将钢层空气含量降至10Pa以下,密封通气管；

(11)将板坯加热至900-1000℃保温30min；

(12)始轧温度950℃，终轧温度600℃；

(13)经轧机轧制，累计下压量大于80％，反复轧制至理想尺寸；

(14)退火处理，加热至650-700℃，保温30-80min；

(15)沿成品板四周，将板坯切割开，得两块锆钢复合板材；

(16)将锆钢复合板材覆层清洗、打磨干净；

(17)得到两块成品锆钢复合板。

有益效果：本发明提供的锆钢复合板其加工环境要求更低，复合板耐腐蚀性强，强度较好；本发明提供的锆钢复合板制备方法，其加工过程较为环保，相较于传统的制备方式其加工环境要求较低，且安全性更高；制备周期较短，且由于一次成型两块锆钢复合板故其效率也大大提高。

附图说明

图1为本发明锆钢复合板制备过程中组坯的剖视图；

图2为本发明锆钢复合板制备过程中组坯的俯视图；

图3为本发明20mm碳钢+2mm锆的锆钢复合板扩散层扫描图片；

图4为本发明20mm碳钢+2mm锆的锆钢复合板扩散层EDS光谱图；

图5为本发明20mm碳钢+2mm锆的锆钢复合板扩散层EDS光谱图各成分元素及含量。

具体实施方式

一种锆钢复合板制备方法，具体步骤如下：

(1)选择厚度为100mm的碳含量小于0.2％碳钢板1和厚度为10mm的锆板2，将钢板1切割至长宽尺寸为2190mm×1190mm，将锆板2切割至尺寸2100mm×1100mm，采用千叶轮使用自动打磨机处理锆板2待结合表面和钢板1的待结合表面，使得待结合表面无氧化层、杂质及空洞，板面呈现金属本色；

(2)配制隔离剂5，取目数大于200目的氧化铝粉和聚氯乙烯粉末与水按(2-3)：(1-2)：100的比例混合并搅拌均匀，并均匀涂抹在锆板2的非结合面，厚度为0.3-0.8mm，静止晾干或置于烘箱烘干，烘箱温度不得高于180℃；

(3)将锆板2涂抹隔离剂的一面相对放置，并将锆板2四周密封焊形成锆封焊焊缝4并在封焊的一角留有一通气孔；锆四周被封焊之后可防止隔离剂中的挥发物质进入锆钢复合层从而影响复合材料的质量；

(4)将锆板2和钢板1待结合表面酒精擦拭干净，将封焊好的锆板2对称放置在钢板1的结合面上，将另一块钢板1叠放在锆板2之上，使得钢板1与锆板2结合面相对放置；组成钢板1、锆板2、锆板2、钢板1对称堆叠型式；采用对称组坯一是锆板2与钢板1材料不可直接焊接，无法在结合面形成空腔影响后续组坯步骤，二是避免由于锆板2和钢板1变形不一致使得板型弯曲，影响板坯后续加工，如采用校平，将影响锆板2与钢板1的结合强度，三是采用对称放置可避免以上不良状况发生同时可将产量提高一倍；

(5)沿钢板1四周密封焊接形成钢封焊焊缝3，同时在封焊一角预留通气孔焊接Ф22mm×3mm的通气管6；

(6)将通气管与三通连接，三通一端接真空机组的阀门，另一端接带有调压阀的瓶装氩气；打开氩气调压阀充压至0.1-0.2MPa，用肥皂水检验板坯焊接气密性，然后关闭氩气阀门，打开真空机组阀门将钢坯空腔内压力抽至0.01-0.001MPa，关闭机组阀门打开氩气阀补充氩至大气压，再次关闭氩气阀门打开机组阀门抽真空至0.01-0.001MPa，充氩气至大气压，缓慢拆掉三通的同时用锡块将通气管塞封上；

(7)将复合板加热至900-1000℃，保温210min，采用轧机压延复合，第一道变形率不得低于6.5％；经多次轧制总变形率为80％-90％，空冷至常温得到复合板；

(8)退火处理，将复合板加热至650-700℃，保温30-80min，板坯校平；

(9)切除板料头、尾和两侧焊接部分，清除隔离层，清洗板面；

(10)得到两张锆厚度2mm，钢厚度20mm，剪切强度大于100MPa，内弯180°合格的锆钢复合板。

经过上述锆钢复合板制备方法所得到的锆钢复合板包括碳钢层、扩散层及锆层；扩散层位于碳钢层和锆层之间，并连接碳钢层和锆层；该扩散层包括：碳钢层内元素或分子向锆层扩散的锆侧扩散层，以及锆层内元素或分子向碳钢层扩散的碳钢侧扩散层。

申请人针对通过上述实施例中提供的锆钢复合板的制备方法所得到的厚度分别为16mm碳钢+1.5mm锆和20mm碳钢+2mm锆的锆钢复合板样品进行了金相显微组织检测。结果如下表：

表一

由上表可知对于不同厚度的样品其扩散层厚度不同，但总体上锆侧扩散层的厚度大于碳钢侧扩散层厚度。如图3～5所示，20mm碳钢+2mm锆的扩散层最中间的点(spot1点)通过其EDS光谱图进行定量分析得到了如图5所示的铁元素和锆元素的含量。

锆钢复合板可用于反应釜的制作，锆钢复合板制作的反应釜，锆作为复层满足了对设备的耐蚀性能的要求，钢作为基层满足了对设备结构强度的要求；

采用锆钢复合板制作的锆钢复合反应釜，与现有搪瓷反应釜、玻璃钢反应釜的性能对比如下：

1、耐蚀性能：设备的耐腐性能是对于反应釜在腐蚀性环境中使用的基本要求；

·锆具有优异的耐蚀性能，能耐绝大多数酸、碱、盐的腐蚀，在强酸、强碱或者酸碱交替使用的环境下，锆的耐腐性能表现突出；

·搪瓷不耐强酸、强碱的腐蚀，由于搪瓷工艺限制，搪瓷在酸碱频繁交替使用的环境中，表现较差；

·玻璃钢在酸碱中的耐蚀性能表现良好。

2、安全性：反应设备由于物料性质、流动和搅拌等原因，易产生静电，静电不及时导出遇到可燃性气体，易产生燃烧或爆炸等危害；

·锆钢复合反应釜为金属釜体，有较好的导电性能，物料产生的静电能及时导出，可避免静电造成的危害；

·搪瓷反应釜由于内表面的瓷釉属性原因，釜内产生的静电不易导出，造成爆燃等危害，如静电积累一定程度可直接击穿瓷釉，造成釜体腐蚀，有物料泄露的重大风险；

·玻璃钢反应釜制作材料主要为各类树脂，树脂为绝缘体，玻璃钢内静电也不易导出，在可燃性气氛中，有燃烧和爆炸的风险；

3、换热性能：反应类容器，一般伴有热交换的产生；

·锆钢反应釜为金属材质，外设碳钢夹套或碳钢换热盘管即可满足换热要求，工作温度可达350℃，不受冷热变换温差影响；

·搪瓷反应釜外设碳钢夹套或碳钢换热盘管即可满足换热要求，由于瓷釉性能影响，不适用于温度急剧变化的环境中；

·玻璃钢反应釜由于树脂材料限制，使用温度小于180℃，并在高温环境中极易老化，寿命较短。

综上可知，本实施例中的锆钢复合板其耐蚀性、安全性及换热性都强于其他材料，其应用领域延伸较为广泛，制备方式也更为简单。

Claims (8)

1.一种锆钢复合板，包括碳钢层、扩散层及锆层，其特征在于：所述扩散层位于所述碳钢层和锆层之间，并连接碳钢层和锆层；所述扩散层包括：碳钢层内元素或分子向锆层扩散的锆侧扩散层，以及锆层内元素或分子向碳钢层扩散的碳钢侧扩散层；

所述锆钢复合板的制备方法包括以下步骤：

(1)剪裁钢板、锆板各两块，并将钢板与锆板结合面打磨处理，打磨至金属本色；

(2)锆板的非结合的一面涂抹隔离剂，并将涂抹面相对放置；

(3)按照钢板、锆板、锆板、钢板的次序对称叠放组坯；

(4)将钢板四周封焊，在钢板一角设通气孔，并在通气孔位置焊接通气管，通气管分别与真空泵和装有惰性气体的瓶相连；

(5)检验钢板封焊的气密性；

(6)使用真空泵和装有惰性气体的瓶，将钢层空气含量降至0.01％以下，密封通气管；

(7)将组坯加热并保温；

(8)组坯经轧机轧制，反复轧制至理想尺寸；

(9)沿成品板四周，将板坯切割开，得两块锆钢复合板材；

其中，所述步骤(8)轧机轧制的总变形率大于80％。

2.根据权利要求1所述的锆钢复合板，其特征在于：所述锆侧扩散层厚度小于碳钢侧扩散层厚度。

3.根据权利要求1所述的一种锆钢复合板，其特征在于：所述步骤(2)中在锆板的非结合的一面涂抹隔离剂，并将涂抹面相对放置之后将相对放置的锆板四边边缘密封焊接，并在一角预留一通气孔。

4.根据权利要求1所述的一种锆钢复合板，其特征在于：在步骤(8)中在组坯经轧机轧制至理想尺寸之后，对轧制好的板坯进行退火处理。

5.根据权利要求1所述的一种锆钢复合板，其特征在于：所述步骤(5)将惰性气体瓶的阀门打开，补充惰性气体至0.1-0.2MPa，检验钢板封焊的气密性。

6.根据权利要求5所述的一种锆钢复合板，其特征在于：所述步骤(6)具体为：

(61)关闭惰性气体瓶的阀门，打开真空泵阀门，将钢层内压力抽至0.01-0.001MPa；

(62)关闭真空阀门，打开惰性气体瓶阀门，补充惰性气体至常压；

(63)重复步骤(61)和(62)反复两次，将钢层空气含量降至0.01％以下，密封通气管。

7.根据权利要求1所述的一种锆钢复合板，其特征在于：所述步骤(7)中将板坯加热至900-1000℃并保温30min。

8.根据权利要求4所述的一种锆钢复合板，其特征在于：所述步骤(8)退火处理的温度加热至650-700℃之后，保温30-80min。

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