CN111020368B - 一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板，基材为碳钢，基材成分按重量百分比含量为：C≤0.24％，Si≤0.55％，Mn≤1.6％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr≤0.3％，Ni≤0.3％，Cu≤0.3％，余量为Fe和不可避免杂质元素；复材为双向不锈钢，其成分按重量百分含量为：C≤0.03％，Mn≤2.0％，Si≤1.0％，P≤0.030％，S≤0.020％，Cr：22％‑23％，Ni：4.5％‑6.5％，Mo：3％‑3.5％，N：0.14％‑0.20％，Nb：0.020％‑0.030％，余量为Fe和不可避免杂质元素。复材S32205添加Nb防止钢中铬与碳结合形成铬碳化物引起的铬元素浓度降低导致耐蚀性下降，特别是引起晶间腐蚀。复合板复合效果良好，界面的剪切强度在350MPa以上，探伤可满足GB/T 8165《不锈钢复合钢板和钢带》标准结合率I级要求，即100％结合。

Description

一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及复合板，特别涉及一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板及其制造方法。
背景技术
随着现代化工业的发展及各种新技术新材料的出现，人们对材料使用性能要求更高，单一组元材料的性能已经很难满足要求，因此，研究和制备新型复合材料成了材料科学与工程领域中一个重要的发展方向。层状金属复合板是由两种性能不同的金属板通过特殊的加工制备方法复合而成的，与单一金属组元相比，经过合理设计组合后的层状复合板结合了两种金属组元各自的优点，可以获得单一金属所不具有的物理和化学性能。
目前不锈钢复合板已经广泛应用于石油、化工、航空、核电、海水淡化、压力容器等领域。在海水淡化工程中，双相不锈钢S32205+低合金Q345B的需求持续增加，复合板是一种现代实用的结构材料，作为一种资源节约型的产品，它将极好的耐蚀性与很高的强度结合在一起，减少贵重金属的消耗，大幅度降低工程造价，与双相不锈钢制造成本相比，复合钢板成本下降1/3左右，具有显著的经济和社会效益。
申请号为201610180093.X，名为“一种碳钢与双相不锈钢复合钢板及其生产方法”的专利公开了一种碳钢与双相不锈钢复合板的生产方法。包括下述重量百分比含量的化学成分组成：245R碳钢满足GB713-2008要求，重量百分含量为：C：≤0.20％，Si：≤0.35％，Mn：0.50-1.0％，P：≤0.025％，S：≤0.015％，Alt：≥0.02％，余量为Fe和不可避免杂质元素；S32205双相不锈钢成分满足ASTM A240M-05标准《用于压力容器和一般用途的铬和铬镍不锈钢板、薄板和带钢的标准规范》要求，重量百分含量为C：≤0.03％，Mn：≤2.0％，Si：≤0.75％，另外还含有耐腐蚀性的合金元素Cr：22-23％，Ni：4.5-6.5％，Mo：3.0-3.5％，余量为Fe和不可避免杂质元素。加热温度控制在1200-1250℃，一阶段轧制开轧温度控制在1190-1220℃，单道次压下率在10-25％，终轧温度控制在1020-1080℃，轧后待温水冷或空冷该发明复合钢板的结合强度≥260MPa。但该发明中使用碳钢为245R级别，强度与双相不锈钢差异较大，且终轧温度过高，工业实际轧制过程成品钢板厚度较大时难以实现，同时钢板的剪切强度较低。
申请号为201810293759.1，名为“一种复合板的低成本高效组坯生产方法”的专利公开了一种复合板的低成本高效组坯生产方法。其特征在于，基层钢板和复层钢板铣磨、叠放、预热、组坯焊接、充惰性气体、封口焊接、加热、轧制，具体为：分别对复层钢板和基层钢板的一个表面进行铣磨处理，将铣磨面相对叠放在一起的后经预热到150-200℃，再将接触面的四周进行焊接，焊接封口处留有φ5-30mm孔洞，通过孔洞向内充氩气等惰性气体，最后再用铝条将孔洞封堵，当加热660℃以上时铝条融化，内部高压气体通过孔洞排除，可以防止钢板鼓包变形和轧制过程中发生爆裂，无需在真空室中焊接，也无需在焊后抽真空。但该发明由于取消焊后抽真空的工序，容易造成轧后钢板结合面探伤不合，工艺不稳定。
申请号为201510344441.8，名为“一种强韧性能的碳钢与不锈钢复合钢板及生产方法”的专利公开了一种碳钢与不锈钢复合板的生产方法。其特征在于，碳钢(1)为基材，基材按重量百分含量为C：0.03-0.10％，Si：0.01-0.40％，Mn：1.00-1.70％，P：≤0.015％，S：≤0.003％，Alt：0.01-0.06％，N：≤0.006％，H：≤0.0002％，余量为Fe和不可避免杂质元素，金相组织由针状铁素体组织组成；316L不锈钢(3)为复层，按重量百分含量：C≤0.03％，Mn≤2.0％，Si≤0.75％，还含有Cr、Ni、Mo增加耐腐蚀性合金元素；助焊剂(2)为BNi系钎焊料，其中Si含量3-7wt％之间，其余为Cr、Ni、Fe，熔点为950-1050℃，增加基材和复层之间的复合强度；阻焊剂(4)为氧化镁与氧化铝的混合物。但该发明生产的钢板为奥氏体不锈钢与碳钢复合，同时该种复合板强度不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板及其制造方法，解决了强度和耐蚀性不能匹配的问题，该复合钢板在热轧状态下的常温力学性能、耐腐蚀性、剪切强度和结合强度均保持较高的水平，完全满足于海水淡化工程复合板用钢的要求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板，基材为碳钢，基材成分按重量百分比含量为：C≤0.24％，Si≤0.55％，Mn≤1.6％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr≤0.3％，Ni≤0.3％，Cu≤0.3％，余量为Fe和不可避免杂质元素；
复材为双向不锈钢，其成分按重量百分含量为：：C≤0.03％，Mn≤2.0％，Si≤1.0％，P≤0.030％，S≤0.020％，Cr：22％-23％，Ni：4.5％-6.5％，Mo：3％-3.5％，N：0.14％-0.20％，Nb：0.020％-0.030％，余量为Fe和不可避免杂质元素。
所述的碳钢为Q345B。
所述的双向不锈钢为S32205。
一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板制造方法，包括以下步骤：
组坯工艺：钢坯对称复合，上下两层为碳钢中间两层为双相不锈钢；
(1)将冶炼好的碳钢和双相不锈钢钢坯分别进行开坯轧制到设计的中间坯尺寸；
(2)不锈钢钢坯为热处理固溶后或固溶处理+酸洗；
(3)分别将碳钢和双相不锈钢钢坯待复合面进行机加工修磨，表面粗糙度小于6μmm；
(4)在其中一块碳钢钢坯的修磨面焊接围板，围板高度等于两块双相不锈钢钢坯厚度之和，围板距边部30-45mm；
(5)在其中一块双相不锈钢钢坯修磨面喷涂隔离剂；
(6)将喷涂隔离剂的双相不锈钢钢坯送入烘干炉进行烘干处理，烘干温度150℃-300℃之间，烘干时间2-3小时；
(7)烘干后的双相不锈钢钢坯以喷涂隔离剂一面为接触面与另一块双相不锈钢钢坯组坯，点焊在一起；
(8)将点焊好的两块双相不锈钢钢坯放入围板内，同时将另一块碳钢钢坯盖上，对两块碳钢钢坯进行四周封焊；
(9)在封焊好的复合坯两端厚度中心位置打孔至不锈钢板坯，一端先充入氮气或氩气将复合坯内的空气排出，并在焊缝位置采用气泡检测焊缝是否漏气，充入氮气或氩气15-20min后停止，并将管道封焊，另一端用真空扩散泵进行抽真空处理，抽真空时间不小于1小时，真空度达到1.0-5.0×10-2Pa。
轧制工艺：
(1)加热温度控制在1200-1250℃，加热时间4-5小时；
(2)轧制工艺为热轧，采用低速大压下，轧机线速度小于1.5m/s，轧制单道次压下率在8-30％之间，保证最少有3道次压下率大于20％，终轧温度控制在850-950℃之间，轧后空冷；
(3)切割分坯。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明组坯效率高，再配合适宜的加热、轧制工艺，从而保证钢板在不同状态下的性能满足要求。
(2)复材S32205添加Nb防止钢中铬与碳结合形成铬碳化物引起的铬元素浓度降低导致耐蚀性下降，特别是引起晶间腐蚀。复合板具有较高的力学性能和耐晶间腐蚀性能，复合板在热轧状态下,屈服强度达到400MPa，抗拉强度达到585MPa，延伸率达到27.5％，0℃冲击功达到116J；。具有非常优良的强韧性能，同时不锈钢层均能满足ASTM A262 E法的晶间腐蚀试验。
(3)复合板复合效果良好，界面的剪切强度在350MPa以上，探伤可满足GB/T 8165《不锈钢复合钢板和钢带》标准结合率I级要求，即100％结合。
附图说明
图1为本发明组坯方式示意图。
图2为复合板结合面金相图。
图3为双相不锈钢S32205金相组织图。
图4为碳钢Q345B组织。
图中：碳钢1、双向不锈钢2、围板3、焊道4、隔离剂5。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进一步说明：
一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板，基材为碳钢，基材成分按重量百分比含量为：C≤0.24％，Si≤0.55％，Mn≤1.6％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr≤0.3％，Ni≤0.3％，Cu≤0.3％，余量为Fe和不可避免杂质元素；
复材为双向不锈钢，其成分按重量百分含量为：：C≤0.03％，Mn≤2.0％，Si≤1.0％，P≤0.030％，S≤0.020％，Cr：22％-23％，Ni：4.5％-6.5％，Mo：3％-3.5％，N：0.14％-0.20％，Nb：0.020％-0.030％，余量为Fe和不可避免杂质元素。
一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板制造方法，采用双坯叠轧，包括以下步骤：
组坯工艺：钢坯对称复合，上下两层为碳钢中间两层为双相不锈钢；
(1)将冶炼好的碳钢和双相不锈钢钢坯分别进行开坯轧制到设计的中间坯尺寸；
(2)不锈钢钢坯为热处理固溶后或固溶处理+酸洗；
(3)分别将碳钢和双相不锈钢钢坯待复合面进行机加工修磨，表面粗糙度小于6μmm；
(4)在其中一块碳钢钢坯的修磨面焊接围板，围板高度等于两块双相不锈钢钢坯厚度之和，围板距边部30-45mm；
(5)在其中一块双相不锈钢钢坯修磨面喷涂隔离剂，隔离剂为氧化镁与氧化铝的混合物；
(6)将喷涂隔离剂的双相不锈钢钢坯送入烘干炉进行烘干处理，烘干温度150℃-300℃之间，烘干时间2-3小时；
(7)烘干后的双相不锈钢钢坯以喷涂隔离剂一面为接触面与另一块双相不锈钢钢坯组坯，点焊在一起；
(8)将点焊好的两块双相不锈钢钢坯放入围板内，同时将另一块碳钢钢坯盖上，对两块碳钢钢坯进行四周封焊；
(9)在封焊好的复合坯两端厚度中心位置打孔，在封焊好的复合坯两端厚度中心位置打孔至不锈钢板坯，一端先充入氮气或氩气将复合坯内的空气排出，并在焊缝位置采用气泡检测焊缝是否漏气，充入氮气或氩气15-20min后停止，并将管道封焊，另一端用真空扩散泵进行抽真空处理，抽真空时间不小于1小时，真空度达到1.0-5.0×10-2Pa。见图1。
轧制工艺：
(1)加热温度控制在1200-1250℃，加热时间4-5小时；
(2)轧制工艺为热轧，采用低速大压下，轧机线速度小于1.5m/s，轧制单道次压下率在8-30％之间，保证最少有3道次压下率大于20％，终轧温度控制在850-950℃之间，轧后空冷；
(3)切割分坯。
实施例
基材为碳钢Q345B，复材为双相不锈钢S32205，基材化学成分如表1；
表1：实施例碳钢的化学成分(wt％)
元素 C Si Mn P S Ni Cr Cu V Nb ALs
例1 0.148 0.34 1.47 0.017 0.007 0.011 0.017 0.013 0.002 0.030 0.034
例2 0.156 0.33 1.51 0.015 0.008 0.012 0.013 0.010 0.003 0.028 0.032
例3 0.157 0.28 1.49 0.015 0.006 0.012 0.014 0.011 0.002 0.029 0.036
例4 0.142 0.31 1.43 0.014 0.007 0.010 0.012 0.008 0.002 0.032 0.029
例5 0.151 0.32 1.49 0.016 0.005 0.008 0.009 0.012 0.003 0.033 0.035
复材化学成分如表2：
表2：实施例双相不锈钢的化学成分(wt％)
Figure BDA0002254077790000051
Figure BDA0002254077790000061
实施例1海水淡化用双相不锈钢复合钢板制造方法，生产工艺包括钢坯组坯、加热、轧制，钢板规格为：(12+2)×3200×11000mm(厚度×宽度×长度)，其中碳钢1厚度为12mm，S32205双相不锈钢2厚度为2mm。具体为：
(1)组坯：将按化学成分设计冶炼好的钢坯进行开坯轧制；碳钢钢坯厚度108mm，S32205双相不锈钢中间钢坯厚度18mm，利用铣床进行复合面的表面清理；将喷涂隔离剂的双相不锈钢钢坯送入烘干炉进行烘干处理，烘干温度280℃-300℃之间，烘干时间2小时；两层S32205双相不锈钢组焊，两层S32205双相不锈钢之间为隔离剂面，两层S32205双相不锈钢上下组装碳板，不锈钢组合板由围板限位，碳板之间封焊；
在封焊好的复合坯两端厚度中心位置打孔至不锈钢板坯，一端先充入氮气或氩气将复合坯内的空气排出，并在焊缝位置采用气泡检测焊缝是否漏气，充入氮气或氩气15-20min后停止，并将管道封焊，另一端用真空扩散泵进行抽真空处理，抽真空时间1小时，真空度达到10-2Pa。
(2)轧制：加热温度控制在1220℃，在炉时间为4.5小时；轧制工艺为热轧，具体工艺见表3；钢板轧后空冷。
(3)切割分坯。
实施例2海水淡化用双相不锈钢复合钢板制造方法，生产工艺包括钢坯组坯、加热、轧制，钢板规格为：(16+3)×3000×10000mm(厚度×宽度×长度)，其中碳钢1厚度为16mm，S32205双相不锈钢2厚度为3mm。具体为：
(1)将按化学成分设计冶炼好的钢坯进行开坯轧制；碳钢钢坯厚度128mm，S32205双相不锈钢中间钢坯厚度24mm，利用铣床进行复合面的表面清理，将喷涂隔离剂的双相不锈钢钢坯送入烘干炉进行烘干处理，烘干温度250℃-280℃之间，烘干时间2小时；两层S32205双相不锈钢组焊，两层S32205双相不锈钢之间为隔离剂面，两层S32205双相不锈钢上下组装碳板，不锈钢组合板由围板限位，碳板之间封焊；
在封焊好的复合坯两端厚度中心位置打孔至不锈钢板坯，一端先充入氮气或氩气将复合坯内的空气排出，并在焊缝位置采用气泡检测焊缝是否漏气，充入氮气或氩气15-20min后停止，并将管道封焊，另一端用真空扩散泵进行抽真空处理，抽真空时间1小时，真空度达到10-2Pa。
(2)轧制：加热温度控制在1230℃，在炉时间为4.7小时，轧制工艺为热轧，具体工艺见表3，钢板轧后空冷。
(3)切割分坯。
实施例3海水淡化用双相不锈钢复合钢板制造方法，生产工艺包括钢坯组坯、加热、轧制，钢板规格为：(10+3)×3200×11000mm(厚度×宽度×长度)，其中碳钢1厚度为12mm，S32205双相不锈钢2厚度为3mm。具体为：
(1)将按化学成分设计冶炼好的钢坯进行开坯轧制；碳钢钢坯厚度90mm，S32205双相不锈钢中间钢坯厚度27mm，利用铣床进行复合面的表面清理，将喷涂隔离剂的双相不锈钢钢坯送入烘干炉进行烘干处理，烘干温度250℃-280℃之间，烘干时间2小时；两层S32205双相不锈钢组焊，两层S32205双相不锈钢之间为隔离剂面，两层S32205双相不锈钢上下组装碳板，不锈钢组合板由围板限位，碳板之间封焊；
在封焊好的复合坯两端厚度中心位置打孔至不锈钢板坯，一端先充入氮气或氩气将复合坯内的空气排出，并在焊缝位置采用气泡检测焊缝是否漏气，充入氮气或氩气15-20min后停止，并将管道封焊，另一端用真空扩散泵进行抽真空处理，抽真空时间1小时，真空度达到10-2Pa。
(2)轧制：加热温度控制在1240℃，在炉时间为5.2小时；轧制工艺为热轧，具体工艺见表3；钢板轧后空冷。
(3)切割分坯。
实施例4海水淡化用双相不锈钢复合钢板制造方法，生产工艺包括钢坯组坯、加热、轧制，钢板规格为：(14+3)×3300×11000mm(厚度×宽度×长度)，其中碳钢1厚度为14mm，S32205双相不锈钢2厚度为3mm。具体为：
(1)将按化学成分设计冶炼好的钢坯进行开坯轧制；碳钢钢坯厚度112mm，S32205双相不锈钢中间钢坯厚度24mm，利用铣床进行复合面的表面清理，将喷涂隔离剂的双相不锈钢钢坯送入烘干炉进行烘干处理，烘干温度240℃-280℃之间，烘干时间2小时；两层S32205双相不锈钢组焊，两层S32205双相不锈钢之间为隔离剂面，两层S32205双相不锈钢上下组装碳板，不锈钢组合板由围板限位，碳板之间封焊；
在封焊好的复合坯两端厚度中心位置打孔至不锈钢板坯，一端先充入氮气或氩气将复合坯内的空气排出，并在焊缝位置采用气泡检测焊缝是否漏气，充入氮气或氩气15-20min后停止，并将管道封焊，另一端用真空扩散泵进行抽真空处理，抽真空时间1小时，真空度达到10-2Pa。
(2)轧制：加热温度控制在1240℃，在炉时间为4.6小时；轧制工艺为热轧，具体工艺见表3；钢板轧后空冷。
(3)切割分坯。
实施例5海水淡化用双相不锈钢复合钢板制造方法，生产工艺包括钢坯组坯、加热、轧制，钢板规格为：(12+3)×3300×11000mm(厚度×宽度×长度)，其中碳钢1厚度为14mm，S32205双相不锈钢2厚度为3mm。具体为：
(1)将按化学成分设计冶炼好的钢坯进行开坯轧制；碳钢钢坯厚度96mm，S32205双相不锈钢中间钢坯厚度24mm，利用铣床进行复合面的表面清理，将喷涂隔离剂的双相不锈钢钢坯送入烘干炉进行烘干处理，烘干温度250℃-280℃之间，烘干时间2小时；两层S32205双相不锈钢组焊，两层S32205双相不锈钢之间为隔离剂面，两层S32205双相不锈钢上下组装碳板，不锈钢组合板由围板限位，碳板之间封焊；
在封焊好的复合坯两端厚度中心位置打孔至不锈钢板坯，一端先充入氮气或氩气将复合坯内的空气排出，并在焊缝位置采用气泡检测焊缝是否漏气，充入氮气或氩气15-20min后停止，并将管道封焊，另一端用真空扩散泵进行抽真空处理，抽真空时间1小时，真空度达到10-2Pa。
(2)轧制：加热温度控制在1250℃，在炉时间为4.8小时，轧制工艺为热轧，具体工艺见表3；钢板轧后空冷。
(3)切割分坯。
表3：实施例复合板轧制工艺
Figure BDA0002254077790000081
生产的复合板性能见表4。
表4：实施例复合板力学性能
Figure BDA0002254077790000091
本发明复合板的界面结合强度超过350MPa，结合率100％，探伤按照GB/T8165Ⅰ级合格，完全适用于海水淡化用双相不锈钢复合钢板要求。且钢板宽度可以达到3500mm，减少了原来窄板拼焊造成的焊缝，提高后续的生产效率。
上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。

Claims (1)

1.一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板，其特征在于，基材为碳钢，基材成分按重量百分比含量为：C≤0.24％，Si0.28-0.55％，Mn≤1.6％，P≤0.035％，S≤0.035％，Cr：0.009-0.3％，Ni0.008-0.3％，Cu0.010-0.3％，余量为Fe和不可避免杂质元素；
复材为双相不锈钢S32205，其成分按重量百分含量为：C≤0.03％，Mn≤2.0％，Si≤1.0％，P≤0.030%，S≤0.020%， Cr：22％-23％，Ni：4.5％-6.5％，Mo：3％-3.5％，N：0.14％-0.20％，Nb：0.020％-0.030%，余量为Fe和不可避免杂质元素；复合钢板制造方法，包括以下步骤：
一.组坯工艺：钢坯对称复合，上下两层为碳钢中间两层为双相不锈钢；
（1）将冶炼好的碳钢和双相不锈钢钢坯分别进行开坯轧制到设计的中间坯尺寸；
（2）不锈钢钢坯为热处理固溶后或固溶处理+酸洗；
（3）分别将碳钢和双相不锈钢钢坯待复合面进行机加工修磨，表面粗糙度小于6μmm；
（4）在其中一块碳钢钢坯的修磨面焊接围板，围板高度等于两块双相不锈钢钢坯厚度之和，围板距边部30 mm -45mm；
（5）在其中一块双相不锈钢钢坯修磨面喷涂隔离剂；
（6）将喷涂隔离剂的双相不锈钢钢坯送入烘干炉进行烘干处理，烘干温度150℃-300℃之间，烘干时间2-3小时；
（7）烘干后的双相不锈钢钢坯以喷涂隔离剂一面为接触面与另一块双相不锈钢钢坯组坯，点焊在一起；
（8）将点焊好的两块双相不锈钢钢坯放入围板内，同时将另一块碳钢钢坯盖上，对两块碳钢钢坯进行四周封焊；
（9）在封焊好的复合坯两端厚度中心位置打孔至不锈钢板坯，一端先充入氮气或氩气将复合坯内的空气排出，并在焊缝位置采用气泡检测焊缝是否漏气，充入氮气或氩气15-20min后停止，并将管道封焊，另一端用真空扩散泵进行抽真空处理，抽真空时间不小于1小时，真空度达到（1.0-5.0）×10-2Pa；
二.轧制工艺：
（1）加热温度控制在1200-1250℃，加热时间4-5小时；
（2）轧制工艺为热轧，采用低速大压下，轧机线速度小于1.5m/s，轧制单道次压下率在8-30％之间，保证最少有3道次压下率大于20%，终轧温度控制在850-950℃之间，轧后空冷；
（3）切割分坯。
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