CN111559134B - 一种复合板及其制备方法 - Google Patents

一种复合板及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111559134B
CN111559134B CN202010312859.1A CN202010312859A CN111559134B CN 111559134 B CN111559134 B CN 111559134B CN 202010312859 A CN202010312859 A CN 202010312859A CN 111559134 B CN111559134 B CN 111559134B
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite
layer
composite board
rolling
stainless steel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010312859.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111559134A (zh
Inventor
姚圣杰
陈龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology Weihai
Original Assignee
Harbin Institute of Technology Weihai
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology Weihai filed Critical Harbin Institute of Technology Weihai
Priority to CN202010312859.1A priority Critical patent/CN111559134B/zh
Publication of CN111559134A publication Critical patent/CN111559134A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111559134B publication Critical patent/CN111559134B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B47/00—Auxiliary arrangements, devices or methods in connection with rolling of multi-layer sheets of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/18—Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B21B2001/386—Plates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

本发明公开了一种复合板及其制备方法，所述复合板包括：中间夹层，所述中间夹层为Mn‑B钢基层；叠放层，所述叠放层至少为两层，两层所述叠放层分别设置于所述中间夹层的上下两侧；所述叠放层为具有顺磁性的金属层；形成复合板时，两层所述叠放层分别设置于中间夹层上下两侧，沿叠放层与中间夹层连接处的边缘贴合后，经边缘的密封连接以形成叠层式的复合板。利用一种Mn‑B钢作为基体金属，替代常规的Q235或Q345等普碳钢材料，由于B元素的加入，使得基体金属(碳钢)具有优良的淬透性，极易通过后续的淬火等热处理方法获得更高的强度。通过两种不同材料的合理厚度搭配以及轧制‑热处理工艺制度的优化实现高强塑性复层板的制备。

Description

一种复合板及其制备方法
技术领域
本发明属于材料及其制备技术领域，具体涉及一种复合板及其制备方法。
背景技术
奥氏体不锈钢复合板由于同时具备不锈钢及基材的优点，在国内外被广泛应用于石油、化工、海水淡化、制盐、核工业、食品行业、水利设施建设等行业，与同规格的纯不锈钢相比,明显减少了不锈钢的用量，不仅能节约成本40％～50％，而且也可大量节约镍等合金元素。
但是，目前针对上述不锈钢复合板的基材选用，一般均采用Q235、Q345等常规普碳钢品种，其主要原因在于这类钢材具有较低的成本。很少有产品在覆层材料(即不锈钢层)的成本控制上进行开发。目前，利用Mn-N复合添加替代Ni以降低奥氏体不锈钢的成本，已成为低成本奥氏体不锈钢开发的趋势，其中201，J1，J3，J4等牌号不锈钢就是在这一需求下应运而生的典型产品，其Ni含量在上述产品中降低至1％左右，使得这类不锈钢材在兼具一定耐腐蚀性的同时，成本要比常规的304、316等奥氏体不锈钢大幅度降低。
同时，诸多应用场合中，除了需要借助覆层不锈钢的耐腐蚀性之外，还要求材料具有更高的强度、塑性等综合力学性能，从而满足一些轻量化以及安全性的要求，比如乘用车、商用车、电梯轿厢等制造领域。这就使得传统的以Q235、Q345为基材的不锈钢复合板无法提供足够的强度增量，轻量化效果不足。这也是现有的奥氏体不锈钢复合板强塑积不高(一般不超过30GPa％)的主要原因。
此外，在宽幅复合板尤其是薄板的生产工艺上，还是以轧制的方式居多。其中包括热轧以及冷轧。热轧复合板最大的特点在于能够生产多种厚度规格的复合板，包括中厚板材，并且由于热轧属于高温轧制，通常轧制温度均在1000摄氏度以上，易于获得具有良好界面结合性能的产品。但是，高温热轧也会造成界面厚度波动，以及碳扩散层厚度较大，易削弱不锈钢复层耐腐蚀性等问题。冷轧复合板可以很大程度上降低上述热轧复合板存在的不利之处，但是冷轧最大的问题在于首道次需要极大的变形量，通常超过50％，轧制能耗大且对于轧机来说负载过大，可操作性较差。
发明内容
本发明的目的是，提供一种强度增量大、强塑积(即综合力学性能)强的复合板以及该复合板的制备方法，其制备工艺可操作性强。
为了实现上述技术效果，本发明通过以下技术手段实现：
一种复合板，包括：
中间夹层，所述中间夹层为Mn-B钢基层；
叠放层，所述叠放层至少为两层，两层所述叠放层设置于所述中间述夹层的上下两侧；
所述叠放层为具有顺磁性的金属层；
形成复合板时，两层所述叠放层分别设置于中间夹层上下两侧，沿叠放层与中间夹层连接处的边缘贴合后，经边缘的密封连接以形成叠层式的复合板。
本技术方案中，基于中锰奥氏体不锈钢与Mn-B系碳钢的复合板，其整体材料成本要比传统304或316奥氏体不锈钢与Q235、Q345等普碳钢复合的板材低。
本技术方案中，由于锰含量的增加，使得此奥氏体不锈钢的塑性(延伸率)优良，能够为轧制复合板的塑性提升起到积极的作用。
本发明中，利用一种Mn-B钢作为基体金属，替代常规的Q235或Q345等普碳钢材料，由于B元素的加入，使得基体金属(碳钢)具有优良的淬透性，极易通过后续的淬火等热处理方法获得更高的强度。通过两种不同材料的合理厚度搭配以及轧制-热处理工艺制度的优化实现高强塑性复层板的制备。
作为本发明的进一步改进，所述Mn-B钢基层为通过Mn-B钢加工而成的钢基板层。
本技术方案中，中间基层选用Mn-B钢，该钢种为一种低碳微合金钢，Mn/B表示的是这种钢含有这两种典型的化学成分而已，使得该钢种具有较好的淬透性，容易通过后续热处理获得超高强度。
进一步地，所述Mn-B钢基层可以选用淬透性且容易经热处理获得高强度的其它刚基层替换。
作为本发明的进一步改进，所述金属层可用铁磁性金属层替代。
本技术方案中，铁磁性金属比如Fe、Co、Ni等物质构成的层结构。铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化强度，其磁化率为正值。本技术方案中，其可以利用电磁感应进行加热，进而加工中，当这些铁磁性金属层叠放在中间夹层两侧时，对中间夹层进行磁感应加热，此时，中间夹层以及铁磁性金属层同步升温加热。
作为本发明的进一步改进，所述叠放层为奥氏体不锈钢层、铁素体不锈钢层或双相不锈钢层中的一种。
具体地，本发明中，所述叠放层为中锰奥氏体不锈钢层、铁素体不锈钢层、双相不锈钢层、304不锈钢层或316不锈钢层中的一种，其目的是实现不锈钢或者钢的基板，进而基板用于夹住中间夹层，为构成复合板做准备。
本发明还公开了一种复合板的制备方法，包括以下步骤：
S1叠放：按照叠放层位于中间夹层上下两侧的顺序进行叠放，形成预复合板，所述中间夹层为Mn-B钢基层；
S2焊接：沿预复合板中，叠放层与中间夹层连接处的边缘，采用焊接的方式，将叠放层与中间夹层进行焊接，形成复合板坯；
S3温轧加工：利用温轧加热方式，将复合板坯加热至居里温度后轧制复合板坯，以形成复合板。
本技术方案中，采用温轧加工，由于温轧温度(即居里点温度)相比较于热轧温度低很多，碳元素的扩散速度也比热轧温度下要慢，且感应加热速度快，时间短，又一定程度上降低了碳的扩散距离，因此能够有效降低复合板碳扩散层的厚度，避免对不锈钢层的耐蚀性造成过大影响。
本发明中，相比较于冷轧，温轧温度的提升能够有效降低轧制时金属的变形抗力，减小轧制压力，降低轧机能耗。且对于首道次轧制没有大变形量要求，工艺的可操作性更好，即降低道次变形量，降低轧机的负载，确保轧制的顺利可靠进行。
本发明中，先对部分加热，然后利用热传导进行热量传导，加工上，加热效率以及效果更优。
本技术方案中，由于B元素的加入，使得基体金属(碳钢)具有优良的淬透性，极易通过后续的淬火等热处理方法获得更高的强度。通过两种不同材料的合理厚度搭配以及轧制-热处理工艺制度的优化实现高强塑性复层板的制备。
本技术方案中，层结构简单，容易加工实现。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2焊接中，所述焊接时，工艺条件为真空度不低于10-2Pa的真空条件。
本发明中，真空环境下焊接，避免了氧化，从而可以保证层间界面的洁净度，保证后续的界面强度。论上真空度越高越好，但是太高的真空度，不仅对加工环境要求高，而且会增加工艺中的难度，本发明中，为了保证洁净度，故真空条件选用不低于10-2Pa，如果低于，则清洁度差，后续的界面强度差。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3温轧加工具体为：利用温轧加热方式，将复合板坯加热至居里温度，经轧制水冷后，形成复合板。
本发明中，采用常规轧制工艺，通过调整复合板坯的加热温度，进而温度适中，相比于冷轧，首道次变形量小，轧制耗能小，负载小，可操作性强，相对于热轧，温度低，界面波动小。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3温轧加工中，所述加热具体为感应加热方式，所述感应加热方式为：对复合板坯中的中间夹层进行局部加热后，利用热传导实现复合板坯的整体加热。
本发明中，利用感应加热方式，具体地，感应加热的原理为：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(300-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000℃，而心部温度升高很小。
本发明中，根据上述的集肤效应，结合中间加夹层较薄的厚度，能够整体升温，使得中间夹层金属表面温度与其叠放层温度之间，保持良好的一致性。
本发明中的不锈钢复合板，只要具备不锈钢层、铁磁性层或顺磁性层，就会产生封闭线圈，即封闭的磁场回路，本发明中，封闭线圈一般是指感应器，而加热过程中的磁场回路就是通过封闭线圈产生的。
本发明的复合板中，利用Mn-B层，绕开了奥氏体由于不具有顺磁性，故无法直接利用封闭线圈对其加热的问题，而是先通过磁感应加热中间的Mn-B钢基层，然后在利用热传递，将热量快速传递给叠加层，实现了奥氏体等不锈钢的加热。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3温轧加热为若干道，具体为：根据目标复合板的厚度，重复步骤S3中的温轧加热，直至得到目标厚度的复合板。
本发明中，轧制的道次数跟复合板初始厚度和最终产品厚度有关。本发明中，复合板初始厚度2.7-5.0mm，最终产品厚度0.5-2.5mm范围。轧制的道次数根据总的变形量的不同而有区别，本发明中，通常1-5道次即可实现变形量要求。
作为本发明的进一步改进，还包括S4复合板的精制，所述步骤S4复合板的精制具体为：将步骤S3得到的复合板，经氧化保护处理后，加热至800℃-900℃并保温后，淬火处理后得到最终产品。
本技术方案中，氧化保护的措施有两种：第一种，加入非氧化性气体，比如氮气或者氩气等；第二种，通过盐浴炉热处理；当然，还可采用其他的方式避免氧化。
附图说明
图1为本发明提供的复合板坯加热的原理示意图；
图2-A为本发明提供的复合板叠放时的结构示意图；
图2-B为本发明提供的复合板焊接时的结构示意图；
图2-C为本发明提供的复合板加热时的结构示意图；
图2-D为本发明提供的复合板轧制时的结构示意图；
图2-E为本发明提供的复合板热处理时的结构示意图；
图3为本发明提供的实施例1中得到的复合板的拉伸工程应力-应变曲线图；
图4为本发明提供的实施例2中得到的复合板的拉伸工程应力-应变曲线图；
图5为本发明提供的实施例3中得到的复合板的拉伸工程应力-应变曲线图；
图6为本发明提供的实施例4中得到的复合板的拉伸工程应力-应变曲线图；
图7为现有技术中热轧工艺制备得到的复合板的拉伸工程应力-应变曲线图；
图中：
1、中间夹层；2、叠放层；a、纵向磁场磁力线；b、封闭感应线圈。
具体实施方式
下面结合附图以及实施例，本发明的发明内容进行阐述。
本发明基于Mn-N替代Ni的思路，采用一种中锰奥氏体不锈钢作为覆层金属，由于锰含量的增加，此奥氏体不锈钢的塑性(延伸率)优良，能够为轧制复合板的塑性提升起到积极的作用；同时，利用一种Mn-B钢作为基体金属，替代常规的Q235或Q345等普碳钢材料，由于B元素的加入，使得基体金属(碳钢)具有优良的淬透性，极易通过后续的淬火等热处理方法获得更高的强度。通过两种不同材料的合理厚度搭配以及轧制-热处理工艺制度的优化实现高强塑性复层板的制备。
由于热轧和冷轧工艺存在的固有缺陷，本发明在制备工艺上，提出一种温轧制备方式，利用碳钢自身的磁性转变这一物理特性，特意通过感应加热方式将复合板芯部的碳钢基材加热至居里温度(720℃)，且控温精度高；但是，由于奥氏体不锈钢具有顺磁性，对感应加热纵向磁场不敏感，即直接利用封闭线圈(纵向磁场)无法实现奥氏体不锈钢的加热。因此，通过芯部碳钢的快速升温，依靠碳钢对覆层不锈钢的直接接触热传导实施加热行为，进而保证整体复合板坯在整个温轧过程中的一致升温及控温。
本发明中，利用快速感应加热实现复合板坯快速升温的过程可通过图1示意说明。具体原理为：当中间夹层1利用本身的铁磁性碳钢基板进行磁感应加热后，结合叠放层产生的封闭感应线圈b，产生纵向磁场磁力线a，进而实现了中间夹层的感应加热，然后中间夹层1通过热传导将热量传递给叠放层2，实现整体加热。
本发明中，感应加热可以选用现有技术中的电磁感应加热器。
本发明中，关于中间夹层以及叠放层，铺设时，可以间隔设置形成多层结构，多层架构最外侧保证是叠放层即可。设置时，叠放层可以将中间夹层彻底包覆，也可以只是覆盖。本发明主要提倡覆盖形成叠层即可，因为彻底包覆，成本较高，同时增加密封工艺以及材料的成本。本发明中，结合工艺以及成本考虑，优先考虑层层叠放的结构，而不是框架的叠放层固定住中间夹层或者密封设置。
本发明中，叠放层，可以为顺磁性金属层或铁磁性金属层，顺磁性金属层，由于无法直接通过现有的电磁感应加热设备进行加热，故利用中间夹层通过热传导的方式，先中间后两侧加热的顺序进行加热；而如果采用铁磁性金属层，则可以通过现有的点磁感应加热设备，同步对中间夹层以及叠放层进行加热。
本发明中的温轧加热方式，摒弃传统热轧时依靠电阻炉或燃气炉等通过热对流方式加热的思路，具有加热速度快，能效高，且控温准确的独特优势。
本发明中，中间夹层的厚度根据最终产品性能的要求进行调控；而中间夹层，由于Mn-B的加入，使得其具备良好的淬透性。
本发明中，对于一些产品，其可以选用中间夹层厚度较小，且小于覆盖的叠加层厚度的板材。此时，虽然厚度较小，但是其能够通过最后加工时的热处理手段，有效提升整体产品板材力学性能，尤其是强度；而现有技术中的常规复合板，中间夹层一般选用普通钢，为了实现强度的要求，需要较厚的中间夹层，使得整个板材重量较重。
本发明中，复合板制备的整体工艺流程说明：
1)首先对奥氏体不锈钢以及碳钢坯料板材的表面进行清洗，保证钢板表面的光洁度，无氧化层以及油污等杂质。
2)参照附图2-A所示，将经过表面清洗处理的不锈钢板复层板以及碳钢基板按照图2中所示的叠放次序叠放整齐(具体地，各原料层厚度可根据最终产品的性能控制要求适当调控)，尽可能保证边缘齐整。
本步骤中，进行选材时，作为中间夹层的碳钢坯料板材，是含有Mn-B钢的中间夹层，而不锈钢复合板则相当于本申请中的叠放层。
3)参照附图2-B所示，利用电子束焊接或者其它合适的焊接方式，在真空环境下(真空度不低于10-2Pa)沿叠放规整的板材边缘进行焊接将其密封。
本发明中，选用焊接连接，目的是便捷，有效；同时，有利用于在真空环境下实现自动化、高效化操作；当然，焊接还可以选用弧焊或者钎焊等。
4)参照附图2-C所示，密封好的复合板坯经过图1所示的快速感应加热装置快速升温至居里点温度后，进行适当保温(保温时间1min以内)，也可以不经保温(待到居里点温度且板料均温后)，随即参照附图2-D所示，进入轧机进行直接轧制。
本发明中，居里温度为公知的现有技术，其是通过线圈利用纵向磁场加热铁磁性金属所能加热达到的最高温度，在通过线圈加热达到此温度后，温度不会继续上升。
而本发明中，快速感应加热装置，其通过调节装置的功率，进行温度加热至居里温度时的调整，比如加热装置的功率从从20-80KW进行调节，当功率达到80KW时，加热温度的速度为100℃/s以上。
5)在轧制过程中根据所需要的目标产品厚度，控制总的轧制变形量，通常总轧制变形量不低于40％。每道次轧制后的复合板可根据生产效率要求经冷却(或不经冷却)后再经感应加热至居里温度后适当保温再进行下一道次轧制，如此往复轧制多道次，直至目标产品厚度，得到温轧后产品。
6)温轧完成的复合板可进一步经过盐浴炉或者其它带保护气氛加热炉，参照附图2-E所示，加热至800-900℃，保温1-5min后快速淬火处理后得到最终产品。
上述步骤(6)可根据产品最终性能要求选择采用或不采用。
本发明中，首先，基于一种中锰奥氏体不锈钢与一种Mn-B系碳钢的复合板整体材料成本要比传统304或316奥氏体不锈钢与Q235、Q345等普碳钢复合的板材低；
本发明中，其次，利用感应加热方式实现温轧制备该类复合板的工艺成本(或生产成本)也低于常规热轧或冷轧工艺。
本发明中，最后，由于温轧温度(即居里点温度)相比较于热轧温度低很多，碳元素的扩散速度也比热轧温度下要慢，且感应加热速度快，时间短，又一定程度上降低了碳的扩散距离，因此能够有效降低复合板碳扩散层的厚度，避免对不锈钢层的耐蚀性造成过大影响；此外，相比较于冷轧，温轧温度的提升能够有效降低轧制时金属的变形抗力，减小轧制压力，降低轧机能耗。且对于首道次轧制没有大变形量要求，工艺的可操作性更好。
本发明中的复合板，参照附图1所示，具体包括一个中间夹层1以及2个叠放层2，2个所述叠放层2分别布置于中间夹层1的上下两侧。采取这种最常规的复合板结构，是因为，这种三层的结构既能满足耐腐蚀性的全面防护要求，同时也能保证轧制变形时板形的良好。
实施例1
本实施例中，一种复合板的制备方法，参照附图2-A至附图2-E所示，具体如下：
1)首先对奥氏体不锈钢(即叠放层1)以及碳钢坯料板材(即中间夹层2)的表面进行清洗，保证钢板表面的光洁度，无氧化层以及油污等杂质。
2)将经过表面清洗处理的不锈钢板复层板以及碳钢基板按照图2中所示的叠放次序叠放整齐(各层厚度分别为2.4mm奥氏体不锈钢+1.7mmm锰硼钢+2.4mm奥氏体不锈钢)，尽可能保证边缘齐整。具体地，复合板从上之下，依次为厚度2.4mm的奥氏体不锈钢、厚度为1.7mmm锰硼钢以及厚度为2.4mm奥氏体不锈钢；
3)利用电子束焊接或者其它合适的焊接方式，在真空环境下(真空度不低于10- 2Pa)沿叠放规整的板材边缘进行焊接将其密封。
4)将密封好的复合板坯放置于图1中产生纵向磁场的封闭感应线圈中，如上文所述，由于复合板坯心部的碳钢为铁磁性，因此在纵向磁场中会被迅速加热至居里温度，在该温度下碳钢转变为顺磁性，不再继续升温而保持在该温度下恒定。在此过程中，作为覆层的奥氏体不锈钢板由于其顺磁性的特点，其加热过程全部依靠心部碳钢的直接热传导实现，最终达到与心部碳钢同一温度，从而完成整个复合板坯的快速加热。在进行适当保温(保温时间1分钟以内)后进入轧机进行直接轧制。
5)控制总的轧制变形量40％，具体是通过轧制过程中调整轧辊的辊缝大小控制总的轧制变形量；且每道次轧制后的复合板直接进入感应加热器，快速升温至居里温度后适当保温再进行下一道次轧制，如此往复轧制多道次，直至产品目标厚度。
上述温轧完成的复合板进一步放入900℃盐浴炉内加热5分钟后快速淬火处理后得到最终产品。
经过上述步骤1)-5)以及1)-6)制备得到的复合板，通过对复合板样品检测，得到的拉伸应力-应变曲线如图3所示。参照附图3所示，没有经过热处理的曲线图为曲线c，其强塑积为54810MPa％；经过热处理得到的复合板的拉伸应力-应变曲线为曲线d，其强塑积为59619MPa％。通过对图3中两条曲线对比可知，热处理后的复合板的强塑积更强。
实施例2
本实施例中，复合板的制备方法，参照附图2-A至附图2-E所示如下：
1)首先对奥氏体不锈钢(即叠放层1)以及碳钢坯料板材(即中间夹层2)的表面进行清洗，保证钢板表面的光洁度，无氧化层以及油污等杂质。
2)将经过表面清洗处理的不锈钢板复层板以及碳钢基板按照图2中所示的叠放次序叠放整齐(各层厚度分别为2.4mm奥氏体不锈钢+1.7mmm锰硼钢+2.4mm奥氏体不锈钢)，尽可能保证边缘齐整。
本实施例中，复合板，从上至下，结构为：厚度为2.4mm的奥氏体不锈钢。厚度为1.7mmm的锰硼钢以及厚度为2.4mm的奥氏体不锈钢
3)利用电子束焊接或者其它合适的焊接方式，在真空环境下(真空度不低于10- 2Pa)沿叠放规整的板材边缘进行焊接将其密封。
4)将密封好的复合板坯经过图1所示的快速感应加热装置快速升温至居里点温度后，进行适当保温(保温时间1分钟以内)后进入轧机进行直接轧制。
5)控制总的轧制变形量60％，且每道次轧制后的复合板直接进入感应加热器，快速升温至居里温度后适当保温再进行下一道次轧制，如此往复轧制多道次，直至产品目标厚度。
6)上述温轧完成的复合板进一步放入900℃盐浴炉内加热5min后快速淬火处理后得到最终产品。
经过上述步骤1)-5)以及1)-6)制备复合板，通过对其样品进行检测，得到的拉伸应力-应变曲线如图4所示，通过图4可知，温扎后没有经过热处理的复合板的曲线图为图中的曲线e，通过其可知，此时的强塑积为49392MPa％；而温扎后，经过热处理的复合板的曲线图位图中的曲线f，温扎后的强塑积为61290MPa％。由此进一步正面了热处理后，复合板的强塑积更强。
实施例3
本实施例中，参照附图2-A至附图2-E所示，复合板的制备方法如下：
1)首先对奥氏体不锈钢(即叠放层1)以及碳钢坯料板材(即中间夹层2)的表面进行清洗，保证钢板表面的光洁度，无氧化层以及油污等杂质。
2)将经过表面清洗处理的不锈钢板复层板以及碳钢基板按照图2中所示的叠放次序叠放整齐(各层厚度分别为1.7mm奥氏体不锈钢+1.7mmm锰硼钢+1.7mm奥氏体不锈钢)，尽可能保证边缘齐整。
本实施例中的复合板，从上至下依次为：厚度为1.7mm的奥氏体不锈钢，厚度为1.7mmm的锰硼钢以及厚度为1.7mm的奥氏体不锈钢。
3)利用电子束焊接或者其它合适的焊接方式，在真空环境下(真空度不低于10-2Pa)沿叠放规整的板材边缘进行焊接将其密封。
4)密封好的复合板坯经过图1所示的快速感应加热装置快速升温至居里点温度后，进行适当保温(保温时间1分钟以内)后进入轧机进行直接轧制。
5)控制总的轧制变形量70％，且每道次轧制后的复合板直接进入感应加热器，快速升温至居里温度后适当保温再进行下一道次轧制，如此往复轧制多道次，直至产品目标厚度。
6)上述温轧完成的复合板进一步放入900摄氏度盐浴炉内加热5分钟后快速淬火处理后得到最终产品。
经过上述步骤(1-6)制备复合板，通过检测得到本实施例中的样品的拉伸应力-应变曲线，具体如图5所示，通过图5可知，该样品的强塑积为55000MPa％。
实施例4
本实施例中，参照附图2-A至附图2-E所示，复合板的制备方如下：
1)首先对奥氏体不锈钢(即叠放层1)以及碳钢坯料板材(即中间夹层2)的表面进行清洗，保证钢板表面的光洁度，无氧化层以及油污等杂质。
2)将经过表面清洗处理的不锈钢板复层板以及碳钢基板按照图2中所示的叠放次序叠放整齐(各层厚度分别为2.4mm奥氏体不锈钢+1.7mmm锰硼钢+2.4mm奥氏体不锈钢)，尽可能保证边缘齐整。
本实施例中复合板，从上至下依次为厚度为2.4mm的奥氏体不锈钢，厚度为1.7mmm的锰硼钢以及厚度为2.4mm的奥氏体不锈钢。
3)利用电子束焊接或者其它合适的焊接方式，在真空环境下(真空度不低于10-2Pa)沿叠放规整的板材边缘进行焊接将其密封。
4)密封好的复合板坯经过图1所示的快速感应加热装置快速升温至居里点温度后，进行适当保温(保温时间1分钟以内)后进入轧机进行直接轧制。
5)控制总的轧制变形量50％，且每道次轧制后的复合板直接水冷，水冷后再进入感应加热器，快速升温至居里温度后适当保温再进行下一道次轧制，如此往复轧制多道次，直至产品目标厚度。
6)上述温轧完成的复合板进一步放入900摄氏度盐浴炉内加热5分钟后快速淬火处理后得到最终产品。
经过上述步骤1)-6)制备的样品的拉伸应力-应变曲线如图6所示。参照附图6所示，本实施例中的样品的强塑积为60129MPa％。
本发明中，具体公开了一种利用低成本中锰奥氏体不锈钢与Mn-B系碳钢制备不锈钢复合板的材料搭配方式，成本要比传统304或316奥氏体不锈钢与Q235、Q345等普碳钢复合的板材低；
本发明中，参照附图1所示，利用感应加热方法实现奥氏体不锈钢/碳钢/奥氏体不锈钢快速加热方法。但是该加热方法不局限于本专利中提到的中锰奥氏体不锈钢，也可应用于其他铁磁性或顺磁性材料为覆层金属的复合板加热，如铁素体不锈钢、双相不锈钢、304、316等均可。本发明中的温轧制备该类复合板的工艺成本(或生产成本)也低于常规热轧或冷轧工艺。
本发明中一种利用感应加热将奥氏体不锈钢复合板加热至碳钢居里温度点(或附近温区)，并实施温轧的生产工艺方法。但是该加热方法不局限于本专利中提到的中锰奥氏体不锈钢，也可应用于304、316等奥氏体不锈钢均可。当然，若采用铁素体不锈钢或者双相不锈钢作为覆层材料，也可采用该工艺实施温轧制备。由于温轧温度(即居里点温度)相比较于热轧温度低很多，碳元素的扩散速度也比热轧温度下要慢，且感应加热速度快，时间短，又一定程度上降低了碳的扩散距离，因此能够有效降低复合板碳扩散层的厚度，避免对不锈钢层的耐蚀性造成过大影响；此外，相比较于冷轧，温轧温度的提升能够有效降低轧制时金属的变形抗力，减小轧制压力，降低轧机能耗。且对于首道次轧制没有大变形量要求，工艺的可+//MM VG G操作性更好。
本发明还具有以下优势：
现有技术中，有奥氏体不锈钢连续管及其制造方法，其提到了中频感应加热，同样是中频感应加热，应用纵向磁场加热管材是一种十分普遍的方式，且能够轻松实现居里点温度以上的管材加热，但是同样是应用纵向磁场，加热具有铁磁性的钢板只能快速加热至居里点温度，超过该温度(材料变为顺磁性)，应用纵向磁场的感应加热方式加热，其能效就大大折扣；如果加热的是顺磁性的奥氏体不锈钢等板材，则根本就无法实现明显升温，还是能效大大折扣的问题。因此，实际上对于板材的快速感应加热，尤其是快速感应加热超过居里温度时，需要匹配的感应加热电源的功率是很高的。
而本发明避过不利于应用感应加热进行直接升温的奥氏体不锈钢层，而采取直接感应加热芯部的铁磁性碳钢，且只加热至温轧所需温度(即居里点温度)，顺磁性不锈钢层的加热依靠芯部金属的热传导加热至温轧温度。这种应用于复合板的感应加热结合温轧的工艺操作方法是独创的。
本发明提及的复层板的中心层(即碳钢)，设计应用的是一种Mn-B系低碳微合金钢，跟直接在奥氏体不锈钢中直接添加B元素是完全不同的两种思路。现有技术中在奥氏体不锈钢中直接添加B，制备的还是单一的奥氏体不锈钢，不是复合板，且现有技术是在常规的304或316等奥氏体不锈钢的基础上加B，更加进一步增加了奥氏体不锈钢的成本。这与本发明所要做的低成本复层板且采用的还是低成本奥氏体不锈钢作为覆层金属的思路差别太大。另外，可以预见的是，该设计的单一奥氏体不锈钢材料其强塑积一定低于本专利的复合板强塑积水平。
由于奥氏体不锈钢是一种顺磁性材料，常规的纵向磁场很难实现加热过程，只能采用横向磁场加热。但是需要说明的几点是：(1)横向磁场加热的温度均匀性差，远不如纵向磁场的温度均匀性好；(2)横向磁场的应用更多的是需要将板材加热至居里点温度以上时才采取的一种方式，而本发明涉及的是复合板的温轧制备方法，所需的轧制温度不高于居里点温度，且复合板芯部的基板为铁磁性碳钢板，完全可以应用纵向磁场就能完成加热过程。综上，为了能够有效保证复合板材加热的高能效和高均匀性，不宜且没有必要采用横向磁场进行加热。
参照附图7所示，现有技术中，曲线g代表7Ni-0.07C+9Ni-0.04C的工程应变曲线图，此时采用常规热轧复合工艺，通过曲线g可以看出，该复合板的强塑积为31310MPa％；曲线h代表9Ni-0.04C+9Ni-0.04C的工程应变曲线图，此时采用常规热轧复合工艺，通过曲线h可以看出，该复合板的强塑积为27600MPa％；
曲线i代表Q235+316的工程应变曲线图，此时仍然是采用常规热轧复合工艺，通过曲线i可以看出，该复合板的强塑积为19250MPa％；曲线j代表Q235+316L的工程应变曲线图，该工艺为常规热轧复合工艺，通过曲线j可以看出，该复合板的强塑积为29120MPa％。
通过对比图3-6以及附图7可以看出，本发明中的方法制备的复合板，与现有技术中其他方法制备的复合板相比，在降低轧制成本的同时，能够实现产品强塑积的成倍提升，具有良好的可推广价值以及市场应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种复合板，其特征在于，包括：
中间夹层，所述中间夹层为Mn-B钢基层；
叠放层，所述叠放层至少为两层，两层所述叠放层分别设置于所述中间夹层的上下两侧；
所述叠放层为具有顺磁性的金属层；
形成复合板时，两层所述叠放层分别设置于中间夹层上下两侧，沿叠放层与中间夹层连接处的边缘贴合后，经边缘的密封连接以形成叠层式的复合板；
所述Mn-B钢基层为通过Mn-B钢加工而成的钢基板层；
所述金属层可用铁磁性金属层替代；
所述叠放层为奥氏体不锈钢层、铁素体不锈钢层或双相不锈钢层中的一种。
2.一种如权利要求1所述的复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1叠放：按照叠放层位于中间夹层上下两侧的顺序进行叠放，形成预复合板，所述中间夹层为Mn-B钢基层；
S2焊接：沿预复合板中，叠放层与中间夹层连接处的边缘，采用焊接的方式，将叠放层与中间夹层沿边缘进行焊接，形成复合板坯；
S3温轧加工：利用温轧加热方式，将复合板坯加热至居里温度后轧制复合板坯，以形成复合板。
3.根据权利要求2所述的一种复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤S2焊接中，所述焊接时，工艺条件为真空度不低于10-2Pa的真空条件。
4.根据权利要求2所述的一种复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤S3温轧加工具体为：利用温轧加热方式，将复合板坯加热至居里温度，经轧制水冷后，形成复合板。
5.根据权利要求4所述的一种复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤S3温轧加工中，所述加热具体为感应加热方式，所述感应加热方式为：对复合板坯中的中间夹层进行局部加热后，利用热传导实现复合板坯的整体加热。
6.根据权利要求2所述的一种复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤S3温轧加热为若干道，具体为：根据目标复合板的厚度，重复步骤S3中的温轧加热，直至得到目标厚度的复合板。
7.根据权利要求2所述的一种复合板的制备方法，其特征在于，还包括S4复合板的精制，所述步骤S4复合板的精制具体为：将步骤S3得到的复合板，经氧化保护处理后，加热至800℃-900℃并保温后，淬火处理后得到最终产品。
CN202010312859.1A 2020-04-20 2020-04-20 一种复合板及其制备方法 Active CN111559134B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010312859.1A CN111559134B (zh) 2020-04-20 2020-04-20 一种复合板及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010312859.1A CN111559134B (zh) 2020-04-20 2020-04-20 一种复合板及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111559134A CN111559134A (zh) 2020-08-21
CN111559134B true CN111559134B (zh) 2022-04-12

Family

ID=72074401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010312859.1A Active CN111559134B (zh) 2020-04-20 2020-04-20 一种复合板及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111559134B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105598166A (zh) * 2016-01-04 2016-05-25 燕山大学 一种制备不锈钢与碳钢复合板的异温轧制方法
CN105829095A (zh) * 2013-12-20 2016-08-03 蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司 扁钢制品，由这种扁钢制品制成的钢构件及汽车车身
CN108349213A (zh) * 2015-10-30 2018-07-31 奥托库姆普有限公司 由金属性复合材料制成的部件和通过热成形制造部件的方法
CN109311275A (zh) * 2016-05-04 2019-02-05 奥钢联钢铁公司 呈板材或带材形式的三子层复合材料、具有该复合材料的构件及其用途
CN110214081A (zh) * 2017-01-30 2019-09-06 蒂森克鲁伯股份公司 具有不均匀性质分布的钢材复合物

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105829095A (zh) * 2013-12-20 2016-08-03 蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司 扁钢制品，由这种扁钢制品制成的钢构件及汽车车身
CN108349213A (zh) * 2015-10-30 2018-07-31 奥托库姆普有限公司 由金属性复合材料制成的部件和通过热成形制造部件的方法
CN105598166A (zh) * 2016-01-04 2016-05-25 燕山大学 一种制备不锈钢与碳钢复合板的异温轧制方法
CN109311275A (zh) * 2016-05-04 2019-02-05 奥钢联钢铁公司 呈板材或带材形式的三子层复合材料、具有该复合材料的构件及其用途
CN110214081A (zh) * 2017-01-30 2019-09-06 蒂森克鲁伯股份公司 具有不均匀性质分布的钢材复合物

Also Published As

Publication number Publication date
CN111559134A (zh) 2020-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019128363A1 (zh) 一种tmcp型船用双相不锈钢复合板的制备方法
KR101404101B1 (ko) 고 자기유도를 가지는 무방향성 규소강의 제조 방법
CN108467993B (zh) 一种低温管线用超宽高韧性热轧厚板及其生产方法
CN202169276U (zh) 一种电致塑性与温塑性结合轧制金属材料的系统
CN105296854B (zh) 一种具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板及制造方法
US9650692B2 (en) Method for producing packaging steel
WO2017181632A1 (zh) 一种连铸坯生产低压缩比高性能特厚钢板及其制造方法
KR0134193B1 (ko) 복합판재료 및 그의 제조방법
CN105458488A (zh) 包层合金基片及其制备方法
CN107931327A (zh) 一种管线钢和不锈钢热轧复合板的制造方法及应用
CN107552564A (zh) 铜铝复合板的热轧生产工艺
CN101812636A (zh) 一种75mm厚Q390D-Z35低合金高强度厚板及其制造方法
CN103643118A (zh) 380MPa级单面搪瓷用热轧酸洗钢板及其生产方法
CN104294146B (zh) 一种用于钢铝复合板的热轧基板及生产方法
CN111349859B (zh) 一种复合坯轧制大厚度500MPa级高Z向层状性能低温容器钢板及其制造方法
CN111519082A (zh) 一种超薄冷轧耐候钢板的制备方法
CN109226262B (zh) 一种钢钛复合板材及其制备方法
CN104451389A (zh) 一种100mm厚抗大线能量焊接E36海洋工程用钢板
US3944396A (en) Pressure bonded, low yield strength composite
CN111559134B (zh) 一种复合板及其制备方法
KR20100028388A (ko) 티타늄-알루미늄-스테인리스강 클래드판의 제조 방법
CN102212746A (zh) 强塑积大于65GPa·%的孪晶诱导塑性钢及生产方法
CN100523253C (zh) 一种大线能量焊接低合金高强度钢板及其制造方法
CN105196640B (zh) 一种用于金属复合板的制备方法
CN111850330B (zh) 快速电磁感应加热制备双金属复层材料的装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant