CN112171180A - 一种哈氏合金钢-钢复合板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种哈氏合金钢‑钢复合板及其制备方法，该哈氏合金钢‑不锈钢复合板由基层和覆层轧制后再650‑850℃热处理形成，基层为哈氏合金钢，覆层为钢层，哈氏合金钢‑钢复合板的厚度为4‑8mm，覆层的复合比为20％‑76％，基层的复合比为30％‑84％。该哈氏合金钢‑钢复合板的基层和覆层结合强度高，达到56N/mm，不易分层。制备的哈氏合金钢‑钢复合板具有耐高温、高耐腐蚀性等性能，可以广泛应用于航空航天、石油化工、轮船制造及电力电子等领域。

Description

一种哈氏合金钢-钢复合板及其制备方法

技术领域

本发明属于哈氏合金钢-钢复合材料的制备加工技术领域，将固液复合、扩散复合、轧制复合的原理相结合，提供了一种新型的哈氏合金钢-钢复合板及其制备方法。

背景技术

层状哈氏合金钢-钢复合板是由哈氏合金钢与钢组成的复合材料，兼具两种材料的优良性能，可以广泛应用于航空航天、石油化工、轮船制造及电力电子等领域。

哈氏合金钢-钢复合板及其制备方法一直是材料的研究热点。目前，已经见诸报道的有爆炸复合、轧制复合、热扩散复合等。其中，爆炸复合是复合材料板最主要的生产制备方法之一。这种方法利用装药爆炸产生的瞬间巨大能量，实现两种材料之间的冶金结合。但是，爆炸复合的成本较高，技术难度较大，爆炸过程中板材的变形量较难控制，且两种材料的界面比较容易产生缺陷和杂质，从而降低了产品的成材率。

固液复合方法也是制备层状复合材料的重要技术之一。这种方法成本低、易操作，可以实现两种金属之间的牢固结合，也可以用于制备层状哈氏合金钢-钢复合板。但是，固液复合方法存在一些缺点，即由于一种的熔点远低于另一种材料，只能够实现对某种材料的表面进行涂镀，而且涂镀层的厚度仅有0.5-2mm。另一方面，单独采用轧制复合或热扩散复合方法制备的层状复合板两层金属之间的结合强度不足，限制了其性能和应用领域。因此，探索和研究出一种低成本、高效率、高结合强度的层状复合板的制备方法，对这种材料的发展起着至关重要的作用。

本发明针对目前哈氏合金钢-钢复合板及其制备方法的现存问题，将固液复合、扩散复合、轧制复合的原理进行结合，提供了一种新型的制备方法。与爆炸复合方法相比，这种方法的成本和工艺难度大大降低，生产效率也大大提高；与传统的固液复合方法相比，这种方法制备的哈氏合金钢-钢复合板不仅性能更好，而且覆层的厚度较大，节约了材料。

发明内容

本发明将固液复合、轧制复合、扩散复合的原理相结合，提供了一种新型的层状钛铝复合板的制备方法。这种方法的主要内容是，先通过固液熔覆对组合后的钛或钛合金板表面涂镀一层铝或铝合金，再通过热扩散-热轧复合实现铝或铝合金板与涂镀后的板材之间的复合，得到层状钛铝复合板坯，最后通过轧制变形得到层状钛铝复合板的成品。工艺流程为：钛或钛合金板焊接组坯→表面处理→固液熔覆→表面处理→哈氏合金钢-钢复合板焊接组坯→热扩散-热轧复合→冷轧变形→校平及切边。

本发明的具体实施步骤如下：

一种哈氏合金钢-钢复合板及其制备方法，包括步骤如下：

(1)哈氏合金钢板焊接组坯：将两块厚度为4-8mm、尺寸规格完全相同的哈氏合金钢板紧密贴合，并将其边缘焊接在一起；

(2)表面处理：将焊接的哈氏合金钢板坯外表面进行清理和喷丸处理，去除氧化物层；

(3)固液熔覆：将表面处理的哈氏合金钢板坯浸入熔化的钢液中，使哈氏合金钢板表面熔覆上一层厚度为1-2mm的钢层，得到复合板坯料；

(4)表面处理：将固液熔覆的复合板坯料上下表面进行清理、喷丸、打磨除去其表面的氧化物、杂质和油污；

(5)哈氏合金钢-钢复合板焊接组坯：在复合板坯料的上下表面分别紧密贴合一块与其尺寸相同、厚度为5-9mm的钢板，并且将其与复合板坯料进行四边焊接组坯，即组坯方式为：钢-钢-哈氏合金钢-哈氏合金钢-钢-钢；

(6)热扩散-热轧复合：将焊接组坯后的复合板坯放入加热炉中加热到700-750℃，保温2h，进行一个道次的初轧变形，压下率为10％；随后，将初轧后的复合板坯在氩气保护下加热到800-900℃，保温3h，进行热轧变形，使步骤(5)中贴合的钢板与固液熔覆的钢板实现完全结合；变形后将焊接的边缘部分切割掉，并把最初焊接在一起的哈氏合金钢分开，得到单张热轧哈氏合金钢-钢复合板坯；

(7)冷轧变形：将单张热轧哈氏合金钢-钢复合板坯继续进行冷轧变形，道次压下率为540％，直至得到厚度为2-4mm的层状哈氏合金钢-钢复合板；

(8)校平及切边：将冷轧的哈氏合金钢-钢复合板进行裁边、精整、校平，得到哈氏合金钢-钢复合板。

步骤(3)中所述固液熔覆的温度为700-800℃下，时间为20-30min。

步骤(5)中所述钢板与步骤(3)中所述钢液成份完全相同。

所述步骤(6)中的热轧变形的工艺为：每道次压下率为10-35％，总共进行3-6道次，总压下率为60-80％，轧制完成后空冷至室温。

本发明的优点在于：

(1)采用固液熔覆的复合方法首先实现哈氏合金钢和钢冶金结合，既保证了界面结合强度、避免了界面缺陷，与爆炸复合相比又可以大大降低成本、提高生产效率。

(2)将同成份钢板通过热扩散-热轧复合与固液熔覆的复合板坯料实现冶金结合。这种方法可以制备出哈氏合金钢-钢比例远小于1的哈氏合金钢复合板，这是传统固液熔覆方法难以实现的。

本发明所公布的哈氏合金钢-钢复合板的制备方法，降低了成本，提高了生产效率，对于这种复合板的应用和推广具有重要意义。制备的哈氏合金钢-钢复合板兼具两种材料的性能优点，可以广泛应用于航空航天、石油化工、轮船制造及电力电子等领域。

附图说明

图1为哈氏合金钢-钢复合板的界面示意图；1，4钢，2，3-哈氏合金钢。

具体实施方式

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

实施例1

厚度为4mm的哈氏合金钢-钢复合板的制备工艺如下：

(1)哈氏合金钢焊接组坯：使两块厚度3mm，尺寸规格，900×900mm的哈氏合金钢板紧密贴合，并将其边缘焊接在一起；

(2)表面处理：将焊接后的哈氏合金钢板坯外表面进行清理和喷丸处理，去除氧化物层；

(3)固液熔覆：将表面处理后的哈氏合金钢板坯浸入熔化的Q195AF钢液中，温度1550-1650℃，保持6-12min，使哈氏合金钢板表面熔覆上一层厚度为1mm的Q195AF钢层，得到哈氏合金钢-Q195AF钢复合板坯料。

(4)表面处理：将固液熔覆后的哈氏合金钢-Q195AF钢复合板坯料上下表面进行清理、喷丸、打磨除去其表面的氧化物、杂质和油污，

(5)哈氏合金钢-Q195AF钢复合板焊接组坯：哈氏合金钢-Q195AF钢复合板坯料的上下表面分别贴合一块尺寸相同、厚度6mm的Q195AF钢板，并且将其与哈氏合金钢-Q195AF钢复合板坯料的边缘焊接在一起。

(6)热扩散-热轧复合：将焊接组坯后的哈氏合金钢-Q195AF钢复合板坯料放入加热炉中，加热到500-750℃，保温2h，进行一道次初轧变形，压下率为10％，使步骤(5)中贴合的Q195AF钢板与复合板坯料紧密结合；随后将初轧的哈氏合金钢-Q195AF钢复合板坯在氩气保护下加热到850℃，保温2h进行热轧变形，道次压下率为20-35％，总共进行3-6道次，总压下率为60-80％，空冷至室温。将焊接的边缘部分各切割掉50mm，并把最初焊接在一起的哈氏合金钢板分开，得到850mm宽的热轧哈氏合金钢-钢复合板坯。

(7)冷轧变形：将单张热轧哈氏合金钢-钢复合板坯继续进行冷轧变形，道次压下率为20-40％，直至得到厚度为3mm、宽850mm的哈氏合金钢-钢复合板。

(8)校平及切边：将冷轧之后的哈氏合金钢-钢复合板进行裁边、精整、校平，得到哈氏合金钢-钢复合板。

实施例2

厚度为5mm的哈氏合金钢-钢复合板的制备工艺如下：

对于具体实施例1中所述的哈氏合金钢-钢复合板，也可以采用另一种规格、厚度的材料进行制备：

(1)哈氏合金钢板焊接组坯：使两块厚度4mm、尺寸规格920×920mm的哈氏合金钢板紧密贴合，并将其边缘焊接在一起；

(2)表面处理：将焊接后的哈氏合金钢板坯表面进行清理和喷丸处理，去除氧化物层；

(3)固液熔覆：将表面处理后的哈氏合金钢板坯浸入熔化的Q235AF钢液中，温度1550-1650℃，保持20-30min，使哈氏合金钢板表面熔覆上一层厚度为1mm的Q235AF钢层，得到哈氏合金钢-Q235AF钢复合板坯料；

(4)表面处理：将固液熔覆的哈氏合金钢-Q235AF钢复合板坯料上下表面进行清理、喷丸、打磨除去其表面的氧化物、杂质和油污；

(5)哈氏合金钢-Q235AF钢复合板焊接组坯：在哈氏合金钢-Q235AF钢复合板坯料的上下表面分别紧密贴合一块尺寸相同、厚度6mm的Q235AF钢板，并且将其与哈氏合金钢-Q235AF钢复合板坯料的边缘焊接在一起；

(6)热扩散-热轧复合：将焊接组坯后的哈氏合金钢-Q235AF钢复合板坯料放入加热炉中加热到550-750℃，保温1h，进行一道次初轧变形，压下率为7％，使步骤(5)中贴合的Q235AF钢板与复合板坯料紧密结合；随后将初轧哈氏合金钢-Q235AF钢复合板坯在氩气保护下加热到950℃，保温4h进行热轧变形，道次压下率为10-35％，总共进行3-6道次，总压下率为60-80％，空冷至室温。将焊接的边缘部分各切割掉50mm，并把最初焊接在一起的哈氏合金钢板分开，得到870mm宽的热轧哈氏合金钢-Q235AF钢复合板坯。

(7)冷轧变形：将单张热轧哈氏合金钢-Q235AF钢复合板坯继续进行冷轧变形，道次压下率为10-40％，直至得到厚度为4mm、宽870mm的哈氏合金钢-Q235AF钢复合板。

(8)校平及切边：将冷轧的哈氏合金钢-Q235AF钢复合板进行裁边、精整、校平，得到哈氏合金钢-Q235AF钢复合板。

实施例3

根据图1所述的流程图，厚度为5mm哈氏合金钢-Q295A钢复合板的制备工艺如下：

(1)哈氏合金钢板焊接组坯：使两块厚度5mm、尺寸规格850×850mm的哈氏合金钢板紧密贴合，并将其边缘焊接在一起；

(2)表面处理：将焊接的哈氏合金钢板坯的外表面进行清理和喷丸处理，去除氧化物层；

(3)固液熔覆：将表面处理的哈氏合金钢板浸入熔化的Q295A钢液中，温度700-750℃，保持10-20min，使哈氏合金钢板表面熔覆上一层厚度为0.5mm的1Q295A钢层，得到哈氏合金钢-Q295A钢复合板坯料；

(4)表面处理：将固液熔覆的哈氏合金钢-Q295A钢复合板坯料上下表面进行清理、喷丸、打磨除去其表面的氧化物、杂质和油污；

(5)哈氏合金钢-Q295A钢复合板焊接组坯：在哈氏合金钢-Q295A钢上下表面分别贴合一块尺寸相同、厚度6mm的Q295A钢板，并且将其与哈氏合金钢-Q295A钢复合板坯料的边缘焊接在一起。

(6)热扩散-热轧复合：将焊接后的哈氏合金钢-Q295A钢复合板坯放入加热炉中加热到600-750℃，保温1h，进行一个道次的初轧变形，压下率为8％，使步骤(5)中贴合的Q295A钢板与复合板坯料紧密结合。随后将初轧的哈氏合金钢-Q295A钢复合板坯在氩气保护下加热到930℃，保温2h进行热轧变形，道次压下率为10-35％，总共进行3-6道次，总压下率为60-80％，空冷至室温。将焊接的边缘部分各切割掉50mm，并把最初焊接在一起的哈氏合金钢板分开，得到800mm宽的热轧哈氏合金钢-Q295A钢复合板坯。

(7)冷轧变形：将单张热轧哈氏合金钢-Q295A钢复合板坯继续进行冷轧变形，道次压下率为10-50％，直至得到厚度为5mm、宽800mm的哈氏合金钢-Q295A钢复合板。

(8)校平及切边：将冷轧的哈氏合金钢-Q295A钢复合板进行裁边、精整、校平，得到哈氏合金钢-Q295A钢复合板。

Claims (9)

1.一种哈氏合金钢-钢复合板及其制备方法，其特征在于，包括步骤如下：所述哈氏合金钢-钢复合板由基层和覆层轧制后再由700-850℃热处理形成，所述基层为哈氏合金钢层，所述覆层为钢层，所述哈氏合金钢-钢复合板的厚度为5-9mm，所述覆层的复合比为20％-76％，基层的复合比为30％-84％。

2.根据权利要求1所述的哈氏合金钢-钢复合板板，其特征在于，所述基层的材料为哈氏合金钢。

3.根据权利要求1所述的哈氏合金钢-钢复合板，其特征在于，所述覆层的材料为Q195AF、Q235AF、Q295A钢。

4.根据权利要求1所述的哈氏合金钢-钢复合板，其特征在于，所述哈氏合金钢-钢复合板的厚度为5-9mm。

5.根据权利要求1所述的哈氏合金钢-钢复合板，其特征在于，所述覆层的复合比为20％-76％，所述基层的复合比为30％-84％。

6.一种权利要求1-5任一哈氏合金钢-钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

(1)表面处理：清洗所述覆层和基层以除去所述覆层和所述基层表面的残留污染物，然后进行打磨；

(2)轧制复合：将经过步骤(1)处理后的覆层和所述基层叠放并固定后，进行一道次轧制复合制备出轧制复合产物，轧制速度2-15m/min，轧制方式为冷轧或温轧，加工率60％-85％；

(3)热处理：将经步骤(2)制备的轧制复合产物放置在560-700℃温度下，保温2-5h。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的冷轧温度为室温，温轧温度为500-700℃。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的轧制速度为2-15m/min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中采用15％的NaOH溶液清洗所述覆层与基层，采用砂带进行打磨。

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