CN112937020A - 一种多层真空叠轧高耐蚀超级奥氏体不锈钢-钢复合材料及制备方法 - Google Patents

一种多层真空叠轧高耐蚀超级奥氏体不锈钢-钢复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种多层真空叠轧高耐蚀超级奥氏体不锈钢‑钢多层复合材料及制备方法，包括多层钢材料层和多层超级奥氏体不锈钢材料层，多层钢材料层和多层超级奥氏体不锈钢材料层交替层叠轧制在一起，且复合材料的表层均为超级奥氏体不锈钢层，多层复合材料中每层材料的厚度不大于2mm，钢材料层的层数比超级奥氏体不锈钢材料层的层数少。该方法对材料力学性能的要求进行后续的热处理或者冷轧、退火处理等工艺调控，从而得到具有高屈服强度的高耐蚀超级奥氏体不锈钢‑钢多层复合钢板坯材料。该复合材料由通过较薄的超级奥氏体不锈钢和钢板材多层叠轧复合构成，能同时发挥出钢的优点与高耐蚀超级奥氏体不锈钢材料的耐腐蚀性能及其他优点。

Description

一种多层真空叠轧高耐蚀超级奥氏体不锈钢-钢复合材料及 制备方法
技术领域
本发明设计属于金属复合板制造领域，制备一种具有较高界面结合强度、高强度、高韧性、较高耐腐蚀性能的金属复合材料。
背景技术
随着国民经济和社会的进步，人们对材料的性能要求越来越高，传统金属材料具有强度越高韧性越低或者韧性越低强度越高的缺点，人们发现了一种新型材料超级奥氏体不锈钢，超级奥氏体不锈钢具有高比强度、高耐腐蚀性的特点，具有广泛的应用前景，但是超级奥氏体不锈钢具有明显的延迟断裂的缺点，限制了超级奥氏体不锈钢的工业化研究和应用。金属材料在强化的同时，会导致塑性和韧性的下降，令强度和韧性(塑性)呈现倒置现象，制约着金属材料的进一步强韧化和工业化应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种高性能耐蚀超级奥氏体不锈钢-钢多层复合材料，该复合材料由通过较薄的钢板和超级奥氏体不锈钢板材多层叠合构成，既能发挥超级奥氏体不锈钢的优点，又能保证材料的强度要求。该方法根据对材料力学性能的要求进行后续的热处理或者冷轧、退火处理等工艺调控，从而得到具有高屈服强度、高耐腐蚀性的超级奥氏体不锈钢-钢多层复合钢材料。
本发明的技术方案是：
一种高性能耐蚀超级奥氏体不锈钢-钢多层复合材料，包括多层超级奥氏体不锈钢材料层和多层钢材料层，多层超级奥氏体不锈钢材料层和多层钢材料层交替层叠轧制在一起，且复合材料的表层均为钢层，多层复合材料中每层材料的厚度不大于2mm，超级奥氏体不锈钢材料层的层数比钢材料层的层数小1。
超级奥氏体不锈钢材料层和钢材料层的层厚比为1∶0.5～2。
一种上述复合材料的制备方法，其特征在于，通过将钢和超级奥氏体不锈钢材料板材进行裁剪多层叠合，在叠层过程中要保证钢板位于组坯表层，再用四块封条围绕层叠超级奥氏体不锈钢-钢材料形成一个凹槽，在上下两端使用盖子封装形成一个盒体，使用氩弧焊焊接起来，得到一个密封的组坯，密封然后抽真空工序，通过炉内高温加热和保温，在热轧机上进行多道次热轧成型，保证轧制总压下量为85％。
热轧后继续进行热处理工艺，所述热处理工艺为保温及淬火或退火处理、冷轧及退火处理。
所述的制备方法包括以下步骤：
(1)预处理：取等大小的0.5～2mm厚的钢片和超级奥氏体不锈钢片，分别放入95％酒精内进行超声波清洗然后烘干并进行打磨，直至去除氧化层，露出金属光泽；
(2)密封组坯：将钢片和超级奥氏体不锈钢片呈间隔排列叠放起来，在叠层过程中要保证钢板位于组坯表层，在四周用四条封条通过氩弧焊将超级奥氏体不锈钢-钢层叠材料固定住；其中超级奥氏体不锈钢-钢层叠材料与相邻封条的距离为1-2mm，层叠材料的高度加上高温隔离布的高度等于封条的厚度；
将相同大小的隔离布放于叠层两端，然后将两个钢板分别放于封条上下两端，使用氩弧焊将钢板和封条焊接密封起来；
(3)抽真空：将密封好的组坯中的一个封条之间钻一个通孔，将钢管焊接在通孔上，并通过验漏设备进行检查确保焊接封装完好，然后用含有机械泵、磁泵和分子泵三级泵的真空设备进行抽真空抽去孔内的空气保持真空度在10-4pa用氧弧焊枪将钢管加热到600～1020℃，并用液压钳将钢管密封，最后用真空泥将钢管封闭；
(4)热轧：将抽完真空后的组坯放入高温加热炉中进行升温，升至1020～1200℃进行保温处理，保温0.5～2.5h；用吊车将加热后的组坯送入热轧机中进行热轧，保证轧制总压下量为85％，每次轧制压下量为15～25％，并冷却至室温；
(5)冷轧：热轧后再用吊车将材料送入冷轧机中进行冷轧，冷轧后的材料厚度为热轧材料厚度的三分之一；
(6)退火：将材料置于在650℃～900℃之间保温10～15min时间，随后空冷至室温。
第一步中钢片和超级奥氏体不锈钢片每层材料厚度均在2mm以下。
材料保温及淬火处理中，保温温度为1020～1150℃，保温时间为15～35min；保温及退火处理，保温温度为650℃～900℃，保温时间为0.5～3h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的有益效果是：
本发明利用的高温热轧方式制备层状超级奥氏体不锈钢-钢复合材料，在组坯过程中，上下表面一层均为钢层，以起到耐腐蚀作用。在热轧过程中由于较大的塑性变形量和较高的热轧温度会大大提高材料界面的结合强度，同时会经历严重的回复再结晶过程，起到细化晶粒的作用，从而提高材料的韧性，另一方面热轧后每层材料的厚度可达到微米级别，实现组织均匀的目的。在冷轧过程中，由于加工硬化的作用提高了材料的强度同时也大幅度降低了材料的断后延伸率。因此随后进行退火处理将会消除界面氧化物和残余应力，通过生成细晶和较强织构在一定程度上提高了金属材料的强度和韧性。
本发明方法制备流程简单、生产周期较短、效率高、低成本、生产规格与产品规格可控，适应于工业化生产。
附图说明
图1为热轧超级奥氏体不锈钢-钢复合板对称真空封装示意图，其中：1--钢板，2-封条，3-高温隔离布，4-钢管，5-超级奥氏体不锈钢板。
具体实施方式
实施例1
本发明高性能耐蚀超级奥氏体不锈钢-钢多层复合材料，包括多层超级奥氏体不锈钢材料层和多层钢材料层，多层超级奥氏体不锈钢材料层和多层钢材料层交替层叠轧制在一起，且复合材料的表层均为钢层，超级奥氏体不锈钢材料层和钢材料层的层数均不少于5层，多层复合材料中每层材料的厚度不大于2mm，多层复合材料的厚度与原材料的厚度和层数有关，超级奥氏体不锈钢材料层的层数比钢材料层的层数小1。
上述超级奥氏体不锈钢材料层和钢材料层的层厚比为1∶1。
上述材料的制备方法是：通过将钢和超级奥氏体不锈钢材料板材进行裁剪多层叠合，在叠层过程中要保证钢板位于组坯表层，从而保证材料的耐腐蚀性，再用四块封条围绕层叠超级奥氏体不锈钢-钢材料形成一个凹槽，在上下两端使用盖子封装形成一个盒体，使用氩弧焊焊接起来，得到一个密封的组坯，密封然后抽真空工序，通过炉内高温加热和保温，在热轧机上进行多道次热轧成型，保证轧制总压下量为85％。
上述方法包括以下步骤：
(1)预处理：分别取两种材料尺寸均为80mm×80mm×0.5mm大小的0.5mm厚的钢片11片和超级奥氏体不锈钢片10片，分别放入95％酒精内进行超声波清洗然后烘干并进行打磨，直至去除氧化层，露出金属光泽；
(2)密封组坯：将钢片和超级奥氏体不锈钢片呈间隔排列叠放起来，在叠层过程中要保证钢板位于组坯表层，从而保证材料的耐腐蚀性，在四周用四条120mm×36mm×20mm和84mm×18mm×35mm材质为45钢封条通过氩弧焊将超级奥氏体不锈钢-钢层叠材料固定住；其中超级奥氏体不锈钢-钢层叠材料与相邻封条的距离为1mm，层叠材料的高度加上高温隔离布的高度等于封条的厚度；
将相同大小的隔离布放于叠层两端，然后将两个钢板分别放于封条上下两端，使用氩弧焊将钢板和封条焊接密封起来；
其中钢板的形状大小根据钢密封条所围形状大小而定，厚度视层叠高度而定，层叠高度高，钢板的厚度则大。
(3)抽真空：将密封好的组坯中的一个封条之间钻一个直径为6mm的通孔，将钢管焊接在小孔上，并通过验漏设备进行检查确保焊接封装完好，然后用含有机械泵、磁泵和分子泵三级泵的真空设备进行抽真空抽去孔内的空气保持真空度在10-4pa用氧弧焊枪将钢管加热到680℃，并用液压钳将钢管密封，最后用真空泥将钢管封闭；
其中，钢管的外径为8mm，内径为6mm；
(4)热轧：将抽完真空后的组坯放入高温加热炉中进行升温，升至1050℃进行保温处理，保温2.5h；用吊车将加热后的组坯送入热轧机中进行热轧，轧制道次为6次，每道次压下率分别为：25％、25％、25％、30％、30％、35％轧制总压下量约为85％，轧制速度为1m/s。
将材料置于在650℃℃保温15min时间，随后空冷至室温并冷却至室温；对材料进行拉伸试验其屈服强度达到256MPa，抗拉强度达到766MPa。
实施例2
本发明高性能耐蚀超级奥氏体不锈钢-钢多层复合材料，包括多层超级奥氏体不锈钢材料层和多层钢材料层，多层超级奥氏体不锈钢材料层和多层钢材料层交替层叠轧制在一起，且复合材料的表层均为钢层，超级奥氏体不锈钢材料层和钢材料层的层数均不少于5层，多层复合材料中每层材料的厚度不大于2mm，多层复合材料的厚度与原材料的厚度和层数有关，超级奥氏体不锈钢材料层的层数比钢材料层的层数小1。
上述超级奥氏体不锈钢材料层和钢材料层的层厚比为1∶1.5。
上述材料的制备方法是：通过将钢和超级奥氏体不锈钢材料板材进行裁剪多层叠合，在叠层过程中要保证钢板位于组坯表层，从而保证材料的耐腐蚀性，再用四块封条围绕层叠超级奥氏体不锈钢-钢材料形成一个凹槽，在上下两端使用盖子封装形成一个盒体，使用氩弧焊焊接起来，得到一个密封的组坯，密封然后抽真空工序，通过炉内高温加热和保温，在热轧机上进行多道次热轧成型，保证轧制总压下量为85％。
上述方法包括以下步骤：
(1)预处理：分别取两种材料尺寸均为80mm×80mm×0.5mm大小的0.8mm厚的钢片9片和超级奥氏体不锈钢片8片，分别放入95％酒精内进行超声波清洗然后烘干并进行打磨，直至去除氧化层，露出金属光泽；
(2)密封组坯：将钢片和超级奥氏体不锈钢片呈间隔排列叠放起来，在叠层过程中要保证钢板位于组坯表层，从而保证材料的耐腐蚀性，在四周用四条120mm×36mm×20mm和84mm×18mm×35mm材质为45钢封条通过氩弧焊将超级奥氏体不锈钢-钢层叠材料固定住；其中超级奥氏体不锈钢-钢层叠材料与相邻封条的距离为1mm，层叠材料的高度加上高温隔离布的高度等于封条的厚度；
将相同大小的隔离布放于叠层两端，然后将两个钢板分别放于封条上下两端，使用氩弧焊将钢板和封条焊接密封起来；
其中钢板的形状大小根据钢密封条所围形状大小而定，厚度视层叠高度而定，层叠高度高，钢板的厚度则大。
(3)抽真空：将密封好的组坯中的一个封条之间钻一个直径为6mm的通孔，将钢管焊接在小孔上，并通过验漏设备进行检查确保焊接封装完好，然后用含有机械泵、磁泵和分子泵三级泵的真空设备进行抽真空抽去孔内的空气保持真空度在10-4pa用氧弧焊枪将钢管加热到740℃，并用液压钳将钢管密封，最后用真空泥将钢管封闭；
其中，钢管的外径为8mm，内径为6mm；
(4)热轧：将抽完真空后的组坯放入高温加热炉中进行升温，升至1100℃进行保温处理，保温2h；用吊车将加热后的组坯送入热轧机中进行热轧，轧制道次为6次，每道次压下率分别为：20％、25％、30％、30％、35％、35％轧制总压下量约为85％，轧制速度为0.8m/s。并冷却至室温；
将材料置于在700℃℃保温12min时间，随后空冷至室温并冷却至室温；对材料进行拉伸试验其屈服强度达到224MPa，抗拉强度达到832MPa。
实施例3
本发明高性能耐蚀超级奥氏体不锈钢-钢多层复合材料，包括多层超级奥氏体不锈钢材料层和多层钢材料层，多层超级奥氏体不锈钢材料层和多层钢材料层交替层叠轧制在一起，且复合材料的表层均为钢层，超级奥氏体不锈钢材料层和钢材料层的层数均不少于5层，多层复合材料中每层材料的厚度不大于2mm，多层复合材料的厚度与原材料的厚度和层数有关，超级奥氏体不锈钢材料层的层数比钢材料层的层数小1。
上述超级奥氏体不锈钢材料层和钢材料层的层厚比为1∶2。
上述材料的制备方法是：通过将钢和超级奥氏体不锈钢材料板材进行裁剪多层叠合，在叠层过程中要保证钢板位于组坯表层，从而保证材料的耐腐蚀性，再用四块封条围绕层叠超级奥氏体不锈钢-钢材料形成一个凹槽，在上下两端使用盖子封装形成一个盒体，使用氩弧焊焊接起来，得到一个密封的组坯，密封然后抽真空工序，通过炉内高温加热和保温，在热轧机上进行多道次热轧成型，保证轧制总压下量为85％。
上述方法包括以下步骤：
(1)预处理：分别取两种材料尺寸均为80mm×80mm×0.5mm大小的1mm厚的钢片7片和超级奥氏体不锈钢片6片，分别放入95％酒精内进行超声波清洗然后烘干并进行打磨，直至去除氧化层，露出金属光泽；
(2)密封组坯：将钢片和超级奥氏体不锈钢片呈间隔排列叠放起来，在叠层过程中要保证钢板位于组坯表层，从而保证材料的耐腐蚀性，在四周用四条120mm×36mm×20mm和84mm×18mm×35mm材质为45钢封条通过氩弧焊将超级奥氏体不锈钢-钢层叠材料固定住；其中超级奥氏体不锈钢-钢层叠材料与相邻封条的距离为1mm，层叠材料的高度加上高温隔离布的高度等于封条的厚度；
将相同大小的隔离布放于叠层两端，然后将两个钢板分别放于封条上下两端，使用氩弧焊将钢板和封条焊接密封起来；
其中钢板的形状大小根据钢密封条所围形状大小而定，厚度视层叠高度而定，层叠高度高，钢板的厚度则大。
(3)抽真空：将密封好的组坯中的一个封条之间钻一个直径为6mm的通孔，将钢管焊接在小孔上，并通过验漏设备进行检查确保焊接封装完好，然后用含有机械泵、磁泵和分子泵三级泵的真空设备进行抽真空抽去孔内的空气保持真空度在10-4pa用氧弧焊枪将钢管加热到800℃，并用液压钳将钢管密封，最后用真空泥将钢管封闭；
其中，钢管的外径为8mm，内径为6mm；
(4)热轧：将抽完真空后的组坯放入高温加热炉中进行升温，升至1150℃进行保温处理，保温1.5h；用吊车将加热后的组坯送入热轧机中进行热轧，轧制道次为6次，每道次压下率分别为：25％、25％、25％、30％、30％、35％轧制总压下量约为85％，轧制速度为0.6m/s。并冷却至室温；
将材料置于在750℃保温10min时间，随后空冷至室温并冷却至室温；对材料进行拉伸试验其屈服强度达到251MPa，抗拉强度达到845MPa。
本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而非是对本发明的实施方式的限定。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或者变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种高性能耐蚀超级奥氏体不锈钢-钢多层复合材料，包括多层超级奥氏体不锈钢材料层和多层钢材料层，多层超级奥氏体不锈钢材料层和多层钢材料层交替层叠轧制在一起，且复合材料的表层均为高性能耐蚀超级奥氏体不锈钢层，多层复合材料中每层材料的厚度不大2mm，超级奥氏体不锈钢材料层的层数比钢材料层的层数小1。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，超级奥氏体不锈钢材料层和钢材料层的层厚比为1∶0.5～2。
3.一种权利要求1所述复合材料的制备方法，其特征在于，通过将钢板和超级奥氏体不锈钢材料板材进行裁剪多层叠合，在叠层过程中要保证钢板位于组坯表层，再用四块封条围绕层叠超级奥氏体不锈钢-钢材料形成一个凹槽，在上下两端使用盖子封装形成一个盒体，使用氩弧焊焊接起来，得到一个密封的组坯，密封然后抽真空工序，通过炉内高温加热和保温，在热轧机上进行多道次热轧成型，保证轧制总压下量为85％。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，热轧后继续进行热处理工艺，所述热处理工艺为保温及淬火或退火处理、冷轧及退火处理。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)预处理：取等大小的0.5～2mm厚的钢片和超级奥氏体不锈钢片，分别放入95％酒精内进行超声波清洗然后烘干并进行打磨，直至去除氧化层，露出金属光泽；(2)密封组坯：将钢片和超级奥氏体不锈钢片呈间隔排列叠放起来，在叠层过程中要保证钢板位于组坯表层，在四周用四条封条通过氩弧焊将超级奥氏体不锈钢-钢层叠材料固定住；其中超级奥氏体不锈钢-钢层叠材料与相邻封条的距离为1-2mm，层叠材料的高度加上高温隔离布的高度等于封条的厚度；将相同大小的隔离布放于叠层两端，然后将两个钢板分别放于封条上下两端，使用氩弧焊将钢板和封条焊接密封起来；(3)抽真空：将密封好的组坯中的一个封条之间钻一个通孔，将钢管焊接在通孔上，并通过验漏设备进行检查确保焊接封装完好，然后用含有机械泵、磁泵和分子泵三级泵的真空设备进行抽真空抽去孔内的空气保持真空度在10-4pa用氧弧焊枪将钢管加热到600～1020℃，并用液压钳将钢管密封，最后用真空泥将钢管封闭；(4)热轧：将抽完真空后的组坯放入高温加热炉中进行升温，升至1020～1200℃进行保温处理，保温0.5～2.5h；再用吊车将加热后的组坯送入热轧机中进行热轧，保证轧制总压下量为85％，每次轧制压下量为15～25％，并冷却至室温；(5)冷轧：热轧后再用吊车将材料送入冷轧机中进行冷轧，冷轧后的材料厚度为热轧材料厚度的三分之一；(6)退火：将材料置于在650℃～900℃之间保温10-15min时间，随后空冷至室温。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，第一步中钢片和超级奥氏体不锈钢片每层材料厚度均在2mm以下。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，材料保温及淬火处理中，保温温度为1020～1150℃，保温时间为15～35min；保温及退火处理，保温温度为650℃～900℃，保温时间为0.5～3h。
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