CN112981251A - 一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及不锈钢复合板技术领域，尤其涉及一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板及其制备方法。所述不锈钢复合板复层按重量百分比计，包括如下组分：C为0.02％～0.03％，Si为0.4％～0.6％，Mn为1.00％～1.40％，P≤0.020％，S≤0.015％，Ni为6.5％～7.5％，Cr为20％～22％，Mo为1.0％～1.40％，Cu为0.06％～0.08％，Sb为0.06％～0.08％，其余为Fe以及不可避免的杂质；所述不锈钢复合板基层按重量百分比计，包括如下组分：C为0.02％～0.06％，Si为0.20％～0.40％，Mn为1.0％～1.40％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb为0.01％～0.03％，Ti为0.01％～0.03％、Ni为0.05％～0.15％，Sb为0.06％～0.08％，Als为0.015％～0.045％，其余为Fe以及不可避免的杂质。能大幅度提高生产效率，降低工艺成本，提高复合质量，且复合材料基层和复层的厚度分布均匀，结合面平滑，产品性能更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢复合板技术领域，尤其涉及一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板及其制备方法。
背景技术
船舶用钢因腐蚀问题通常需要定期维护或更换，甚至可能应为腐蚀失效造成不可挽回的事故，特别是化学品船等液体输送船舶和管线等。所谓化学品船，就是建造或改装用于运载各种有毒、易燃、易挥发或有腐蚀性化学物质的液货船。随着化学工业的发展，尤其是石油化学工业的兴起，其所需的原料及其产品的运输量日益增加。为了满足这些化工原料远距离运输的需要，液体化学品船应运而生。液体化学品船多为双层底和双重舷侧结构，货舱设有分隔并装有专用的货泵和管系，以满足不同化学品盛装的需要。由于所盛物质多具有强烈的腐蚀性，货舱内壁和管系多采用不锈钢或特种防腐涂料，其中不锈钢由于具有良好的耐蚀适应性和较高的强度，是这类货舱内壁的首选用材。由于不锈钢价格一直居高不下，使得使用这类材质的化学品船造价较高，在当前国际造船业一片萧条的大背景下，降低建造成本是所有造船厂的诉求。而不锈钢复合板因同时具有不锈钢的耐蚀性能和碳钢的强度，且可显著降低建造成本，故越来越受到船厂的青睐。
一般情况下，不锈钢复合板有爆炸法和轧制法生产。爆炸法由于噪音大，对环境存有污染，且受天气的影响较大，不是一种可持续的复合板制备技术。轧制法是采用高温轧制的方式，利用原子间的扩散使复材和基材实现良好的冶金结合，其生产的复合板，板幅可灵活调整，是一种绿色环保可持续的生产工艺。因此，采用轧制法生产复合板将是未来发展的趋势。
201110347172.2公开了“一种复合钢板及其制造方法”，将需要复合的基板、复板打磨，然后在复板上铺放炸药，通过炸药爆炸产生的冲击力将复板和基体进行复合，这种爆炸复合的生产工艺生产的复合钢板结合率和强度较低，且具有高噪音污染，目前已处于逐步淘汰的状态。
201610180116.7公开了“一种马氏体不锈钢复合钢板及其生产方法”，通过钢坯组坯、加热、控轧、热处理工艺路线完成，采用双坯叠轧，即上下两层为A516Gr70碳钢，中间两层为410S马氏体不锈钢，在两层马氏体不锈钢之间加入隔离剂后对组合坯进行四边焊接封边并利用真空泵抽真空，具有优良的强韧性及力学性能；但其对称组坯的工艺相对复杂，且需要进行真空处理。
201510162301.9公开了“一种碳钢与奥氏体不锈钢复合钢板及其生产方法”，也采用上述工艺，中间两层为316L奥氏体不锈钢，在两层奥氏体不锈钢之间加入隔离剂后对组合坯进行四边焊接封边并利用真空泵抽真空，同样其对称组坯的工艺相对复杂。
CN105080997A公开了“一种无中间层钛钢复合板的制备方法”、CN104624644A公开了“钛钢复合板的生产方法”、CN105107841A公开了“钛钢复合板的制备方法”均采用钛钢直接复合轧制技术进行钛钢复合板的制备，制备工艺简单，不添加中间层，通过较高的终轧温度，使界面化合物破碎后产生微孔洞的可能性减小，从而使界面上的孔洞对结合性能的负面影响降低到最小。但由于镍基合金和钛材价格昂贵，其推广应用前景受到限制。
综上所述，目前船用耐蚀钢板或复合板存在如下不足：1、钢板的耐蚀性、经济性差，无法满足化学品船舶建设新的需要；2、复合板制备工艺落后，钢板综合性能不足。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板及其制备方法。能大幅度提高生产效率，降低工艺成本，提高复合质量，且复合材料基层和复层的厚度分布均匀，结合面平滑，产品性能更加稳定。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板，所述不锈钢复合板复层按重量百分比计，包括如下组分：
C为0.02％～0.03％，Si为0.4％～0.6％，Mn为1.00％～1.40％，P≤0.020％，S≤0.015％，Ni为6.5％～7.5％，Cr为20％～22％，Mo为1.0％～1.40％，Cu为0.06％～0.08％，Sb为0.06％～0.08％，其余为Fe以及不可避免的杂质；
所述不锈钢复合板基层按重量百分比计，包括如下组分：
C为0.02％～0.06％，Si为0.20％～0.40％，Mn为1.0％～1.40％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb为0.01％～0.03％，Ti为0.01％～0.03％、Ni为0.05％～0.15％，Sb为0.06％～0.08％，Als为0.015％～0.045％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板的制备方法，具体包括如下步骤：
1)按上述成分分别制成钢坯或钢板，分别利用铣床对复层的一个表面和基层的一个表面进行铣磨处理，加工后后粗糙度Ra不大于10um；
2)按基层—复层—复层—基层的顺序依次叠放，经过铣磨的面相对叠放在一起，两个复层之间涂抹隔离剂；
3)预热到150～200℃；
4)将接触面的四周进行焊接；
5)板坯加热温度控制在1210～1240℃，加热后的坯料在中厚板轧机上进行轧制，板坯开轧温度控制在1160～1180℃之间，每道次压下率大于等于10％；
6)轧后进行喷水冷却，冷温度控制在880～915℃，冷却速度控制在11～14℃/s，返红温度控制在580～620℃；
最终制得复合板剪切强度大于等于350Mpa、复合板屈服强度大于355Mpa、基层-60℃冲击大于等于100J的复合钢板。
与现有方法相比，本发明的有益效果是：
1、本发明复层具备优异的表面抗腐蚀性能、基层具有较高的强韧性能(屈服强度大于等于355Mpa、-60℃冲击功大于等于100J)和优异的焊接性(碳当量CEQ小于等于0.3)；
2、组坯不需要真空环境焊接，生产工艺简单，经济成本较低；
3、复合界面力学性能优异，其剪切强度均达到350MPa以上。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明，但不用来限制本发明的范围：
一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板，所述不锈钢复合板复层按重量百分比计，包括如下组分：
C为0.02％～0.03％，Si0.4％～0.6％，Mn1.00％～1.40％，P≤0.020％，S≤0.015％，Ni为6.5％～7.5％，Cr为20％～22％，Mo为1.0％～1.40％，Cu为0.06％～0.08％，Sb为0.06％～0.08％，其余为Fe以及不可避免的杂质；
所述不锈钢复合板基层按重量百分比计，包括如下组分：
C为0.02％～0.06％，Si为0.20％～0.40％，Mn为1.0％～1.40％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb为0.01％～0.03％，Ti为0.01％～0.03％、Ni为0.05％～0.15％，Sb为0.06％～0.08％，Als为0.015％～0.045％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
本发明所以选择以上合金元素种类及其含量是因为：C：是影响钢板组织性能的关键元素，其变化幅度很大，碳含量不同可获得硬度和韧性的不同匹配关系，也是提高钢材硬度最便宜最直接的元素，但是高碳合金硬度高而韧性不足，也不利于结构件的焊接，低碳合金韧性较高而硬度偏低，本发明确定最适合的复层碳含量0.02～0.03％、基层碳含量0.02～0.06％。
Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，具有一定固溶强化的作用。也能抑制第一类回火脆性，改善马氏体的回火稳定性，提高回火温度，获得较好性能，本发明复层硅的含量范围为0.4～0.6％、基层硅含量0.20～0.40％。
Mn：锰是提高强度和韧性的主要元素，能显著提高钢淬透性的元素，成本十分低廉，是主要添加元素，但Mn过高会使钢的延展性降低，本发明的涉及的钢板锰含量限定在1.0～1.40％；。
Cr能扩大铁素体区，提高淬火硬化、耐蚀性的优点，含量超过12％时使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性，故本发明复层中加入Cr含量为20-22％。
Ni：镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义，含镍9％的钢则可在-196℃时工作，含镍钢其线胀系数随镍含量增减而显著变化，可有效防止化学品船的变形；镍加入钢中不仅能耐酸，而且也能抗碱，对大气及盐都有抗蚀能力，故本发明中复层Ni的含量控制在6.5-7.5％。
Mo能进一步提高对有机酸(如蚁酸、醋酸、草酸等)以及过氧化氢、硫酸、亚硫酸、硫酸盐、酸性染料、漂白粉液等的抗蚀性，特别是由于钼的加入，防止了氯离子的存在所产生的点腐蚀倾向，故本发明复层的Mo1.0～1.40％。
Cu：铜在不锈钢中可以对硫酸、磷酸及盐酸等抗腐蚀性能及对应力腐蚀的稳定性，本发明复层铜含量限定在0.06～0.08％。
Sb：奥氏体温度下钢中的Sb在MnS夹杂物处及沿原奥氏体晶界处析出，增加MnS夹杂物上富集析出，锑还可以使二次再结晶晶粒尺寸细化，使钢的组织得到细化并提高韧性。
微量的Nb、Ti可以有效的细化晶粒，提高钢材的强韧性，故本发明基层中Nb0.01-0.03％、Ti0.01-0.03％；Al：铝是脱氧元素，可以作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，为了达到很好的脱氧效果本发明的复层Al含量的范围为Al0.015～0.045％；鳞、硫为有害元素，本发明复层P≤0.020％，S≤0.015％，基层P≤0.020％，S≤0.005％。
一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板的制备方法，具体包括如下步骤：
1)按上述成分分别制成钢坯或钢板，分别对复层的一个表面和基层的一个表面利用铣床进行铣磨处理，铣磨后粗糙度Ra不大于10um。
2)然后按基层-复层-复层-基层的顺序依次叠放(经过铣磨的面相对叠放在一起，两个复层之间涂抹隔离剂，轧制后可自动分开为两张复合钢板)。
3)再预热到150-200℃，以去除接触面的水汽和降低缝隙中的氧含量。
4)再将接触面的四周进行焊接，以防止加热过程中接触面过分氧化。
5)板坯加热温度控制在1210～1240℃，加热后的坯料在中厚板轧机上进行轧制，板坯开轧温度控制在1160～1180℃之间，每道次压下率大于等于10％。
6)轧后进行喷水冷却，开冷温度在880～915℃之间，冷却速度在11～14℃/s之间，返红温度在580～620℃之间。
最终得到复合板剪切强度大于等于350Mpa、复合板屈服强度大于355Mpa、基层-60℃冲击大于等于100J的复合钢板。
【实施例】
按照上述的化学成分及生产工艺，钢板铣磨后粗糙度Ra等于8um，本发明实际熔炼成分如表1所示，本发明的实际工艺参数如表2所示，本发明实物性能如表3所示。
表1熔炼成分，Wt％
表2工艺参数
表3实物性能
本发明复层具备优异的表面抗腐蚀性能、基层具有较高的强韧性能(屈服强度大于等于355Mpa、-60℃冲击功大于等于100J)和优异的焊接性(碳当量CEQ小于等于0.3)；组坯不需要真空环境焊接，生产工艺简单，经济成本较低；复合界面力学性能优异，其剪切强度均达到350MPa以上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板，其特征在于，所述不锈钢复合板复层按重量百分比计，包括如下组分：
C为0.02％～0.03％，Si为0.4％～0.6％，Mn为1.00％～1.40％，P≤0.020％，S≤0.015％，Ni为6.5％～7.5％，Cr为20％～22％，Mo为1.0％～1.40％，Cu为0.06％～0.08％，Sb为0.06％～0.08％，其余为Fe以及不可避免的杂质；
所述不锈钢复合板基层按重量百分比计，包括如下组分：
C为0.02％～0.06％，Si为0.20％～0.40％，Mn为1.0％～1.40％，P≤0.020％，S≤0.005％，Nb为0.01％～0.03％，Ti为0.01％～0.03％、Ni为0.05％～0.15％，Sb为0.06％～0.08％，Als为0.015％～0.045％，其余为Fe以及不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的船舶用高耐蚀不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)按上述成分分别制成钢坯或钢板，分别对复层的一个表面和基层的一个表面光整加工，加工后后粗糙度Ra不大于10um；
2)按基层—复层—复层—基层的顺序依次叠放，经过光整加工的面相对叠放在一起，两个复层之间涂抹隔离剂；
3)预热到150～200℃；
4)将接触面的四周进行焊接；
5)板坯加热温度控制在1210～1240℃，加热后的坯料在中厚板轧机上进行轧制，板坯开轧温度控制在1160～1180℃之间，每道次压下率大于等于10％；
6)轧后进行喷水冷却；最终制得复合板剪切强度大于等于350Mpa、复合板屈服强度大于355Mpa、基层-60℃冲击大于等于100J的复合钢板。
3.根据权利要求2所述的一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中光整加工为利用铣床对复层的一个表面和基层的一个表面进行铣磨处理。
4.根据权利要求2所述的一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤6)中冷却速度控制在11～14℃/s。
5.根据权利要求2所述的一种船舶用高耐蚀不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤6)中开冷温度控制在880～915℃，返红温度控制在580～620℃。
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