CN113523240A - 一种双金属复合板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于双金属复合板制备技术领域，具体涉及一种双金属复合板及其制备方法。本发明采用固液复合配合压铸工艺，通过浇铸液态碳钢与固态不锈钢/镍基合金进行冶金复合，获得冶金复合强度的双金属复合板坯，再将复合板坯进行压铸成型，使得双金属冶金复合板坯的结合质量和壁厚满足预定要求，最后通过热轧加冷轧或冷轧获得成品复合板材。本发明通过浇铸成型和压铸工艺配合，直接制备锻造复合板坯，复合坯质量优于铸态复合板坯，工艺简单，效率高，省时省力。

Description

一种双金属复合板及其制备方法

技术领域

本发明属于双金属复合板制备技术领域，具体涉及一种双金属复合板及其制备方法。

背景技术

双金属复合板是指具有两种性能不同的金属复合在一起制备的新型复合材料，综合了复层材料的功能性和基层材料的结构性能。不锈钢/镍基合金双金属复合板既有不锈钢/镍基合金的防腐耐蚀性能又具有碳钢的高强度，是价格昂贵的不锈钢/镍基合金的完美替代品，能极大地节约昂贵的不锈钢/镍基合金用量，显著降低生产成本。

目前的不锈钢/镍基合金复合板工艺主要分机械复合法和冶金复合法，机械复合法结合强度差，加工性能低；冶金复合工艺主要有热轧固固法、离心浇铸法、爆炸复合等。

中国发明专利CN103056508B公开了一种具有特殊质量要求的双金属复合板的爆炸焊接方法，包括：坯料预处理，装药和爆炸焊接；装药为在覆板和延展板上装“盆地”形装药体，装药体上下表面与覆板和延展板平行，装药量由公式计算获得。

中国专利申请CN112658484A公开了一种钛钢双金属复合板的焊接方法，所述方法包括如下步骤：S100、焊接坡口的加工和处理，S101、坡口加工，S102、坡口清洗，S103、坡口组对，S200、基层焊接，S300、过渡层填充焊接，S400、覆层焊接。该方法步骤复杂，且所得复合板质量仍需进一步提高。

中国发明专利CN110614275B公开了一种强变形轧制双金属复合板的方法，该方法包括以下步骤：S1、制坯：选取变形抗力相对较小的金属板为基板(1)，选取变形抗力相对较大的金属板为复板(2)，基板(1)与复板(2)的厚度比值为1～5，将复板(2)堆叠放置在基板(1)的正上方压紧并将边缘固连，得到双金属复合板板坯(3)；S2、一道次轧制；S3、二道次轧制S4、退火；S5、精整：校直后切边，制成成品。两道次的轧制，第一道次采用波平轧机，上辊为交叉波纹辊，下辊为平棍；第二道次采用平棍轧机，上下辊皆为平棍。

现有双金属复合板的制备方法，大多存在步骤复杂、成本高、双金属复合板质量差、成材率低、难以规模化生产和环境污染严重等各种问题。

发明内容

针对以上所述问题，本发明提供一种双金属复合板及其制备方法。本发明将不同性能的碳钢和不锈钢/镍基合金采用固液复合铸造工艺制备得到双金属复合板，工艺简单、效率高、成本低，所得双金属复合板性能优良，克服了现有铸造工艺的不足。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种双金属复合板的制备方法，其包括以下步骤：

对基底钢板进行预处理；

对目标碳钢进行冶炼；

将经过预处理的基底钢板预加热至900～1000℃，然后放入模具中，在惰性气体保护下，将碳钢钢水浇铸到模具中，碳钢钢水与基底钢板相结合，形成复合板粗坯；

对复合板粗坯施加0.5～2MPa的压力，并保压2～5h，形成铸态复合板坯；

对铸态复合板坯进行冷轧和/或热轧，得双金属复合板。

进一步地，所述基底钢板为不锈钢板或镍基合金板。

进一步地，所述目标碳钢为Q235碳素钢。

进一步地，所述惰性气体为氮气或氩气。

本发明还提供以上任一项所述制备方法制备得到的双金属复合板。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1.本发明将不同性能的碳钢和不锈钢/镍基合金通过冶金复合方法结合，综合了两种金属的优点；此工艺经冶炼浇铸通过固-液复合压铸成型，双金属界面结合强度高，工艺简单、效率高、成本低，制得的钢板既具有不锈钢/镍基合金的防腐耐蚀性能，又具有碳钢的高强度结构性能，综合性能优良。

2.本发明将不锈钢和碳钢通过固液冶金复合方式结合，克服了机械复合和热轧固固复合的结合强度低及成材率低的缺陷；同时利用熔融态金属显热通过融合和扩散方式来实现复合，克服了热轧固固复合金属收得率低及成品不锈钢/镍基合金钢材成本高昂的缺陷。

3.本发明将不锈钢/镍基合金和碳钢通过固液复合方式结合，采取固态不锈钢/镍基合金预处理及结合剂涂层的工艺，增强了不锈钢/镍基合金和碳钢结合强度和质量，即避免了结合层的过烧，又增加了结合层的均匀性和结合强度。

4.本发明通过浇铸成型和压铸工艺配合，直接制备锻造复合板坯，复合坯质量优于铸态复合板坯，工艺简单，效率高，省时省力；另外，本发明通过浇铸成型和压铸工艺配合，直接制备锻造复合板坯，既可以直接冷轧制备复合板材，又可以通过热轧加冷轧制备复合板材；本工艺通过浇铸液态碳钢和固态不锈钢/镍基合金直接复合成材，成品为不锈钢/镍基合金复合板，其强度和耐高压性能均优于焊接材。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明所述双金属复合板制备方法的流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。

如图1所示，所述一种双金属复合板的制备方法，其包括以下步骤：

对基底钢板进行预处理；

对目标碳钢进行冶炼；

将经过预处理的基底钢板预加热至900～1000℃，然后放入模具中，在惰性气体保护下，将碳钢钢水浇铸到模具中，碳钢钢水与基底钢板相结合，形成复合板粗坯；

对复合板粗坯施加0.5～2MPa的压力，并保压2～5h，形成铸态复合板坯；

对铸态复合板坯进行冷轧和/或热轧，得双金属复合板。

进一步地，对基底钢板进行预处理包括以下步骤：

S1：将基底钢板依次在氢氧化钠溶液、盐酸溶液中分别浸泡0.5～1h，用去离子水冲洗，对基底钢板表面进行干燥处理；

S2：将经过步骤S1处理后的基底钢板放入温度为550～650℃的盐浴结合剂中，保温45～60min，在基底钢板表面原位生长出结合剂薄膜涂层。

更进一步地，步骤S1中所用氢氧化钠溶液浓度为0.1-0.5mol/L；所用盐酸溶液的浓度为0.1-0.5mol/L。

更进一步地，步骤S2中所用盐浴结合剂为镍铵盐；所述镍铵盐优选为硫酸镍铵。

更进一步地，结合剂薄膜涂层厚度为50～200nm。

进一步地，所述基底钢板为不锈钢板或镍基合金板。

进一步地，目标碳钢冶炼包括以下步骤：

1)：取目标碳钢，将其加热至液态；

2)：将液态碳钢转移至转炉中进行初炼，控制入炉钢水w[S]≤0.01％，转炉出钢温度为1500～1700℃；

3)：对出炉后的钢水进行LF精炼，精炼时间为25～35min；

4)：对经过LF精炼后的钢水进行VD精炼，VD精炼过程中吹氩气时间不小于10min。

进一步地，所述目标碳钢为Q235碳素钢。

进一步地，所述惰性气体为氮气或氩气。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

一种双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：对304钢板进行预处理，预处理包括以下步骤：

S1：将304钢板依次在浓度为0.1mol/L的氢氧化钠和浓度为0.1mol/L的盐酸溶液中各浸泡1h，然后用去离子水冲洗4次，再吹干基底钢板表面的水分；

S2：将经过SS1处理后的304钢板放入温度为550℃的硫酸镍铵中，保温45min，在基底钢板表面原位生长出厚度为100nm左右的结合剂薄膜涂层；

步骤2：对Q235碳素钢进行冶炼，使其成为钢水，并调节钢水温度为1600℃；目标碳钢冶炼包括以下步骤：

1)：取Q235碳素钢，将其加热至液态；

2)：将液态Q235碳素钢转移至转炉中进行初炼，控制入炉钢水w[S]≤0.01％，转炉出钢温度为1700℃；

3)：对出炉后的钢水进行LF精炼，精炼时间为35min；

4)：对经过LF精炼后的钢水进行VD精炼，VD精炼过程中吹氩气时间不小于10min；

步骤3：将经过预处理的304钢板预加热至900℃，然后放入预热后(1000℃左右)的模具中，在氩气氛围保护下，将碳钢钢水浇铸到模具中，碳钢钢水与基底钢板相结合，形成复合板粗坯；

步骤4：对复合板粗坯施加2MPa的压力，并保压2h，形成铸态复合板坯；

步骤5：对铸态复合板坯进行轧制处理，得双金属复合板。

本实例所得双金属复合板复合率为99％，耐蚀性同304不锈钢，抗拉强度达450MPa，约等于母材碳钢的抗拉强度，优于同规格其他工艺方式的复合板产品(抗拉强度200～300MPa)。

实施例2

一种双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：对304钢板进行预处理，预处理包括以下步骤：

S1：将304钢板依次在浓度为0.1mol/L的氢氧化钠和浓度为0.1mol/L的盐酸溶液中各浸泡1h，然后用去离子水冲洗2次，再吹干基底钢板表面的水分；

S2：将经过SS1处理后的304钢板放入温度为650℃的硫酸镍铵中，保温45min，在基底钢板表面原位生长出厚度为150nm左右的结合剂薄膜涂层；

步骤2：对Q235碳素钢进行冶炼，使其成为钢水，并调节钢水温度为1700℃；目标碳钢冶炼包括以下步骤：

1)：取Q235碳素钢，将其加热至液态；

2)：将液态Q235碳素钢转移至转炉中进行初炼，控制入炉钢水w[S]≤0.01％，转炉出钢温度为1700℃；

3)：对出炉后的钢水进行LF精炼，精炼时间为25min；

4)：对经过LF精炼后的钢水进行VD精炼，VD精炼过程中吹氩气时间不小于10min；

步骤3：将经过预处理的304钢板预加热至1000℃，然后放入预热后(1000℃左右)的模具中，在氮气氛围保护下，将碳钢钢水浇铸到模具中，碳钢钢水与基底钢板相结合，形成复合板粗坯；

步骤4：对复合板粗坯施加0.5MPa的压力，并保压5h，形成铸态复合板坯；

步骤5：对铸态复合板坯进行热轧和冷轧处理，得双金属复合板。

本实例所得双金属复合板复合率为99％，耐蚀性同304不锈钢，抗拉强度达460MPa，接近于母材碳钢的抗拉强度，优于同规格其他工艺方式的复合板产品(抗拉强度200～300MPa)。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双金属复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

对基底钢板进行预处理；

对目标碳钢进行冶炼；

将经过预处理的基底钢板预加热至900～1000℃，然后放入模具中，在惰性气体保护下，将碳钢钢水浇铸到模具中，碳钢钢水与基底钢板相结合，形成复合板粗坯；

对复合板粗坯施加0.5～2MPa的压力，并保压2～5h，形成铸态复合板坯；

对铸态复合板坯进行冷轧和/或热轧，得双金属复合板。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对基底钢板进行预处理包括以下步骤：

S1：将基底钢板依次在氢氧化钠溶液、盐酸溶液中分别浸泡0.5～1h，用去离子水冲洗，对基底钢板表面进行干燥处理；

S2：将经过步骤S1处理后的基底钢板放入温度为550～650℃的盐浴结合剂中，保温45～60min，在基底钢板表面原位生长出结合剂薄膜涂层。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，目标碳钢冶炼包括以下步骤：

1)：取目标碳钢，将其加热至液态；

2)：将液态碳钢转移至转炉中进行初炼，控制入炉钢水w[S]≤0.01％，转炉出钢温度为1500～1700℃；

3)：对出炉后的钢水进行LF精炼，精炼时间为25～35min；

4)：对经过LF精炼后的钢水进行VD精炼，VD精炼过程中吹氩气时间不小于10min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述基底钢板为不锈钢板或镍基合金板。

6.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述目标碳钢为Q235碳素钢。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所用氢氧化钠溶液浓度为0.1-0.5mol/L；所用盐酸溶液的浓度为0.1-0.5mol/L。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所用盐浴结合剂为镍铵盐。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，结合剂薄膜涂层厚度为50～200nm。

10.权利要求1-9任一项所述制备方法制备得到的双金属复合板。

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