CN113523246A - 一种电渣熔铸制备双金属复合板的方法 - Google Patents

一种电渣熔铸制备双金属复合板的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及双金属复合板制备技术领域，具体涉及一种电渣熔铸制备双金属复合板的方法。所述方法包括以下步骤：按需求准备基层钢自熔电极、碳钢板；电渣炉电极组装；组装结晶器，吊装碳钢板；熔炼基层钢自熔电极；结晶器内液态基层钢与固态钢坯熔铸复合成铸态复合板坯；复合板坯经热轧工序轧制成复合板；复合板依次进行热处理，表面处理，得成品板材。本发明方法将不锈钢或镍基合金与碳钢通过固液复合方式结合，采取源头复合工艺，利用熔融态金属显热通过融合和扩散方式来实现复合，解决现有复合工艺中存在的结合强度差、成本高昂、效率低下、不能规模化生产的各种问题。

Description

一种电渣熔铸制备双金属复合板的方法
技术领域
本发明涉及双金属复合板制备技术领域，具体涉及一种电渣熔铸制备双金属复合板的方法。
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
本发明主要目的在于提供一种电渣熔铸制备双金属复合板的方法，本发明方法将不锈钢或镍基合金与碳钢通过固液复合方式结合，采取源头复合工艺，利用熔融态金属显热通过融合和扩散方式来实现复合，解决现有复合工艺中存在的结合强度差、成本高昂、效率低下、不能规模化生产的各种问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种电渣熔铸制备双金属复合板的方法，其包括以下步骤：
按需求准备基层钢自熔电极、碳钢板；
电渣炉电极组装；
组装结晶器，吊装碳钢板；
熔炼基层钢自熔电极；
结晶器内液态基层钢与固态钢坯熔铸复合成铸态复合板坯；
复合板坯经热轧工序轧制成复合板；
复合板依次进行热处理，表面处理，得成品板材。
进一步地，熔炼基层钢自熔电极前先进行预熔渣，600-800℃烘烤4-6h，冷却至180-200℃加入结晶器内。
进一步地，熔炼基层钢自熔电极，包括以下步骤：
结晶器内通氩气保护，采用固渣起弧方式，起弧阶段电流控制在0～3500A，起弧电压45～55V，化渣时间10～25min；化渣完毕后，转为电渣重熔阶段，冶炼电流控制在3000～5500A，冶炼电压控制在50～60V；最后进行补缩。
进一步地，以上所述基层钢为不锈钢或镍基合金钢。
更进一步地，结晶器内渣料占渣总质量的50-70％。
进一步地，碳钢使用前进行清洗，使其表明光亮无杂物。
进一步地，碳钢装入结晶器前，在碳钢与结晶器接触的一面涂一层导电膏。
进一步地，碳钢装入结晶器后，碳钢顶部区域单配冷却块，冷却块底部与碳钢顶部平面完全接触。
本发明还提供以上所述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：
本发明将功能性材料不锈钢或镍基合金与结构性材料碳钢通过冶金复合，所得复合板既具有不锈钢或镍基合金的防腐耐蚀性能，又具有碳钢的高强度结构性能。
本发明将不锈钢或镍基合金与碳钢通过固液复合方式结合，采取源头复合工艺，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单金属不锈钢/镍基合金钢材成本高昂的缺陷。
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为本发明所述电渣熔铸制备双金属复合板的方法的流程图。
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，所述电渣熔铸制备双金属复合板的方法，包括以下步骤：
按需求准备基层钢自熔电极、碳钢板；电渣炉电极组装；组装结晶器，吊装碳钢板；熔炼基层钢自熔电极；结晶器内液态基层钢与固态钢坯熔铸复合成铸态复合板坯；复合板坯经热轧工序轧制成复合板；复合板依次进行热处理，表面处理，得成品板材。
进一步地，基层钢为不锈钢或镍基合金钢。
进一步地，熔炼基层钢自熔电极前先进行预熔渣，600-800℃烘烤4-6h，冷却至180-200℃加入结晶器内。
进一步地，熔炼基层钢自熔电极，包括以下步骤：
结晶器内通氩气保护，采用固渣起弧方式，起弧阶段电流控制在0～3500A，起弧电压45～55V，化渣时间10～25min；化渣完毕后，转为电渣重熔阶段，冶炼电流控制在3000～5500A，冶炼电压控制在50～60V；最后进行补缩。通过渣洗和重熔过程保证了复合板坯复层的质量。
电渣炉采用单臂双卡头方便地区分调整电流电压按需供给，满足生产的实际需求并避免发生短路及断路。
结晶器为宽度可调式结晶器，简单灵活，可根据要求调节结晶器长度来熔铸不同宽度的复合板坯，效率高，省时省力。
更进一步地，结晶器内渣料占渣总质量的50-70％。
进一步地，碳钢使用前进行清洗，使其表明光亮无杂物。
进一步地，碳钢装入结晶器前，在碳钢与结晶器接触的一面上涂一层导电膏。
进一步地，碳钢装入结晶器后，碳钢顶部区域单配冷却块，冷却块底部与碳钢顶部平面完全接触。
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。
本发明技术方案不局限于以下所列举304不锈钢和Q235碳钢，根据实际需要，可采用本发明方法生产多种材料(各种不锈钢、镍基合金和不同碳钢钢种等)和规格的双金属复合板。
实施例1
所述的渣炉熔铸复合双金属复合板工艺，包括以下步骤：
第一步：购买或自制电渣熔铸不锈钢复合板所需复层材料304不锈钢自熔电极，尺寸：255×20×2700，2支；
第二步：购买电渣熔铸不锈钢复合板所需尺寸的基层材料Q235碳钢钢板，尺寸：330×230×680；
第三步：清除Q235碳钢钢板坯油污及氧化皮，特别要求碳钢钢板冶金结合面的表面光亮无锈迹及夹杂物；
第四步：组装304不锈钢自熔电极与假电极，将2支不锈钢方坯母电极同时装夹至双极并联电渣炉同一横臂的两个夹头上；
第五步：将处理好的碳钢钢板装入板式结晶器之前，在碳钢钢板与结晶器接触面上涂一层导电膏，并夹紧；碳钢装入结晶器后，碳钢顶部区域单配冷却块，冷却块底部与碳钢顶部平面完全接触。
第六步：预熔渣(主要成分Al2O3和CaF2)600℃下，烘烤4小时，凉至180℃加入结晶器内；
第七步：结晶器内通氩气保护，采用固渣起弧方式，起弧前铺放在板式结晶器内的渣料占渣总质量的50％～70％。起弧阶段电流控制在0～3500A，起弧电压45～55V，化渣时间10～25min，采用电脑程序控制，直到将渣料化好；
第八步：化渣完毕后，转为电渣重熔阶段，不锈钢方坯电极冶炼电流控制在3000～5500A，冶炼电压控制在50～60V。最后留足补缩裕量，进入补缩后采用自动加手动相结合方式进行补缩，直至补缩完成；
第九步：氩气保护气氛下，304不锈钢自熔电极在结晶器内熔炼至液态，液态下与固态Q235熔铸复合形成冶金复合界面强度的铸态复合板坯；
第十步：脱模缓冷后的铸态复合板坯经热轧成复合板；
第十一步：热轧复合板经热处理及表面酸洗处理后成为成品复合板材。
本实例所得双金属复合板复合率为100％，耐蚀性能同304不锈钢，抗拉强度达460MPa，约等于母材碳钢Q235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 (9)

1.一种电渣熔铸制备双金属复合板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
按需求准备基层钢自熔电极、碳钢板；
电渣炉电极组装；
组装结晶器，吊装碳钢板；
熔炼基层钢自熔电极；
控制电压和电流，结晶器内液态基层钢与固态钢坯熔铸复合成铸态复合板坯；
复合板坯经热轧工序轧制成复合板；
复合板依次进行热处理，表面处理，得成品板材。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，熔炼基层钢自熔电极前先进行预熔渣，600-800℃烘烤4-6h，冷却至180-200℃加入结晶器内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，熔炼基层钢自熔电极，包括以下步骤：
结晶器内通氩气保护，采用固渣起弧方式，起弧阶段电流控制在0～3500A，起弧电压45～55V，化渣时间10～25min；化渣完毕后，转为电渣重熔阶段，冶炼电流控制在3000～5500A，冶炼电压控制在50～60V；最后进行补缩。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，碳钢使用前进行清洗，使其表明光亮无杂物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，碳钢装入结晶器前，在碳钢与结晶器接触的一面涂一层导电膏。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，碳钢装入结晶器后，碳钢顶部区域单配冷却块，冷却块底部与碳钢顶部平面完全接触。
7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，基层钢为不锈钢或镍基合金钢。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，结晶器内渣料占渣总质量的50-70％。
9.权利要求1-8任一项所述方法制备得到的双金属复合板。
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