CN113843284B - 一种低屈强比型316L+Q500qE不锈钢复合板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种低屈强比型316L+Q500qE不锈钢复合板的生产方法，Q500qE钢的化学成分重量百分比为C=0.06~0.08，Si≤0.50，Mn=1.50~1.60，P≤0.015，S≤0.005，Alt=0.02~0.05，Ti=0.008~0.025，Nb≤0.060，Cr=0.25~0.30，Cu=0.25~0.30，Mo=0.25~0.30，Ni=0.15~0.20，B≤0.0005%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；316L不锈钢的化学成分重量百分比为C≤0.03，Si≤0.60，Mn=1.60~1.70，P≤0.020，S≤0.003，Ni=10.0~14.0，Cr=16.0~18.0，Mo=2.00~2.30，余量为Fe和不可避免的杂质元素。用本发明方法生产能获得316L+Q500qE低屈强比型桥梁钢不锈钢复合板，较好地满足高钢级桥梁构件的安全、防腐等可靠性要求。
Description
技术领域
本发明属冶金技术领域，涉及一种低屈强比型316L+Q500qE不锈钢复合板的生产方法。
背景技术
随着交通、物流、运输的飞速发展，桥梁建设向大跨度、高速、重载、高安全性的方向发展，这对桥梁结构用钢的强韧性、屈强比、耐蚀性等性能都提出了更高的要求。铁路钢桥的设计使用年限为100年，现有的防腐方法尚不能做到一次防腐与钢桥设计寿命同步。其中钢桥面作为主要的受力构件，直接承受铁路荷载，其耐久性要求更为突出，尤其在道碴槽和钢桥面的连接面会存在局部不密贴现象，很容易产生积水，导致桥面的加剧腐蚀。桥面防腐的维护需要相当长的时间，而且需要中断运输，造成巨大的经济损失。采用不锈钢复合板桥梁钢可以很好的解决这一问题，一方面它兼具复层不锈钢的良好耐蚀性及基层桥梁钢的高强度和高韧性，能显著提高桥面结构的耐蚀能力和使用寿命，另一方面可大大节省不锈钢材料，显著降低各种装备的材料成本。不锈钢与桥梁钢复合板，较纯不锈钢相比可节约成本30%~50%。
目前不锈钢桥梁钢复合板在桥梁工程项目上已得到广泛的应用，普遍使用的为316L+Q345qD/E及316L+Q370qD/E系列复合板，而对于高钢级桥梁钢不锈钢复合板的研发应用没有得到突破，主要原因是生产工艺不成熟，难以保证复合面的剪切强度和复合板的强韧性及屈强比。如中国专利CN111530927A采用控轧控冷方法得到一种SUS304+Q235B/Q355B碳板不锈钢复合板，强度级别只能达到355Mpa，抗拉强度也只达到530Mpa左右；中国专利CN2019087080W采用冷轧方式得到不锈钢复合板，其强度也只能达到300Mpa级别；中国专利CN108943911A采用TMCP工艺获取一种船用奥氏体不锈钢复合板，耐蚀性及韧性较好，其剪切强度也能达到380Mpa以上，但复合板强度只能达到400Mpa级左右；中国专利CN109108071A利用控轧方法得到一种高强耐蚀用单面不锈钢复合板，其屈服强度只能达到300-400Mpa，抗拉强度也低于550Mpa。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低屈强比型316L+Q500qE不锈钢复合板的生产方法。该方法通过焊接复合+三阶段控轧+摆动冷却+中低温回火工艺，配以合适的成分设计，生产出316L+Q500qE低屈强比型桥梁钢不锈钢复合板，屈服强度＞500Mpa，抗拉强度＞630Mpa，屈强比≤0.85、-40℃冲击功≥250J、剪切强度＞400MPa，晶间腐蚀裂纹率为0。
本发明的技术方案：
一种低屈强比型316L+Q500qE不锈钢复合板的生产方法，Q500qE钢的化学成分重量百分比为C=0.06~0.08，Si≤0.50，Mn=1.50~1.60，P≤0.015，S≤0.005，Alt=0.02~0.05，Ti=0.008~0.025，Nb≤0.060，Cr=0.25~0.30，Cu=0.25~0.30，Mo=0.25~0.30，Ni=0.15~0.20，B≤0.0005%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；316L不锈钢的化学成分重量百分比为C≤0.03，Si≤0.60，Mn=1.60~1.70，P≤0.020，S≤0.003，Ni=10.0~14.0，Cr=16.0~18.0，Mo=2.00~2.30，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
关键工艺步骤包括：
（1）双面对称焊接复合：选用基材Q500qE和复材不锈钢板坯各两张；焊接复合前将复材、基材打磨干净，将复合坯厚度方向按照基材+复材+氧化镁隔离剂+复材+基材顺序叠放，宽度方向复材边部离基材边部60~80mm，长度方向复材边部离基材边部100~200mm；周边焊接区域经去锈、去油处理，对复合坯四周采用气体保护焊，熔池宽度≥60mm，焊后在复合板坯端部留一气孔进行抽真空处理，当复合面真空度达6.0×10-2帕以下后，再将抽真空管利用液压剪及电子束焊接技术封死；
（2）加热：复合坯焊接复合后48h之内进行装炉加热，控制加热温度为1220~1260℃，加热速率≤5.0min/mm，总在炉时间≥300min，出炉温度1220~1240℃；
（3）第一阶段轧制：第一道次不除鳞，前三道次压下量＜15mm，展宽取消立辊模式，后三道次平均压下率≥20%，第一阶段轧制结束温度≥1000℃，第一阶段结束厚度≥2.0倍最终板厚mm；
（4）第二阶段轧制：中间坯送至精轧机前，开轧温度940~980℃，轧制三道次，三道次平均压下率≥10%，轧制速度≤2.5m/s；
（5）第三阶段轧制：中间坯待温至800~840℃，轧制四道次，奇数道次除鳞，终轧温度760-800℃，轧制速度≤2.0m/s；
（6）控制冷却：第三阶段轧制结束后钢板进行控冷处理，开冷温度750~780℃，钢板以0.3~0.5m/s在超快冷Mulpic内摆动冷却，终冷温度400~450℃，钢板下线后进行堆冷，堆冷时间≥48h；
（7）回火处理：堆冷后钢板进行回火处理，回火温度为450~500℃，回火时间为2.5倍×最终板厚min；
（8）分板：对回火处理后复合板进行切边切头尾，采用等离子切割，宽度方向上两边切边90～120mm，头、尾各切500～1000mm，分板后对复合板表面进行清理、打磨、矫直平整后得到上、下各一块单面不锈钢复合板。
本发明运用对称焊接复合方法，简单易行，成本低，不需要铣、削等工序，生产效率高，采用“慢速、高温”的加热方法、两阶段再结晶区高温融合轧制，结合“先小后大”的压下制度、中间坯待温回复、第三阶段未再结晶区低温轧制、慢速贝氏体转变等工艺手段，获得复合板的基材以针状铁素体+粒状贝氏体的混合组织，晶粒度可达11级以上，而通过保护轧制冷却得到的复合板结合面粘结紧密，无气孔、夹杂等缺陷，最后通过中低温回火，促进残余奥氏体分解以减小贝氏体中过饱和碳含量，有效提高冲击韧性，从而实现低屈强比型、高剪切强度复合板316L+Q500qE的生产。
本发明具有如下有益效果：本发明的316L+Q500qE复合板屈服强度＞500Mpa，抗拉强度＞630Mpa，屈强比≤0.85、-40℃冲击功≥250J、剪切强度＞400MPa，晶间腐蚀裂纹率为0，能较好地满足高钢级桥梁构件的安全、防腐等可靠性要求。
附图说明
图1为复合板典型金相组织照片。
图2为晶间腐蚀宏观形貌。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1提供的一种低屈强比型316L+Q500qE复合板基材Q500qE、复材316L的化学成分如表1所示，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
实施例1 低屈强比型316L+Q500qE的生产
关键生产步骤包括：
(1) 双面对称焊接复合：选用Q500qE和不锈钢板坯各两张（根据复合板尺寸要求，基材、复材坯厚度比可进行调整），基材Q500qE坯料厚度约为100mm，宽度2120mm，长度2600mm，不锈钢坯料厚度约21mm，宽度2000mm，长度2400mm，焊接复合前将复材、基材打磨干净，表面清洁无氧化铁皮。将复合坯厚度方向按照基材+复材+氧化镁隔离剂+复材+基材顺序叠放，宽度方向复材边部离基材边部约60mm，长度方向复材边部离基材边部约100mm。周边焊接区域经去锈、去油处理，对复合坯四周采用气体保护焊，熔池宽度60mm，焊后在复合板坯端部留一气孔进行抽真空处理，复合面真空度5.9×10-2帕，再将抽真空管利用电子束焊接技术封接；
(2) 加热：复合坯焊接复合后进行装炉加热，加热温度为1230±10℃，加热速率5.0min/mm，总在炉时间300min，出炉温度1230±10℃；
(3) 第一阶段轧制：第一道次不除鳞，前三道次压下量分别是12mm、13mm、14mm，展宽取消立辊模式，后三道次平均压下率20%，第一阶段轧制结束温度1010±10℃，第一阶段结束厚度68mm；
(4) 第二阶段轧制：中间坯送至精轧机前，开轧温度950±10℃，轧制三道次，三道次平均压下率10%，第二阶段结束厚度47mm，轧制速度2.5m/s；
(5) 第三阶段轧制：中间坯待温至810±10℃，轧制四道次，奇数道次除鳞，终轧温度770±10℃，第三阶段结束厚度34±0.60mm，轧制速度2.0m/s；
(6) 控制冷却：第三阶段轧制结束后钢板进行控冷处理，开冷温度760±10℃，钢板以0.3m/s在超快冷Mulpic内摆动冷却，终冷温度410±10℃，钢板下线后进行堆冷，堆冷时间48h；
(7) 回火处理：堆冷后钢板进回火处理，回火温度为460±10℃，回火时间为85min；
(8) 分板：对回火处理后复合板进行切边切头，切割方式采用离子切割，宽度方向上两边切边90mm，头、尾各切500mm，分板后对复合板表面进行清理、打磨、矫直平整，分板后两块复合板厚度为17±0.40mm，其中复材不锈钢316L厚度约为3±0.15mm，基材Q500qE厚度约为14±0.25mm。
焊接复合工艺参数如表2所示，关键生产工艺参数如表3所示。
按照上述方法生产的316L+Q500qE不锈钢复合板，对其取样进行金相组织观察，复合板的基材以针状铁素体+粒状贝氏体的混合组织，晶粒度可达11级以上，结合面粘结紧密，无气孔、夹杂等缺陷，如图1所示。
实施例2 一种低屈强比型316L+Q500qE不锈钢复合板的生产方法
复合板基材Q500qE、复材316L的化学成分如表1所示，余量为Fe和不可避免的杂质元素。关键生产步骤包括：
(1) 双面对称焊接复合：选用Q500qE和不锈钢板坯各两张，基材Q500qE坯料厚度约为120mm，宽度2140mm，长度2700mm，不锈钢坯料厚度约23mm，宽度2000mm，长度2400mm，焊接复合前将复材、基材打磨干净，表面清洁无氧化铁皮。将复合坯厚度方向按照基材+复材+氧化镁隔离剂+复材+基材顺序叠放，宽度方向复材边部离基材边部约70mm，长度方向复材边部离基材边部约150mm。周边焊接区域经去锈、去油处理，对复合坯四周采用气体保护焊，熔池宽度68mm，焊后在复合板坯端部留一气孔进行抽真空处理，复合面真空度5.7×10-2帕，再将抽真空管利用电子束焊接技术封接；
(2) 加热：复合坯焊接复合后进行装炉加热，加热温度为1240±10℃，加热速率4.5min/mm，总在炉时间320min，出炉温度1230±10℃；
(3) 第一阶段轧制：第一道次不除鳞，前三道次压下量分别为11mm、12mm、13mm，展宽取消立辊模式，后三道次平均压下率21%，第一阶段轧制结束温度1030±10℃，第一阶段结束厚度85mm；
(4) 第二阶段轧制：中间坯送至精轧机前，开轧温度960±10℃，轧制三道次，三道次平均压下率12.5%，第二阶段结束厚度53mm，轧制速度2.2m/s；
(5) 第三阶段轧制：中间坯待温至820±10℃，轧制四道次，奇数道次除鳞，终轧温度780±10℃，第三阶段结束厚度38±0.60mm，轧制速度1.9 m/s；
(6) 控制冷却：第三阶段轧制结束后钢板进行控冷处理，开冷温度770±10℃，钢板以0.4m/s在超快冷Mulpic内摆动冷却，终冷温度420±10℃，钢板下线后进行堆冷，堆冷时间50h；
(7) 回火处理：堆冷后钢板进回火处理，回火温度为480±10℃，回火时间为95min；
(8) 分板：对回火处理后复合板进行切边切头，切割方式采用离子切割，宽度方向上两边切边100mm，头、尾各切600mm，分板后对复合板表面进行清理、打磨、矫直平整，分板后两块复合板厚度为19±0.30mm，其中复材不锈钢316L厚度约为3±0.10mm，基材Q500qE厚度约为16±0.20mm。
焊接复合工艺参数如表2所示；关键生产工艺参数如表3所示。
实施例3 一种低屈强比型316L+Q500qE不锈钢复合板的生产方法
复合板基材Q500qE、复材316L的化学成分如表1所示，余量为Fe和不可避免的杂质元素。关键生产步骤包括：
(1) 双面对称焊接复合：选用Q500qE和不锈钢板坯各两张，基材Q500qE坯料厚度约为200mm，宽度2160mm，长度2800mm，不锈钢坯料厚度约25mm，宽度2000mm，长度2400mm，焊接复合前将复材、基材打磨干净，表面清洁无氧化铁皮。将复合坯厚度方向按照基材+复材+氧化镁隔离剂+复材+基材顺序叠放，宽度方向复材边部离基材边部约80mm，长度方向复材边部离基材边部约200mm。周边焊接区域经去锈、去油处理，对复合坯四周采用气体保护焊，熔池宽度约78mm，焊后在复合板坯端部留一气孔进行抽真空处理，复合面真空度5.5×10-2帕，再将抽真空管利用电子束焊接技术封接；
(2) 加热：复合坯焊接复合后进行装炉加热，加热温度为1250±10℃，加热速率4.0min/mm，总在炉时间330min，出炉温度1230±10℃；
(3) 第一阶段轧制：第一道次不除鳞，前三道次压下量10mm、11mm、12mm，展宽取消立辊模式，后三道次平均压下率23%，第一阶段轧制结束温度1060±10℃，第一阶段结束厚度120mm；
(4) 第二阶段轧制：中间坯送至精轧机前，开轧温度970±10℃，轧制三道次，三道次平均压下率13%，第二阶段结束厚度73mm，轧制速度2.2m/s；
(5) 第三阶段轧制：中间坯待温至830±10℃，轧制四道次，奇数道次除鳞，终轧温度790±10℃，第三阶段结束厚度54±0.60mm，轧制速度1.6m/s；
(6) 控制冷却：第三阶段轧制结束后钢板进行控冷处理，开冷温度770±10℃，钢板以0.5m/s在超快冷Mulpic内摆动冷却，终冷温度440±10℃，钢板下线后进行堆冷，堆冷时间56h；
(7) 回火处理：堆冷后钢板进回火处理，回火温度为490±10℃，回火时间为135min；
(8) 分板：对回火处理后复合板进行切边切头，切割方式采用离子切割，宽度方向上两边切边120mm，头、尾各切1000mm，分板后对复合板表面进行清理、打磨、矫直平整，分板后两块复合板厚度为27±0.30mm，其中复材不锈钢316L厚度约为3±0.10mm，基材Q500qE厚度约为24±0.20mm。
焊接复合工艺参数如表2所示；关键生产工艺参数如表3所示。
各实施例316L+Q500qE不锈钢复合板的屈服强度、抗拉强度、屈强比、-40℃冲击性能、剪切强度、晶间腐蚀率进行测试结果如表4所示（注：表中a为复合板厚度）。
表1 实施例基材Q500qE钢板的主要化学成分（重量，%）
。
表2 实施例316L+Q500qE焊接复合工艺参数
。
表3 实施例复合板316L+Q500qE的关键生产工艺参数
。
表4 实施例复合板的力学性能
。
Claims (1)
1.一种低屈强比型316L+Q500qE不锈钢复合板的生产方法，其特征在于：Q500qE钢的化学成分重量百分比为C=0.06~0.08，Si≤0.50，Mn=1.50~1.60，P≤0.015，S≤0.005，Alt=0.02~0.05，Ti=0.008~0.025，Nb≤0.060，Cr=0.25~0.30，Cu=0.25~0.30，Mo=0.25~0.30，Ni=0.15~0.20，B≤0.0005%，余量为Fe和不可避免的杂质元素；316L不锈钢的化学成分重量百分比为C≤0.03，Si≤0.60，Mn=1.60~1.70，P≤0.020，S≤0.003，Ni=10.0~14.0，Cr=16.0~18.0，Mo=2.00~2.30，余量为Fe和不可避免的杂质元素；关键工艺步骤包括：
（1）双面对称焊接复合：选用基材Q500qE和复材不锈钢板坯各两张；焊接复合前将复材、基材打磨干净，将复合坯厚度方向按照基材+复材+氧化镁隔离剂+复材+基材顺序叠放，宽度方向复材边部离基材边部60~80mm，长度方向复材边部离基材边部100~200mm；周边焊接区域经去锈、去油处理，对复合坯四周采用气体保护焊，熔池宽度≥60mm，焊后在复合板坯端部留一气孔进行抽真空处理，当复合面真空度达6.0×10-2帕以下后，再将抽真空管利用液压剪及电子束焊接技术封死；
（2）加热：复合坯焊接复合后48h之内进行装炉加热，控制加热温度为1220~1260℃，加热速率≤5.0min/mm，总在炉时间≥300min，出炉温度1220~1240℃；
（3）第一阶段轧制：第一道次不除鳞，前三道次压下量＜15mm，展宽取消立辊模式，后三道次平均压下率≥20%，第一阶段轧制结束温度≥1000℃，第一阶段结束厚度≥2.0倍最终板厚mm；
（4）第二阶段轧制：中间坯送至精轧机前，开轧温度940~980℃，轧制三道次，三道次平均压下率≥10%，轧制速度≤2.5m/s；
（5）第三阶段轧制：中间坯待温至800~840℃，轧制四道次，奇数道次除鳞，终轧温度760-800℃，轧制速度≤2.0m/s；
（6）控制冷却：第三阶段轧制结束后钢板进行控冷处理，开冷温度750~780℃，钢板以0.3~0.5m/s在超快冷Mulpic内摆动冷却，终冷温度400~450℃，钢板下线后进行堆冷，堆冷时间≥48h；
（7）回火处理：堆冷后钢板进行回火处理，回火温度为450~500℃，回火时间为2.5倍×最终板厚min；
（8）分板：对回火处理后复合板进行切边切头尾，采用等离子切割，宽度方向上两边各切90～120mm，头、尾各切500～1000mm，分板后对复合板表面进行清理、打磨、矫直平整后得到上、下各一块单面不锈钢复合板。
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