CN114273421A - 一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微氧化气氛制备衬板用碳钢‑不锈钢复合板材的方法，属于金属材料复合板领域。本发明的方法包括：S1、碳钢基板和不锈钢覆板的组坯；S2、轧制：将焊接完毕的复合板坯，放入气氛保护炉中加热保温；出炉后，对板坯进行热轧至成品厚度，中间道次辅以感应加热进行补温轧制；S3、回火处理：将上述轧制后的板坯进行等离子切割，放入回火炉中进行回火处理。本发明中基板和覆板采用嵌入式结合，接触面比传统碳钢不锈钢复合板制备方法的简单叠加更稳定，经过轧制后，获得的产品界面组织更均匀；相比较传统的轧制复合法，减少了在组合板坯接触面抽取真空或通入其他保护气体的工步，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料复合板技术领域，更具体地说，涉及一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法。
背景技术
衬板一般用来保护工件不受外部杂物的直接冲击和摩擦，因此制作衬板的材料需要良好的抗冲击性和耐磨性。常见衬板的材料一般选用高锰钢和高铬钢，因为这两种材料质地坚硬、耐磨。随着科技的进步，衬板的应用越来越广泛，不仅衬板的自身形状需要与工件形状相近，而且衬板的工作环境不确定，因此衬板需要良好的加工性能和耐腐蚀性能。高锰钢和高铬钢已经不能够满足新时代产品的性能要求。
碳钢不锈钢复合材料不仅具有碳钢良好的机械性能和加工性能，还具有不锈钢的耐腐蚀性和较高的硬度，且造价成本低，是一种新型的工业加工材料。其良好的机械性能、加工性能和耐腐蚀性能均满足衬板的性能要求。
目前国内常用生产碳钢不锈钢复合材料的方法有爆炸复合法、钎焊复合法和轧制复合法。如申请号2009103040758的申请案中使用的爆炸复合法是利用炸药爆炸时产生的超高温、超高压和超高速冲击实现两个熔点差别很大的两种金属复合方法，因为过程时间短且剧烈，不会生成金属间化合物，但是这个方法成材率低、能耗大、污染环境、危险程度高。申请号201110029651X的申请案中使用轧制复合法是将碳钢板和不锈钢板加热到再结晶温度以上进行轧制，同时需要将碳钢板和不锈钢板之间抽成真空或通入保护气体，防止基板和覆板间发生氧化，该方法简便、污染小，但生产成本高。
在制备衬板用碳钢不锈钢复合板的过程中，由于爆炸复合法生产碳钢不锈钢复合板危险、污染严重，且成材率低；轧制复合法中需要将基板和覆板间隙抽成真空状态或者通入其他保护气体，再放入气氛保护炉中加热，防止基板和覆板之间发生氧化反应。前者生产碳钢不锈钢复合板生产成材的效率低；后者生产碳钢不锈钢生产成本高，两者都不利于企业的生产发展。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于针对目前衬板用复合板加工效率较低，加工成本较高的现状，拟提供一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，通过该制备方法制成的碳钢不锈钢复合材料可以取代高锰钢和高铬钢，能满足衬板需要的机械性能、加工性能和耐腐蚀性能；本发明的基板和衬板经过嵌入式组坯后轧制，获得的产品界面组织更均匀；衬板对于界面的剪切强度要求不高，可以省略在基板和覆板之间抽取真空或通入保护气体的工步；在气氛保护炉加热过程中，存在于基板和覆板之间的微量氧气与两板表面之间发生即使微氧化反应，在轧制后，成品的材料的性能要求仍可以满足衬板的使用可以存在一些氧气，在原有轧制复合法的基础上减少抽取真空的工步，从而节省成本。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，包括：
S1、碳钢基板和不锈钢覆板的组坯：将碳钢基板沿轧制方向的前端加工成斜坡，沿轧制方向的后端表面上开设有槽，并根据槽对应加工不锈钢覆板，将不锈钢覆板嵌入槽内；沿两者接触面外部进行焊接；
S2、轧制：将焊接完毕的复合板坯，放入气氛保护炉中加热至1000～1250℃，保温30～90min；出炉后，对板坯进行热轧至成品厚度，中间道次辅以感应加热进行补温轧制；
S3、回火处理：将上述轧制后的板坯进行等离子切割，放入回火炉中进行回火处理。
更进一步地，碳钢基板选取Q235或Q345为碳钢原料，厚度为100～400mm；不锈钢覆板材料选取316L不锈钢，厚度为20～50mm；碳钢基板厚度与不锈钢覆板厚度比为(5～8)：1；碳钢基板宽度为500～1100mm，碳钢基板长度为800～1500mm。
更进一步地，碳钢基板前端的斜坡，其坡度α为30～60°，长度l＝(1/10～1/20)L，L为碳钢基板的长度。
更进一步地，碳钢基板后端上表面开设的槽，其两侧槽端宽为5～10mm，槽口深度同不锈钢覆板原料厚度相同。
更进一步地，S1中碳钢基板和不锈钢覆板表面分别要进行毛化处理，毛化处理完后接触面粗糙度为Ra0.8～1.5；然后进行表面清洗并冷风吹干，冷风温度为2～8℃。
更进一步地，S1中碳钢基板和不锈钢覆板组坯后，不锈钢覆板与槽两侧的配合公差为-0.05～-0.08mm。
更进一步地，S1中对碳钢基板和不锈钢覆板的焊接在空气中进行，焊接完成后，对形成的焊缝用角磨机进行磨平处理，并且对焊接后的组合板坯进行密闭性测试。
更进一步地，S2中气氛保护炉内通入高纯氮气或纯氢气；开轧温度为1140～1160℃，第一道次压下量为20～35％，累积压下量为70～93％；热轧过程中，前2道次为单方向轧制，即首道次轧制完成后，辊缝不变，轧件由轧制辊道退回原轧机入口，再进行压下、轧制，循环2次后，其余轧制道次为往复可逆轧制；轧制过程中，当复合板坯温度低于900℃时，利用感应加热进行在线补温至950～1020℃后，继续进行热轧过程，直至到成品厚度30～60mm。
更进一步地，S3中将轧制后的复合板坯进行在线等离子切割，切割长度为800～1500mm；将切割后的复合板放置地下回火炉中，利用复合板余热进行回火处理，即随炉冷却至150～250℃，再将其从地下回火炉中吊出，冷却至室温。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的制备方法，通过基板和覆板嵌入式轧制，组坯方式是通过基板和覆板嵌入式结合，接触面比传统碳钢不锈钢复合板制备方法的简单叠加更稳定，经过轧制后，获得的产品界面组织更均匀；在轧制过程中，基板和覆板的接触面积比传统轧制复合法基板与覆板简单结合的接触面积大，获得的产品的机械性能和耐腐蚀性能效果会更好。
(2)本发明的制备方法，与爆炸复合法相比较，成材率高、安全、环保；与传统的轧制复合法相比较，本发明减少在基板和覆板间抽取真空或通入保护气体的工步，在气氛保护炉中加热时，基板和覆板间存在的微量氧气与接触表面即使发生氧化反应，轧制后的成品，不影响当做衬板的材料，从而节约成本。
(3)本发明的制备方法，通过回火处理，使最终产品消除内应力，控制产品的硬度和强度，提高产品的加工性能；相比较传统的轧制复合法的处理方式，回火处理更加的节省成本。
附图说明
图1为本发明中的基板形状；
图2为本发明中基板和覆板的组坯结构示意图；
图3为实施例1复合结合界面的扫面示意图。
示意图中的标号说明：
1、碳钢基板；2、斜坡；3、槽；4、不锈钢覆板；5、焊缝。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，包括：
S1、碳钢基板1和不锈钢覆板4的组坯：将碳钢基板1沿轧制方向的前端加工成斜坡2，沿轧制方向的后端表面上开设有槽3，并根据槽3对应加工不锈钢覆板4，将不锈钢覆板4嵌入槽3内；沿两者接触面外部进行焊接；
具体地，如图1和图2所示，碳钢基板1前段设有斜坡2，后端上表面开设有与不锈钢覆板4相配合的槽3，碳钢基板1选用Q235材质，规格为长1500mm×宽1100mm×厚400mm，斜坡2的坡度α为60°，长度l为150mm；槽3的规格为长1340mm×宽1080mm×深50mm，尺寸公差为-0.06mm，两侧槽端宽为10mm；不锈钢覆板4采用316L材质，规格为长1340mm×宽1080mm×厚50mm，尺寸公差为+0.02mm，不锈钢覆板4与槽3两侧的配合公差为-0.05～-0.08mm。
将碳钢基板1和不锈钢覆板4加工好后，用钢刷将碳钢基板1和不锈钢覆板4接触面的氧化铁皮去除，将接触面用角磨机毛化处理，毛化处理完的表面粗糙度为Ra1.5；再使用酒精对接触面表面进行清洗，清洗完成后用吹风机对接触面表面冷风吹干，吹风机的冷风温度为8℃；接触面处理完成后放置干燥箱中备用，然后嵌装并焊接，沿接触面外部在空气中焊接，焊接结束后使用角磨机将焊缝5磨平，并且对焊接后的复合板坯进行密闭性测试。
S2、轧制：将焊接完毕的复合板坯，放入充满高纯氮气的气氛保护炉中加热至1200℃，保温90min，对复合板坯进行热轧，开轧温度为1150℃，累计压下量为85％，第一次轧制压下量为35％；热轧过程中，前2道次为单方向轧制，即首道次轧制完成后，辊缝不变，轧件由轧制辊道退回原轧机入口，再进行压下、轧制，循环2次后，其余轧制道次为往复可逆轧制；轧制过程中，当复合板坯温度低于900℃时，利用感应加热进行在线补温至1020℃后，继续进行热轧过程，直至到成品厚度60mm。
S3、回火处理：将上述轧制后的板坯进行等离子切割，切割长度为1500mm；将所述切割后的复合板放置地下回火炉中，利用复合板余热进行回火处理，即随炉冷却至250℃，再将其从地下回火炉中吊出，冷却至室温。
实施例2
本实施例的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，基本同实施例1，更具体地，本实施例中碳钢基板1材料为Q345，长1000mm×宽600mm×厚300mm，斜坡2的坡度α为45°，长度l为70mm；槽3的规格为长920mm×宽590mm×深30mm，尺寸公差为-0.03mm，两侧槽端宽为5mm；不锈钢覆板4采用316L材质，规格为920mm×宽580mm×厚30mm，尺寸公差为+0.03mm，
S1中毛化处理完的表面粗糙度为Ra1.0；对接触面表面冷风吹干，吹风机的温度为5℃；
S2中将焊接完毕的组合板坯，放入充满高纯氮气的气氛保护炉中加热至1250℃，保温50min，对组合板坯进行热轧，开轧温度为1140℃，累计压下量为93％，第一次轧制压下量为30％；热轧过程中，前2道次为单方向轧制，即首道次轧制完成后，辊缝不变，轧件由轧制辊道退回原轧机入口，再进行压下、轧制，循环2次后，其余轧制道次为往复可逆轧制；轧制过程中，当复合板坯温度低于900℃时，利用感应加热进行在线补温至980℃后，继续进行热轧过程，直至到成品厚度30mm。
S3中将轧制后的复合板进行在线等离子切割，切割长度为1000mm；将所述切割后的复合板放置地下回火炉中，利用复合板余热进行回火处理，即随炉冷却至200℃，再将其从地下回火炉中吊出，冷却至室温。
实施例3
本实施例的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，基本同实施例1，更具体地，本实施例中碳钢基板1材料为Q345，长800mm×宽500mm×厚100mm，斜坡2的坡度α为30°，长度l为40mm；槽3的规格为长720mm×宽484mm×深20mm，尺寸公差为-0.03mm，两侧槽端宽为10mm；不锈钢覆板4采用316L材质，规格为720mm×宽484mm×厚20mm，尺寸公差为+0.03mm，
S1中毛化处理完的表面粗糙度为Ra0.8；对接触面表面冷风吹干，吹风机的温度为2℃；
S2中将焊接完毕的组合板坯，放入充满高纯氮气的气氛保护炉中加热至1000℃，保温30min，对组合板坯进行热轧，开轧温度为1160℃，累计压下量为70％，第一次轧制压下量为20％；热轧过程中，前2道次为单方向轧制，即首道次轧制完成后，辊缝不变，轧件由轧制辊道退回原轧机入口，再进行压下、轧制，循环2次后，其余轧制道次为往复可逆轧制；轧制过程中，当复合板坯温度低于900℃时，利用感应加热进行在线补温至950℃后，继续进行热轧过程，直至到成品厚度40mm。
S3中将轧制后的复合板进行在线等离子切割，切割长度为800mm；将所述切割后的复合板放置地下回火炉中，利用复合板余热进行回火处理，即随炉冷却至150℃，再将其从地下回火炉中吊出，冷却至室温。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，其特征在于：包括：
S1、碳钢基板(1)和不锈钢覆板(4)的组坯：将碳钢基板(1)沿轧制方向的前端加工成斜坡(2)，沿轧制方向的后端表面上开设有槽(3)，并根据槽(3)对应加工不锈钢覆板(4)，将不锈钢覆板(4)嵌入槽(3)内；沿两者接触面外部进行焊接；
S2、轧制：将焊接完毕的复合板坯，放入气氛保护炉中加热至1000～1250℃，保温30～90min；出炉后，对板坯进行热轧至成品厚度，中间道次辅以感应加热进行补温轧制；
S3、回火处理：将上述轧制后的板坯进行等离子切割，放入回火炉中进行回火处理。
2.根据权利要求1所述的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，其特征在于：碳钢基板(1)选取Q235或Q345为碳钢原料，厚度为100～400mm；不锈钢覆板(4)材料选取316L不锈钢，厚度为20～50mm；碳钢基板(1)厚度与不锈钢覆板(4)厚度比为(5～8)：1；碳钢基板(1)宽度为500～1100mm，碳钢基板(1)长度为800～1500mm。
3.根据权利要求1所述的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，其特征在于：碳钢基板(1)前端的斜坡(2)，其坡度α为30～60°，长度l＝(1/10～1/20)L，L为碳钢基板(1)的长度。
4.根据权利要求1所述的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，其特征在于：碳钢基板(1)后端上表面开设的槽(3)，其两侧槽端宽为5～10mm，槽口深度同不锈钢覆板(4)原料厚度相同。
5.根据权利要求1所述的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，其特征在于：S1中碳钢基板(1)和不锈钢覆板(4)表面分别要进行毛化处理，毛化处理完后接触面粗糙度为Ra0.8～1.5；然后进行表面清洗并冷风吹干，冷风温度为2～8℃。
6.根据权利要求1所述的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，其特征在于：S1中碳钢基板(1)和不锈钢覆板(4)组坯后，不锈钢覆板(4)与槽(3)两侧的配合公差为-0.05～-0.08mm。
7.根据权利要求1所述的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，其特征在于：S1中对碳钢基板(1)和不锈钢覆板(4)的焊接在空气中进行，焊接完成后，对形成的焊缝(5)用角磨机进行磨平处理，并且对焊接后的组合板坯进行密闭性测试。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，其特征在于：S2中气氛保护炉内通入高纯氮气或纯氢气；开轧温度为1140～1160℃，第一道次压下量为20～35％，累积压下量为70～93％；热轧过程中，前2道次为单方向轧制，即首道次轧制完成后，辊缝不变，轧件由轧制辊道退回原轧机入口，再进行压下、轧制，循环2次后，其余轧制道次为往复可逆轧制；轧制过程中，当复合板坯温度低于900℃时，利用感应加热进行在线补温至950～1020℃后，继续进行热轧过程，直至到成品厚度30～60mm。
9.根据权利要求8所述的一种微氧化气氛制备衬板用碳钢-不锈钢复合板材的方法，其特征在于：S3中将轧制后的复合板坯进行在线等离子切割，切割长度为800～1500mm；将切割后的复合板放置地下回火炉中，利用复合板余热进行回火处理，即随炉冷却至150～250℃，再将其从地下回火炉中吊出，冷却至室温。
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