CN116330763A - 不锈钢复合板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种不锈钢复合板及其制备方法。复合板的复层与基层的三侧边齐平，复层另一侧边为斜边且位于基层的上表面中部。制备方法包括：准备X方向尺寸L1、Y方向尺寸W1的两块碳钢基材；准备不锈钢复材A和复材B，二者X方向尺寸均为L2、Y方向尺寸分别为W21和W22、厚度均为T2、Y方向的一侧边均为宽度V的斜边，W1＝W21+W22－V+90～150mm；在两复材的较小表面以及斜边涂覆隔离剂；按照基材、复材A+复材B、基材的顺序组坯，且封条包围中间层且与基材焊接一起；而后经过抽真空、封口、加热、轧制、冷却、分板和矫直，得到不锈钢复合板。如此，解决了异种焊接问题，牢固度强、使用时成本低且效率高。

Description

不锈钢复合板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢复合板及其制备方法，属于钢铁材料制备技术领域。
背景技术
近年来，随着对钢桥安全性、长寿命等要求的不断提高，钢桥结构的防锈防腐问题越来越突出，若在桥梁钢表面覆上一层耐腐蚀的保护材料，用它来代替单一的桥梁钢板，可实现喷涂工艺无法达到的长久性防腐目标。因此，不锈钢复合板应运而生。
不锈钢复合板是以不锈钢为复层、以碳钢或低合金钢为基层的复合板材，其兼具复层的耐腐蚀性，又具有基层良好的力学性能，可达到在不降低使用效果(机械强度、耐蚀性能等)的前提下节约资源、降低成本，实现低成本和高性能的完美结合，具有良好的经济效益和社会效益。
现有的桥梁结构用不锈钢复合板，在下游结构厂加工使用过程中，需与桥梁结构用钢板进行对接。
在该对接位置处，不锈钢复合板的基层与桥梁结构用钢板属于同种材料，焊接强度可以保。然而，不锈钢复合板的不锈钢复层与桥梁结构用钢板属于异种材料，焊接难度大、牢固度差，对整体结构件的安全性存在一定的影响；并且，为避免不锈钢复层边沿与桥梁结构用钢板之间出现台阶(高度差)，还需要额外增加一块不锈钢板进行过渡，不仅增加了额外的材料成本，而且该增加的不锈钢板还需要同时与不锈钢复合板的复层、桥梁结构用钢板均进行焊接，大大增加了焊接工作量，影响施工效率。
发明内容
为了解决现有不锈钢复合板所具有的异种焊接问题，本发明的目的在于提供一种不锈钢复合板及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种不锈钢复合板，所述复合板由下方的碳钢基层和上方的不锈钢复层复合而成，所述复层的三侧边与所述基层的三侧边齐平，所述复层的另一侧边位于所述基层的上表面中部、并且该侧边设置为与复层上表面呈钝角的斜边。
作为一实施方式的进一步改进，所述复合板的总厚度为15～39mm、基层厚度为12～36mm、复层厚度为3mm。
作为一实施方式的进一步改进，所述复合板的基层的厚度方向上维氏硬度差≤10，头中尾强度差≤40MPa，整板各处强度差≤40MPa，不平度≤2mm/m。
作为一实施方式的进一步改进，所述复合板的0℃冲击功≥240J，-20℃冲击功≥200J，-40℃冲击功≥150J。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种不锈钢复合板的制备方法，所述制备方法包括复合坯制备、复合坯轧制和分板矫直的三阶段，其中，所述复合坯制备阶段包括以下步骤：
准备X方向尺寸为L1、Y方向尺寸为W1的两块碳钢方坯，作为两基材；
准备X方向尺寸为L2、Y方向尺寸为W21、厚度T2的一块不锈钢方坯，并将Y方向的一侧边加工成宽度V的斜边，该钢坯作为复材A；
L1＝L2+90～150mm；
准备X方向尺寸为L2、Y方向尺寸为W22、厚度T2的一块不锈钢方坯，并将Y方向的一侧边加工成宽度V的斜边，该钢坯作为复材B；W1＝W21+W22－V+90～150mm；
在复材A和复材B的各自厚度上的较小表面以及斜边涂覆隔离剂；
按照一块基材作为上层、另一块基材作为下层、复材A和复材B于Y方向并排以作为中间层、封条包围在中间层的四侧边且与两块基材焊接在一起的方式进行组坯，形成复合坯基坯；其中，复材A的斜边和复材B的斜边平行相对；
对复合坯基坯进行抽真空和封口，得到复合坯。
作为一实施方式的进一步改进，所述复合坯轧制阶段包括以下步骤：
对所得复合坯进行加热，均热温度为1150～1220℃，加热总时间≥1.2×tmin/mm，t为复合坯厚度，均热段保温时间为30min～50min；
采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制，在粗轧阶段，开轧温度≤1050℃，终轧温度≥9≥0℃，先横向轧制再纵向轧制，纵向轧制时至少有一道次压下量≥35mm，粗轧总压下量为40～60％，轧至中间坯厚度为复合板大板的目标厚度的2.5～3.5倍时结束粗轧阶段；之后待温，期间进行浇水冷却，当中间坯的表面温度降低至≥60℃以下时，开始精轧阶段；精轧阶段的终轧温度≥7≥0℃，精轧总压下量为55～≥5％，得到复合板大板。
作为一实施方式的进一步改进，所述复合坯轧制阶段包括以下步骤：
对所得复合坯采用预热、一加热、二加热、三加热和均热的五段式加热，预热温度≤≥50℃，停留时间为(0.45～0.55)t min/mm，一加热温度1030～1090℃，停留时间为(0.35～0.45)t min/mm，二加热温度1100～1160℃，停留时间为(0.25～0.35)t min/mm，三加热温度1140～11≥0℃，停留时间为(0.15～0.25)t min/mm，均热温度11≥0～1210℃，停留时间为(0.10～0.20)t min/mm，t为复合坯厚度；
采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制，第1道次采用纵向轧制，轧制压下量≥46mm；第2道次开始采用横向轧制，直至到第n道次将复合坯料轧制到最终复合板大板的目标宽度，第2道次轧制压下量≥25mm；第n+1道次开始采用纵向轧制，第n+1道次轧制压下量≥30mm；整个粗轧阶段，第1道次的轧制温度≥1060℃，剩余道次的开轧温度≤1050℃，终轧温度≥1000℃；轧至中间坯厚度为复合板大板的目标厚度的2.5～3.5倍时结束粗轧阶段，进行待温，期间进行浇水冷却，当中间坯的表面温度降低至≥40℃以下时，开始精轧阶段，精轧阶段的开轧温度≥10℃～≥40℃、终轧温度≥≥0℃～≥10℃。
作为一实施方式的进一步改进，所述复合坯轧制阶段包括以下步骤：
轧制得到复合板大板之后，复合板大板进入超快速冷却系统进行冷却，开冷温度≥≥30℃，冷却速度为6～20℃/s，终冷温度为4≥0～590℃。
作为一实施方式的进一步改进，所述复合坯轧制阶段包括以下步骤：
轧制得到复合板大板之后，复合板大板进入超快速冷却系统进行间断式冷却：所述超快速冷却系统具有沿辊道间隔1m布置的24组冷却集管，每组冷却集管的冷却距离为1m，在复合板大板通过超快速冷却系统时，按照每开启N组冷却集管、而后不开启M组冷却集管的方式来控制全部24组冷却集管的开闭状态，冷却水压为0.15～0.30MPa，冷却速度为3～15℃/s，终冷温度为3≥0～590℃；其中N取值2、3或4，M取值2、3或4。
作为一实施方式的进一步改进，所述复合坯轧制阶段包括以下步骤：
复合板大板离开超快速冷却系统之后直接进入矫直机进行矫直，而后上冷床自然冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：不锈钢复合板的一端为碳钢和不锈钢构成的复合结构，该端可以如现有的复合板，兼具复层的耐腐蚀性，又具有基层良好的力学性能；而不锈钢复合板的另一端为碳钢钢板，其无需与所述的复合结构进行焊接而是直接一体成型，如此，该不锈钢复合板在使用中避免了现有的异种焊接问题，使用中牢固度强、生产难度低、成本低且施工效率高，且不锈钢复层边沿与桥梁结构用钢板之间不会有台阶而影响桥梁整体结构件的布局。
附图说明
为便于清楚的展示和说明，在本发明的各个图示中，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分扩大，因此，仅用于图示本发明的主题的基本结构。
图1是本发明一实施方式中的不锈钢复合板的截面示意图；
图2是本发明一实施方式中的不锈钢复合板的制备方法的流程框图；
图3是本发明一实施方式中的基材和复材的截面示意图；
图4是本发明一实施方式中的复合坯的截面示意图；
图5是本发明一实施方式中的制备方法所得不锈钢复合板的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一实施方式进行详细介绍。
参图1，本发明一实施方式提供了一种不锈钢复合板，该不锈钢复合板由下方的碳钢基层100和上方的不锈钢复层200复合而成。
其中，复层200的三侧边201、202、203与基层100的三侧边齐平；复层200的另一侧边204位于基层100的上表面中部，并且该侧边204设置为与复层200上表面呈钝角β的斜边。
如此，本发明一实施方式的不锈钢复合板，其一端(如图1中的左端)为碳钢和不锈钢构成的复合结构，该端可以如现有的复合板，兼具复层的耐腐蚀性，又具有基层良好的力学性能；而不锈钢复合板的另一端(如图1中的右端)为碳钢钢板，其无需与所述的复合结构进行焊接而是直接一体成型，如此，该不锈钢复合板在使用中避免了现有的异种焊接问题，使用中牢固度强、生产难度低、成本低且施工效率高，且不锈钢复层边沿与桥梁结构用钢板之间不会有台阶而影响桥梁整体结构件的布局。
优选地，复合板的总厚度为15～39mm、基层厚度为12～36mm、复层厚度为3mm。
接下来，参图2，本发明一实施方式还提供了一种不锈钢复合板的制备方法。所述制备方法大致包括复合坯制备、复合坯轧制和分板矫直三个阶段。
其中，复合坯制备阶段包括准备钢坯、涂覆隔离剂、组坯、抽真空和封口等步骤，下面对这些步骤进行详细介绍。
<准备钢坯步骤>
参图3，该步骤基本上为准备基材和复材的步骤。
具体包括：准备X方向尺寸为L1、Y方向尺寸为W1的两块碳钢方坯，作为两基材，如图3中基材1和基材2。其中所述的X方向和Y方向，其中一个为纵向(即方坯的长度方向)、另一个为横向(即方坯的宽度方向)。
另外，基材1和基材2的厚度可以设置为相同或不同，若设置为不同厚度，相应的可以制备得到不同厚度规格的不锈钢复合板。
该步骤具体还包括：准备X方向尺寸为L2、Y方向尺寸为W21、厚度T2的一块不锈钢方坯，并将Y方向的一侧边加工成宽度V的斜边(如图3中斜边33s)，该钢坯作为复材A，如图3中复材3；
准备X方向尺寸为L2、Y方向尺寸为W22、厚度T2的一块不锈钢方坯，并将Y方向的一侧边加工成宽度V的斜边(如图3中斜边43s)，该钢坯作为复材B，如图3中复材4。
基于上述尺寸，也就是说，复材3和复材4在X方向上的尺寸相同、且厚度也相同；而复材3和复材4在Y方向上的尺寸可以相同(即W21＝W22)，也可以不同(即W21≠W22)。若W21＝W22，相应的可以制备得到Y方向上的相同尺寸规格的不锈钢复合板；若W21≠W22，相应的可以制备得到Y方向上的不同尺寸规格的不锈钢复合板。
其中，斜边的宽度V，指的是斜边在Y方向上的跨度。鉴于斜边的存在，复材3的厚度方向上的两个表面，其中一个表面为在Y方向上尺寸为W21的较大表面，例如图3中表面32s，其中另一个表面为在Y方向上尺寸为W21-V的较小表面，例如图3中表面31s。类似的，复材4的厚度方向上的两个表面，其中表面42s为在Y方向上尺寸为W22的较大表面，表面41s为在Y方向上尺寸为W22－V的较小表面。
再者，关于复材3、复材4和基材1、基材2的尺寸关系，L1＝L2+90～150mm，W1＝W21+W22－V+90～150mm。
在进一步优选的实施方式中，该步骤具体还包括：将每块基材的一个表面以及每块复材的厚度方向上的较大表面进行磨抛处理，以去除表面氧化皮，露出金属光泽。具体地，参图3所示，例如，针对基材1和基材2而言，可以选择厚度方向上的两个表面中的任一表面进行磨抛处理，如基材1的表面1s、基材2的表面2s，具体可采用砂轮机、砂带机或者铣床进行磨抛；针对复材3和复材4而言，则是对厚度方向上的较大表面进行磨抛处理，如基材3的表面32s、基材4的表面42s，具体可以采用钢丝轮进行磨抛。如此，通过磨抛，这些经过磨抛后的表面在后续组坯中，作为待复合表面相接触，从而提升最终所得不锈钢复合板的界面结合强度。
作为一优选方案，两块复材优选为奥氏体不锈钢。其化学成分以质量百分比计为：C≤0.15％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％，P≤0.045％，S≤0.030％，Ni：6.0～22.0％，Cr：16.0～26.0％，Mo≤3.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。采用该化学成分的不锈钢钢坯，可以在前述技术效果的情况下进一步保证复合板的性能，尤其是复层的耐蚀性能，例如所得所述复合板的复层(即由复材经轧制后所得)在硫酸-硫酸铜溶液中煮20h，经1≥0°弯曲后，无晶间腐蚀裂纹。
这里需要说明的是，两块复材的化学成分可以相同或者不同，二者可以只有其一采用上述优选方案提供的化学成分，也可以都采用或都不采用上述优选方案提供的化学成分。
作为一优选方案，基材的化学成分以质量百分比计为：C：0.03～0.16％，Si：0.11～0.29％，Mn：1.31～1.54％，P≤0.01≥％，S≤0.0030％，Cr：0.06～0.29％，Nb：0.011～0.034％，Ti：0.011～0.019％，Al：0.030～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步优选地，基材的化学成分以质量百分比计为：C：0.0≥～0.12％，Si：0.16～0.24％，Mn：1.36～1.44％，P≤0.015％，S≤0.0025％，Cr：0.11～0.19％，Ni：0.06～0.14％，Nb：0.016～0.024％，Ti：0.011～0.019％，Al：0.030～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质。
再优选地，基材的化学成分以质量百分比计为：C：0.05～0.09％，Si：0.14～0.22％，Mn：1.41～1.49％，P≤0.012％，S≤0.0020％，Cr：0.16～0.24％，Ni：0.11～0.19％，Mo：0.11～0.19％，Nb：0.021～0.029％，Ti：0.011～0.019％，Al：0.030～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质。
另优选地，基材的化学成分以质量百分比计为：C：0.03～0.0≥％，Si：0.11～0.19％，Mn：1.46～1.54％，P≤0.010％，S≤0.0015％，Cr：0.21～0.29％，Ni：0.16～0.24％，Cu：0.16～0.24％，Mo：0.16～0.24％，Nb：0.026～0.034％，Ti：0.011～0.019％，Al：0.030～0.040％，其余为Fe和不可避免的杂质。
在此，两块基材的化学成分可以相同或者不同，两块基材可以只有其一采用上述优选方案提供的化学成分，也可以都采用或都不采用上述优选方案提供的化学成分。
<涂覆隔离剂步骤>
该步骤具体为：在两块复材的各自厚度方向上的较小表面以及斜边涂覆隔离剂。
继续参图3予以说明，对于复材3，在其表面31s以及斜边33s涂覆隔离剂；对于复材4，在其表面41s以及斜边43s涂覆隔离剂。如此，通过隔离剂，对于后续组坯中复材和基材相接触但不需要复合的表面，比如，斜边33s和斜边42s之间，表面31s和基材1的表面1s之间，表面41s和基材2的表面2s之间，在后续加热、轧制等步骤中基于隔离剂的作用可以避免发生意外复合，进而保证最终这些不需要复合的表面彼此分离。
关于所述隔离剂的化学成分，第一种实施方式为：包含氧化硅和氧化镁的涂液，其中氧化硅和氧化镁的质量比为3:1。该隔离剂的制备方法为：将隔离剂粉、粘结剂粉和水，按质量比2≥：3：≥0混合，得到流体隔离剂涂液。其中，隔离剂粉为氧化硅和氧化镁，按质量比3：1混合。粘结剂粉为聚乙烯醇和热固性酚醛树脂，按质量比1：1混合。
本实施方式的隔离剂，可以达到很好的隔离效果，保证后续的两块复合板小板的分离。采用所述隔离剂，各个表面的涂覆量为20ymg/m2，即按照每平米表面涂覆隔离剂20ymg，其中，y为所述复合坯制备步骤中所制得的复合坯的厚度与后续轧制而成的复合板大板的厚度的比值，该比值又被称作复合坯轧制压缩比。在涂刷隔离剂完成之后，且后续组坯步骤之前，将涂刷了隔离剂的复材置于台车炉内加热烘干，烘干温度为340～360℃，烘干时间为35～45min。
关于所述隔离剂的化学成分，第二种实施方式为：成分按重量比为25～35％的氮化硅+5～10％的热固性氨基树脂+55～≥0％的水。相较于现有隔离剂，甚至相较于前述隔离剂的第一种实施方式，本实施方式的隔离剂，不仅可以达到很好的隔离效果，保证后续的两块复合板小板的分离，而且有效成分氮化硅的化学稳定性强且耐高温、耐热冲击，作为粘结剂的热固性氨基树脂在低温下即可固化，无毒性，用量很少就能达到较强的粘结作用，因此整体上价格低廉，操作简单，隔离和附着效果较好。
在此，提供第二种实施方式的所述隔离剂的一种优选制备方法，包括：先在烧杯等容器内放入5～10％的氮化硅(重量百分比计)，接着倒入15～25％的水进行搅拌；待氮化硅无颗粒感、无气泡后，再倒入2～3％的热固性氨基树脂，继续搅拌；待呈现粘稠状时，继续倒入剩余氮化硅和水，搅拌3～5min后倒入剩余热固性氨基树脂；待搅拌至粘稠状时，即制备得到所述隔离剂。
对于所述第二种实施方式的所述隔离剂，各个表面按照厚度0.2～0.5mm进行涂刷；在涂刷隔离剂完成之后，且后续组坯步骤之前，将涂刷了隔离剂的复材进行加热烘干，烘干温度为100～250℃，烘干时间为20～40min。
在此，需要说明的是，在附图中，鉴于隔离剂涂覆层的厚度尺寸相对于各个钢板而言非常微小，故而在附图中未对隔离剂涂覆层进行示意。
<组坯步骤>
该步骤具体而言，包括：按照一块基材作为上层、另一块基材作为下层、两块复材于Y方向并排以作为中间层、封条包围在中间层的四侧边且与两块基材焊接在一起的方式进行组坯，形成复合坯基坯；其中，两块复材的斜边平行相对。
结合附图4来看，所形成的复合坯基坯中：
1)基材1作为上层、基材2作为下层；
2)复材3和复材4于Y方向并排，并且复材3的斜边33s和复材4的斜边43s平行相对，复材3和复材4共同构成中间层，也即位于基材1和复材2之间；
3)封条5包围在中间层的四侧边；具体地，中间层在Y方向上的两侧边分别为复材3的一条侧边、复材4的一条侧边，中间层在X方向上的一条侧边分别由复材3的一侧边和复材4的的一侧边共同构成，中间层在X方向上的另一侧边也分别由复材3的另一侧边和复材4的的另一侧边共同构成；四根封条5包围该中间层的四侧边，大致合围成四边框；
4)并且，封条5的上边沿与基材1的下表面焊接在一起，封条5的下边沿与基材2的上表面焊接在一起。
以上对复合坯基坯的基本结构进行了介绍，而可以理解的，该复合坯基坯的组坯成型顺序具有多种方式，例如：可以先按照基材2、复材3+复材4、基材1的顺序叠坯，然后再将四根封条5包裹在复材3+复材4四周，最后将封条5的上下边沿与基材1、基材2之间进行焊接；或者，又可以，先将封条5与基材1进行焊接，使得基材1的表面形成由封条5围成的四边框，再按照基材2、复材3+复材4、基材1的顺序叠坯，在叠坯中基材1表面的所述四边框扣在复材3+复材4四周，最后将封条5的下边沿与基材2之间进行焊接。此处仅为两种顺序举例，本发明不限于此，只要能够形成上述复合坯基坯即可。
如此，按照本发明的所述制备方法进行准备钢坯、涂覆隔离剂以及组坯，对所得复合坯基坯进行抽真空、封口之后，再进行复合坯轧制和分板矫直，所得不锈钢复合板成品是一端为碳钢和不锈钢构成的复合结构、而另一端为碳钢钢板，从而解决现有技术存在的异种焊接问题，相对于现有复合板具有使用牢固度强、生产难度低、成本低且施工效率高的优点。
优选地，封条5选自碳钢钢坯，具体例如是和基材1、基材2一样的钢种。
再者，关于四根封条5的尺寸，封条5的宽度(即在复合坯基坯的厚度方向上的跨度)为T2－2mm～T2，也即其宽度等于复材的厚度T2或者比复材的厚度T2大约略小2mm以内；封条5的厚度为12～15mm。
在复合坯基坯的Y方向上的两侧边处，封条5的长度为L2－2mm～L2，也即，其长度等于复材的X方向尺寸L2或者比L2大约略小2mm以内；而在复合坯基坯的X方向上的两侧边处，封条5的长度为W21+W22－V－2mm～W21+W22－V。也即，其长度等于复材3+复材4所构成的中间层的相应侧边的Y方向尺寸或者比该尺寸大约略小2mm以内。
关于每根封条的成型方式，既可以无需焊接而在一块钢板上按照厚度直接切割出来，也可以由多条不同长度的封条通过焊接而拼接而成。
在进一步优选的实施方式中，上层的基材1的下表面为经过前文所述的磨抛处理的表面1s，这样，该表面1s和与之相接触的表面42s均经过磨抛处理，复合界面结合质量好；类似的，下层基材2的上表面为经过前文所述的磨抛处理的表面2s，这样，该表面2s和与之相接触的表面32s均经过磨抛处理，复合界面结合质量好。
在进一步优选的实施方式中，该步骤中，封条5的上边沿与基材1的下表面、封条5的下边沿与基材2的上表面，采用气保焊进行焊接在一起。优选地，气保焊时的焊接速度为300～360mm/min，道间温度控制在135～1≥5℃。另外，进行气保焊之前优选用火焰枪对基材1和基材2分别进行预热烘烤，烘烤温度为100～200℃。
在进一步优选的实施方式中，复材3和复材4所构成的中间层，相对于基材而言居中放置。对此，前文介绍了复材3、复材4和基材1、基材2的尺寸关系满足L1＝L2+90～150mm且W1＝W21+W22－V+90～150mm，在组坯时，中间层在X方向上的两侧边到基材的相应两侧边的距离相等，比如均为L1－L2的一半，中间层在Y方向上的两侧边到基材的相应两侧边的距离也相等，比如均为W1－(W21+W22－V)的一半。
在进一步优选的实施方式中，所述复合坯基坯的四侧边具有形成在两块基材之间、封条5外部的凹槽。该步骤具体还包括：在复合坯基坯的一个侧边处的封条5上加工出圆形通孔，在通孔中密封焊接一根与通孔等径的圆管；以及，对所述复合坯基坯的四侧边的凹槽，进行堆焊。
其中，堆焊具体可以采用埋弧堆焊。可以理解的，在封条5所构成的四边框外部，通过该步骤的堆焊而形成一个呈四边框状的填充层，参看图4，其中堆焊所形成的填充层标示为6。
作为一优选方式，在堆焊焊接前，焊剂经过350℃烘烤2h，之后150℃保温1h；而在焊接过程中，控制道间温度为135～165℃，焊接电流为5≥0～630A，焊接电压为2≥～32V，焊接速度为420～4≥0mm/min。如此，该埋弧堆焊技术，结合前面的封条包围、气保焊，共同实现四块钢坯的稳固连接，保证连接强度，避免在后续复合坯轧制步骤中出现开裂异常，进而提升最终复合板的界面结合效果。
另外，在堆焊焊接过程中，每道焊接施工前，需清理焊道附着物，保持焊道清洁；堆焊焊接结束后，保温棉覆盖进行保温。
<抽真空步骤和封口步骤>
在抽真空步骤中，将真空泵的吸气口与圆管进行对接，圆管与复合坯基坯内部的空间(比如复材和基材之间的面面间隙、复材和封条之间的端面间隙等)相连通，以将该空间中的空气排出，直至真空度≤10-1Pa，而后保压4h以上。如此，可以避免该空间中的空气，在后续复合坯轧制中引起复合界面处的表面氧化，保证复合界面结合质量。
而在封口步骤中，指的是对圆管进行封口，如此制备得到复合坯。具体地封口方式可以以钢铁领域现有可行方式予以实施，例如将无缝钢管用火焰枪加热、夹扁，以实现封口。
以上对复合坯制备阶段的具体实施方式进行了详细介绍，如前文所述，所述制备方法还包括复合坯轧制阶段，在该阶段中对复合坯制备阶段所制得的复合坯，进行加热、轧制、冷却等步骤的处理。在此提供所述复合坯轧制阶段的多种优选实施方式，接下来予以分别介绍。
<第一种实施方式>
该实施方式中，所述复合坯轧制阶段包括以下步骤。
加热步骤：对所得复合坯进行加热，均热温度为1150～1220℃，加热总时间≥1.2×t min/mm，t为复合坯厚度，均热段保温时间为30min～50min；
轧制步骤：采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制，在粗轧阶段，开轧温度
≤1050℃，终轧温度≥9≥0℃，先横向轧制再纵向轧制，纵向轧制时至少有一道次压下量≥35mm，粗轧总压下量为40～60％，轧至中间坯厚度为复合板大板的目标厚度的2.5～3.5倍时结束粗轧阶段；之后待温，期间进行浇水冷却，当中间坯的表面温度降低至≥60℃以下时，开始精轧阶段；精轧阶段的终轧温度≥7≥0℃，精轧总压下量为55～≥5％；
冷却步骤：出轧机之后，轧件板材进入超快速冷却系统进行冷却，开冷温度≥≥30℃，冷却速度为6～20℃/s，终冷温度为4≥0～590℃；轧件板材离开超快速冷却系统之后直接进入矫直机，带温进行矫直1～3道次，而后上冷床自然冷却，至轧件板材的表面温度为200℃以下时，下冷床进行冷矫直，得到复合板大板。
本实施方式，采用的加热和轧制技术，通过所述加热温度、加热时长、保温时长、轧制中的各个温度、压下量、冷却中的温度、冷速等参数的控制，不仅可以保证最终所得复合板的力学性能，还可以避免复层的耐蚀性能因复合板的制备过程而降低。
<第二种实施方式>
该实施方式，与前述复合坯轧制阶段的第一种实施方式在加热、轧制步骤上相同，区别在于：冷却步骤。下面仅对该冷却步骤予以介绍。
具体地，本实施方式中冷却步骤为：
出轧机之后，轧件板材进入超快速冷却系统进行间断式冷却；所述超快速冷却系统具有沿辊道间隔1m布置的24组冷却集管，每组冷却集管的冷却距离为1m。在轧件板材通过超快速冷却系统时，按照每开启N组冷却集管、而后不开启M组冷却集管的方式来控制全部24组冷却集管的开闭状态，冷却水压为0.15～0.30MPa，冷却速度为3～15℃/s，终冷温度为3≥0～590℃；其中N取值2、3或4，M取值2、3或4；
轧件板材离开超快速冷却系统之后上冷床自然冷却至室温，得到复合板大板。
本实施方式，除了具备前述第一种实施方式的优点之外，还可以通过采用所述的间断式冷却方式，复合板大板通过超快速冷却系统时，在交替的开启冷却集管和不开启冷却集管中行进，这样，复合板大板的每个部位都会冷却、返红、冷却、返红……如此循环，直至复合板大板离开超快速冷却系统；如此，复合板大板在冷却-返红的循环中，碳钢基板不断发生相变和自回火效应，且相变反应逐步向心部渗透，直至整个碳钢基板均完成相变；该间断式冷却工艺不同于常规的往复式冷却，往复式冷却的返红和自回火是发生在表层或者近表层已经完成相变后，表层和心部温差或冷却速度相差较大，组织和力学性能亦相差较大，而本实施方式的间断式冷却工艺，则是，在同一时刻复合板大板既有一些部位处于冷却状态、又有一些部位处于返红/自回火，并且，复合板大板的每个部位都是随时间交替进行冷却和返红/自回火，使得复合板大板在表层和心部上的温度、冷却速度、组织、性能等差异较小，例如，最终所得的复合板的基层的厚度方向上维氏硬度差≤10，头中尾强度差≤40MPa，整板各处强度差≤40MPa；同时，通过间断式冷却也可以进一步提升复合板的板形，即不平度低，即使冷却结束后不进行矫直而直接冷床冷却，也可以得到优异的板形。
进一步优选地，在所述间断式冷却过程中：若轧件板材的厚度在54mm以下，例如厚度为10～54mm时，则所述超快速冷却系统的辊道速度为0.4～0.≥m/s，第1～4组冷却集管开启、第5～6组冷却集管不开启、第≥～≥组冷却集管开启、第9～10组冷却集管不开启、第11～12组冷却集管开启、第13～14组冷却集管不开启、第15～16组冷却集管开启、第1≥～1≥组冷却集管不开启、第19～20组冷却集管开启、第21～22组冷却集管不开启、第23～24组冷却集管开启；轧件板材穿过超快速冷却系统一次，即完成间断式冷却。
进一步优选地，在所述间断式冷却中：若轧件板材的厚度＞54mm，所述超快速冷却系统的辊道速度为0.2m/s以上而不到0.6m/s，第1～4组冷却集管开启、第5～≥组冷却集管不开启、第9～12组冷却集管开启、第13～16组冷却集管不开启、第1≥～20组冷却集管开启、第21～22组冷却集管不开启、第23～24组冷却集管开启；轧件板材穿过超快速冷却系统一次，即完成间断式冷却。如此，实现了不锈钢复合板厚板的板形控制和均匀性控制，克服了现有不锈钢复合板厚板的生产难题。
<第三种实施方式>
该实施方式，与前述复合坯轧制阶段的第二种实施方式在冷却步骤上相同，区别在于：加热步骤和轧制步骤。下面仅对加热步骤和轧制步骤予以介绍。
具体地，本实施方式中，加热步骤为：
对所得复合坯采用预热、一加热、二加热、三加热和均热的五段式加热，预热温度≤≥50℃，停留时间为(0.45～0.55)t min/mm，一加热温度1030～1090℃，停留时间为(0.35～0.45)t min/mm，二加热温度1100～1160℃，停留时间为(0.25～0.35)t min/mm，三加热温度1140～11≥0℃，停留时间为(0.15～0.25)t min/mm，均热温度11≥0～1210℃，停留时间为(0.10～0.20)t min/mm，t为复合坯厚度。
轧制步骤为：
采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制，第1道次采用纵向轧制，轧制压下量≥46mm；第2道次开始采用横向轧制，直至到第n道次将复合坯料轧制到最终复合板大板的目标宽度，第2道次轧制压下量≥25mm；第n+1道次开始采用纵向轧制，第n+1道次轧制压下量≥30mm；整个粗轧阶段，第1道次的轧制温度≥1060℃，剩余道次的开轧温度≤1050℃，终轧温度≥1000℃；轧至中间坯厚度为复合板大板的目标厚度的2.5～3.5倍时结束粗轧阶段，进行待温，期间进行浇水冷却，当中间坯的表面温度降低至≥40℃以下时，开始精轧阶段，精轧阶段的开轧温度≥10℃～≥40℃、终轧温度≥≥0℃～≥10℃。
与现有技术相比，本实施方式与第二种实施方式同样的采用了间断式冷却，相应也具备间断式冷却工艺、堆冷工序所带来的有益效果。而进一步地，相较于现有技术，本实施方式的加热技术，能较好的控制复合坯在各段的升温速率，确保坯料均匀升温，避免复合坯的基材和复材因材质热性能的差异而导致复合坯开裂漏气，进而可以保证界面结合效果；再者，本实施方式的轧制工艺，粗轧采用先纵轧、再横轧、再纵轧的方式，可以保证大压下轧制的实现，使得复合坯心部得到有效渗透，促进心部变形，保证复合界面的结合率；待温时采用即时冷却装置进行冷却，减少待温时间，提高轧制效率，同时，避免待温时间过长，碳钢基材晶粒长大；精轧阶段的温度控制，可以细化晶粒，保证复合板厚板具有良好的低温冲击韧性。
而可以理解的，作为再一种变化实施方式，本实施方式中所提供的加热步骤和轧制步骤，也可以与前述第一种实施方式的冷却步骤相结合，以制备得到复合板大板，相应也可以取得本实施方式中所取得的有益效果。
以上，对所述复合坯轧制阶段进行了详细说明，接下来，本发明的所述制备方法还包括分板矫直阶段。具体地，所述分板矫直阶段包括以下步骤：
针对前面的复合坯轧制总步骤所得到的复合板大板，采用等离子切割机将复合板大板的边沿进行切割以去除封条之外的部分，复合板大板分离成上下两张复合板小板；
最后，对复合板小板进行定尺、压平和冷矫直，如图5，得到两张单面不锈钢复合板成品。
参看图5，示出了两张单面不锈钢复合板成品的截面形状，所得的每张复合板由复层和基层构成。复层由原来的复材经由轧制得来，基层由原来的基材经由轧制得来，鉴于此，在图5中对复层依然标示了原复材的标号、基层也依然标示了原基材的标号，例如一块复合板由碳钢基层1和不锈钢复层4构成，另一块复合板由碳钢基层2和不锈钢复层3构成。
本发明所提供的制备方法所制得的不锈钢复合板，参图5，复层的三侧边(例如X方向上的两侧边、以及Y方向上的一侧边)与基层的三侧边齐平；复层的另一侧边(例如Y方向上的另一侧边)位于基层的一个表面的中部，并且该侧边设置为与复层的较小表面呈钝角的斜边。
如此，本发明一实施方式的制备方法，制备而成的不锈钢复合板，一端为碳钢和不锈钢构成的复合结构，该端可以如现有的复合板，兼具复层的耐腐蚀性，又具有基层良好的力学性能；而另一端纯粹为碳钢钢板，如此，该不锈钢复合板在使用中避免了现有的异种焊接问题，使用中牢固度强，后期使用中生产难度低、成本低且施工效率高，且不锈钢复层边沿与桥梁结构用钢板之间不会有台阶而影响桥梁整体结构件的布局。
优选地，复合板的总厚度为15～39mm、基层厚度为12～36mm、复层厚度为3mm。
进一步地，不锈钢复合板采用前文所述进一步优选实施方式的制备方法制备而成，其还兼具了优异的力学性能和耐蚀性能，并且相对于现有技术具有优异的板形、界面结合质量、均匀性、冲击韧性和表面质量。
具体地，所述复合板的不平度≤3mm/m，甚至不平度≤2mm/m；复合界面结合率100％，剪切强度≥300MPa；屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥490MPa，断后伸长率≥1≥％，屈强比≤0.≥6；所述复合板的基层的厚度方向上维氏硬度差≤10，头中尾强度差≤40MPa，整板各处强度差≤40MPa；0℃冲击功≥240J，-20℃冲击功≥200J，-40℃冲击功≥150J；外弯1≥0°无裂纹，内弯1≥0°无裂纹；在硫酸-硫酸铜溶液中煮20h，经1≥0°弯曲后，复层无晶间腐蚀裂纹。
上文所列出的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
下面通过多个实施例来进一步说明本发明的有益效果，当然，这些实施例仅为本发明所含众多变化实施例中的一部分，而非全部。
实施例1～≥
这些实施例中，选取的复材和基材的钢种/化学成分分别如表1所示。其中，以“-”表征在钢坯制备过程中未主动添加相应元素(含量为零或接近于零)。
表1
Figure BDA0004161225800000171
以上面表1中的基材和复材，按照本发明一实施方式的所述制备方法予以实施。对于各个实施例，所用的基材、复材分别如表2所示；在实施例1～≥中，实施例1～3是按照复合坯轧制阶段的第一种实施方式予以实施，实施例4～6是按照复合坯轧制阶段的第二种实施方式予以实施，实施例≥～≥是按照复合坯轧制阶段的第三种实施方式予以实施。
实施例1～≥所得的单面不锈钢复合板产品的总厚度、基层厚度、复层厚度如表2所示。
表2
Figure BDA0004161225800000181
对各个实施例的复合板进行取样并试验，各个实施例的界面结合率均为100％，剪切强度≥300MPa；内弯1≥0°合格(无裂纹)，外弯1≥0°合格(无裂纹)；且在硫酸-硫酸铜溶液中煮20h，经1≥0°弯曲后，复层无晶间腐蚀裂纹；0℃冲击功≥240J，-20℃冲击功≥200J，-40℃冲击功≥150J；屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥490MPa，断后伸长率≥1≥％，屈强比≤0.≥6；并且，不平度≤3mm/m，实施例4～≥甚至不平度≤2mm/m。

Claims (10)

1.一种不锈钢复合板，其特征在于，所述复合板由下方的碳钢基层和上方的不锈钢复层复合而成，所述复层的三侧边与所述基层的三侧边齐平，所述复层的另一侧边位于所述基层的上表面中部、并且该侧边设置为与复层上表面呈钝角的斜边。
2.根据权利要求1所述的不锈钢复合板，其特征在于，所述复合板的总厚度为15～39mm、基层厚度为12～36mm、复层厚度为3mm。
3.根据权利要求1所述的不锈钢复合板，其特征在于，所述复合板的基层的厚度方向上维氏硬度差≤10，头中尾强度差≤40MPa，整板各处强度差≤40MPa，不平度≤2mm/m。
4.根据权利要求1所述的不锈钢复合板，其特征在于，所述复合板的0℃冲击功≥240J，-20℃冲击功≥200J，-40℃冲击功≥150J。
5.一种不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括复合坯制备、复合坯轧制和分板矫直的三阶段，其中，所述复合坯制备阶段包括以下步骤：
准备X方向尺寸为L1、Y方向尺寸为W1的两块碳钢方坯，作为两基材；
准备X方向尺寸为L2、Y方向尺寸为W21、厚度T2的一块不锈钢方坯，并将Y方向的一侧边加工成宽度V的斜边，该钢坯作为复材A；
L1＝L2+90～150mm；
准备X方向尺寸为L2、Y方向尺寸为W22、厚度T2的一块不锈钢方坯，并将Y方向的一侧边加工成宽度V的斜边，该钢坯作为复材B；W1＝W21+W22－V+90～150mm；
在复材A和复材B的各自厚度上的较小表面以及斜边涂覆隔离剂；
按照一块基材作为上层、另一块基材作为下层、复材A和复材B于Y方向并排以作为中间层、封条包围在中间层的四侧边且与两块基材焊接在一起的方式进行组坯，形成复合坯基坯；其中，复材A的斜边和复材B的斜边平行相对；
对复合坯基坯进行抽真空和封口，得到复合坯。
6.根据权利要求5所述的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述复合坯轧制阶段包括以下步骤：
对所得复合坯进行加热，均热温度为1150～1220℃，加热总时间≥1.2×t min/mm，t为复合坯厚度，均热段保温时间为30min～50min；
采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制，在粗轧阶段，开轧温度≤1050℃，终轧温度≥9≥0℃，先横向轧制再纵向轧制，纵向轧制时至少有一道次压下量≥35mm，粗轧总压下量为40～60％，轧至中间坯厚度为复合板大板的目标厚度的2.5～3.5倍时结束粗轧阶段；之后待温，期间进行浇水冷却，当中间坯的表面温度降低至≥60℃以下时，开始精轧阶段；精轧阶段的终轧温度≥7≥0℃，精轧总压下量为55～≥5％，得到复合板大板。
7.根据权利要求5所述的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述复合坯轧制阶段包括以下步骤：
对所得复合坯采用预热、一加热、二加热、三加热和均热的五段式加热，预热温度≤≥50℃，停留时间为(0.45～0.55)t min/mm，一加热温度1030～1090℃，停留时间为(0.35～0.45)t min/mm，二加热温度1100～1160℃，停留时间为(0.25～0.35)t min/mm，三加热温度1140～11≥0℃，停留时间为(0.15～0.25)t min/mm，均热温度11≥0～1210℃，停留时间为(0.10～0.20)t min/mm，t为复合坯厚度；
采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制，第1道次采用纵向轧制，轧制压下量≥46mm；第2道次开始采用横向轧制，直至到第n道次将复合坯料轧制到最终复合板大板的目标宽度，第2道次轧制压下量≥25mm；第n+1道次开始采用纵向轧制，第n+1道次轧制压下量≥30mm；整个粗轧阶段，第1道次的轧制温度≥1060℃，剩余道次的开轧温度≤1050℃，终轧温度≥1000℃；轧至中间坯厚度为复合板大板的目标厚度的2.5～3.5倍时结束粗轧阶段，进行待温，期间进行浇水冷却，当中间坯的表面温度降低至≥40℃以下时，开始精轧阶段，精轧阶段的开轧温度≥10℃～≥40℃、终轧温度≥≥0℃～≥10℃。
8.根据权利要求5所述的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述复合坯轧制阶段包括以下步骤：
轧制结束之后，轧件板材进入超快速冷却系统进行冷却，开冷温度≥≥30℃，冷却速度为6～20℃/s，终冷温度为4≥0～590℃。
9.根据权利要求5所述的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述复合坯轧制阶段包括以下步骤：
轧制结束之后，轧件板材进入超快速冷却系统进行间断式冷却：所述超快速冷却系统具有沿辊道间隔1m布置的24组冷却集管，每组冷却集管的冷却距离为1m，在轧件板材通过超快速冷却系统时，按照每开启N组冷却集管、而后不开启M组冷却集管的方式来控制全部24组冷却集管的开闭状态，冷却水压为0.15～0.30MPa，冷却速度为3～15℃/s，终冷温度为3≥0～590℃；其中N取值2、3或4，M取值2、3或4。
10.根据权利要求5所述的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述复合坯基坯的四侧边具有形成在两块基材之间、封条外部的凹槽；
所述复合坯制备阶段还包括：在复合坯基坯的一个侧边处的封条上加工出圆形通孔，在通孔中密封焊接一根与通孔等径的圆管；以及，对所述复合坯基坯的四侧边的凹槽，进行堆焊。
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