CN116373428A - 特厚不锈钢复合板及其制备方法 - Google Patents

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CN116373428A CN202310179404.0A CN202310179404A CN116373428A CN 116373428 A CN116373428 A CN 116373428A CN 202310179404 A CN202310179404 A CN 202310179404A CN 116373428 A CN116373428 A CN 116373428A
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Abstract

本发明揭示了一种特厚不锈钢复合板及其制备方法。所述方法中，先制备叠放顺序为基材、复材、复材、基材的复合坯；而后对所得复合坯进行加热，均热温度为1170～1220℃；采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制，得到厚度≥54mm的复合板大板；之后，进行间断式冷却：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24组冷却集管的开闭状态，冷却水压为0.2MPa，冷却速度为3～15℃/s，终冷温度为380～450℃，辊道速度0.2～0.4m/s；其中N和M取值2、3或4；复合板大板穿过超快速冷却系统一次，即完成间断式冷却，而后上冷床自然冷却至室温。

Description

特厚不锈钢复合板及其制备方法
技术领域
本发明属于钢铁材料制备技术领域，涉及一种特厚不锈钢复合板及其制备方法。
背景技术
随着科学和工业的不断发展，普通的合金或是单一的某种金属已经很难满足工业发展对材料综合性能的要求，复合板就应运而生。不锈钢复合板是以碳钢或低合金钢为基层，以不锈钢为复层，通过爆炸复合、轧制复合等方法实现复合界面的冶金结合，以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。不锈钢复合板广泛应用于石化、压力容器、电力设备、医药设备、水利、造纸、桥梁等行业。
随着国家高速公路、铁路网建设战略的实施，推动了桥梁制造业的飞速发展。跨江河、跨海通道的建设，迫切要求修建大跨度钢桥。随着钢桥梁跨度的增加，对桥梁结构用不锈钢复合板的要求也越来越高，如大厚度、良好板形、优良的结合性能、高强度、高韧性等。
现有的不锈钢复合板即存在着板形差、均匀性差的问题，而对于特厚钢板而言，板形和均匀性方面的问题更是严峻。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特厚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特厚不锈钢复合板的制备方法，其包括依序进行的复合坯制备、复合坯轧制和复合板分离矫直的三个步骤；
复合坯制备步骤中，制备叠放顺序为基材、复材、复材、基材的复合坯；
所述复合坯轧制步骤包括：
对所得复合坯进行加热，均热温度为1170～1220℃，加热总时间≥1.2×tmin/mm，t为复合坯厚度；
采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制，在粗轧阶段，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；之后待温，期间进行浇水冷却，当中间坯的表面温度降低至840℃以下时，开始精轧阶段，精轧阶段的终轧温度≥780℃，得到厚度≥54mm的复合板大板；
在轧制结束后进行冷却，复合板大板进入超快速冷却系统进行间断式冷却：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超快速冷却系统的全部24组冷却集管的开闭状态，冷却水压为0.2MPa，冷却速度为3～15℃/s，终冷温度为380～450℃，辊道速度0.2～0.4m/s；其中N取值2、3或4，M取值2、3或4。
优选地，每组冷却集管的冷却距离为1m。
优选地，所述步骤“对所得复合坯进行加热”中，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≤850℃，停留时间为(0.45～0.55)tmin/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1140～1180℃，停留时间为(0.15～0.25)t min/mm，均热温度1170～1210℃，停留时间为(0.10～0.20)tmin/mm。
优选地，所述步骤“采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制”中，粗轧阶段时，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，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，第n+1道次轧制压下量≥30mm。
优选地，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℃；粗轧阶段结束后，待温，期间进行浇水冷却，当中间坯的表面温度降低至840℃以下时，开始精轧阶段，精轧阶段的开轧温度810℃～840℃、终轧温度780～810℃。
优选地，所述复合坯制备步骤包括钢坯准备、坯料表面处理、涂刷隔离剂、组坯、封条包裹、气保焊、堆焊、抽真空和封口；
其中，抽真空的真空度≤10-1Pa，保压4h。
优选地，所用的隔离剂的成分按重量比为：25～35％的氮化硅，5～10％的热固性氨基树脂，55～70％的水；
涂刷隔离剂的厚度为0.2～0.5mm；
在组坯之前，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。
优选地，所用的隔离剂的成分按重量比为：25～35％的氮化硅，5～10％的热固性氨基树脂，55～70％的水；
涂刷隔离剂的厚度为0.2～0.5mm；
在组坯之前，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。
优选地，在气保焊时，焊接速度为300～360mm/min，焊接过程控制道间温度为135～165℃。
优选地，在堆焊中采用埋弧堆焊；
焊接前，焊剂经过350℃烘烤2h，之后150℃保温1h；
焊接过程中，控制道间温度为135～165℃，焊接速度为420～480mm/min。
优选地，在复合板大板通过超快速冷却系统时，第1～4组冷却集管开启、第5～8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17～20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；
复合板大板穿过超快速冷却系统一次，即完成间断式冷却，而后复合板大板上冷床自然冷却至室温。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种特厚不锈钢复合板，所述复合板采用所述的制备方法制备而成。
优选地，所述复合板的总厚度≥27mm，基层的厚度≥24mm，复层的厚度1～10mm，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。
优选地，所述复合板的屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥630MPa，断后伸长率≥18％，屈强比≤0.86；0℃冲击功≥240J，-20℃冲击功≥200J，-40℃冲击功≥150J。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：一方面，在整个制备方法中，通过工艺的具体控制，保证了不锈钢复合板的耐蚀性能和机械强度，避免耐蚀性能和力学性能在复合坯轧制过程中发生劣化；再一方面，实现了特厚板的板形控制和均匀性控制，克服了现有特厚不锈钢复合板的生产难题；另一方面，生产过程中成材率高，生产效率高。
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是本发明中钢坯的截面示意图；
图2是对应于图1的复合坯的截面示意图；
图3是本发明一实施方式的复合坯轧制步骤的流程框图；
图4是图2的复合坯轧制而成的两块单面不锈钢复合板的截面示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种具有优良板形的单面不锈钢复合板的制备方法，以及基于该方法所制备而成的复合板。具体而言，所述制备方法包括复合坯制备、复合坯轧制和复合板分离矫直三个总步骤。
所述复合坯制备的总步骤包括以下分步骤：
准备厚度T1、长度L1、宽度W1的两块碳钢钢坯，作为基材；以及准备厚度T2、长度L2、宽度W2的两块不锈钢钢坯，作为复材；
将两块基材和两块复材的各自的至少一个表面进行表面处理；
在一块复材的一个表面上涂刷隔离剂；
按照基材、复材、复材、基材的叠放顺序进行组坯；
准备宽度W3的四根封条，W3＝2T2-1～2mm，将所述封条贴靠于两块复材的四侧边，相邻封条之间、封条和基材之间均进行气保焊，使得两块基材和封条形成一个整体，得到复合坯基坯；
在所述复合坯基坯的侧边的凹槽处的封条上加工出一个圆孔，在圆孔处焊接无缝钢管；
对所述复合坯基坯四侧边的凹槽，进行堆焊；
采用真空泵通过该无缝钢管对复合坯抽真空，真空度≤10-1Pa，之后保压4h以上；最后对无缝钢管进行封口处理。
进一步地，对以上分步骤进行详细说明如下。
步骤“准备长度L1、宽度W1的两块碳钢钢坯，作为基材；以及准备长度L2、宽度W2的两块不锈钢钢坯，作为复材”，也即坯料准备步骤。
其中，作为基材的碳钢钢坯，厚度T1、长度L1、宽度W1，也即为矩形钢坯；同样的，作为复材的不锈钢钢坯，厚度T2、长度L2、宽度W2，也为矩形钢坯。
并且，L2＜L1，W2＜W1，复材的长宽尺寸都小于基材的长宽尺寸。优选地，L2＝L1-L0，W2＝W1-W0，L0和W0的优选地取值范围分别为90～150mm。
作为一优选方案，所述碳钢钢坯的表面氧化皮压入深度以及表面凹坑深度均≤0.3mm，不平度≤3mm/m；所述不锈钢钢坯的表面无划痕，不平度≤2mm/m。如此，避免钢坯带有明显的表面缺陷或者板形缺陷进入复合板的生产线。
接下来，关于步骤“将两块基材和两块复材的各自的至少一个表面进行表面处理”，也即坯料表面处理步骤。
本实施方式中，对每块基材和每块复材的一个表面进行磨抛，以去除表面氧化皮，露出金属光泽。参图1所示，例如，针对基材11a的表面p1a，采用砂轮机、砂带机或者铣床，进行磨抛，以去除表面氧化皮，露出金属光泽；类似的，针对准备的基材12a的表面p2a，采用砂轮机、砂带机或者铣床，进行磨抛，以去除表面氧化皮，露出金属光泽。
针对准备的复材21a的表面p3a，采用钢丝轮进行磨抛，以去除表面氧化皮，露出金属光泽；类似的，针对准备的复材22a的表面p4a，采用钢丝轮进行磨抛，以去除表面氧化皮，露出金属光泽。
结合后文可知，在组坯时通过将经过表面处理(本实施方式中为磨抛)的表面作为基材和复材彼此相接触的表面，例如，表面p1a和表面p3a彼此相接触，表面p4a和表面p2a彼此相接触，如此可以保证界面结合质量。
下面再继续对所述复合坯制备步骤的其它分步骤进行介绍。
步骤“在一块复材的一个表面上涂刷隔离剂”，也即涂刷隔离剂步骤。
其中，结合前述可知，此前的坯料表面处理步骤中，对复材的在组坯时会与基材相接触的表面进行磨抛等表面处理，是为了保证复合板的界面结合质量；而该涂刷隔离剂步骤的目的，则是通过隔离剂来避免，则复材和复材在组坯时相接触的表面，后续在复合坯轧制步骤中发生结合而导致最终难以分离。
基于此，在两块复材中任选一块进行涂刷隔离剂。若该选中的复材，在此前的坯料表面处理步骤中，一个表面经过了表面处理、另一个则未经过表面处理，则在该涂刷隔离剂步骤中，隔离剂涂刷于所述的“未经过表面处理”的表面上。而假若如前文所提到的那样，该选中的复材，在此前的坯料表面处理步骤中，两个表面都经过了表面处理，则在该涂刷隔离剂步骤中，隔离剂涂刷于计划在组坯时朝向另一复材的那个表面上。
举例来讲，以图1为例，可以在复材22a的表面p6a或者复材21a的表面p5a上涂刷隔离剂。
关于隔离剂，在此提供两种优选地实施方式，以下分别予以介绍。
<隔离剂的第一种实施方式>
该实施方式中，所述隔离剂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。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，在复材的表面进行涂刷时，涂刷隔离剂的量为20ymg/m2，也即复材的表面的单位面积上的隔离剂重量为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。
进一步地，基于本实施方式，在涂刷隔离剂完成之后，且后续组坯之前，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。
<隔离剂的第二种实施方式>
该实施方式中，所述隔离剂的成分按重量比为：25～35％的氮化硅，5～10％的热固性氨基树脂，55～70％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。
采用所述隔离剂，在复材的表面进行涂刷时，涂刷隔离剂的厚度为0.2～0.5mm。
进一步地，基于本实施方式，在涂刷隔离剂完成之后，且后续组坯之前，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。
接下来，在完成涂刷隔离剂步骤之后，对步骤“按照基材、复材、复材、基材的叠放顺序进行组坯”予以介绍。
该步骤“按照基材、复材、复材、基材的叠放顺序进行组坯”，也即组坯步骤。其中，除了按照基材、复材、复材、基材的堆叠顺序之外，还需要满足：
1)基材和复材彼此相接触的表面均为经过所述表面处理的表面；例如，参图2，基材12a的表面p2a和复材22a的表面p4a彼此相接触，基材11a的表面p1a和复材21a的表面p3a彼此相接触；
2)涂刷有隔离剂的表面朝向另一块复材；例如，参图2，表面p6a和表面p5a的二者其一涂覆有隔离剂30a；
3)复材相对于基材居中放置；对此，鉴于复合坯大致呈上下对称设置，故而仅以复合坯中的一组基材+复材为例予以说明，比如在上的一组，参图2，在组坯状态下，复材21a横向上的侧边(对应于表面p3a的长边)到基材11a横向上的侧边(对应于表面p1a的长边)的距离为W0的一半，复材21a纵向上的侧边(对应于表面p3a的短边)到基材11a纵向上的侧边(对应于表面p1a的短边)的距离为L0的一半，如前文所述的L0和W0分别为90～150mm，也即复材21a的侧边到基材11a的侧边的距离范围为45～75mm。
以上对所述组坯步骤进行了介绍，在一优选实施方式中，在实施所述组坯步骤之后，将叠放好的四块钢坯整体置于四柱液压机械下，对两块基材的相背表面(也即上基材的上表面和下基材的下表面)进行加压，压力≥500吨。从而，可以使得相邻的钢坯之间接触更紧密。
进一步地，步骤“准备宽度W3的四根封条，将所述封条贴靠于两块复材的四侧边，相邻封条之间、封条和基材之间均进行气保焊，使得两块基材和封条形成一个整体，得到复合坯基坯”中，基于封条的设置，使得叠放在一起的四块钢坯形成连接成一个复合坯基坯整体。具体地，参图2，该复合坯基坯呈：两块基材11a和12a构成上下表面、两块复材21a和22a位于中部、四根封条40a呈四边框围在两块复材21a和22a四周并且将两块基材11a和12a相连接。
封条的宽度W3＝2T2-1～2mm，也即封条的宽度比两块复材厚度之和略小1～2mm。采用该宽度的封条同时将上下两块复材进行包裹，提升包裹效果。
再者，四根封条中，两根封条分别贴靠于两块复材的横向上的两侧边，长度L31＝L2-1～2mm；另两根封条分别贴靠于两块复材的纵向上的两侧边，长度L32＝W2-1～2mm。
优选地，封条的厚度T3为12～15mm。
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T3、宽度W3、长度L31或者L32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。
作为一优选的实施方式，该步骤中，在相邻封条之间、封条和基材之间进行气保焊之前，可以先对每根封条的两端和两边进行磨抛，以去除表面氧化皮，提升焊接效果；以及/或者，可以先对每根封条的两端、两边开坡口。
进一步地，作为一优选的实施方式，步骤“相邻封条之间、封条和基材之间均进行气保焊”中，焊接速度为300～360mm/min，焊接过程控制道间温度为135～165℃。
接下来，对于步骤“在所述复合坯基坯的侧边的凹槽处的封条上加工出一个圆孔，在圆孔处焊接无缝钢管”，其中所述的凹槽，即形成在两块基材之间、封条外部的凹槽；在该步骤中，加工出圆孔以焊装无缝钢管，以便于后续对复合坯内部抽真空。
作为一优选方式，在复合坯基坯的短边(即纵向上的侧边)的中间加工出所述圆孔，但不限于此。
作为一优选方式，所述圆孔的直径为8～12mm；相应的，无缝钢管的外径与圆孔的直径相一致，为8～12mm，壁厚为1.2～2mm，长度为200～400mm。
接下来，对于步骤“对所述复合坯基坯四侧边的凹槽，进行堆焊”，具体采用埋弧堆焊。可以理解的，在封条所构成的四边框外部，通过该步骤的对焊而形成一个呈四边框状的填充层50a，参看图2。
作为一优选方式，在焊接前，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℃，焊接速度为420～480mm/min。如此，该埋弧堆焊技术，结合前面的封条包裹、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，进而在实现前文所述的复合板的品质优势基础上，还可以进一步提升界面结合效果。
另外，在焊接过程中，每道焊接施工前，需清理焊道附着物，保持焊道清洁；焊接结束后，保温棉覆盖进行保温。
接下来，步骤“采用真空泵通过该无缝钢管对复合坯抽真空，真空度
≤10-1Pa，之后保压4h以上；最后对无缝钢管进行封口处理”中，将真空泵的吸气口与无缝钢管进行对接，无缝钢管与复合坯内部的空间(比如复材和基材之间的面面间隙、复材与复材之间的面面间隙、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，而保压4h以上可以保证真空度。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，进而保证复合界面结合质量。
进一步地，该步骤中，对无缝钢管进行封口处理，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，对所述复合坯准备的总步骤进行了详细说明，其中通过表面处理、抽真空、焊接和封口等具体设置，为后续复合坯在后续轧制中获得优异的界面结合质量以及表面质量奠定了基础；而隔离剂的设置，更利于两块复合小板的顺利分离。
如前文所述，本发明的所述制备方法还包括复合坯制备总步骤之后的复合坯轧制总步骤。本发明提供了所述复合坯轧制步骤的四种实施方式，下面分别进行详细介绍。
<复合坯轧制步骤的第一种实施方式>
该实施方式中，参图3a，复合坯轧制步骤包括以下分步骤：
对所得复合坯进行加热，均热温度为1170～1220℃，优选为1200～1220℃，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≥1000℃，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840℃以下时，优选830℃以下时，开始精轧阶段；精轧阶段的终轧温度≥780℃，优选≥800℃，精轧总压下量为55～75％，得到厚度≥54mm的复合板大板；
在轧制结束后进行冷却，复合板大板进入超快速冷却系统进行间断式冷却：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0.2MPa，冷却速度为3～15℃/s，终冷温度为380～450℃，所述超快速冷却系统的辊道速度为0.2～0.4m/s；其中N取值2、3或4，M取值2、3或4；复合板大板穿过超快速冷却系统一次，即完成间断式冷却；
在完成间断式冷却之后，复合板大板上冷床自然冷却至室温，至此完成所述步骤2)复合坯轧制而进入步骤3)复合板分离矫直。
本实施方式相较于现有技术，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。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。再者，通过间断式冷却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。
优选地，每组冷却集管的冷却距离为1m。也即，当1组冷却集管开启时，其可以对辊道上复合板大板的大致1m长度区间进行冷却。
在复合板大板通过超快速冷却系统时，第1～4组冷却集管开启、第5～8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17～20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。
<复合坯轧制步骤的第二种实施方式>
该实施方式，参图3b，复合坯轧制步骤包括以下分步骤：
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≤850℃，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)tmin/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1140～1180℃，停留时间为(0.15～0.25)t min/mm，均热温度1170～1210℃，停留时间为(0.10～0.20)t min/mm；
采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制，粗轧阶段时，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，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，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℃；粗轧阶段结束后，待温，期间进行浇水冷却，当中间坯的表面温度降低至840℃以下时，开始精轧阶段，精轧阶段的开轧温度810℃～840℃、终轧温度780～810℃，得到厚度≥54mm的复合板大板；
在轧制结束后进行冷却，复合板大板进入超快速冷却系统进行间断式冷却：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0.2MPa，冷却速度为3～15℃/s，终冷温度为380～450℃，所述超快速冷却系统的辊道速度为0.2～0.4m/s；其中N取值2、3或4，M取值2、3或4；复合板大板穿过超快速冷却系统一次，即完成间断式冷却；
在完成间断式冷却之后，复合板大板上冷床自然冷却至室温，至此完成所述步骤2)复合坯轧制而进入步骤3)复合板分离矫直。
也即，本实施方式与前述的复合坯轧制步骤的第一种实施方式的区别在于加热和轧制两个工序。
与现有技术相比，本实施方式也采用了间断式冷却，相应也具备间断式冷却工艺所带来的有益效果，可参前文复合坯轧制步骤的第一种实施方式的介绍。而进一步地，相较于现有技术，本实施方式的加热工序，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。
<复合坯轧制步骤的第三种实施方式>
该实施方式，与前述复合坯轧制步骤的第一种实施方式在加热、两阶段控制轧制、冷却等分步骤上相同，区别仅在于：复合板大板离开超快速冷却系统之后的步骤。
前述复合坯轧制步骤的第一种实施方式中，在复合板大板离开超快速冷却系统之后，复合板大板上冷床自然冷却至室温；与之不同的是，在本实施方式中，参图3c，在复合板大板离开超快速冷却系统之后，复合板大板直接进入矫直机进行矫直，矫直后的复合板大板上冷床自然冷却，待表面温度降至200℃以下时，采用冷矫直机进行冷矫直。如此可以进一步提升板形。
而类似的，对前述复合坯轧制步骤的第二种实施方式，也可以变化为在复合板大板离开超快速冷却系统之后，复合板大板直接进入矫直机进行矫直，矫直后的复合板大板上冷床自然冷却，待表面温度降至200℃以下时，采用冷矫直机进行冷矫直，由此作为复合坯轧制步骤的第五种实施方式，参图3d。
<复合坯轧制步骤的第四种实施方式>
该实施方式，与前述复合坯轧制步骤的第一种实施方式在加热、两阶段控制轧制、冷却等分步骤上相同，区别仅在于：复合板大板离开超快速冷却系统之后的步骤。
前述复合坯轧制步骤的第一种实施方式中，在复合板大板离开超快速冷却系统之后，复合板大板上冷床自然冷却至室温；与之不同的是，在本实施方式中，在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1～3道次，与前述复合坯轧制步骤的第一种实施方式不同的是，本实施方式中，参图3e，之后，将复合板大板放置于温度为Tf+100～150℃的两块钢板之间进行堆冷，堆冷时间为0.4min/mm×t0±5min，t0为复合板大板的厚度，由此使得在该堆冷时间内复合板大板可以缓慢的降温、同时可以被钢板夹持而维持心表温度均匀性；堆冷结束后，将复合板大板上冷床自然冷却。其中，
Tf＝550+30[Si]-20[Mn]+15[Cr]-15[Ni]+10[Mo]，其中的[Si]、[Mn]、[Mo]、[Cr]、[Ni]为基材中各元素的质量百分比的100倍。该优选实施方式，堆冷、尤其是堆冷中两块钢板的温度以及堆冷时间，可以相对于前述第一种实施方式可以进一步提升最终所得复合板的组织、性能和板形。
而类似的，对前述复合坯轧制步骤的第二种实施方式，也可以变化为在复合板大板离开超快速冷却系统之后，复合板大板直接进入矫直机进行矫直，之后如上述进行堆冷，堆冷结束后，将复合板大板上冷床自然冷却，由此作为复合坯轧制步骤的第六种实施方式，参图3f。
以上，对所述复合坯轧制的总步骤进行了详细说明，如前文所述，本发明的所述制备方法还包括复合板分离矫直总步骤。具体地，所述复合板分离矫直的总步骤包括以下分步骤：
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其四侧边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；
对复合板小板进行横向压平、冷矫直，得到不锈钢复合板成品。
其中，关于步骤“将其四侧边进行切割以去除封条之外的部分”中的封条之外的部分，即经前面的复合坯轧制步骤之后，由前文所提到的复合坯中的所述封条及所述填充层所转变成的复合板大板上的边沿部分。如此，将这部分去除，露出不锈钢复层，而在没有这部分的连接作用的情况下，复合板大板分离成上下两张复合板小板。参看图4，对应于前文所述的坯料表面处理步骤的五种实施方式，图4分别示出了对应的两张复合板小板(也即最终的单面不锈钢复合板)的截面形状。
每张复合板小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4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。
进一步地，本发明的所述制备方法制得到的单面不锈钢复合板。
复层优选为奥氏体不锈钢，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，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，例如复层在硫酸-硫酸铜溶液中煮20h，经180°弯曲后，无晶间腐蚀裂纹。
基层为碳钢，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≤0.018％，S≤0.0030％，Cr：0.06～0.29％，Ni≤0.24％，Cu≤0.24％，Mo≤0.24％，Nb：0.011～0.034％，Ti：0.011～0.019％，Al：0.030～0.040％，余量为Fe及不可避免的杂质。
优选地，基层的化学成分以质量百分比计为：C：0.03～0.07％，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。采用该化学成分，结合所述复合坯轧制步骤中的各个温度、时间、压下量以及冷却速度的控制可以在前述技术效果的情况下进一步提升复合板的力学性能，以及保证韧性。
进一步地，所述复合板的基层的组织为贝氏体+少量铁素体组织，所述复合板力学性能优异、冲击韧性强、耐腐蚀性能优异，并且，具有良好的界面结合质量、板形和表面质量，另外均匀性高。
具体地，所述复合板的总厚度≥27mm，基层的厚度≥24mm，复层的厚度1～10mm。
所述复合板的不平度≤3mm/m，甚至不平度≤2mm/m。
所述复合板的屈服强度≥345MPa，抗拉强度≥490MPa，断后伸长率≥18％，屈强比≤0.86。甚至更进一步地，所述复合板的屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥630MPa。
所述复合板的复合界面结合率100％，剪切强度≥300MPa；0℃冲击功≥120J，-20℃冲击功≥120J，-40℃冲击功≥120J。甚至更进一步地，所述复合板的0℃冲击功≥240J，-20℃冲击功≥200J，-40℃冲击功≥150J。
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。
另外，所述复合板外弯180°无裂纹，内弯180°无裂纹。在耐蚀试验中，复层经过650℃敏化2h，然后在硫酸-硫酸铜溶液中煮20h，经180°冷弯弯曲后，无晶间腐蚀裂纹。
综上所述，本发明相较于现有技术，一方面，在整个制备方法中，通过工艺的具体控制，保证了不锈钢复合板的耐蚀性能和机械强度，避免耐蚀性能和力学性能在复合坯轧制过程中发生劣化；再一方面，实现了特厚板的板形控制和均匀性控制，克服了现有特厚不锈钢复合板的生产难题；另一方面，生产过程中成材率高，生产效率高。
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。
这些实施例中，选取Q500q钢种作为基材，其化学化学成分以质量百分比计为：C：0.06％，Si：0.17％，Mn：1.52％，P：0.010％，S：0.0014％，Cr：0.24％，Ni：0.21％，Cu：0.22％，Mo：0.19％，Nb：0.031％，Ti：0.016％，Al：0.037％；选取316L不锈钢作为复材，其化学化学成分以质量百分比计为：C：0.020％，Si：0.52％，Mn：1.36％，P：0.033％，S：0.003％，Ni：10.20％，Mo：2.10％，Cr：16.20％。
在此，各个实施例按照本发明所提供的实施方式予以制备厚度为378mm且基材厚度恒定的复合坯。并按照本发明的所提供的实施方式将所述复合坯轧制为厚度为54mm的复合板大板，而所述复合板大板按本发明中所述复合板分离矫直的步骤实施，得到总厚度27mm、基层厚度24mm、复层厚度3mm的单面不锈钢复合板成品。
其中，各个实施例所采用的复合坯轧制步骤分别为：实施例1采用图3a所示的复合坯轧制步骤的第一种实施方式，实施例2采用图3e所示的复合坯轧制步骤的第四种实施方式，实施例3采用图3c所示的复合坯轧制步骤的第三种实施方式，实施例4采用图3b所示的复合坯轧制步骤的第二种实施方式，实施例5采用图3f所示的复合坯轧制步骤的第六种实施方式，实施例6采用图3d所示的复合坯轧制步骤的第五种实施方式。
进一步地，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％，内弯180°合格(无裂纹)，外弯180°合格(无裂纹)，且在硫酸-硫酸铜溶液中煮20h，经180°弯曲后，复层无晶间腐蚀裂纹。另外，其它性能检测结果如表1和表2所示。
表1
Figure SMS_1
表2
Figure SMS_2
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Claims (14)

1.一种特厚不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，其包括依序进行的复合坯制备、复合坯轧制和复合板分离矫直的三个步骤；
复合坯制备步骤中，制备叠放顺序为基材、复材、复材、基材的复合坯；
所述复合坯轧制步骤包括：
对所得复合坯进行加热，均热温度为1170～1220℃，加热总时间≥1.2×tmin/mm，t为复合坯厚度；
采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制，在粗轧阶段，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；之后待温，期间进行浇水冷却，当中间坯的表面温度降低至840℃以下时，开始精轧阶段，精轧阶段的终轧温度≥780℃，得到厚度≥54mm的复合板大板；
在轧制结束后进行冷却，复合板大板进入超快速冷却系统进行间断式冷却：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超快速冷却系统的全部24组冷却集管的开闭状态，冷却水压为0.2MPa，冷却速度为3～15℃/s，终冷温度为380～450℃，辊道速度0.2～0.4m/s；其中N取值2、3或4，M取值2、3或4。
2.根据权利要求1所述的特厚不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，每组冷却集管的冷却距离为1m。
3.根据权利要求1所述的特厚不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤“对所得复合坯进行加热”中，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≤850℃，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1140～1180℃，停留时间为(0.15～0.25)t min/mm，均热温度1170～1210℃，停留时间为(0.10～0.20)t min/mm。
4.根据权利要求1所述的特厚不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤“采用粗轧+精轧的两阶段控制轧制”中，粗轧阶段时，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，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，第n+1道次轧制压下量≥30mm。
5.根据权利要求4所述的特厚不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，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℃；粗轧阶段结束后，待温，期间进行浇水冷却，当中间坯的表面温度降低至840℃以下时，开始精轧阶段，精轧阶段的开轧温度810℃～840℃、终轧温度780～810℃。
6.根据权利要求1所述的特厚不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述复合坯制备步骤包括钢坯准备、坯料表面处理、涂刷隔离剂、组坯、封条包裹、气保焊、堆焊、抽真空和封口；
其中，抽真空的真空度≤10-1Pa，保压4h。
7.根据权利要求6所述的特厚不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所用的隔离剂的成分按重量比为：25～35％的氮化硅，5～10％的热固性氨基树脂，55～70％的水；
涂刷隔离剂的厚度为0.2～0.5mm；
在组坯之前，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。
8.根据权利要求6所述的特厚不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所用的隔离剂的成分按重量比为：25～35％的氮化硅，5～10％的热固性氨基树脂，55～70％的水；
涂刷隔离剂的厚度为0.2～0.5mm；
在组坯之前，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。
9.根据权利要求6所述的特厚不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，在气保焊时，焊接速度为300～360mm/min，焊接过程控制道间温度为135～165℃。
10.根据权利要求6所述的特厚不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，在堆焊中采用埋弧堆焊；
焊接前，焊剂经过350℃烘烤2h，之后150℃保温1h；
焊接过程中，控制道间温度为135～165℃，焊接速度为420～480mm/min。
11.根据权利要求1所述的特厚不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，在复合板大板通过超快速冷却系统时，第1～4组冷却集管开启、第5～8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17～20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；
复合板大板穿过超快速冷却系统一次，即完成间断式冷却，而后复合板大板上冷床自然冷却至室温。
12.一种特厚不锈钢复合板，其特征在于，所述复合板采用权利要求1至11中任一项所述的制备方法制备而成。
13.根据权利要求12所述的特厚不锈钢复合板，其特征在于，所述复合板的总厚度≥27mm，基层的厚度≥24mm，复层的厚度1～10mm，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。
14.根据权利要求12所述的特厚不锈钢复合板，其特征在于，所述复合板的屈服强度≥500MPa，抗拉强度≥630MPa，断后伸长率≥18％，屈强比≤0.86；0℃冲击功≥240J，-20℃冲击功≥200J，-40℃冲击功≥150J。
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Applicant before: JIANGSU SHAGANG GROUP Co.,Ltd.

Applicant before: Zhangjiagang Rongsheng Special Steel Co.,Ltd.

Applicant before: ZHANGJIAGANG HONGCHANG STEEL PLATE Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information