CN116944240A - 一种抗剪强度400Mpa以上不锈钢复合板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗剪强度400Mpa以上不锈钢复合板的生产方法，生产厚度规格5~62mm，宽度1500~3800mm复合板，工艺步骤包括下料组坯、焊坯、加热、轧制、控制冷却、精整。本方法生产所得到的复合板强度级别可达235~550Mpa，抗剪强度≥400MPa，晶间腐蚀裂纹率为0，能很好的满足各种工程项目高抗剪强度、安全耐腐的需求。
Description
技术领域
本发明属于桥梁用不锈钢复合技术领域，特别是涉及一种抗剪强度400Mpa以上不锈钢复合板的生产方法。
背景技术
目前，铁路钢桥的设计使用年限为50-100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，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。对于桥梁防腐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。采用桥梁钢不锈钢复合板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%。
不锈钢桥梁钢复合板普遍采用轧制复合工艺，在桥梁工程项目上已得到广泛的应用，根据GB/T 8165-2008《不锈钢复合钢板和钢带》要求Ⅰ/Ⅱ级结合面抗剪强度≥210Mpa。随着桥梁项目的发展需求，对不锈钢桥梁复合板结合面的抗剪强度提出更高的要求，有些项目已提出抗剪强度≥300Mpa的需求。目前对于抗剪强度≥400Mpa的生产方法，还未有所报道。中国专利CN202310451356.6“桥梁结构用不锈钢复合板及其制备方法”，其最终所得的复合板实例中剪切强度能做到≥300Mpa，但≥400Mpa的实例合格率不到50%。中国专利CN116159861A“界面结合优异的不锈钢复合板及其制备方法”，采用工序复杂，最终得到的复合板抗剪强度≥400Mpa的实例合格率也不到50%。中国专利 CN116001380A“370MPa级不锈钢复合板及其制备方法”，采用“复合坯制备+复合坯轧制+复合板分离矫直”制得不锈钢复合板，工序简单，但抗剪强度≥400Mpa难以保证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗剪强度400Mpa以上不锈钢复合板的生产方法。该方法通过基材喷砂+焊接复合+控轧控冷+热处理+分张矫直，可生产厚度规格5~62mm，宽度1500~3800mm复合板，所得到的复合板强度级别可达235~550Mpa，抗剪强度≥400MPa，晶间腐蚀裂纹率为0。
本发明的技术方案：
一种抗剪强度400Mpa以上不锈钢复合板的生产方法，其特征在于：生产厚度规格5~62mm，宽度1500~3800mm复合板，所得到的复合板强度级别235~550Mpa，抗剪强度≥400MPa，晶间腐蚀裂纹率为0，包括以下工艺步骤：
1）复合板组坯：选用矩形基材坯和复材不锈钢坯各两张，完成下料、喷砂及表面处理、涂隔离剂、组坯、焊坯工序；
2）加热：复合坯焊接复合后48小时之内进行装炉加热，控制加热温度为1220~1260℃，加热速率≤5min/mm，总在炉时间≥复合坯厚度×1min/mm，出炉温度1200~1240℃；
3）第一阶段轧制：前三道次压下量25~30mm，第一阶段轧制结束温度≥1000℃，展宽后第一阶段累计压下率50%~60%，轧制速度2.0~3.0m/s；
4）第二阶段轧制：中间坯送至精轧机前，开轧温度800~960℃，终轧温度760-820℃，轧制道次11~13道，道次压下率采用逐道递减模式执行，轧制速度3.0~5.0m/s，倒数第一至第三道次压下率≤5.0%；
5）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720~780℃，Mulpic冷速5~10℃/s，并开启边部遮挡功能，单边遮挡宽度40~50mm，复合板终冷温度400~680℃；
6）精整：对复合板进行分张、清理、打磨、矫直平整，再根据订单最终尺寸进行精切、水抛后打包发运。
所述的步骤1）中，下料：选用矩形基材坯和复材不锈钢坯各两张，确保轧制压缩比（复合坯组坯厚度：复合板厚度）≥4.0，基材坯宽度、长度尺寸较复材坯大100~110mm；
所述的步骤1）中，基材喷砂及表面处理：基材复合面进行喷砂处理，选用丸料Φ1.2~1.5mm，喷砂速度3.5~4.5m/s，最终基材表面粗糙度40~70μm，对基材、复材表面进行清理，确保无氧化铁皮、油渍、杂物、印渍；
所述的步骤1）中，涂隔离剂：复层与复层接触面涂刷隔离剂，厚度0.03~0.1mm，均匀涂满整张板面后进行烘烤，烘烤温度550~600℃，时间30~40min。
所述的步骤1）中，组坯：选用碳钢密封条固定在基材上，确保形成一个封闭的边框，将复材坯包围，密封条厚度15~20mm，密封条高度=两层复材坯厚度之和。组坯厚度方向按照基材坯+复材+氧化镁隔离剂+复材+基材坯顺序叠放，复材坯位于基材坯几何中心。待组坯机液压压紧后，确保密封条与基材坯接触面无缝隙，采用气体保护焊点焊牢固；
所述的步骤1）中，焊坯：定位后的复合坯要进行封条满焊，四周熔池宽度≥30mm，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-0.1Mpa帕以下，保持30分钟以上，确认复合坯负压稳定后，封闭真空接管。
本发明运用对称复合方法，工艺简单易行，覆盖钢级较广，能较好满足不锈钢复合板高抗剪强度要求。方法采用“限时、高温”的加热方法，保证复合坯内部基材、复材坯加热充分、均匀，为后续异种金属同时变形提供良好的加热条件。另外对基材复合面采用喷砂处理，结合后续粗精轧“前大后小”的压下制度，在高温粗轧阶段大压下作用下，复合面异种金属形成“锯齿”咬合状，在低温精轧阶段多道次小压下，促进异种金属的同时延伸变形，以降低复合板结合面的收缩应力，不仅可以提高抗剪强度，还能改善复合板的平直度，最终得到的复合板结合面粘结紧密，无气孔、夹杂等缺陷。
本发明具有如下有益效果：本方法生产所得到的复合板强度级别可达235~550Mpa，抗剪强度≥400MPa，晶间腐蚀裂纹率为0，能很好的满足各种工程项目高抗剪强度、安全耐腐的需求。
附图说明
图1为实施例1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1：一种复合板304+Q235B的生产
基材Q235B、复材304的化学成分如表1所示，余量为Fe和不可避免的杂质元素。厚度5mm（基材厚度4mm，复材1mm），宽度1500mm，长度11000mm，关键生产工艺步骤包括：
1）复合板组坯：完成下料、基材喷砂及表面处理、涂隔离剂、组坯、焊坯：
下料：选用矩形基材坯Q235B尺寸为44mm×1670mm×2270mm，复材坯304尺寸为10mm×1570mm×2170mm，轧制压缩比10.8；
基材喷砂及表面处理：基材复合面进行喷砂处理，选用丸料Φ1.2mm，喷砂速度4.5m/s，最终基材表面粗糙度40μm，对基材、复材表面进行清理，确保无氧化铁皮、油渍、杂物、印渍；
涂隔离剂：复层与复层接触面涂刷隔离剂，厚度0.03mm，均匀涂满整张板面后进行烘烤，烘烤温度600℃，时间30min；
组坯：选用碳钢密封条固定在基材上，确保形成一个封闭的边框，将复材坯包围，密封条厚度15mm，密封条高度20mm。组坯厚度方向按照基材坯+复材+氧化镁隔离剂+复材+基材坯顺序叠放，复材坯位于基材坯几何中心；待组坯机液压压紧后，确保密封条与基材坯接触面无缝隙，采用气体保护焊点焊牢固；
焊坯：定位后的复合坯要进行封条满焊，四周熔池宽度30mm，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-0.1Mpa帕，保持30分钟，确认复合坯负压稳定，封闭真空接管；
2）加热：复合坯焊接复合后48小时进行装炉加热，加热温度为1220~1260℃，加热速率5min/mm，总在炉时间110min，出炉温度1240℃；
3）第一阶段轧制：前三道次压下量28mm、28mm、30mm，第一阶段轧制结束温度1050℃，展宽后第一阶段累计压下率50%，轧制速度3.0m/s；
4）第二阶段轧制：中间坯送至精轧机前，开轧温度960℃，终轧温度820℃，轧制道次11道，道次压下率采用逐道递减模式执行，轧制速度5.0m/s，倒数第一道次压下率5.0%，倒数第二道次压下率4.9%，倒数第三道次压下率4.8%；
5）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780℃，Mulpic冷速5℃/s，并开启边部遮挡功能，单边遮挡宽度40mm，复合板终冷温度650~680℃；
6）精整：对复合板进行分张、清理、打磨、矫直平整，再根据订单最终尺寸进行精切、水抛后打包发运。
实施例2：复合板321+Q420qE的生产
基材Q420qE、复材321的化学成分如表2所示，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
厚度32mm（基材厚度28mm，复材4mm），宽度1940mm，长度12440mm，复合板321+Q420qE的关键生产工艺步骤包括：
1）复合板组坯：
下料：选用矩形基材坯Q420qE尺寸：170×2350×4040mm3，复材坯321尺寸：22×2250×3930mm3，轧制压缩比6.0；
基材喷砂及表面处理：基材复合面进行喷砂处理，选用丸料Φ1.2mm，喷砂速度4.0m/s，最终基材表面粗糙度50μm，对基材、复材表面进行清理，确保无氧化铁皮、油渍、杂物、印渍；
涂隔离剂：复层与复层接触面涂刷隔离剂，厚度0.05mm，均匀涂满整张板面后进行烘烤，烘烤温度580℃，时间35min。
组坯：选用碳钢密封条固定在基材上，确保形成一个封闭的边框，将复材坯包围，密封条厚度16mm，密封条高度44mm。组坯厚度方向按照基材坯+复材+氧化镁隔离剂+复材+基材坯顺序叠放，复材坯位于基材坯几何中心；待组坯机液压压紧后，确保密封条与基材坯接触面无缝隙，采用气体保护焊点焊牢固；
焊坯：定位后的复合坯要进行封条满焊，四周熔池宽度32mm，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-0.1Mpa后，保持33分钟，确认复合坯负压稳定，封闭真空接管；
2）加热：复合坯焊接复合后45小时进行装炉加热，加热温度为1220~1260℃，加热速率4.5min/mm，总在炉时间384min，出炉温度1220℃；
3）第一阶段轧制：前三道次压下量26mm、28mm、28mm，第一阶段轧制结束温度1040℃，展宽后第一阶段累计压下率55%，轧制速度2.5m/s；
4）第二阶段轧制：中间坯送至精轧机前，开轧温度880℃，终轧温度810℃，轧制道次13道，道次压下率采用逐道递减模式执行，轧制速度4.5m/s，倒数第一道次压下率4.5%，倒数第二道次压下率4.2%，倒数第三道次压下率4.0%；
5）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℃，Mulpic冷速7.0℃/s，并开启边部遮挡功能，单边遮挡宽度50mm，复合板终冷温度500~550℃；
6）精整：对复合板进行分张、清理、打磨、矫直平整，再根据订单最终尺寸进行精切、水抛后打包发运。
实施例：一种复合板S31603+Q550MD的生产
基材Q550MD、复材S31603的化学成分如表3所示，余量为Fe和不可避免的杂质元素。厚度62mm（基材厚度56mm，复材6mm），宽度3800mm，长度9100mm，复合板S31603+Q550MD的关键生产工艺步骤包括：
1）复合板组坯：
下料：选用矩形基材坯Q500MD尺寸为225mm×2540mm×4380mm，复材坯S31603尺寸为24mm×2430mm×4270mm，轧制压缩比4.0；
基材喷砂及表面处理：基材复合面进行喷砂处理，选用丸料Φ1.5mm，喷砂速度3.5m/s，最终基材表面粗糙度70μm，对基材、复材表面进行清理，确保无氧化铁皮、油渍、杂物、印渍；
涂隔离剂：复层与复层接触面涂刷隔离剂，厚度0.1mm，均匀涂满整张板面后进行烘烤，烘烤温度550℃，时间40min。
组坯：选用碳钢密封条固定在基材上，确保形成一个封闭的边框，将复材坯包围，密封条厚度20mm，密封条高度48mm。组坯厚度方向按照基材坯+复材+氧化镁隔离剂+复材+基材坯顺序叠放，复材坯位于基材坯几何中心；待组坯机液压压紧后，确保密封条与基材坯接触面无缝隙，采用气体保护焊点焊牢固；
焊坯：定位后的复合坯要进行封条满焊，四周熔池宽度≥30mm，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-0.1Mpa后，保持32分钟，确认复合坯负压稳定，封闭真空接管；
2）加热：复合坯焊接复合后40小时进行装炉加热，控制加热温度为1220~1260℃，加热速率3.5min/mm，总在炉时间500min，出炉温度1200℃；
3）第一阶段轧制：前三道次压下量25mm、25mm、28mm，第一阶段轧制结束温度1030℃，展宽后第一阶段累计压下率60%，轧制速度2.0m/s；
4）第二阶段轧制：中间坯送至精轧机前，开轧温度800℃，终轧温度760℃，轧制道次13道，道次压下率采用逐道递减模式执行，轧制速度3.0m/s，倒数第一道次压下率4.0%，倒数第二道次压下率3.8%，倒数第三道次压下率3.6%；
5）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720℃，Mulpic冷速10℃/s，并开启边部遮挡功能，单边遮挡宽度50mm，复合板终冷温度400~450℃；
6）精整：对复合板进行分张、清理、打磨、矫直平整，再根据订单最终尺寸进行精切、水抛后打包发运。
对以上三个实施例的复合板进行拉伸、冲击、冷弯、抗剪强度、晶间腐蚀试验，其性能如表4。
表1 实施例1基材Q235B及复材304化学成分（重量，%）
。
表2 实施例2基材Q420qE及复材321化学成分（重量，%）
。
表3 实施例3基材Q500MD及复材S31603化学成分（重量，%）
。
表4 实施例1复合板的力学性能
。
表5 实施例2复合板的力学性能
。
表6 实施例3复合板的力学性能
。
Claims (6)
1.一种抗剪强度400Mpa以上不锈钢复合板的生产方法，其特征在于：生产厚度规格5~62mm，宽度1500~3800mm复合板，所得到的复合板强度级别235~550Mpa，抗剪强度≥400MPa，晶间腐蚀裂纹率为0，包括以下工艺步骤：
1）复合板组坯：选用矩形基材坯和复材不锈钢坯各两张，完成下料、喷砂及表面处理、涂隔离剂、组坯、焊坯工序；
2）加热：复合坯焊接复合后48小时之内进行装炉加热，控制加热温度为1220~1260℃，加热速率≤5min/mm，总在炉时间≥复合坯厚度×1min/mm，出炉温度1200~1240℃；
3）第一阶段轧制：前三道次压下量25~30mm，第一阶段轧制结束温度≥1000℃，展宽后第一阶段累计压下率50%~60%，轧制速度2.0~3.0m/s；
4）第二阶段轧制：中间坯送至精轧机前，开轧温度800~960℃，终轧温度760-820℃，轧制道次11~13道，道次压下率采用逐道递减模式执行，轧制速度3.0~5.0m/s，倒数第一至第三道次压下率≤5.0%；
5）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720~780℃，Mulpic冷速5~10℃/s，并开启边部遮挡功能，单边遮挡宽度40~50mm，复合板终冷温度400~680℃；
6）精整：对复合板进行分张、清理、打磨、矫直平整，再根据订单最终尺寸进行精切、水抛后打包发运。
2.根据权利要求1所述的一种抗剪强度400Mpa以上不锈钢复合板的生产方法，其特征在于：所述的步骤1）中，下料：选用矩形基材坯和复材不锈钢坯各两张，确保轧制压缩比（复合坯组坯厚度：复合板厚度）≥4.0，基材坯宽度、长度尺寸较复材坯大100~110mm。
3.根据权利要求1所述的一种抗剪强度400Mpa以上不锈钢复合板的生产方法，其特征在于：所述的步骤1）中，基材喷砂及表面处理：基材复合面进行喷砂处理，选用丸料Φ1.2~1.5mm，喷砂速度3.5~4.5m/s，最终基材表面粗糙度40~70μm，对基材、复材表面进行清理，确保无氧化铁皮、油渍、杂物、印渍。
4.根据权利要求1所述的一种抗剪强度400Mpa以上不锈钢复合板的生产方法，其特征在于：所述的步骤1）中，涂隔离剂：复层与复层接触面涂刷隔离剂，厚度0.03~0.1mm，均匀涂满整张板面后进行烘烤，烘烤温度550~600℃，时间30~40min。
5.根据权利要求1所述的一种抗剪强度400Mpa以上不锈钢复合板的生产方法，其特征在于：所述的步骤1）中，组坯：选用碳钢密封条固定在基材上，确保形成一个封闭的边框，将复材坯包围，密封条厚度15~20mm，密封条高度=两层复材坯厚度之和。组坯厚度方向按照基材坯+复材+氧化镁隔离剂+复材+基材坯顺序叠放，复材坯位于基材坯几何中心。待组坯机液压压紧后，确保密封条与基材坯接触面无缝隙，采用气体保护焊点焊牢固。
6.根据权利要求1所述的一种抗剪强度400Mpa以上不锈钢复合板的生产方法，其特征在于：所述的步骤1）中，焊坯：定位后的复合坯要进行封条满焊，四周熔池宽度≥30mm，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-0.1Mpa帕以下，保持30分钟以上，确认复合坯负压稳定后，封闭真空接管。
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- 2023-07-22 CN CN202310903405.5A patent/CN116944240A/zh active Pending
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