CN1209241C - 耐腐蚀复合钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种耐腐蚀复合钢板及其制造方法。该耐腐蚀复合钢板可以如下制造：将铁基非晶合金的薄条带或非晶镍条带作为接合体平头焊接到碳钢板的一侧或两侧，并将耐腐蚀金属板，例如镍或钛合金缝焊到接合体上，以生产耐腐蚀复合钢板。可选地，将铁基非晶合金的薄条带或非晶镍条带作为第一接合体平头焊接到碳钢板的一侧或两侧，将镍或不锈钢和铜合金的薄条带作为第二接合体平头焊接到薄条带上，并将诸如镍或钛合金等耐腐蚀金属板缝焊到接合体上。

Description

耐腐蚀复合钢板及其制造方法
本发明涉及耐腐蚀复合钢板，特别涉及在不同金属之间具有良好机械接合力的耐腐蚀复合钢板及其制造方法。
与普通金属相比，耐腐蚀金属，如钛(Ti)、锆(Zr)、钽(Ta)、铌(Nb)和镍合金不容易焊接并且价格昂贵，因此在工业中不经常使用。然而，这种具有耐腐蚀性的、重量轻的、强度好的金属可以用于各种不同的领域，但只限于它们所应用的范围内。在需要优良耐腐蚀材料的领域(如化工厂、环保设施等)，将耐腐蚀材料接合到不昂贵的碳钢板上的复合钢板，由于它们的经济优势、便于使用和各种效用，因此被广泛使用。采用很多方法来制造不同复合钢板。例如，热轧法适合轧压复合钢板，而爆炸焊接法适合于爆炸焊接复合钢板。另外，电阻缝焊也用于制造复合钢板。
在用热轧法制造轧压复合钢板的制备技术中，带有优良耐腐蚀性的耐腐蚀合金层被同时加热，然后通过一个轧辊在高温下热轧。其中，该合金层包括在碳钢板上作为基底材料的镍合金或镍-铜合金或钛合金。从制造成本的角度看，它并不是一种有利的技术。
与通过热轧形成轧压复合板相比，通过爆炸焊接方法来形成复合钢板的技术由于使用了炸药的爆炸能量，因此具有比轧压更高的接合力。然而，该技术的缺点在于：具有更为昂贵的制造成本；需要比轧压更长的制备时间；并且限制了复合钢板的尺寸；以及炸药为工作场所带来了危险。
为了经济地并且简单地解决上面提到的问题，提出了使用电阻缝焊来制造复合钢板的方法。在该方法中，根据James Joule发明的原理，当大的电流通过金属时，利用电阻产生的热量来焊接金属。已经提出了利用这种电阻缝焊来接合不同金属的尝试。例如，将铜合金和不锈钢的条带或网作为接合体嵌入到复合钢板和耐腐蚀镍合金的钢板或钛钢板中，然后被缝焊。
因而，为了解决上述问题的本发明的目的是提供一种复合板及其制造方法，它所具有的耐腐蚀材料和碳钢不但不昂贵，而且在不同金属之间具有良好的接合力。
通过以下结合附图的详细说明，可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特点和其它优点。附图中：
图1是本发明的耐腐蚀复合板的示意图，该复合板被带有两个环形电极的电阻焊接机焊接。
图2是本发明的复合板的断面立体图。
根据本发明，上述目的可以由以下步骤实现：将铁基非晶合金的薄条带或非晶镍条带作为接合体平头焊接(tack-welding)到碳钢板的一侧或两侧，并将诸如镍或钛合金等耐腐蚀金属板缝焊到接合体上，以生产耐腐蚀复合钢板。
可选地，也可以通过以下步骤来生产耐腐蚀复合钢板：将铁基非晶合金的薄条带或非晶镍条带作为第一接合体平头焊接到碳钢板的一侧或两侧，将镍或不锈钢和铜合金的薄条带作为第二接合体平头焊接到薄条带上，并将诸如镍或钛合金等耐腐蚀金属板缝焊到接合体上。
铁基非晶合金的薄条带或非晶镍条带被用作耐腐蚀材料和基底金属(通常为碳钢)之间的中间层的接合体。因此，利用非晶合金的特性可以将不同的金属接合到一起，同时可以制造具有良好接合力的复合钢板。
将铁基非晶合金或非晶镍条带作为第一接合体的原因在于，铁基非晶合金或非晶镍条带在通常在结构晶体中发现的滑移系统中是缺乏的，但由于随机的原子排列而保持了自由体积。它具有高强度和高延展性，并且表现出高电阻以便产生缝焊(一种电阻焊)所需的高热量，从而带来优良的接合力。
通常，铁基非晶薄条带或非晶镍条带具有高的电阻并且比普通金属具有更好的延展性和流动性，从而当进行电阻缝焊时，它可以不依赖于材料的形状或它们表面的形状而进行接合。而且，由于铁基非晶条带或非晶镍条带在通常温度下不稳定但在大约300-500度时结晶，因此当在约1000度或更高温度下进行缝焊时，它的焊接部分形成了稳定结构，从而形成了具有高接合力和机械强度的复合板。
可选地，为了获得具有更好接合力和机械强度的复合钢板，具有高强度的第二接合体(包括镍或不锈钢)可以被同时叠层到第一接合体上，然后被缝焊以制造复合钢板。该复合钢板包括具有高强度的不同金属。
参见图1，本发明的复合钢板是如下制造的：将薄的镍条带3作为第二接合体叠层到作为第一接合体的非晶铁基薄条带或非晶镍条带2上，将该叠层置于耐腐蚀金属板4与基底金属1之间，然后利用环形电极5进行缝焊。本发明的方法与常规方法相比具有更高的接合力。在常规方法中仅对镍合金的薄条带进行缝焊，或在进行缝焊之前将铁丝网、铜网、不锈钢网或类似物叠层到镍合金薄条带上。因此，本发明可以根据耐腐蚀材料、接合体和复合钢板的种类和厚度，对压制压力、电流和时间周期进行适当的控制，以实现最佳的缝焊。
现在参见图2，其中示出了复合钢板。该钢板包括接合到基底金属1上的耐腐蚀金属板4或位于耐腐蚀金属板4之间的基底金属1。其中，缝焊的焊缝6出现在复合钢板的表面上。
除了将钛(Ti)、锆(Zr)、钽(Ta)、铌(Nb)和镍以及它们的合金等耐腐蚀材料接合到碳钢上，还可以将这些耐腐蚀材料与不锈钢、铜、铝等相接合。另外，包括镍合金和碳钢、铜合金和碳钢等在内的其它不同材料也可以被接合。
当使用铁基非晶薄条带或非晶镍条带时，我们希望通过使用除铁(Fe)之外的其它元素，如硼(B)或硅(Si)的薄条带来提高焊接的容易程度，从而提高接合强度。另外，为了提高复合钢板的接合力和机械强度，可以采用很多第一和第二接合体层来进行缝焊，并可以在接合体上施加焊剂以改善焊接效果。
通过以下的实例可以更好地理解本发明。这些例子仅用于说明，而不构成对本发明的限制。
例1
接合体层置于6mm厚的作为基底金属的碳钢(SS400)与1.6mm厚的作为耐腐蚀材料的钛之间。在2kg/mm2的压制压力、15000-40000A的焊接电流、5-10小时的电阻焊时间和5-10小时的停机时间下，利用电阻焊接机将它们接合在一起，以获得复合钢板。通过本发明方法和常规方法制造的钛复合钢板的机械强度示于下表1。在表1中，发现本发明的产品具有比常规产品高的剪切强度。
表1
                                  钛复合钢板机械强度比较
制造方法  耐腐蚀金属 接合体1   接合体2     剪切强度(Kg/mm2)     拉伸强度(Kg/mm2)     屈服强度(Kg/mm2)
电阻缝焊(本发明)  Ti-Gr.2 非晶铁条带   镍条带     20.5     47.5     35.6
 Ti-Gr.2 非晶铁条带   不锈钢条带     19     47     35
 Ti-Gr.2 非晶铁条带   -     17.8     46.2     33
电阻缝焊(常规)  Ti-Gr2 铜网   镍条带     15.2     45     30
 Ti-Gr2 铁网   镍条带     15.2     45     30
 Ti-Gr2 不锈钢网   镍条带     16     47     32
轧压接合  Ti-Gr2 -   -     14.8     45     -
爆炸焊接  Ti-Gr2 -   -     15     45     -
国际标准JIS 0601  Ti-Gr2+SS400 -   -     ≥13.98     ≥39.18     -
电阻缝焊(本发明)  Ti-Gr.1 非晶铁条带   镍条带     18.4     40.0     30.5
 Ti-Gr.1 非晶铁条带   不锈钢条带     17.5     41.0     30.8
电阻缝焊(常规)  Ti-Gr.1 铜网   镍条带     14     39     27.3
 Ti-Gr.1 铁网   镍条带     14     39     27
 Ti-Gr.1 不锈钢网   镍条带     16     40     28
轧压接合  Ti-Gr.1 -   -     14.5     40     -
*基底金属SS400，6mm厚/钛，1.6mm厚
例2
通过本发明的方法和常规方法来制造复合钢板，并测量它们的机械强度。其中使用镍和镍合金作为耐腐蚀材料。从表2的结果中可以看出，通过本发明方法制造的钢板比只使用镍条带的常规钢板的焊接强度高。
表2
                          镍和镍合金复合钢板的机械强度比较
  制造方法   耐腐蚀金属 接合体1 接合体2     剪切强度(Kg/mm2)     拉伸强度(Kg/mm2)     屈服强度(Kg/mm2)
  电阻缝焊(本发明)   Ni200 非晶镍条带 镍条带     30     54     33
  Ni400 非晶镍条带 不锈钢条带     30     51     33
  C_276 非晶镍条带 镍条带     36     58     38.7
  Ni200 非晶镍条带 -     28.5     52.2     30.3
  Ni400 非晶镍条带 -     28.5     49.7     30.3
  C_276 非晶镍条带 -     33.7     57.3     36
  电阻缝焊(常规)   Ni200 - 镍条带     25.5     51     28.9
  Ni400 - 不锈钢条带     26     50     30
  C_276 - 镍条带     30     54     35.7
  国际标准ASTMA265     ≥14.06     ≥49.21     ≥28.12
*基底金属SS400，6mm厚/耐腐蚀金属，1.6mm厚
例3
通过本发明的方法和常规方法来制造复合钢板并测量它们的机械强度。其中使用锆、钽、铌作为耐腐蚀材料，其结果示于表3。从表3中可以看出，该复合钢板的强度与钛复合钢板的强度相似。因此，本发明的方法可以有效地接合这些耐腐蚀的金属。
表3
                            锆、钽、铌复合钢板的机械强度比较
  制造方法   耐腐蚀金属 接合体1 接合体2   剪切强度(Kg/mm2)   拉伸强度(Kg/mm2)   屈服强度(Kg/mm2)
  电阻缝焊(本发明)   Zr702 非晶铁条带 镍条带   20.2   47.1   31.2
  Ta 非晶铁条带 镍条带   12.4   40   35
  Nb 非晶铁条带 镍条带   12.4   40   35
  Zr702 非晶铁条带 -   18.0   45.2   27.8
  Ta 非晶铁条带 -   10.6   38.1   31.6
  Nb 非晶铁条带 -   10.6   38.1   31.6
  电阻缝焊(常规)   Zr702 铜网 镍条带   15.2   45   30
  Ta 铜网 镍条带   10.5   35   30
  Nb 铜网 镍条带   11   34   30
*基底金属SS400，6mm厚/耐腐蚀金属，1.0mm厚
如上面的例子所示，可以看出用本发明方法制造的复合钢板优于常规的复合钢板，并具有与其接合力直接相关的优良的剪切强度。
具有优良接合特性和强度的本发明的复合钢板可以大批量生产，并作为常规昂贵的耐腐蚀材料的替代产品。另外，在工作场所使用具有高强度的复合钢板，不但能够延长耐腐蚀设备的预期寿命，还能够减小在设备制备过程中伴随的材料消耗。因此，本发明的复合钢板具有比常规钢板更大的经济优势，并适用于不同的领域。
已采用示例的方式公开了本发明。应当理解，所使用的术语用于说明而不用于限制。根据上述教导可以对本发明进行很多修改和变换。因此应当理解，可以在附属权利要求的范围内实施本发明，而不限于以上的具体说明。

Claims (7)

1.一种制造耐腐蚀复合钢板的方法，其特征在于，将铁基非晶合金的薄条带或非晶镍条带作为第一接合体平头焊接到碳钢板的一侧或两侧，然后将耐腐蚀金属板缝焊到接合体上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将镍基的薄条带作为第二接合体平头焊接到作为第一接合体的铁基非晶合金的薄条带或非晶镍条带上。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，耐腐蚀金属板从下面的组中选择：钛、锆、钽、铌、镍以及它们的合金。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在第一接合体和第二接合体上施加焊剂。
5.一种复合钢板，它包括接合到碳钢板一侧或两侧的耐腐蚀金属板，其特征在于，作为碳钢板和耐腐蚀金属板之间的第一接合体，铁基非晶合金的薄条带或非晶镍条带被焊接。
6.如权利要求5所述的复合钢板，其特征在于，镍基的薄条带作为第二接合体被进一步焊接到作为第一接合体的铁基非晶合金的薄条带或非晶镍条带上。
7.如权利要求5或6所述的复合钢板，其特征在于，耐腐蚀金属板从下面的组中选择：钛、锆、钽、铌、镍以及它们的合金。
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