CN116252110A - 界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法。所述方法包括坯料准备、坯料表面处理、组坯、封焊、抽真空、封口、加热、轧制、冷却、分板、压平的工艺流程；组坯步骤：复合坯基坯的至少一个侧边处的封条开设有圆形通孔，在通孔中焊接外径为r的圆管；封焊步骤：在所述圆管周围预留出与圆管同心、半径为R＞r的孔洞；当所述圆管所在侧边的凹槽堆焊至熔深为2/3D、而其它侧边的凹槽堆焊至熔深为2/3D以上时，结束封焊步骤；封口步骤：在复合坯基坯完成抽真空步骤之后，将所述圆管用火焰枪加热、夹扁、而后折进预留的所述孔洞内；再用气保焊对所述孔洞进行满焊，将所述圆管封焊在所述孔洞内；继续堆焊直至所述凹槽被填满。

Description

界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法

技术领域

本发明属于钢铁材料制备技术领域，涉及一种界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法。

背景技术

桥梁钢不锈钢复合板具有不锈钢的耐腐蚀性以及桥梁钢的突出力学性能及价格优势，是钢铁材料的一个重要发展方向。目前，生产复合板的方法主要有爆炸法、扩散法、爆炸-轧制法、轧制法，爆炸法、扩散法因其污染大、能耗高，目前有逐渐被淘汰的趋势，轧制法因其效率高、成本低，成为了复合板生产的主流方法。

采用热轧法生产复合板的基本过程为钢坯准备、坯料表面处理、组坯、定型、封口、复合坯加热、轧制、冷却、分板、矫直。

其中，封口工艺的一种实施方式是：为将复合坯四周进行封焊并预留有孔洞，封焊后在孔洞处焊接一圆管，以便对复合坯进行抽真空或充惰性气体，之后将圆管加热、夹扁焊死。该种方式，圆管存在不能完全夹扁焊死的情况，并且在后续搬运、吊装、轧制等过程中圆管容易发生脱落，导致漏气，进而影响到复合板的界面结合质量。

封口工艺的另一种实施方式是：为将复合坯四周进行封焊并预留有孔洞，通过孔洞对复合坯进行抽真空或充惰性气体，之后简单地采用铝条进行封堵。这种方式，一方面铝条价格高昂，增加生产成本，另一方面，在后续搬运、吊装过程中铝条易因碰撞发生脱落，而在加热高温时铝条会融化，导致漏气，进而影响到复合板的界面结合质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供了一种界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，所述方法包括坯料准备、坯料表面处理、组坯、封焊、抽真空、封口、加热、轧制、冷却、分板、压平的工艺流程；其中，

组坯步骤：按照复材A和复材B在中间、基材A层叠在上方、基材B层叠在下方、封条包围在复材A和复材B的四侧边的方式进行组坯，并对封条和基材A之间、封条和基材B之间进行气保焊，以形成复合坯基坯；该复合坯基坯的四侧边具有由基材A、封条和基材B合围出的深度为D的凹槽，并且，复合坯基坯的一个侧边处的封条开设有圆形通孔，在通孔中焊接外径为r的圆管；

封焊步骤：对所述复合坯基坯的四侧边的所述凹槽，进行堆焊，并且在堆焊过程中，在所述圆管周围预留出与圆管同心、半径为R＞r的孔洞；当所述圆管所在侧边的凹槽堆焊至熔深为2/3D、而其它侧边的凹槽堆焊至熔深为2/3D以上时，结束封焊步骤；

封口步骤：在复合坯基坯完成抽真空步骤之后，将所述圆管用火焰枪加热、夹扁、而后折进预留的所述孔洞内；再用气保焊对所述孔洞进行满焊，将所述圆管封焊在所述孔洞内；接下来，继续堆焊直至所述凹槽被填满，最后进行盖面焊，得到复合坯。

优选地，在封焊步骤中，当所述圆管所在侧边的凹槽堆焊至熔深为2/3D、而其它侧边的凹槽堆焊至熔深为D时，结束封焊步骤。

优选地，在堆焊过程中，按照上边沿和下边沿在先、中间区域在后的方式进行多层多道焊，每层焊接4道次以上，道间温度为140～160℃，焊接总层数为6～8层，层间温度为150～250℃。

优选地，在组坯步骤中，气保焊时的焊接电流为220～240A，焊接电压为28～32V，焊接速度为300～360mm/min，道间温度控制在140～160℃。

优选地，在组坯步骤中，进行气保焊之前用火焰枪对基材A和基材B分别进行预热烘烤，烘烤温度为150～250℃。

优选地，在组坯步骤中，所述通孔开设在复合坯基坯的一个短侧边处的封条上，并且所述通孔以该封条的长度1/3、宽度1/2的位置为中心；

所述圆管的端面与该封条的内表面齐平。

优选地，在组坯步骤中，封条的外表面的上边沿和下边沿均开设坡口，且坡口角度为10～20°。

优选地，加热步骤：对所得复合坯采用预热、一加热、二加热和均热的四段式加热，预热温度950～1000℃，停留时间为0.3t min/mm，一加热温度1050～1100℃，二加热温度1120～1180℃，均热温度1150～1200℃，一加热、二加热和均热的总停留时间为1.5t min/mm+20～40min，t为复合坯厚度。

优选地，轧制步骤：复合坯出加热炉之后先进行高压水除鳞，然后进行轧制；轧制期间，第1道次开始采用横向轧制，直至第n道次将复合坯料轧制到宽度为Wt+0～40mm，其中Wt为复合板大板的目标宽度，至此的总压下率≥30％；第n+1道次开始采用纵向轧制，第n+1道次轧制压下率≥20％；轧至中间坯厚度为复合板大板的目标厚度的2.5～3.5倍时开始进行待温，当中间坯的表面温度降低至880℃以下时，恢复轧制直至轧制结束，终轧温度为T_r±20℃，整个轧制过程的总压下率≥75％；

该公式中的元素符号表示基材中各元素的质量百分比的100倍。

优选地，冷却步骤：复合板大板进入超快速冷却系统进行，开冷温度为T_c－30℃～T_c+30℃，冷却速度为5～8℃/s，终冷温度为T_f－40℃～T_f+40℃；之后，复合板大板放置于温度为T_f－150℃～T_f+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；堆冷结束后，将复合板大板上冷床自然冷却至室温；

其中，T_c＝750+29Si－20Mn+17Cr－17Ni，T_f＝550+30Si－20Mn+15Cr－15Ni+10Mo，公式中的元素符号表示基材中各元素的质量百分比的100倍。

优选地，压平步骤：将分板步骤所得的单面复合板小板的复层朝上置于压平机上进行压平，其中：当横向压平时，控制压平机的压平力F1＝ν×a×b×c_横×σ_横/(d×(ν－c_横/a))；当纵向压平时，控制压平机的压平力F2＝a×b×c纵×σ_纵/(d+c_纵)；其中，a为复合板小板的宽度，单位为mm，b为复合板小板的厚度，单位为mm，c_横为复合板小板在横向上的每米不平度，单位为mm，c_纵为复合板小板在纵向上的每米不平度，单位为mm，d为压平机的工作距离，σ_横为复合板小板在横向上的拉伸屈服强度，σ_纵为复合板小板在纵向上的拉伸屈服强度，ν为泊松比。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：组坯、封焊、封口步骤，在焊缝处预留通孔，增加了圆管的处置空间，降低了对封焊的难度，提高了封焊效率，避免了封口漏气，防止圆管因碰撞而脱落，进而整体上保证了复合坯的密封性，由此，使得在轧制时不会发生开裂、漏气现象；进而，所制备得到的复合板的界面结合优异，且降低了生产成本。

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是本发明中的坯料准备步骤中的钢坯的截面示意图；

图2是本发明中的封焊步骤之后、封口步骤之前的复合坯基坯的截面示意图，该截面过圆管中心轴并且垂直于复合坯基坯的宽度方向；

图3是图2中虚框内的局部放大图；

图4是本发明中的封焊步骤之后、封口步骤之前的复合坯基坯的再一截面示意图，该截面垂直于过圆管中心轴并且垂直于复合坯基坯的厚度方向；

图5是本发明的制备方法所得复合板的截面示意图。

具体实施方式

参图1，本发明提供了一种不锈钢复合板的制备方法，其用于制备由碳钢基层和不锈钢复层构成的单面不锈钢复合板。该制备方法中所制得的复合坯，相较于现有技术，封口密封性良好、不会脱落，且节约成本，在轧制时不会发生开裂、漏气现象；进而，使得所制备得到的复合板的界面结合优异。

具体的，本发明的所述制备方法，包括坯料准备、坯料表面处理、组坯、封焊、抽真空、封口、加热、轧制、冷却、分板、压平的工艺流程。也即，本发明通过坯料准备、坯料表面处理、组坯、封焊、抽真空、封口、加热、轧制、冷却、分板、压平的工艺路线制备得到单面不锈钢复合板。下面对各个步骤的优选实施方式进行逐一介绍。

<坯料准备步骤>

该步骤中，准备厚度T1、长度L1、宽度W1的两块碳钢钢坯，作为基材，区别称为基材A、基材B；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，区别称为复材A、复材B。

优选地，L2＜L1，W2＜W1，复材的长宽尺寸都小于基材的长宽尺寸。再优选地，L1≥2500mm，W2≥1600mm，T1≥60mm；L1－L2取值范围为100～140mm，W1－W2取值范围也为100～140mm。

<坯料表面处理步骤>

该步骤大致包括表面修磨处理和涂覆隔离剂两个子步骤。

其中，在表面修磨处理中，对每块基材和每块复材的待复合表面进行磨抛，以去除表面氧化皮，露出金属光泽。经过该表面修磨处理之后，所述的待复合表面的粗糙度Ra＜5μm。如此，可以保证复合板的界面结合质量，避免因表面氧化皮而造成的界面结合差。

此处，所述的“待复合表面”，指的是在形成复合板时基材和复材需要界面结合的表面。

参图1所示，例如，基材11(即基材A)的表面p1与复材21(即复材A)的表面p3在后续步骤中需要界面结合，基材12(即基材B)的表面p2与复材22(即复材B)的表面p4在后续步骤中需要界面结合，因此，表面p1、表面p2、表面p3、表面p4均为所述的“待复合表面”。

在该表面修磨处理中，针对表面p1、表面p2，分别采用砂轮机、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。针对表面p3、表面p4，分别采用钢丝轮进行磨抛，以去除表面氧化皮，露出金属光泽。经过该表面修磨处理之后，表面p1、表面p2、表面p3、表面p4的粗糙度Ra＜5μm。

可以理解，经过该表面修磨处理之后，每块基材和每块复材均为等厚坯。

此处只说明了对每块基材和每块复材的待复合表面进行表面修磨处理，而需要说明的是，还可以进一步对各个基材、复材的其它表面进行表面修磨处理，尽管这种额外的其它表面的修磨处理并不是实现本发明技术效果所必须的、但却可能是更优的。

进一步地，在涂覆隔离剂中，在至少一块复材的非待复合表面上涂刷隔离剂。具体地，可以在每块复材的非待复合表面上涂刷隔离剂，也可以选择两块复材中的一块进行涂刷隔离剂。如此，通过隔离剂来避免两块复材后续在复合坯轧制步骤中发生结合而导致最终难以分板。

此处，与前文所述的“待复合表面”相对应的，所述的“非待复合表面”，指的是在形成复合板时不需要界面结合的表面。例如，复材21(即复材A)的表面p5、复材22(即复材B)的表面p6均为所述的“非待复合表面”。

所述隔离剂的第一种实施方式为：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。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，两块复材之间的隔离剂30(参图2)的总量为20ymg/m²，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。

所述隔离剂的第二种实施方式为：成分按重量比为25～35％的氮化硅

+5～10％的热固性氨基树脂+55～70％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，两块复材之间的隔离剂30(参图2)的总量按照厚度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2和图3中，为了便于理解和说明，将两块复材之间的隔离剂30进行了厚度尺寸放大示意，也即图中示意的隔离剂30厚度相对于基材厚度、复材厚度以及后文提到的封条宽度的比例进行了放大。

以上，对于隔离剂的第一种实施方式、第二种实施方式，若在表面p5和表面p6均涂刷隔离剂，则表面p5和表面p6的各自涂刷隔离剂的量可以为总量的一半，若只在表面p5和表面p6的其中之一涂刷隔离剂，则按照总量进行涂刷。

<组坯步骤>

该步骤中，按照复材21和复材22在中间、基材11层叠在上方、基材12层叠在下方、封条包围在复材21和复材22的四侧边的方式进行组坯，并对封条(可参图2的标号40)和基材11之间、封条和基材12之间进行气保焊，以形成复合坯基坯。

其中，参图2，基材11、复材21、复材22、基材12、封条40整体上布置为：基材11、复材21、复材22、基材12自上而下依次层叠，封条40包裹在复材21、复材22的四侧边。

在一实施方式中，可以先将基材11、复材21、复材22、基材12层叠好，而后再将封条40包裹在复材21、复材22的四侧边，最后对封条40上边沿和基材11的表面p1进行气保焊、封条40下边沿和基材12的表面p2进行气保焊。当然，在一变化实施方式中，也可以先对封条40下边沿和基材12的表面p2进行气保焊，封条40在基材12的表面p2上形成一个四边形围框，而后再依次将复材22、复材21至于所述的围框内，再将基材11盖住复材21以及所述的围框，最后对封条40上边沿和基材11的表面p1进行气保焊。而，在再一变化实施方式中，也可以对封条40上边沿和基材11的表面p1进行气保焊，而后将基材12、复材22、复材21由下往上依次层叠，再将组合在一起的封条40和基材11罩在复材21和复材22上方及四周，最后对封条40下边沿和基材12的表面p2进行气保焊。这些实施方式均未脱离本发明的记忆宗旨。

优选地，气保焊时的焊接电流为220～240A，焊接电压为28～32V，焊接速度为300～360mm/min，道间温度控制在140～160℃。

另外，进行气保焊之前优选用火焰枪对基材11和基材12分别进行预热烘烤，烘烤温度为150～250℃。

再优选地，封条40的外表面的上边沿和下边沿均开设坡口，且坡口角度为10～20°，坡口垂直深度为10～15mm。此处，所述的“封条40的外表面”，指的是封条40背离复材21和复材22的表面。换一个角度讲，也即封条40的一个表面的上边沿和下边沿均开设坡口，在组坯步骤中，按照封条40的开坡口的该“一个表面”朝外的方式，对封条40和基材11、基材12、复材22、复材21进行组合。通过开坡口，不仅避免了对封条的内侧点焊工序，避免因多道次焊接对基材产生的热影响，也方便后续封焊坡口，保证牢固度。

参图3，封条40的外表面的上边沿处的坡口角度α1、下边沿处的坡口角度α2分别为10～20°，二者可以相同也可以不同。

另外，关于封条40的尺寸，在复合坯基坯的长侧边处，封条40的长度L31为复材21/复材22的长度L2，而在复合坯基坯的短侧边处，封条40的长度L32为复材21/复材22的宽度W2；封条40的宽度W3为复材21和复材22的厚度之和或者比复材21和复材22的厚度之和大约略小2mm以内，厚度T3为10～15mm。优选地，复合坯基坯的四侧边的封条40的宽度W3相同、厚度T3也相同。当然，不限于此。在此需要说明的是，如前文所提，为了便于理解和说明，在附图2中将隔离剂30进行了厚度尺寸放大示意，相应的，在附图2和图3中示出的封条40宽度展示为比两块复材厚度之和大，但这仅仅是因为隔离剂30厚度尺寸被放大示意所导致，在实际上，封条40的宽度W3为复材21和复材22的厚度之和或者比复材21和复材22的厚度之和大约略小2mm以内。

进一步地，所得的复合坯基坯的四侧边具有由基材11、封条40和基材12合围出的深度为D的凹槽。

在一优选实施方式中，D的取值范围在40～60mm。可以理解的，该深度D取决于复材和基材的长宽尺寸差、以及封条40的厚度。通过该深度D的控制，不仅可有效避免复合坯轧制时发生焊缝开裂，而且可避免后续封焊时的熔深较深而形成焊接热裂纹，进而影响复合坯的封焊质量。

优选地，复合坯基坯的四侧边的凹槽的深度优选地设置为相同，在组坯时，复材相对于基材居中放置，复材横向(即宽度方向)上的两侧边(即长边)到基材的相应两侧边(即长边)的距离相等，复材纵向(即长度方向)上的两侧边(即短边)到基材的相应两侧边(即短边)的距离也相等。

例如，复合坯基坯的长侧边的凹槽深度D＝(W1－W2－2T3)/2，短侧边的凹槽深度D＝(L1－L2－2T3)/2。

进一步地，复合坯基坯的一个侧边处的封条开设有圆形通孔，该组坯步骤中，在通孔中焊接外径为r的圆管60。

其中，所述的通孔可以在形成封条30和基材11、基材12进行气保焊之前就加工而出，也可以在气保焊完成、形成复合坯基坯之后再加工而出。这些都未脱离本申请的技艺宗旨。

优选地，所述通孔的孔径与所述圆管60的外径一致，均为r。

再优选地，参图4所示，所述通孔开设在复合坯基坯的一个短侧边处的封条40上，并且所述通孔以该封条40的长度1/3(即L32的1/3)、宽度1/2(即W3的1/2)的位置为中心；参图3，所述圆管60的端面与该封条40的内表面p7齐平。

优选地，圆管60的长度的取值范围为T3+2D～T3+2D+R。

<封焊步骤>

在该封焊步骤中，对所述复合坯基坯的四侧边的所述凹槽，进行堆焊，具体采用埋弧堆焊。

并且在堆焊过程中，参图3，在所述圆管60周围预留出与圆管60同心、半径为R＞r的孔洞51；当所述圆管60所在侧边的凹槽堆焊至熔深为2/3D、而其它侧边的凹槽堆焊至熔深为2/3D以上时，结束封焊步骤。可以理解的，在封条40所构成的围框外部，通过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50。

更优选地，当所述圆管60所在侧边的凹槽堆焊至熔深为2/3D、而其它三侧边的凹槽堆焊至熔深为D时，结束封焊步骤。如此，其它三侧边的熔深为D，使得凹槽被堆焊填充完成。

进一步地，在堆焊过程中，按照上边沿和下边沿在先、中间区域在后的方式进行多层多道焊，不仅能够使焊接过程中产生的热量进行充分扩散，也避免了焊穿封条；每层焊接4道次以上，道间温度为140～160℃，焊接总层数为6～8层，层间温度为150～250℃，不仅有效提高焊接接头强度，而且减少焊接对基材和复材组织性能的影响。

另外，在堆焊之前，对所用焊剂进行预先烘烤、保温备用，烘烤温度为300～350℃，烘烤时间为90～120min，保温温度为100～150℃。

优选地，堆焊过程中，焊接电流为550～650A，焊接电压为28～32V，焊接速度为400～500mm/min。

<抽真空步骤>

采用真空泵通过圆管60对复合坯基坯抽真空，真空度≤10^-2Pa，之后保压4h以上，优选为5～8h。

<封口步骤>

该封口步骤中，将所述圆管60用火焰枪加热、夹扁、而后折进预留的所述孔洞51内；再用气保焊对所述孔洞进行满焊，将所述圆管封焊在所述孔洞51内；接下来，继续堆焊直至圆管60所在侧边的所述凹槽被填满(也即将该侧的凹槽由封焊步骤中的熔深2/3D，焊接至熔深D)，最后进行盖面焊，得到复合坯。

如此，通过本发明的组坯、封焊、封口步骤，在焊缝处预留通孔51，增加了圆管60的处置空间，降低了对封焊的难度，提高了封焊效率，避免了封口漏气，防止圆管60因碰撞而脱落，进而整体上保证了复合坯的密封性，由此，使得在轧制时不会发生开裂、漏气现象；进而，所制备得到的复合板的界面结合优异，且降低了生产成本。

<加热步骤>

对所得复合坯采用预热、一加热、二加热和均热的四段式加热，预热温度950～1000℃，停留时间为0.3t min/mm，一加热温度1050～1100℃，二加热温度1120～1180℃，均热温度1150～1200℃，一加热、二加热和均热的总停留时间为1.5t min/mm+20～40min，t为复合坯厚度。

<轧制步骤>

复合坯出加热炉之后先进行高压水除鳞，然后进行轧制。

轧制期间，第1道次开始采用横向轧制，直至第n道次将复合坯料轧制到宽度为Wt+0～40mm，其中Wt为复合板大板的目标宽度，至此的总压下率≥30％；第n+1道次开始采用纵向轧制，第n+1道次轧制压下率≥20％；轧至中间坯厚度为复合板大板的目标厚度的2.5～3.5倍时开始进行待温，当中间坯的表面温度降低至880℃以下时，恢复轧制直至轧制结束，终轧温度为T_r±20℃，整个轧制过程的总压下率≥75％；

该公式中的元素符号表示基材中各元素的质量百分比的100倍。

<冷却步骤>

复合板大板进入超快速冷却系统进行，开冷温度为T_c－30℃～T_c+30℃，冷却速度为5～8℃/s，终冷温度为T_f－40℃～T_f+40℃；之后，复合板大板放置于温度为T_f－150℃～T_f+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；堆冷结束后，将复合板大板上冷床自然冷却至室温。

其中，T_c＝750+29Si－20Mn+17Cr－17Ni，T_f＝550+30Si－20Mn+15Cr－15Ni+10Mo，公式中的元素符号表示基材中各元素的质量百分比的100倍。

<分板步骤>

对空冷至室温的复合板大板，采用等离子切割机将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，如此实现分板。

关于“封条之外的部分”，即经前面的轧制步骤之后，由前文所提到的复合坯中的封条60及填充层50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，复合板大板自动分离成上下两张复合板小板。

参看图5，示出了对应的两张单面复合板小板(也即最终不锈钢复合板)。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。

<压平步骤>

将分板步骤所得的单面复合板小板的复层朝上置于压平机上进行压平，其中：当横向压平时，控制压平机的压平力F1＝ν×a×b×c_横×σ_横/(d×(ν－c_横/a))；当纵向压平时，控制压平机的压平力F2＝a×b×c纵×σ_纵/(d+c_纵)；其中，a为复合板小板的宽度，单位为mm，b为复合板小板的厚度，单位为mm，c_横为复合板小板在横向上的每米不平度，单位为mm，c_纵为复合板小板在纵向上的每米不平度，单位为mm，d为压平机的工作距离，σ_横为复合板小板在横向上的拉伸屈服强度，σ_纵为复合板小板在纵向上的拉伸屈服强度，ν为泊松比。

如此，本发明的进一步优选地实施方式中，通过所述的加热、轧制、冷却和压平步骤，在实现本发明的界面结合优异的效果基础上，进一步地，可以相较于现有技术改善所得不锈钢复合板的综合性能，尤其是板形，具体包括：一方面，通过加热参数控制、轧制控制以及冷却控制，尤其是冷速控制和堆冷，可在保证复合板性能的基础下，使复合板整板厚度方向温度均匀，避免出现基材温度低、复材温度高的情况，以使得基材与复材保持相差不大的膨胀量，进而保证复合板板形；再一方面，通过调节压平力和压平方向，可获得较好的板形；另一方面，加热工艺可保证复合坯能够被充分加热，降低轧制时的变形抗力，轧制工艺不仅能降低展宽时的变形抗力，而且复材和基材能实现良好的冶金结合，可进一步提升界面结合强度。

下面，提供一具体地实施例，该实施例采用了本发明一优选实施方式的制备方法制备不锈钢复合板，具体步骤如下。

<坯料准备步骤>

选用两块Q370qE开坯料作为基材，其化学成分以质量百分比计为：C：0.10％、Si：0.20％、Mn：1.50％、Cr：0.20％、Ni：0.10％、Nb：0.02％、Ti：0.02％、Al：0.04％，其余为Fe和不可避免的杂质。

两块基材的尺寸相同，长度L1＝2600mm，宽度W1＝1600mm，厚度T1＝100mm。

选用两块316L不锈钢作为复材，长度L2＝2480mm，宽度W2＝1480mm，厚度T2＝15mm。

<坯料表面处理步骤>

对每块基材的待复合表面进行磨抛，以去除表面氧化皮，露出金属光泽；经磨抛之后，每块基材的待复合表面的粗糙度为3μm。

对每块复材的全部表面进行磨抛，以去除表面氧化皮，露出金属光泽；经磨抛之后，每块基材的待复合表面的粗糙度为3μm。

在一块复材(下文称复材B，另一块复材称复材A)的非待复合表面涂刷0.3mm厚的隔离剂。所用隔离剂为：成分按重量比为25～35％的氮化硅+5～10％的热固性氨基树脂+55～70％的水。该隔离剂的配置方法为：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。

在完成隔离剂涂刷之后，将复材B在150℃下进行烘干，烘干时间为30min。

<组坯步骤>

准备与基材相同材质的四根封条，其中：两根长封条的尺寸为长度L31＝2480mm、宽度W3＝30mm、厚度T3＝10mm；两根短封条的尺寸为长度L32＝1480mm、宽度W3＝30mm、厚度T3＝10mm。

将四根封条的端部沿外侧点焊接成矩形围框，封条的外表面的上边沿和下边沿均开坡口，坡口垂直深度为12mm，坡口角度为10°。

用火焰枪对一块基材(下文称基材A)以及封条分别进行预热烘烤，烘烤温度为150℃。

烘烤之后，沿着封条的坡口将所述的围框与基材A的待复合表面进行一道气保焊焊接，焊接电流为220A，焊接电压为28V，焊接速度为300mm/min，道间温度为140～160℃。

然后，按照基材B的待复合表面朝上、复材B的涂刷隔离剂面朝上、所述围框朝下并包围复材A和复材B的方式，将基材B、复材B、复材A、基材A+所述围框自下而上依次叠放，复材B和复材A相对于基材A和基材B居中布置。

用火焰枪对基材B以及封条分别进行预热烘烤，烘烤温度为150℃，然后沿着封条的坡口将所述的围框与基材B的待复合表面进行气保焊。

在短封条上，以其长度1/3、宽度1/2的位置为中心开一个直径10mm的通孔；在该通孔中密封焊接一根直径10mm、长度120mm的圆管。

<封焊步骤>

复合坯基坯的四侧边分别具有深度D为50mm的凹槽，对所述凹槽进行堆焊；堆焊前先对焊剂进行烘烤，烘烤温度为300℃，烘烤时间为90min，然后进行保温，保温温度为100℃；焊接时电流为550A，焊接电压为28V，焊接速度为400mm/min；堆焊时，按照上边沿和下边沿在先、中间区域在后的方式进行多层多道焊，每层焊接5道次，道间温度为140～160℃，焊接总层数为8层，层间温度为200℃。

对于复合坯基坯的两长侧边以及未设置所述圆管的一短侧边，堆焊至熔深为50mm。而对设置有所述圆管的一短侧边，堆焊至熔深为35mm时，结束堆焊；并且期间，每道次焊接至所述圆管附近时，在所述圆管周围预留出与圆管同心、半径为12mm的孔洞。至此结束封焊步骤而进入下一步骤。

<抽真空步骤>

采用真空泵通过圆管对复合坯基坯抽真空，至真空度≤10^-2Pa时，保压5h。

<封口步骤>

将所述圆管用火焰枪加热、夹扁、而后折进预留的所述孔洞内；再用气保焊对所述孔洞进行满焊，将所述圆管封焊在所述孔洞内；接下来，继续堆焊直至圆管所在侧边的熔深为50mm，最后进行盖面焊，得到复合坯。

<加热步骤>

焊缝缓冷至室温后，将复合坯送入加热炉，采用预热、一加热、二加热和均热的四段式加热，预热温度950℃，停留时间为70min，一加热温度1050℃，二加热温度1150℃，均热温度1200℃，一加热、二加热和均热的总停留时间为370min。

<轧制步骤>

复合坯出加热炉之后先进行高压水除鳞，然后进行轧制。

轧制期间，第1道次开始采用横向轧制，直至将复合坯料轧制到宽度为2000mm，至此的总压下率35％；接下来开始采用纵向轧制，首道次轧制压下率25％；轧至中间坯厚度为120mm时开始进行待温，当中间坯的表面温度降低至850℃时，恢复轧制直至轧制结束，终轧温度为825℃；所得复合板大板厚度为46mm，整个轧制过程的总压下率80％。

<冷却步骤>

轧制后的复合板大板进入矫直机进行矫直，之后进入超快速冷却系统进行，开冷温度为710℃，冷却速度为6℃/s，终冷温度为480℃。

出水后的复合板大板直接进入矫直机进行矫直，矫直后，复合板大板放置于温度为600℃的两块钢板之间进行堆冷，钢板的长度为2700mm、宽度为1650mm、厚度为25mm，堆冷时间为15min；堆冷结束后，将复合板大板上冷床自然冷却至室温。

<分板步骤>

对空冷至室温的复合板大板，采用等离子切割机将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，如此实现分板。

<压平步骤>

将分板步骤所得的单面复合板小板的复层朝上置于压平机上进行压平，其中：当横向压平时，控制压平机的压平力251KN；当纵向压平时，控制压平机的压平力316KN。

最后再用冷矫直机进行补充矫直，得到总厚度23mm、基层厚度20mm、复层厚度3mm的单面不锈钢复合板。

对不锈钢复合板进行性能检测，界面结合强度为393MPa，横纵向不平度为3mm/m，横向拉伸抗拉强度为553MPa、屈服强度为449MPa，纵向拉伸抗拉强度为551MPa、屈服强度为437MPa，-40℃纵向冲击功为313J、319J、315J，复层晶间腐蚀无裂纹，复合板整体冷弯性能合格。

综上所述，本发明一优选实施方式的制备方法，相较于现有技术具有以下

有益效果：

1)封口密封性良好、不会脱落，且节约成本，在轧制时不会发生开

裂、漏气现象，进而，使得所制备得到的复合板的界面结合优异；

2)通过加热参数控制、轧制控制、冷却控制，尤其是冷速控制和堆

冷，可在保证复合板性能的基础下，使复合板整板厚度方向温度均匀，避免出现基材温度低、复材温度高的情况，以使得基材与复材保持相差不大的膨胀量，进而保证复合板板形；

3)通过调节压平力和压平方向，可获得较好的板形；

4)加热工艺可保证复合坯能够被充分加热，降低轧制时的变形抗力，轧制工艺不仅能降低展宽时的变形抗力，而且复材和基材能实现良好的冶金结合，可进一步提升界面结合强度；

5)隔离剂的具有良好的化学稳定性，且耐高温、耐热冲击，且高温下可生成保护膜防止钢板表面氧化，保证复合板的表面质量；且粘结作用强，不仅价格低廉，而且隔离和附着效果较好，避免因轧制而导致非复合界面意外结合。

Claims (11)

1.一种界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，所述方法包括坯料准备、坯料表面处理、组坯、封焊、抽真空、封口、加热、轧制、冷却、分板、压平的工艺流程；其中，

组坯步骤：按照复材A和复材B在中间、基材A层叠在上方、基材B层叠在下方、封条包围在复材A和复材B的四侧边的方式进行组坯，并对封条和基材A之间、封条和基材B之间进行气保焊，以形成复合坯基坯；该复合坯基坯的四侧边具有由基材A、封条和基材B合围出的深度为D的凹槽，并且，复合坯基坯的一个侧边处的封条开设有圆形通孔，在通孔中焊接外径为r的圆管；

封焊步骤：对所述复合坯基坯的四侧边的所述凹槽，进行堆焊，并且在堆焊过程中，在所述圆管周围预留出与圆管同心、半径为R＞r的孔洞；当所述圆管所在侧边的凹槽堆焊至熔深为2/3D、而其它侧边的凹槽堆焊至熔深为2/3D以上时，结束封焊步骤；

封口步骤：在复合坯基坯完成抽真空步骤之后，将所述圆管用火焰枪加热、夹扁、而后折进预留的所述孔洞内；再用气保焊对所述孔洞进行满焊，将所述圆管封焊在所述孔洞内；接下来，继续堆焊直至所述凹槽被填满，最后进行盖面焊，得到复合坯。

2.根据权利要求1所述的界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，在封焊步骤中，当所述圆管所在侧边的凹槽堆焊至熔深为2/3D、而其它侧边的凹槽堆焊至熔深为D时，结束封焊步骤。

3.根据权利要求1所述的界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，在堆焊过程中，按照上边沿和下边沿在先、中间区域在后的方式进行多层多道焊，每层焊接4道次以上，道间温度为140～160℃，焊接总层数为6～8层，层间温度为150～250℃。

4.根据权利要求1所述的界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，在组坯步骤中，气保焊时的焊接电流为220～240A，焊接电压为28～32V，焊接速度为300～360mm/min，道间温度控制在140～160℃。

5.根据权利要求1所述的界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，在组坯步骤中，进行气保焊之前用火焰枪对基材A和基材B分别进行预热烘烤，烘烤温度为150～250℃。

6.根据权利要求1所述的界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，在组坯步骤中，所述通孔开设在复合坯基坯的一个短侧边处的封条上，并且所述通孔以该封条的长度1/3、宽度1/2的位置为中心；

所述圆管的端面与该封条的内表面齐平。

7.根据权利要求1所述的界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，在组坯步骤中，封条的外表面的上边沿和下边沿均开设坡口，且坡口角度为10～20°。

8.根据权利要求1所述的界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，加热步骤：对所得复合坯采用预热、一加热、二加热和均热的四段式加热，预热温度950～1000℃，停留时间为0.3t min/mm，一加热温度1050～1100℃，二加热温度1120～1180℃，均热温度1150～1200℃，一加热、二加热和均热的总停留时间为1.5t min/mm+20～40min，t为复合坯厚度。

9.根据权利要求1所述的界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，轧制步骤：复合坯出加热炉之后先进行高压水除鳞，然后进行轧制；轧制期间，第1道次开始采用横向轧制，直至第n道次将复合坯料轧制到宽度为Wt+0～40mm，其中Wt为复合板大板的目标宽度，至此的总压下率≥

30％；第n+1道次开始采用纵向轧制，第n+1道次轧制压下率≥20％；轧至中间坯厚度为复合板大板的目标厚度的2.5～3.5倍时开始进行待温，当中间坯的表面温度降低至880℃以下时，恢复轧制直至轧制结束，终轧温度为T_r±

20℃，整个轧制过程的总压下率≥75％；T_r＝855－150C+45Si－

15Ni+31Mo+106Nb+100Ti+70Al，该公式中的元素符号表示基材中各元素的质量百分比的100倍。

10.根据权利要求1所述的界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，冷却步骤：复合板大板进入超快速冷却系统进行，开冷温度为T_c－30℃～T_c+30℃，冷却速度为5～8℃/s，终冷温度为T_f－40℃～T_f+40℃；之后，复合板大板放置于温度为T_f－150℃～T_f+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；堆冷结束后，将复合板大板上冷床自然冷却至室温；

其中，T_c＝750+29Si－20Mn+17Cr－17Ni，T_f＝550+30Si－20Mn+15Cr－

15Ni+10Mo，公式中的元素符号表示基材中各元素的质量百分比的100倍。

11.根据权利要求1所述的界面结合优异的不锈钢复合板的制备方法，其特征在于，压平步骤：将分板步骤所得的单面复合板小板的复层朝上置于压平机上进行压平，其中：当横向压平时，控制压平机的压平力F1＝ν×a×b×c_横×σ_横/(d×(ν－c_横/a))；当纵向压平时，控制压平机的压平力F2＝a×b×c纵×σ_纵/(d+c_纵)；其中，a为复合板小板的宽度，单位为mm，b为复合板小板的厚度，单位为mm，c_横为复合板小板在横向上的每米不平度，单位为mm，c_纵为复合板小板在纵向上的每米不平度，单位为mm，d为压平机的工作距离，σ_横为复合板小板在横向上的拉伸屈服强度，σ_纵为复合板小板在纵向上的拉伸屈服强度，ν为泊松比。

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