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1. WO2020134675 - CORROSION-RESISTANT MARINE COMPOSITE STEEL PLATE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR

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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107   0108   0109   0110   0111   0112   0113   0114   0115   0116   0117   0118   0119   0120   0121   0122   0123   0124   0125  

权利要求书

1   2   3   4   5   6  

附图

1   2  

说明书

发明名称 : 一种耐蚀船用复合钢板及其制造方法

技术领域

[0001]
本发明属于耐蚀复合钢板生产技术领域,特别涉及一种耐蚀船用复合钢板及其制造方法。

背景技术

[0002]
在介质环境恶劣的条件下,比如氯离子含量高的海水,介质组分复杂的烟气管道,带温带压的石油天然气管道,以及运输化学品的容器等,需要选用耐蚀性能优异的不锈钢材料。双相不锈钢,由于铬、钼、氮含量高,点蚀当量高,而且屈服强度是普通奥氏体不锈钢的2~3倍,因此适合应用于对结构强度与耐蚀性有要求的材料。但是双相不锈钢因Ni、Mo等合金含量较高以及工艺生产难度较大,使用成本较高。
[0003]
采用复合钢板设计思路,可以通过材料设计,以基层碳钢为主保证结构强度与韧性,可实现不同强度与韧性的需求;以不锈钢覆层实现材料的耐蚀性能。因此,复合钢板可同时实现两种材料的优势性能。并且通过复合钢板的设计,可以提供更大规格的复合钢板,减少钢板拼接的焊缝,降低了焊缝过程中局部失效带入的风险。另外,由于采用了复合钢板设计,原来需要碳钢与不锈钢对接的焊缝则变成了碳钢与复合钢板碳钢的的焊缝,或者是碳钢与复合钢板整体的焊接,熔焊的主要仍是碳钢材料,不仅成本能够降低,焊接质量控制也更加容易。生产效率可以得到提升。
[0004]
中国专利CN107379671A公开了一种2205双相不锈钢复合钢板的爆炸复合后再轧制的制造方法。中国专利CN105772507A公开了一种碳钢与双相不锈钢复合钢板的生产方法,采用的是真空轧制方法,且采用的是封边后内部形成一单一封闭系统。中国专利CN108246825A公开了一种TMCP船用双相不锈钢复合钢板的制备方法。采用的与中国专利CN105772507A相近的真空组坯工艺,所不同的是采用的为真空电子束组坯工艺。两者均形成一个单一的真空系统,只要个别地方焊缝出现失效就 会造成整块复合坯结合强度降低,或者造成结合的失效。
[0005]
发明内容
[0006]
本发明的目的在于提供一种耐蚀船用复合钢板及其制造法,在获得良好的结构强度与优异的耐蚀性能同时实现结构减重;而且,该复合钢板为轧制复合钢板,能够实现原子间的冶金结合,从而使得覆层与基层之间具有很好的结合力。
[0007]
为达到上述目的,本发明的技术方案是;
[0008]
本发明提出了双屏障真空组坯法进行轧制复合钢板的生产,该方法尤其适用于材料成本较高、复合质量要求高的复合钢板的生产。
[0009]
具体的,本发明提供的耐蚀船用复合钢板,其为两层结构,其中,一层为双相不锈钢,一层为船舶用碳钢;
[0010]
本发明所述双相不锈钢的成分重量百分比为:C≤0.03%,Mn≤2.00%,Si≤1.00%,Cr:21.0-23.0%,Ni:4.5-6.5%,Mo:2.5-3.5%,N:0.08-0.20%,P≤0.02%,S≤0.025%,余量为Fe以及不可避免的杂质;
[0011]
本发明所述船舶用碳钢的成分重量百分比为:0.03%≤C≤0.13%,Si≤0.50%,Mn:0.90-1.60%,P≤0.020%,S≤0.025%,Cu≤0.035%,Cr≤0.20%,Ni≤0.40%,Nb:0.02~0.05%,Ti≤0.02%,Mo≤0.08%,Al≥0.015%,余量为Fe以及不可避免杂质。
[0012]
本发明所述复合钢板的双相不锈钢与船舶用碳钢之间界面的剪切强度达到300MPa以上,粘结强度达到320MPa以上;复合钢板屈服强度达到450MPa以上,抗拉强度高于600MPa。
[0013]
本发明所述复合钢板中船舶用碳钢在≤-40℃温度下冲击韧性可达到120J以上。
[0014]
本发明所述的耐蚀船用复合钢板的制造方法,其包括如下步骤:
[0015]
1)根据复合钢板覆层与基层厚度配比的要求进行组合坯料的双相不锈钢与碳钢的厚度选择;碳钢选用连铸坯进行加热开坯至要求尺寸;将需要与双相不锈钢复合的碳钢表面清理至完全露出金属表面;双相不锈钢表面氧化皮与污染物清理干净;
[0016]
2)将清理后的碳钢面与清理后的双相不锈钢面直接叠合在一起,然后 进行真空封焊,真空度控制在0.001Pa以下,作为第一道的真空控制,形成上下两个独立的碳钢与双相不锈钢形成的真空坯,形成第一道真空屏障;然后双相不锈钢面与双相不锈钢面相向堆放,厚度方向对称堆放;双相不锈钢与双相不锈钢面之间涂刷分离剂用于隔离,叠合后,四周封焊后进行抽真空处理;真空度控制在0.01Pa以下,形成第二道真空屏障;并形成四层结构的复合坯;
[0017]
3)复合坯加热,加热温度控制在1050℃-1190℃;
[0018]
4)复合坯的轧制开轧温度为1040-1170℃,终轧温度为850-1020℃;
[0019]
5)轧制后直接采用压缩空气或水冷方式对叠合复合钢板进行冷却,开冷温度控制在830-1000℃之间,冷却速度为5℃/s-40℃/s,终冷温度为250-750℃;
[0020]
6)采用等离子切割轧制后的叠合复合钢板的头尾与边部,使叠合复合钢板分离成为上下对称的两组成品复合钢板。
[0021]
进一步地,制造方法还包括:采用回火热处理,回火温度为500-600℃,回火进行空冷处理。
[0022]
优选的,步骤4)中,道次压下率控制在10-25%。
[0023]
本发明的耐蚀船用复合钢板采用四层对称组坯轧制。上下两层为船舶用碳钢,中间两层为双相不锈钢。
[0024]
所述耐蚀船用复合钢板兼具强度高、耐腐蚀性优良、低温冲击韧性好等多种优势,除特别适用于船舶的建造外,也可适用于其它耐蚀性能要求较高的环境。
[0025]
本发明提出的耐蚀船用复合钢板,其具有一层双相不锈钢和一层碳钢层,所述双相不锈钢层与碳钢层之间通过轧制复合实现原子结合。
[0026]
在本发明所述复合钢板的所述船舶用碳钢层中,不可避免的杂质主要是S和P元素,其中可以控制P≤0.02%,S≤0.025%。
[0027]
本发明所述的耐蚀船用复合钢板的碳钢层中的各化学元素的设计原理为:
[0028]
C:C是奥氏体稳定化元素,在钢中起固溶强化的作用,可明显提高 钢的强度,但是C含量太高,对焊接性能和韧性不利,也更容易增加珠光体组织以及马奥岛等硬相组织,对钢的耐腐蚀性能有不利影响,因此,考虑到钢板的强韧性匹配以及对碳钢材料的可焊性要求,所述碳钢层中C含量控制为0.01~0.18%。
[0029]
Si:Si是脱氧元素;另外Si可溶于铁素体,起到固溶强化的作用,其仅次于碳、氮、磷而超过其它合金元素,因此,Si能够显著提高钢的强度和硬度。所述碳钢层中Si含量控制为0.10~0.5%。
[0030]
Mn:Mn可以推迟珠光体转变,降低临界冷却速度,提高钢的淬透性,同时对钢具有固溶强化作用,是钢中的主要固溶强化元素。但Mn含量太高容易出现偏析带以及马氏体组织,对钢的韧性有不利影响,同时偏析带的出现对钢的耐腐蚀性能也会有所降低。所述碳钢层中Mn含量控制为0.90~1.60%。
[0031]
Nb:Nb是微合金钢中重要的添加元素。Nb与氮、碳易形成氮化铌,碳氮化铌以及碳化铌等析出物。在钢坯加热过程中,铌在钢中可以起到细化奥氏体晶粒的作用。Nb可以大大提高非再结晶区温度,对于控制轧制,晶粒细化,强度韧性控制有较明显的作用。而且Nb可以形成纳米级的析出物,有助于强度的提升。但是铌的添加易造成混晶,过多的铌对韧性有不利影响,因此,铌的添加量控制在0.02-0.05%之间。
[0032]
Ti:Ti与钢中C、N形成碳化钛、氮化钛或碳氮化钛,在钢坯加热轧制阶段,可以起到较明显的细化奥氏体晶粒的作用,从而提高钢的强度和韧性。但过多的Ti会形成较多粗大的氮化钛,对钢的强度和韧性有害,因此将碳钢层中Ti含量的上限控制为0.02%。
[0033]
Ni:Ni在钢中只溶于基体相铁素体和奥氏体,不形成碳化物,奥氏体稳定化作用非常强,另外Ni元素还可以提高钢的低温韧性,因此在本发明技术方案中,碳钢层中Ni的加入量控制在0.4%以内。
[0034]
Cu:Cu在钢中主要以固溶态和单质相沉淀析出状态存在,固溶的Cu起到固溶强化作用;由于Cu在铁素体中的固溶度随温度降低迅速减小,因而在较低温度下,以过饱和固溶的Cu以单质形式沉淀析出,起到析出强化作用。另外,在碳钢层中加入少量的Cu还可以显著提高复合钢板的抗大气腐蚀能力。
[0035]
Cr:Cr是缩小奥氏体相区元素,也是中强碳化物元素,也可溶于铁素体。Cr提高奥氏体的稳定性,使得C曲线右移,因此可以降低临界冷却速度、提高钢的淬透性。Cr也降低奥氏体转变温度,使得形成的(Fe,Cr) 3C、(Fe,Cr) 7C 3和(Fe,Cr) 23C 7等多种碳化物在较低温度析出,使得组织和碳化物细化,可明显提高钢的强度和硬度,但Cr对钢的韧性有不利影响。综合上述因素,本发明技术方案将碳钢层中Cr含量控制在0.20%以内。
[0036]
Mo:钼是缩小奥氏体相区元素。可以提高钢的淬透性与热强性。与碳元素可以形成碳化物元素。具有较好的回火稳定性。钼对铁素体有固溶强化作用,同时也可以提高碳化物的稳定性,因此可以提高钢的强度。钼还具有良好的耐蚀性能。在不锈钢中,钼元素的增加能够明显提高不锈钢的耐氯离子点腐蚀能力。
[0037]
Al:Al元素是脱氧元素。可以降低钢水中的含氧量。而且铝与钢中的氮结合后可以起到阻止奥氏体晶粒长大的作用。
[0038]
进一步,在本发明所述的双相不锈钢复合钢板中,覆层材料采用ASTM A240所述S31803成分范围。
[0039]
本发明提供的耐蚀船用复合钢板具有以下性能:
[0040]
复合钢板的不锈钢与碳钢层之间形成良好的冶金结合。界面的剪切强度可以达到300MPa以上,粘结强度可以达到320MPa以上。复合钢板屈服强度可以达到450MPa以上,抗拉强度则可以高于600MPa。
[0041]
通过碳钢成分的设计,复合钢板基层碳钢的冲击韧性可以在≤-40℃温度下仍能保持在120J以上。
[0042]
本发明提供的耐蚀船用复合钢板的制造方法如下:
[0043]
真空复合坯加热温度控制在1050℃-1190℃。在本发明技术方案中,加热温度的选择综合考虑了双相不锈钢与碳钢的物理特性,一方面需要保证碳钢以及双相不锈钢可能存在的偏析合金元素具有更好的均匀分布,另一方面需要保证双相不锈钢高温阶段的相的分布以及相比例的平衡控制。
[0044]
复合坯的轧制:开轧温度选用1040-1170℃,终轧温度在850-1020℃。为了在轧制过程中,保证材料的塑性变形,复合材料界面的金属原子在受到足够的压缩应力,形成原子通过扩散形成相互渗透,使界面能够达到原子间的结合,以及足够的变形,从而使得界面经历几次再结晶。优选地, 道次压下率控制控制在10-25%,以提供足够的形变储存能量进行再结晶或相变。
[0045]
轧制后直接采用压缩空气或水冷方式对叠合复合钢板进行冷却。开冷温度控制在830-1000℃之间。冷却速度为5℃/s-40℃/s,终冷温度为250-750℃。
[0046]
采用等离子切割轧制后的叠合复合钢板的头尾与边部,使叠合复合钢板分离成为上下对称的两组成品复合钢板。
[0047]
其中叠合复合钢板的头尾是指叠合复合钢板长度方向的两端,边部是指叠合复合钢板宽度方向的两边部分。
[0048]
对强度级别要求较高的复合钢板,根据用户对交货态的要求,采用低终冷温度(≤300℃)的复合坯也可以适当配合采用回火热处理,回火温度可选用500-600℃,使基层材料的急速冷却所产生的应力得到释放,获得更好的塑性与韧性,同时该温度短时间的处理,可以保证覆层不锈钢的耐蚀性几乎不受影响。回火后进行空冷处理。
[0049]
本发明所述的耐蚀船用复合钢板中碳钢钢级为EH40,相应地,更低的DH、AH等级别以及EH36、EH32等钢级的复合钢板性能也满足要求。通过本发明方案轧制的复合钢板具有良好的结合能力,剪切强度可以达到300MPa以上,粘结强度达到320MPa以上。
[0050]
复合钢板中不锈钢覆层的屈服强度可以达到500MPa以上,抗拉强度则高于700MPa。而相应的碳钢基层其屈服强度达到420MPa以上,抗拉强度高于530MPa。复合钢板的延伸率高于22%,其基层冲击在≤-40℃仍能保持120J以上。
[0051]
通过本发明制造方法提供的复合钢板中双相不锈钢覆层的相比例可以控制40-60%之间,如图2所示,采用卡尔蔡司光学显微镜Axio Imager.M2m在20倍物镜进行拍摄,图中界面干净连续,双相不锈钢组织相比例均衡,无σ相存在,形成了良好的双相不锈钢复层与碳钢基层比例,并且该复合钢板中双相不锈钢覆层材料具有优良的耐腐蚀性能。根据ASTM A923 C法测得不锈钢覆层的腐蚀率为0.00mdd,按照ASTM A262E法进行的晶间腐蚀测试结果均未发现腐蚀。
[0052]
与现有技术相比,本发明的有益效果:
[0053]
与现有一次真空系统方式相比,本发明真空系统采用的为双真空系统,即将碳钢与双相不锈钢进行封焊,形成第一道真空系统,真空度控制在0.001Pa以下,形成上下两个独立的碳钢与双相不锈钢形成的真空坯,形成第一道真空屏障;双相不锈钢面与双相不锈钢面相向堆放,厚度方向对称堆放;双相不锈钢与双相不锈钢面之间涂刷分离剂用于隔离,叠合后,四周封焊后进行抽真空处理;真空度控制在0.01Pa以下,四层复合坯整体形成第二道真空屏障。与现有技术相比,本发明具有以下优点:
[0054]
1、采用两道真空屏障轧制方法可以有效地提高并维持更高的真空度,并可以有效降低存放过程中真空失效的风险。从试验结果看,通过两道真空系统方式生产的复合钢板其结合强度更高更稳定,其剪切强度均值可提高50MPa。
[0055]
2、采用现有的单系统真空组坯方法,一旦组坯或轧制过程真空失效,整组复合坯全部失效。而本发明采用两道真空屏障轧制方法,由于即使在组坯过程或者轧制过程,出现其中某道真空失效的情况,另外一道仍能保持良好的真空系统,可以有效提升复合坯轧制的成材率。复合坯轧制的高成功率,对合金含量较高、较昂贵的耐蚀合金复合钢板生产来说,可以确保生产性能的稳定性,并获得良好的经济效益。

附图说明

[0056]
图1为本发明实施例耐蚀船用复合钢板复合坯的结构剖视图。
[0057]
图2为本发明实施例耐蚀船用复合钢板在碳钢层和双相不锈钢层结合处的金相组织照片。

具体实施方式

[0058]
下面将结合附图说明和具体的实施例对本发明所述的船用双相不锈钢复合钢板及其制造方法做进一步的解释和说明,然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
[0059]
参见图1,本发明的耐蚀船用复合钢板复合坯,其为四层结构,其中,中间两层(覆层)1、2为双相不锈钢,上、下层(基层)3、4为船舶用碳钢;5为分离剂,6为封闭焊缝。
[0060]
实施例1
[0061]
基层碳钢采用EH40,其化学成分为(wt%):C:0.09,Si:0.25,Mn:1.30,P:0.011;S:0.002,Cr:0.13,Ni:0.20,Nb:0.025%,Ti:0.01,双相不锈钢的成分(wt%):C:0.02,Si:0.25,Mn:1.25,Cr:22.53,Ni:5.45,Mo:3.08,N:0.16。
[0062]
采用如图1所示的四层对称分离方法组坯:从上向下依次设置碳钢坯料、双相不锈钢坯料、双相不锈钢坯料和碳钢坯料,其中上层碳钢坯料与其对应的双相不锈钢坯料进行真空封闭,下层碳钢与其对应的双相不锈钢坯料真空封闭,形成两组彼此独立的第一道真空系统;第二道真空系统由图1所示的1层与6层(即本实施例中的碳钢坯料与碳钢坯料)之间进行真空封闭。共同组成双真空系统复合坯。在两组真空坯的双相不锈钢与双相不锈钢面之间填充分离剂,然后将抽真空复合坯通过加热轧制、切割成成品复合钢板。
[0063]
复合轧制:加热温度为1190℃,开轧温度为1170℃,终轧温度为850℃;轧制后直接采用水冷方式对复合坯进行冷却,开冷温度为830℃,冷却速度40℃/s,终冷温度为420℃,随后在空气下自然冷却至室温。轧制分离切割后的复合钢板厚度为(4+20)mm,即覆层双相不锈钢的厚度为4mm,基层碳钢的厚度为20mm。
[0064]
复合钢板的力学性能如表1所示。表1中Rp0.2为全厚度复合钢板的屈服强度,Rm为复合钢板抗拉强度值,A为复合钢板拉伸的延伸率,反映的为复合钢板的覆层与基层材料的综合力学性能。由于碳钢存在较明显的低温敏感性,因此一般对基层碳钢进行低温冲击试验。表1所示,该复合钢板的冲击性能良好。剪切强度是评价覆层与基层材料结合水平的力学指标。三组数据的剪切强度值均高于300MPa。三组数据的粘结强度值高于320MPa。
[0065]
表1.(4+20)mm厚复合钢板力学性能
[0066]
[0067]
[0068]
*采用标准规格厚度×宽度×长度10mm×10mm×55mm试样测试(基层碳钢厚度为10mm)。
[0069]
复合钢板的覆层耐蚀性能按照ASTM A923C法,将覆层材料加工成50mm*25mm长宽试样表面清理后测量尺寸、称重后,放入25℃的6%的FeCl 3溶液中浸泡24小时腐蚀试验,取出清洗吹干后称重,其失重腐蚀需要满足腐蚀率不大于10mdd的腐蚀要求。并且按照ASTM A262E法进行晶间腐蚀试验,取覆层材料加工两个长宽80mm*20mm的试样,表面用砂纸打磨后在675℃进行1小时敏化处理,浸泡在煮沸的硫酸-硫酸铜溶液中15小时,取出后进行180°弯折试验。其测试结果如表2所示。
[0070]
表2.(4+20)mm厚复合钢板覆层腐蚀试验结果
[0071]
[0072]
*是指单位面积单位时间内腐蚀失重。
[0073]
实施例2
[0074]
基层碳钢采用EH36,其化学成分为(wt%):C:0.038,Si:0.24,Mn:0.91,P:0.014;S:0.002,Nb:0.025,Ti:0.01;双相不锈钢的成分(wt%):C:0.015,Si:0.25,Mn:1.25,Cr:21.03,Ni:4.52,Mo:2.55,N:0.08。
[0075]
本实施例按照上述成分体系采用与实施例1相同的四层对称分离方法组坯。
[0076]
复合轧制:加热温度为1050℃,开轧温度为1040℃,终轧温度为850℃;轧制后直接采用水冷方式对复合坯进行冷却,开冷温度为830℃,冷却速度为20℃/s,终冷温度为480℃,随后在空气下自然冷却至室温。 轧制分离切割后的复合钢板厚度为(3+10)mm,即覆层双相不锈钢的厚度为3mm,基层碳钢的厚度为10mm。
[0077]
复合钢板的力学性能如表3所示。表3中Rp0.2为全厚度复合钢板的屈服强度,Rm为复合钢板抗拉强度值,A为复合钢板拉伸的延伸率,反映的为复合钢板的覆层与基层材料的综合力学性能。由于碳钢存在较明显的低温敏感性,因此一般对基层碳钢进行低温冲击试验。表3所示,该复合钢板的冲击性能良好。剪切强度是评价覆层与基层材料结合水平的力学指标。三组数据的剪切强度值均高于300MPa。三组数据的粘结强度值高于320MPa。
[0078]
表3.(3+10)mm厚复合钢板力学性能
[0079]
[0080]
*采用标准规格厚度×宽度×长度10mm×10mm×55mm试样测试(基层碳钢厚度为10mm)。
[0081]
复合钢板的覆层耐蚀性能按照ASTM A923C法,将覆层材料加工成50mm*25mm长宽试样表面清理后测量尺寸、称重后,放入25℃的6%的FeCl 3溶液中浸泡24小时腐蚀试验,取出清洗吹干后称重,其失重腐蚀需要满足腐蚀率不大于10mdd的腐蚀要求。并且按照ASTM A262E法进行晶间腐蚀试验,取覆层材料加工两个长宽80mm*20mm的试样,表面用砂纸打磨后在675℃进行1小时敏化处理,浸泡在煮沸的硫酸-硫酸铜溶液中15小时,取出后进行180°弯折试验。其测试结果如表4所示。
[0082]
表4.(3+10)mm厚复合钢板覆层腐蚀试验结果
[0083]
[0084]
[0085]
*是指单位面积单位时间内腐蚀失重。
[0086]
实施例3
[0087]
基层碳钢采用EH36,其化学成分为(wt%):C:0.13,Si:0.26,Mn:1.59,P:0.015;S:0.002,Nb:0.02,Ti:0.01,双相不锈钢的成分(wt%):C:0.03,Si:0.25,Mn:1.75,Cr:22.95,Ni:6.47,Mo:3.50,N:0.20。
[0088]
本实施例按照上述成分体系采用与实施例1相同的四层对称分离方法组坯。
[0089]
复合轧制:加热温度为1160℃,开轧温度为1130℃,终轧温度为1000℃;轧制后采用压缩空气冷却方式对复合坯进行冷却,开冷温度为980℃,冷却速度为5℃/s,终冷温度为750℃,随后在空气下自然冷却至室温。轧制分离切割后的复合钢板厚度为(2+8)mm,即覆层双相不锈钢的厚度为2mm,基层碳钢的厚度为8mm。
[0090]
复合钢板的力学性能如表5所示。表5中Rp0.2为全厚度复合钢板的屈服强度,Rm为复合钢板抗拉强度值,A为复合钢板拉伸的延伸率,反映了复合钢板的覆层与基层材料的综合力学性能。由于碳钢存在较明显的低温敏感性,因此一般对基层碳钢进行低温冲击试验。表5所示,该复合钢板的冲击性能良好。剪切强度是评价覆层与基层材料结合水平的力学指标。三组数据的剪切强度值均高于300MPa。三组数据的粘结强度值高于320MPa。
[0091]
表5.(2+8)mm厚复合钢板力学性能
[0092]
[0093]
*采用厚度×宽度×长度7.5mm×10mm×55mm试样测试(基层碳钢厚度为7.5mm)。
[0094]
复合钢板的覆层耐蚀性能按照ASTM A923C法,将覆层材料加工成50mm*25mm长宽试样表面清理后测量尺寸、称重后,放入25℃的6%的FeCl 3溶液中浸泡24小时腐蚀试验,取出清洗吹干后称重,其失重腐蚀需要满足腐蚀率不大于10mdd的腐蚀要求。并且按照ASTM A262E法进行晶间腐蚀试验,取覆层材料加工两个长宽80mm*20mm的试样,表面用砂纸打磨后在675℃进行1小时敏化处理,浸泡在煮沸的硫酸-硫酸铜溶液中15小时,取出后进行180°弯折试验。其测试结果如表6所示。
[0095]
表6.(2+8)mm厚复合钢板覆层腐蚀试验结果
[0096]
[0097]
*是指单位面积单位时间内腐蚀失重。
[0098]
实施例4
[0099]
基层碳钢采用EH40,其化学成分为(wt%):C:0.07,Si:0.25,Mn:1.50,P:0.013;S:0.002,Cr:0.10,Ni:0.10,Nb:0.03,Ti:0.01,双相不锈钢的成分(wt%):C:0.02,Si:0.25,Mn:1.20,Cr:22.72,Ni:5.41,Mo:3.13,N:0.16。
[0100]
本实施例按照上述成分体系采用与实施例1相同的四层对称分离方法组坯。
[0101]
复合轧制:加热温度为1180℃,开轧温度为1150℃,终轧温度为1020℃;轧制后直接采用水冷方式对复合坯进行冷却,开冷温度为1000℃,冷却速度为40℃/s,终冷温度为250℃,随后在空气下自然冷却至室温。再进行回火处理,回火温度为550℃,回火时间为1小时,随后出炉空冷至室温。轧制分离切割后的复合钢板厚度为(3+12)mm,即覆层双相不锈钢的厚度为3mm,基层碳钢的厚度为12mm。
[0102]
复合钢板的力学性能如表7所示。表7中Rp0.2为全厚度复合钢板的屈 服强度,Rm为复合钢板抗拉强度值,A为复合钢板拉伸的延伸率,反映了复合钢板的覆层与基层材料的综合力学性能。由于碳钢存在较明显的低温敏感性,因此一般对基层碳钢进行低温冲击试验。表7所示,该复合钢板的冲击性能良好。剪切强度是评价覆层与基层材料结合水平的力学指标。三组数据的剪切强度值均高于300MPa。三组数据的粘结强度值高于320MPa。
[0103]
表7.(3+12)mm厚复合钢板力学性能
[0104]
[0105]
*采用标准规格厚度×宽度×长度10mm×10mm×55mm试样测试(基层碳钢厚度为10mm)。
[0106]
复合钢板的覆层耐蚀性能按照ASTM A923C法,将覆层材料加工成50mm*25mm长宽试样表面清理后测量尺寸、称重后,放入25℃的6%的FeCl 3溶液中浸泡24小时腐蚀试验,取出清洗吹干后称重,其失重腐蚀需要满足腐蚀率不大于10mdd的腐蚀要求。并且按照ASTM A262E法进行晶间腐蚀试验,取覆层材料加工两个长宽80mm*20mm的试样,表面用砂纸打磨后在675℃进行1小时敏化处理,浸泡在煮沸的硫酸-硫酸铜溶液中15小时,取出后进行180°弯折试验。其测试结果如表8所示。
[0107]
表8.(3+12)mm厚复合钢板覆层腐蚀试验结果
[0108]
[0109]
*是指单位面积单位时间内腐蚀失重。
[0110]
对比例
[0111]
采用与实施例2相同的碳钢与不锈钢材料进行对比试验。
[0112]
基层碳钢采用EH36,其化学成分为(wt%):C:0.038,Si:0.24,Mn:0.91,P:0.014;S:0.002,Nb:0.025,Ti:0.01;双相不锈钢的成分(wt%):C:0.015,Si:0.25,Mn:1.25,Cr:21.03,Ni:4.52,Mo:2.55,N:0.08。
[0113]
本对比例按照上述成分体系采用普通的四层对称分离方法组坯,即单真空系统。从上向下依次设置碳钢坯料、双相不锈钢坯料、双相不锈钢坯料和碳钢坯料,双相不锈钢与双相不锈钢面之间涂刷分离剂;然后将四层坯料一次性封焊为一个单独的真空系统。该方法组坯效率更高,但是只能通过焊缝保证一道真空系统。
[0114]
为了进行比较,本对比例的轧制工艺与实施例2保持一致。复合轧制:加热温度为1050℃,开轧温度为1040℃,终轧温度为850℃;轧制后直接采用水冷方式对复合坯进行冷却,开冷温度830℃,冷却速度为20℃/s,终冷温度为480℃,;随后在空气下自然冷却至室温。轧制切割后的复合钢板厚度为(3+10)mm,即覆层双相不锈钢的厚度为3mm,基层碳钢的厚度为10mm。
[0115]
复合钢板的力学性能如表9所示。表9中Rp0.2为全厚度复合钢板的屈服强度,Rm为复合钢板抗拉强度值,A为复合钢板拉伸的延伸率,反映了复合钢板的覆层与基层材料的综合力学性能。而由于碳钢存在较明显的低温敏感性,一般对基层碳钢进行低温冲击试验。表9所示,对比例复合钢板的冲击性能良好,与实施例2相接近。而比较看,对比例表征复合钢板结合性能的剪切强度与粘结强度低于实施例2,且剪切强度波动较大。而由于采用与实施例2相同的生产工艺,对比例的不锈钢同样具有良好的耐蚀性,如表10所示。
[0116]
表9.(3+10)mm厚复合钢板力学性能
[0117]
[0118]
[0119]
*采用标准规格厚度×宽度×长度10mm×10mm×55mm试样测试(基层碳钢厚度为10mm)
[0120]
表10.(3+10)mm复合钢板覆层腐蚀试验结果
[0121]
[0122]
*是指单位面积单位时间内腐蚀失重。
[0123]
表11.采用常规复合组坯工艺与本发明复合组坯工艺的组坯轧制情况比较
[0124]
[表0001]
工艺方式 试验组坯数量 轧制成功数量 轧制成功率
常规工艺 5 3 60%
本发明组坯工艺 40 40 100%

[0125]
如表11为采用常规复合组坯工艺与本案复合组坯工艺的组坯轧制情况比较所示,对双相不锈钢等较昂贵的耐蚀合金复合钢板采用两道真空屏障轧制方法,试验组坯数量为9组,轧制成功数量为9组,其轧制成功率达到了100%。从组坯轧制成功率来看,采用本发明提供的复合组坯工艺的轧制成功率与常规复合轧制组坯工艺相比,轧制成功率有显著提高。其中常规复合组坯工艺为一次整体封闭焊接单系统真空的组坯方式,该组坯工艺对真空控制工艺要求高,易出现轧制失败情况,成材率偏低。而本发明的组坯方案为四层对称分离方法组坯,即双真空系统,轧制可靠性可以大幅提高。结合表11中本发明实施例与对比例的组坯轧制情况比较,本发明组坯方案提供的复合钢板的结合性能更高、更稳定。

权利要求书

[权利要求 1]
一种耐蚀船用复合钢板,其特征在于,其为两层结构,其中,一层为双相不锈钢,一层为船舶用碳钢; 所述双相不锈钢的成分重量百分比为:C≤0.03%,Mn≤2.00%,Si≤1.00%,Cr:21.0-23.0%,Ni:4.5-6.5%,Mo:2.5-3.5%,N:0.08-0.20%,P≤0.02%,S≤0.025%,余量为Fe以及不可避免杂质; 所述船舶用碳钢的成分重量百分比为:0.03%≤C≤0.13%,Si≤0.50%,Mn:0.90-1.60%,P≤0.020%,S≤0.025%,Cu≤0.035%,Cr≤0.20%,Ni≤0.40%,Nb:0.02~0.05%,Ti≤0.02%,Mo≤0.08%,Al≥0.015%,余量为Fe以及不可避免杂质。
[权利要求 2]
如权利要求1所述的耐蚀船用复合钢板,其特征在于,所述复合钢板的双相不锈钢与船舶用碳钢之间界面的剪切强度达到300MPa以上,粘结强度达到320MPa以上;复合钢板屈服强度达到450MPa以上,抗拉强度高于600MPa。
[权利要求 3]
如权利要求1或2所述的耐蚀船用复合钢板,其特征在于,所述复合钢板中船舶用碳钢在≤-40℃温度下冲击韧性可达到120J以上。
[权利要求 4]
如权利要求1-3中任一项所述的耐蚀船用复合钢板的制造方法,其特征在于,包括: 1)根据复合钢板覆层与基层厚度配比的要求进行组合坯料的双相不锈钢与碳钢的厚度选择;碳钢选用连铸坯进行加热开坯至要求尺寸;将需要与双相不锈钢复合的碳钢表面清理至完全露出金属表面;双相不锈钢表面氧化皮与污染物清理干净; 2)将清理后的碳钢面与清理后的双相不锈钢面直接叠合在一起,然后进行真空封焊,真空度控制在0.001Pa以下,作为第一道的真空控制,形成上下两个独立的碳钢与双相不锈钢形成的真空坯,形成第一道真空屏障;然后双相不锈钢面与双相不锈钢面相向堆放,厚度方向对称堆放;双相不锈钢与双相不锈钢面之间涂刷分离剂用于隔离,叠合后,四周封焊后进行抽真空处理;真空度控制在0.01Pa以下,形成第二道真空屏障;并形成四层结构的复合坯; 3)复合坯加热,加热温度控制在1050℃-1190℃; 4)复合坯的轧制 开轧温度为1040-1170℃,终轧温度为850-1020℃; 5)轧制后直接采用压缩空气或水冷方式对叠合复合钢板进行冷却,开冷温度控制在830-1000℃之间,冷却速度为5℃/s-40℃/s,终冷温度为250-750℃; 6)采用等离子切割轧制后的叠合复合钢板的头尾与边部,使叠合复合钢板分离成为上下对称的两组成品复合钢板。
[权利要求 5]
如权利要求4所述的耐蚀船用复合钢板的制造方法,其特征在于,所述制造方法还包括:采用回火热处理,回火温度为500-600℃,回火进行空冷处理。
[权利要求 6]
如权利要求4所述的耐蚀船用复合钢板的制造方法,其特征在于,步骤4)中,道次压下率控制在10-25%。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]