[发明专利]一种低成本高性能不锈钢复合板卷的生产工艺及装置

说明书

一种低成本高性能不锈钢复合板卷的生产工艺及装置，属于金属复合材料领域，首先对长条形复合板坯的短边加工焊接坡口，并进行头尾封边形成组合坯，之后将消磁后的组合坯送入“H”型结构的真空电子束焊接室，真空室两侧的三维电子束枪对两侧长边缝隙进行焊接封边，得到高真空的待复合界面。采用本发明的生产工艺及装置，可以克服埋弧焊封装+小孔抽真空工艺下产品结合率低、切边率高、结合强度低、难以大规模生产高性能不锈钢复合卷等缺陷，避免真空电子束焊接封装工艺下投资成本高、焊接效率低、难以适应坯料长度较长的不锈钢复合卷的生产等问题，最终制备出成材率高、低成本高品质、可进行大规模生产的不锈钢复合卷。

技术领域

本发明属于金属复合材料领域，具体涉及一种低成本高性能不锈钢复合板卷的生产工艺及装置。

背景技术

不锈钢复合板卷是以普通碳钢(或低合金钢)为基层，以不锈钢为复层经热连轧复合工艺结合而成，同时兼具不锈钢的耐蚀性和低碳钢的低成本、高强度的特点，因此广泛应用于工业及民用领域。目前，随着我国大规模开展公共基础设施的开发和建设，对低成本、高性能不锈钢复合板卷的需求十分旺盛，尤其在城市输水管道建设和铁路运输领域，具有广阔的市场前景。

目前，各类输水管道通常在普通钢管内外涂覆抗腐蚀涂层以解决管道的耐蚀问题，但在使用过程中极易产生涂层脱落，导致水质污染，严重时会使管道腐蚀失效。以不锈钢管作为输水管道可发挥不锈钢的特性，防止水质二次污染，使水质达到国家直接饮用水标准要求，但将大大提高建设成本。利用不锈钢复合板卷生产输水管道可充分发挥其优势，显著降低成本，提高水管寿命，保证水质安全。

全国铁路运输发展迅猛，铁路货运车厢总用钢量估算超1500万吨，耐候钢和铁素体不锈钢难以同时满足铁路货车车体用钢高强韧性、高耐腐蚀性和经济性的要求。采用“不锈钢-低合金钢-不锈钢”复合板可以在保证强度的情况下极大程度的提高车厢的抗腐蚀性，提高车厢的使用年限及安全性。

目前不锈钢复合中厚板制备方法除了爆炸复合工艺外，热轧复合主要有两种工艺方法。

第一种工艺方法如专利“一种不锈钢-碳钢复合板热连轧规模化制备方法”(申请号CN109128714A)所述：首先将表面处理后的基复材钢板先组坯，然后在大气下利用埋弧焊或气保焊对复合板坯四周进行封边处理，焊接完成之后通过在界面附近钻1～2个小孔(或焊前预留小孔)抽真空，然后密封，最后进行加热轧制复合。这种工艺方法在实际生产中存在两个无法克服的缺陷。其一，对界面处小孔通常使用机械泵管道连接抽真空，抽完后真空度只能达到10～100Pa，复合板坯待复合界面真空度不高，仍然会有少量残余空气；同时，组坯时待复合界面会因接触面凹凸不平形成一些局部闭环区域，残留少量空气无法抽干净；这些界面上残留空气在后续加热到1000℃左右并轧制复合时，会膨胀聚集形成气泡，无法实现界面复合并在复合板表面形成分布不均、大小不一的鼓包，需要后期人工检查并机械磨削掉鼓包，露出界面，再堆焊不锈钢材料并磨平，不但影响复合板界面结合效果，也降低了生产效率提高了生产成本。这种缺陷在生产不锈钢复合中厚板时，还可以在热轧复合后逐块板检查并人工修复；但在生产不锈钢复合板卷时，由于热连轧生产速度快，复合板卷厚度薄，长度可达数百米，若仍然存在鼓包缺陷，其分布会更多且面积更大，根本无法采取人工检查并修复的方法来改善复合质量。其二，由于埋弧焊焊接封装时需要进行多道次焊接，焊接热输入量巨大，导致待复合界面产生氧化物，结合强度较低，并且多道次焊接也导致组坯效率降低；同时，埋弧焊会导致距离焊缝根部超过100mm的待复合表面产生严重氧化现象，导致轧制后完全未结合，通常需要在轧制复合后进行较大的切边处理，造成成材率的降低。这种缺陷在生产不锈钢复合中厚板时，由于中厚板宽度可达3～4m，可以承受300mm左右的切边损失；而在生产不锈钢复合板卷时，由于热连轧板卷宽度只有1～2.5m，无法承受300mm左右的切边成材率损失。因此，此种生产方法可以适用于不锈钢复合中厚板的生产，难以适应大规模生产高品质不锈钢复合卷的生产要求。