专利名称：一种水利工程用复合板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种水利工程用复合板及其制造方法，特别是涉及一种原子结合不锈钢复合板及其制造方法。
背景技术：
目前，水工用不锈钢复合板要求表面硬度在ΗΒ270490，大型水利工程用多采用 2205双相钢复合钢板，爆炸焊接后需要对其进行消应力热处理，但由于双相钢的固有特性， 必须在热处理温度1000-1050°C重新调整两相比例，出炉后采用水雾冷却，才能保证双相钢的两相比例，由于复合钢板驻炉时间长、温度高，造成基板力学性能下降、表面氧化严重，冷却不均勻会造成不锈钢内有害相形成，加工过程开裂。传统使用钢材为S31803+Q345B爆炸复合不锈钢复合板，其中S31803的主要成分为C :0. 02% ；Si :0. 58% ；Mn 1. 20% ；Cr 21. 5% ；Mo 2. 6% ；N :0. 12%余量为铁和不可避免的杂质。由于S31803双相钢复合钢板，爆炸焊接后需要对其进行消应力热处理，由于双相钢的固有特性，必须在热处理温度1000-1050°C重新调整两相比例，出炉后采用水雾冷却， 才能保证双相钢的两相比例，由于复合钢板驻炉时间长、温度高，造成基板力学性能下降、 表面氧化严重，冷却不均勻会造成不锈钢内有害相形成，加工过程开裂。因此亟待开发一种优质的水工用不锈钢复合板。
发明内容
本发明提供一种不锈钢复合板，还提供一种通过原子结合的不锈钢复合板制造方法。本发明是通过如下技术方案实现的一种水利工程用复合板，包含基板和复板，其特征在于，基板为碳钢板，复板为不锈钢板，两者通过原子结合形成复合板，其中所述基板为结构钢或容器板，所述复板为铌氮奥氏体不锈钢。其中，所述的基板，以质量百分比计，含有下述成分为C ^ 0. 20% ；优选 0. 18%Si 彡 0. 50% ；优选 0. 40%Mn 彡 1. 70% ；优选 1. 30%Nb 彡 0. 07% ；优选 0. 03%V 0. 15% ；优选 0. 12%Ti 彡 0. 20% ；优选 0. 15%Cr 彡 0. 30% ；优选 0. 23%N 彡 0. 012% ；优选 0. 008%Mo 彡 0. 10% ；优选 0. 06%Ni 彡 0. 50% ；优选 0. 40%
P ≤0. 035 % ；优选 0. 030 %SS ≤.035%，优选0.030%余量为铁和不可避免的杂质。其中，所述的复板，以质量百分比计，含有下述成分为C 0. 04-0. 12% ；优选 0. 08%Si 0. 50-1. 50% ；优选 1. 00%Mn 2. 00-3. 00% ；优选 2. 50%Nb 0. 10-0. 20% ；优选 0. 15%Cr 18. 00-20· 00 % ；优选 18. 9 %N 0. 15-0. 30% ；优选 0. 16%Ni 7. 50-10. 50% ；优选 8. 10%P ≤0. 055% ；优选≤0. 045%S≤O. 040%，优选≤0. 030%余量为铁和不可避免的杂质。ー种复合板的制备方法，包括如下步骤(1)将基板和复板的表面进行处理；(2)对处理后的基板和复板进行爆炸焊接；(3)将爆炸焊接后的复合板进行补充焊接；以及(4)将步骤( 补充焊接后的复合板进行热处理。其中，所述的步骤(1)所述的处理是打磨，优选打磨后的基板和复板表面粗糙度值Ra不大于25 μ m。其中，所述的步骤( 所述的爆炸焊接所用炸药为铵油炸药。其中，所述的步骤(2)所述爆炸焊接所用炸药的爆速为2200m/s-2300m/s，优选为 2250m/s，密度为 0. 60g/cm3-0. 70g/cm3，优选密度为 0. 65g/cm3。其中，进行所述步骤O)吋，爆炸焊接所用炸药铺放在复板上，在复板的四周安置药框进行爆炸焊接。其中，在步骤(1)前还包括对基板和复板的长宽匹配，优选复板的长与宽分別比基板的长与宽大90mm士 10mm。其中，步骤(3)所述的补充焊接的切削圆弧角度为35-45°，优选40°。其中，步骤中热处理的温度为900_930°C，优选为910°C。其中，步骤中热处理的保温时间为15-20min，优选为18min。其中，在步骤(4)后还包含步骤( 对复合板抛光，优选抛光后的表面粗糙度小于 2 μ m,更优选为1. 4-1. 8 μ m,还优选在抛光前对复合板进行力学性能检验。ー种上述制备方法得到的原子结合复合板，剪切强度为280_330MPa，表面硬度为 275j85N/mm2。本发明开发了ー种新型的不锈钢复合板，通过将碳钢板作为基板与铌氮奥氏体复板与爆炸复合后，在900-930°C范围内进行短时间稳定化热处理，出炉后风冷，就可以得到力学性能高、表面硬度均勻的奥氏体不锈钢复合板。
图1补充焊接示意其中1-基层，2-复层，3-过渡层，4-切削角度，5-切削弧；
具体实施例方式本发明提供一种水利工程用复合板，通过降低复板中的Cr、Mo含量，提高Nb、N含量，改善不锈钢的力学性能、表面硬度均勻性和可加工性，提高冲沙管在泥沙冲蚀的使用寿命。本发明水利工程用复合板包含基板和复板，基板为碳钢板，复板为不锈钢板，两者通过原子结合形成复合板。其中所述的碳钢板可以是与GB/T1591-2008中规定的Q345 A-D等级的钢成分接近的碳钢板，优选为Q345B。其中所述的不锈钢板为含Nb不锈钢，可以是与符合国家标准GB/T3280-2007的0Crl9Nil0NbN钢板组成接近的不锈钢板，优选是 OCr 19Ni IONbN 钢板，剪切强度为 280_330MPa，表面硬度为 275_285N/mm2。其中本发明优选使用的复板0Crl9Nil0NbN，与现有技术中使用的S31803中的元素成分差别较大，特别是本发明使用的0Crl9M10NbN中含有铌，铌元素具有细晶强化作用和沉淀强化作用，在提高钢材的强度和韧性方面都可以发挥突出作用，具有发展高性能钢材的潜力；氮元素是一种强烈奥氏体稳定化元素，少量的氮即可以达到稳定奥氏体的作用， 碳、氮共同作用可以大幅度提高高氮钢强度，对室温的韧性影响不大，并且材料的耐局部腐蚀性有所提高。本发明还提供了一种复合板的制备方法，包括如下步骤(1)将基板和复板的表面进行处理；(2)对处理后的基板和复板进行爆炸焊接；(3)将爆炸焊接后的复合板进行补焊；以及(4)将步骤(3)中的复合板进行热处理。其中所述的步骤(1)所述的处理是打磨，优选打磨后的基板和复板表面粗糙度值大于25 μ m。优选地步骤(1)还包括对基板和复板的长宽匹配，优选复板的长与宽分别比基板的长与宽大90mm士 IOmm步骤( 所述的爆炸焊接所用炸药为铵油炸药，炸药铺放在复板上，优选在复板的周围安置药框，复板和基板通过铝质支点支撑。在该制备方法中，步骤 ⑷中热处理的温度为900-930°C，优选为910°C ；热处理的保温时间为15-20min，优选为 ISmin ；热处理后的进行风冷冷却。其中在步骤(4)后还含有步骤( 对复合板抛光，优选在抛光前对复合板进行力学性能检验和探伤检验。具体来说，一种复合板的制备方法，包括如下步骤(1)将基板和复板的表面进行处理；清除基板与复板爆炸结合面上的氧化物及杂物，打磨后，基板的结合面表面粗糙度值不大于Ra25 μ m ；(2)对处理后的基板和复板进行爆炸焊接；其中，爆炸焊接的条件为，爆炸焊接时复板和基板通过圆柱形铝质支点支撑，在复板的周围安置药框，炸药铺放在复板上，炸药爆速控制在2200m/s 2300m/s之间，密度为0. 6g/cm3 0. 7g/cm3的低爆速铵油炸药，电雷
管引爆。(3)将爆炸焊接后的复合板进行补焊；补焊方式为堆焊，后对焊接位置进行超声波检测(UT)和渗透探伤检测(PT)。(4)将步骤(3)中的复合板进行热处理；热处理温度为900-930°C，优选为910°C ；热处理的保温时间为15-20min，优选为18min。其中步骤(3)中将爆炸焊接后的复合板进行补焊；补焊方式为堆焊，补焊时，将没有爆炸焊接的复板切除，对其进行补充焊接，其中切除复板时，最大的切削厚度为复板厚度加过渡层厚度的一半(过渡层厚度一半为0. 5-lmm)，以切削完过渡层，刚刚切削到基板为最好，后对焊接位置进行超声波检测(UT)和渗透探伤检测(PT)。优选在步骤(4)后进行性能检测，检测后进行表面抛光，其中性能检测包括100% 无损检测，经过100%无损超声波探伤检测无裂纹和无气孔为合格产品进行表面抛光，不合格产品返回制备步骤中进行补焊，直到合格为止。其中所述的力学性能参数检测是指对爆炸复合后的复合板，测定基板的屈服强度、抗拉强度、伸长率和剪切强度，测定复板的硬度和磨损率；作为表征复合板的力学性能参数特征。更优选的是，一种水工用不锈钢复合钢板的制造方法，它对复板与基板的要求是基板为国家标准GB/T1591-2008中的碳钢板Q345B，复板是GB/T 3280-2007中的 OCr 19Ni IONbN 不锈钢；水利工程用不锈钢复合钢板的加工包括下述主要的步骤1、匹配将检验符合国家标准及使用技术要求的高N不锈钢复板和Q345B基板，使选择的含高N不锈钢复板的长与宽比基板的长与宽大90mm士 IOmm;2、打磨表面清除基板与复板爆炸结合面上的氧化物及杂物，打磨后，基板的结合面表面粗糙度值不大于Ra 25μπι ；3、爆炸焊接爆炸焊接时复板和基板通过圆柱形铝质支点支撑，在复板的周围安置药框，炸药铺放在复板上，炸药爆速控制在2200m/s 2300m/s之间，密度为0. 6g/cm3 0. 7g/cm3的低爆速铵油炸药，电雷管引爆。4、表面补焊复层和过渡层的焊接采用焊条牌号为E2209，堆焊后，对焊接位置进行UT和PT检测。5、热处理采用高温热处理，在900-930°C保温15_20min，出炉后风冷；6、性能检测按照GB/T 6396-2008的要求对复合钢板进行力学性能检验。7、超声波探伤按照NB/T 47002-2009的要求对复合板进行100%探伤检验。8、复合钢板表面抛光抛光采用120目锆刚玉砂纸，表面粗糙度不大于Ra 2 μ m ；实施例本发明下述实施例中使用的各种原料的具体组成和含量如下表面粗糙度的测定采用TR210手持式粗糙度仪，北京时代之峰科技有限公司制磨损率采用磨损试验机，在磨损试验机上，经过10小时磨损测试，得到的磨损率。磨损试验机的型号为MMW-1，由济南竟成测试技术有限公司制。。不锈钢硬度采用型号为HB-3000B的布氏硬度计，北京时代山峰科技有限公司制屈服強度、抗拉强度、伸长率，剪切強度力学性能测试按照GB/T6396-2008标准要求进行测试。超声波100%探伤检测按照NB/T 47002-2009的标准要求的根据JB4730. 3-2005 附录B的方法进行超声波探伤检测进行测试。实施例11、匹配将检验符合国家标准GB/T1591-2008的作为基板，以质量百分比计，含有下述成分为C :0. 17% ；Si 0. 45% ；Mn 1. 50% ；Nb 0. 02% ；V 0. 13% ；Ti 0. 18% ；Cr 0. 26% ； N 0. 009% ；Mo 0. 09% ；Ni :0. 45% ；P く 0. 030% ；S く 0. 030% ；余量为铁和不可避免的杂质；将符合GB3280-2007标准的复板，以质量百分比计，含有下述成分为C :0. 09% ； Si 1. 20 % ；Mn 2. 60 % ；Nb 0. 18 % ；Cr :19. 3 % ；N 0. 24 % ；Ni 8. 50 % ;P ^ 0. 035 % ； S^O. 035%余量为铁和不可避免的杂质将两者的长宽比对，其中基板长10050mm，宽1500mm，厚^nm，复板长10150mm，宽 1580mm，厚4mm，其中复板的长比基板的长大IOOmm ；复板的宽比基板的宽大80mm ；2、打磨表面清除基板与复板爆炸结合面上的氧化物及杂物，打磨后，測定基板的结合面表面粗糙度值Ra为20 μ m ；3、爆炸焊接将上述的复板和基板通过圆柱形铝质支点支撑，炸药铺放在复板上，在复板的周围安置药框，炸药爆速控制为2250m/s，密度为0. 65g/cm3的低爆速铵油炸药，电雷管引爆， 进行爆炸焊接制成复合板。4、表面补焊对爆炸焊接后复合板的复层和过渡层进行补充焊接，先将爆炸焊接没有结合的复层去掉，如图1所示，切削的深度为4. 3mm，切削弧的切削角度为40°，后采用焊条牌号为 E2209，进行堆焊，具体參数见表1，后对焊接位置按照JB4730. 3-2005附录B的方法进行UT 检测，按照JB4730. 5-2005标准的方法进行PT检测，无裂纹和无气孔为合格；。表 权利要求
1.ー种水利工程用复合板，包含基板和复板，其特征在干，基板为碳钢板，复板为不锈钢板，两者通过原子结合形成复合板，其中所述基板为结构钢或容器板，所述复板为铌氮奥氏体不锈钢。
2.如权利要求1所述的复合板，其中所述的基板，以质量百分比计，含有下述成分为 C 彡 0. 20% ；优选 0. 18%Si ≤ 0. 50% ；优选 0. 40% Mn ≤ 1. 70% ；优选 1. 30% Nb ≤ 0. 07% ；优选 0. 03% V ≤ 0. 15% ；优选 0. 12% Ti ≤ 0. 20% ；优选 0. 15% Cr ≤ 0. 30% ；优选 0. 23% N ≤ 0. 012% ；优选 0. 008% Mo ≤ 0. 10% ；优选 0. 06% Ni ≤ 0. 50% ；优选 0. 40% P ≤ 0. 035% ；优选 0. 030%S^O. 035%，优选0. 030%余量为铁和不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的复合板，其中所述的复板，以质量百分比计，含有下述成分为C 0. 04-0. 12% ；优选 0. 08% Si 0. 50-1. 50% ；优选 1. 00% Mn 2. 00-3. 00% ；优选 2. 50% Nb 0. 10-0. 20% ；优选 0. 15% Cr 18. 00-20. 00% ；优选 18. 9% N 0. 15-0. 30% ；优选 0. 16% Ni 7. 50-10. 50% ；优选 8. 10% P ≤ 0. 055% ；优选≤ 0. 045%S≤0. 040%，优选< 0. 030%余量为铁和不可避免的杂质。
4.一种权利要求1-3任ー项所述复合板的制备方法，包括如下步骤(1)将基板和复板的表面进行处理；(2)对处理后的基板和复板进行爆炸焊接；(3)将爆炸焊接后的复合板进行补充焊接；以及(4)将步骤( 补充焊接后的复合板进行热处理。
5.如权利要求4所述的制备方法，其中步骤(1)所述的处理是打磨，优选打磨后的基板和复板表面粗糙度值Ra不大于25 μ m。
6.如权利要求4或5所述的制备方法，其中步骤( 所述的爆炸焊接所用炸药为铵油炸药。
7.如权利要求4-6任一项所述的制备方法，其中步骤( 所述爆炸焊接所用炸药的爆速为 2200m/s-2300m/s，优选为 2250m/s，密度为 0. 60g/cm3-0. 70g/cm3，优选密度为 0. 65g/ cm 3ο
8.如权利要求4-7任一项所述的制备方法，其中进行所述步骤(2)时，爆炸焊接所用炸药铺放在复板上，在复板的四周安置药框进行爆炸焊接。
9.如权利要求4-8任一项所述的制备方法，其中在步骤(1)前还包括对基板和复板的长宽匹配，优选复板的长与宽分别比基板的长与宽大90mm士 10mm。
10.如权利要求4-9任一项所述的制备方法，其中步骤(3)所述的补充焊接的切削圆弧角度为35-45°，优选40°。
11.如权利要求4-10任一项所述的制备方法，其中步骤(4)中热处理的温度为 900-930°C，优选为 910"C。
12.如权利要求4-11任一项所述的制备方法，其中步骤中热处理的保温时间为 15-20min，优选为 18min。
13.如权利要求4-12任一项所述的制备方法，其中在步骤(4)后还包含步骤(5)对复合板抛光，优选抛光后的表面粗糙度小于2 μ m，更优选为1. 4-1. 8 μ m，还优选在抛光前对复合板进行力学性能检验。
14.如权利要求1 3任一项所述复合板，剪切强度为280-330MPa，表面硬度为 275j85N/mm2。
全文摘要
本发明涉及水利工程用复合板及其制备方法，该复合板包含基板和复板，其特征在于，基板为碳钢板，复板为不锈钢板，两者通过原子结合形成复合板，其中所述基板为结构钢或容器板，所述复板为铌氮奥氏体不锈钢，该复合板主要是冲砂管、闸门用的复合板。该复合板的制备方法，包括如下步骤，首先将基板和复板的表面进行处理；后对处理后的基板和复板进行爆炸焊接；将爆炸焊接后的复合板进行补充焊接；以及将补充焊接后的复合板进行热处理。得到的复合板的剪切强度为280-330MPa，表面硬度为275-285N/mm2。
文档编号B23K20/227GK102528265SQ20111044963
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者刘云飞, 卫世杰, 李玉平, 王海峰, 王虎成, 白志伟, 郭励武 申请人:太原钢铁(集团)有限公司