包层合金基片及其制备方法
【专利说明】
[00011 本申请是申请日为2005年5月19日、申请号为200580025882.6、发明名称为"包层 合金基片及其制备方法"的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及一种包层合金基片及制备这种包层材料的方法。本发明还涉及由包层 合金基片制备的制品或含包层合金基片的制品以及还涉及制备这种制品的方法。
【背景技术】
[0003] 在某些要求兼有高强度和耐腐蚀的材料的应用中使用包层合金。具有良好强度和 耐腐蚀的包层合金的常见实例包括用镍或镍基合金（即主要由镍组成的合金)层在其相对 面上包层的不锈钢层。其中利用这类包层材料的应用包括化学容器、烟道、蓄电池、管材、热 交换器、用于油和气的管道、化学试剂罐和炊具。不锈钢层有较高的强度，而镍或镍基包层 在所需条件下能耐腐蚀。使用这种镍双-包层的不锈钢的优点是该复合材料比某些高合金 含量的超级奥氏体不锈钢价更廉，并且镍基合金具有类似的耐腐蚀性能。
[0004] 该包覆工艺包括用单一包层包覆基片材料或用包层包覆基片相对的每一面。用于 制备包层合金的工艺必须将一包层(单一包层)或两包层(双-包层)粘结到基片上，足以防 止在使用条件下该包层的脱层。现已知一些包覆方法。
[0005] -种己知的用于制备包层不锈钢的方法描述于USP 4936504中。更具体而言，该' 504专利描述了用各种材料包括铜、镍和殷钢(铁-36%镍合金)包覆不锈钢的方法。通常， 该'504专利描述的方法是将不锈钢基片与包覆材料叠在一起，并再乳制成密实的卷材。该 卷材在真空炉中于高温下加热持续时间，由此使包覆材料片扩散粘结到不锈钢板上。当实 施'504专利的方法时需要足够的能量来运行真空炉设备及将卷材保持在高温下一段持续 时间，这就明显增加成品包层材料的成本。
[0006] US 5183198描述了一种制备包层钢板的方法，其中将不锈钢或镍合金包覆在铁基 基片上，该基片含0.020-0.06%的碳、0.5%或更少的硅、1.0-1.8%的锰、0.03%或更少 的磷、0.005%或更少的硫、0.08-0.15%的铌、0.005-0.03%的钛、0.05或更少的铝以及 0.002-0.006%的氮(除非另有标明，该％均为重量％ )。将包覆材料板和基片材料乳制成 预定厚度的板。经对该板的所有接触面进行修匀、清洁和脱脂后，通过在两片包覆材料板之 间夹入铁基基片材料板而制备成组合板坯。然后对该组合板坯的周边进行封焊，并用真空 栗除去板接触面之间的空气。再在1100-1250 7范围内加热该组合板坯，并经一次或多次 乳制和冷却步骤以粘固该材料并形成包层产品。这样与使用真空炉的'504专利的方法相 反，该' 198专利涉及仅在包覆材料和基片材料的相对表面之间的间隙施加真空。
[0007] 在另一用于制备包层材料的称为爆炸包覆的已知方法中，应用爆轰炸药的可控能 量以在两种或多种类似的或非类似的材料之间产生冶金接合。爆炸包覆是一种冷压过程， 其中由于两金属的高压碰撞在待结合材料上的污染表面膜会从基片金属上射出。在金属板 的高速碰撞中，在板之间形成喷射，并使有害于建立冶金接合的污染表面膜在喷射中吹除。 经喷射作用清除掉表面膜的金属板在接近碰撞点所达到的非常高的压力作用下在内点处 接合。在这领域发布过的早期专利包括US 3233312、3397444和3493353。
[0008] 上述已知的每一个包覆方法均需要应用真空设备或其它复杂的设备。此外，如' 504专利的包覆方法受限于生产较薄尺寸的卷材产品，并在包覆操作前需分别对基片和包 覆材料进行热乳和冷乳以形成片形。对于爆炸包覆，该工艺通常是昂贵的并且劳动强度大， 需要使用危险的爆炸材料，并会在基片和包覆层之间产生非-均匀性、波状界面，这对某些 应用可能是不合适的。
[0009] 所以需提供另一种用合金包覆材料包覆不锈钢和其它材料的方法。该方法优选不 需要使用真空炉、爆炸包覆设备或其它复杂生产设备。
【发明内容】
[0010] 本发明的一个方面是提供一种从基片材料和包覆材料制备包层产品的新方法，其 中该基片材料和包覆材两者均为合金。该方法包括将基片和包覆材料组装并将其焊接在一 起形成一种这里所称的"焊接组件"，然后该焊接组件经热乳以制得热乳带材。该焊接组件 可以通过将包覆材料置于基片材料上并要使该包覆材料的第一边缘不延伸到该基片材料 的第一边缘，因此在相邻第一边缘之间形成余量。其热强度大于包覆材料的合金置于余量 内，并邻近包覆材料的第一边缘。置于余量内的材料阻止该包覆材料在热乳操作时伸展超 出该基片材料。
[0011] 在本发明的上述方法的某些实施方案中，该包覆材料和基片材料以各个板的形式 存在于焊接组件中，该余量由包覆材料板的第一边缘和邻接该基片材料板的第一边缘之间 的间隙确定。在某些这类实施方案中，其热强度大于包覆材料的材料是基片材料本身，在这 种情况下，包覆材料板置于在基片材料板的表面上所形成的凹座中，以使该基片材料的突 出部分确定该凹座的至少一个壁，并且是在余量内和邻近该包覆材料板的至少第一边缘。 可使用任何通常的技术如铸造有凹座的板或如用机加工从板表面去除材料而在基片材料 板的表面中形成该凹座。
[0012] 在本发明的某些其它实施方案中，将至少一个由其热强度小于包覆材料的合金制 成的框架部件置于邻近包覆材料板的第一边缘的基片材料板上，位于这第一边缘和基片材 料板的第一边缘之间的余量中。
[0013] 可认为本发明的方法可应用于基片材料和包覆材料的宽范围的组合。例如该基片 材料可以是不锈钢(如T-316L不锈钢)或碳钢。
[0014] 通常，适用的包覆材料必需在热的加工温度下是不熔的，并且在热乳温度范围内 也具有类似于基片材料的可热加工能力。可能的包覆材料的非限定性实例包括镍(其可含 残余杂质）、镍-基合金、不锈钢以及铜和铜合金。可能的镍包覆材料包括市售的UNS牌号 N02200和UNS牌号N02201 的纯的可锻镍，其各可由Allegheny Ludium，Pittsburgh Pennsylvania公司以AL200?合金和AL201?合金购得。这些镍仅在规格允许的最大碳含量 上有差别，AL200?合金的碳含量为0.15重量^^PAL201?合金的碳含量为0.02重量％。此 外，该两种镍均有下列典型组成:0.02重量％的铜、0.05重量％的铁、0.02重量％的锰、0.05 重量％的硅、0.002重量％的硫，其余为镍+钴。
[0015] 本发明方法的某些实施方案中还可包括在热乳焊接组件时所形成的热乳带材的 退火步骤和冷乳该热乳带材以提供具有所需尺寸的包层带材的步骤。在某些实施方案中， 冷乳热乳带材可包括两个或多个不同的冷乳步骤，并且该冷乳带材也可在连续的冷乳步骤 之间进行中间退火，以便消除材料中的应力。一个或多个退火步骤例如可以是通常的退火 或光亮退火。其它步骤可按冶金技术中已知的进行以提供所需形状和具有所需特性的包层 带材。
[0016] 在本发明方法的那些实施方案中，其中在余量中的材料不是基片材料的突出部 分，在余量中提供的框架材料可以由其热强度大于包覆材料的任何合金构成，并且其适于 施加到焊接组件的处理步骤。例如将本发明的方法的实施方案用于由T-316L不锈钢和镍包 覆材料组成的基片时，该框架材料可以是T-304L不锈钢。
[0017] 在本发明方法的某些实施方案中，焊接组件的焊接要在该焊接组件的包覆材料和 基片材料之间提供基本气密的间隙。在此情况下，该方法可在热乳焊接组件之前包括从包 覆材料和基片材料之间的气密间隙中抽真空的步骤。
[0018] 本发明方法适用于提供单-包层基片材料或多-包层基片材料。方法的一种非限定 性应用是生产双-包层产品，其中该包覆层可以是相同材料或不同材料。该包层产品可设计 成具有由基片材料和一种或多种包覆材料提供的有利特性。例如镍双-包层不锈钢带材可 具有不锈钢芯体材料的优良强度特性和镍包覆层的优良耐腐蚀特性。
[0019] 本发明的另一目的是提供一种生产包层不锈钢的新方法，其中该方法包括热乳一 种焊接组件以生产热乳带材。该焊接组件是由将合金包覆材料板置于不锈钢板上提供的， 其中至少该包覆材料板的第一边缘不伸展到该不锈钢板的第一边缘，并因此在不锈钢板上 提供余量，在邻近包覆材料板的第一边缘的余量中至少有一框架部件，并且该包覆材料板 和该不锈钢板经焊接形成框架部件。该框架部件是一种其热强度高于该包覆材料的合金。 在热乳时，该框架部件阻止该包覆材料伸展超出不锈钢。该方法任选地还可包括对热乳带 材退火，和以一步或多步冷乳该热乳带材以提供具有所需尺寸的包层带材。
[0020] 该不锈钢板和包覆材料板可由任何合适的不锈钢类型构成。如上述实施方案所提 到的，作为非限定性实例，该不锈钢板可以由T-316L、T-316、T-304L或T-304不锈钢或任何 其它奥氏体不锈钢构成，该包覆材料可以是镍、镍合金、铜、铜合金或不锈钢。该框架部件材 料是部分地根据包覆材料热强度所需要的必要的热强度来选用。可能的框架部件材料的非 限定性实例包括T-316L不锈钢、T-304不锈钢或任何奥氏体不锈钢、镍基耐热合金和钴基耐 热合金。更一般而言，合适的框架材料包括那些其热强度高于包覆材料的材料，其在使用的 热乳温度下可以热加工，其热膨胀系数类似于在焊接组