一种冶金结合不锈钢覆层双金属型钢及制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种冶金结合不锈钢覆层双金属型钢及制备工艺，包括碳钢芯部和不锈钢覆层，其复合成型工艺包括采用感应加热器对外层不锈钢管进行整体加热到600～1000℃，浇入内层碳钢金属液熔铸，制造成界面呈冶金结合的包覆型双金属复合坯料；将熔铸好的所述双金属坯料进行热轧成覆层双金属型钢。所述不锈钢层和碳钢芯的冶金结合界面由熔铸形成，具有结合强度高、工艺性能优良，组织致密，质量好，工序少，成本低，效率高等优点。本发明专利技术采用双金属型钢替代整体不锈钢型钢，在保证型钢抗腐蚀特性的前提下，不仅节省不锈钢材料，降低工程成本，还有效提高钢筋的强度，减少了资源和能源的浪费和环境的污染，具有广阔的应用前景。

Metallurgical combined stainless steel cladding bimetal steel and its preparation process

The invention discloses a preparation process of metallurgy with stainless steel cladding bimetal type steel and carbon steel, including the core and the stainless steel cladding, the composite molding process including the use of induction heater outer stainless steel tube for overall heating to 600 to 1000 DEG C, poured into the inner layer of steel liquid metal casting, manufacturing interface was coated metallurgical combination of bimetal composite casting blank; the good of the double metal billet is rolled into double cladding metal steel. The metallurgical bonding interface between the stainless steel layer and the carbon steel core is formed by casting and casting, and has the advantages of high bonding strength, good technical performance, compact structure, good quality, little process, low cost and high efficiency. Double metal type steel to replace whole stainless steel of the invention, in ensuring the properties of corrosion resistance steel, stainless steel not only save materials, reduce project cost, but also improve the strength of steel, reduce the waste of resources and energy and environmental pollution, and has broad application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种冶金结合不锈钢覆层双金属型钢及制备工艺
本专利技术涉及一种金属复合材料及冶金轧钢
，尤其涉及一种冶金结合不锈钢覆层双金属钢筋及制备工艺。
技术介绍
型钢是一种有一定截面形状和尺寸的条型钢材，是钢材四大品种(板、管、型、丝)之一。根据断面形状，型钢分简单断面型钢和复杂断面型钢（异型钢）。简单断面型钢指方钢、圆钢、扁钢、角钢、六角钢等；复杂断面型钢指工字钢、槽钢、钢轨、窗框钢、弯曲型钢等。型钢一般用于机械加工、结构连接等。目前工业和建筑业应用量比较大的主要有角钢、槽钢、工字钢、H型钢等，广泛地用于各种建筑结构和工程结构，如房梁、桥梁、输电塔、起重运输机械、船舶、工业炉、反应塔、容器架以及仓库货架等。普通碳素结构型钢在使用方面存在易生锈、易腐蚀等缺陷，尤其在酸性潮湿环境中，严重影响到结构构件的使用寿命和安全性。近年来，各产业部门使用的钢材向高级化方向发展，不锈钢作为在空气或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢，不锈钢中的铬和镍均为化学稳定性极高的元素，并且能在氧化的介质中生成一种钝化膜，这种钝化膜的分子结构紧密，性质坚韧，可有效地防止钢的氧化，具有良好的耐腐蚀性，所以使用不锈型钢能使结构部件永久地保持工程设计的完整性，而且由于不锈钢材质的型钢还具有不易磨损，质感好等性能，目前已经在上述各领域获得了广泛的应用，尤其在侵蚀性严重的工业或海洋大气环境中建筑的屋顶、幕墙、侧墙结构架以及民用建筑中的门窗、橱柜、炉具、太阳能等领域获得了大量的应用，使其对不锈钢型材的需要量迅速增多。目前，建筑部门和水利部门也开始采用不锈钢型钢，如日本NKK公司福山制铁所在生产不锈钢角钢的基础上研制出不锈钢H型钢，研制的不锈钢有：SUS304，SUS304L，SUS316和SUS316L等4个钢种，可以生产规格有：窄幅系H型钢、中幅系H型钢和宽幅系H型钢等，已应用于化工厂耐腐蚀的结构件和沿海地仅的建筑构件等。基于上述原因，现有技术中，大量使用由不锈钢原料制成的不锈钢角钢、槽钢、H型钢等各种型钢。目前，不锈钢中的主要合金元素是Cr，只有当Cr含量达到一定值时，钢才有耐蚀性，因此不锈钢一般Cr含量至少为12％，同时为了使不锈钢具有更好的耐晶界腐蚀性,不锈钢中还需要添加一些其他合金元素，如Ni、Ti、Mn、N、Nb、Mo以及Si等贵重和稀有金属元素，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。这不仅提高了钢的耐蚀和耐热性能，而且也影响到其晶体结构、力学性能、机械性能、可塑性及可焊性。但是，这样在制备不锈钢型钢时会消耗大量稀贵金属，导致工程材料成本高，从而制约了其大规模应用。随着Ni、Cr等资源的逐渐减少，不锈钢的生产成本会不断提高，因此寻求既具有不锈钢型钢的耐腐蚀性能，又成本低廉、强度还高于不锈钢型钢的材料是人们迫切追求的目标，并具有重要意义。不锈钢/碳钢复合金属材料是近年来发展起来的一种新兴复合材料。不锈钢复合型钢作为一种资源节约型的产品，减少了贵重金属的消耗，实现低成本和高性能的完美结合，有良好的社会效益。不锈钢复合型钢一般以不锈钢为复层，碳钢为基材，它分为单面或双面复层，双面复合型钢的中间层主要采用低碳钢，并且目前均为板材，经过一定的压力加工工艺，使其产生塑性变形，从而达到所需的产品规格，并使两种材料之间达到冶金扩散结合的一种性能优越的复合钢筋。它利用碳钢基层保证材料的力学性能，利用不锈钢复合层提高材料的耐腐蚀、耐氧化等性能，既可降低生产成本，又能满足实际需求。与同规格的纯不锈钢相比，这种复合材料明显减少了不锈钢占有比例，节约贵重金属Cr，Ni等可达70%～80%。这种材料外型美观，具有不锈钢型钢和普通型钢的综合机械性能，有较好的持久抗腐蚀性和耐磨性，和实体不锈钢型钢相比又具有价格低廉的特点，拥有绝对的性价比优势。不锈钢复合型钢作为一种资源节约型的产品，减少贵重金属的消耗，实现低成本和高性能的完美结合，有良好的社会效益。符合当前绿色工艺制造和循环经济理念。由于不锈钢／碳钢复合型钢具有优异的抗腐蚀性能，并且完全满足工程中的需要，其成本相对实心不锈钢型钢要低廉很多，能够取代在工程中所使用的实心不锈钢型钢等其他防腐蚀型钢，具有的良好的性能和性价比方面的优势，具备了取代其他耐腐蚀产品的能力，特别是在对耐腐蚀性能要求较高的环境条件下，有很大的应用前景。由于不锈钢／碳钢复合型钢所具有的良好的经济效益和市场前景，使国内外一些公司和学者对不锈钢／碳钢复合型钢进行了研究开发和生产。目前不锈钢复合材料的制备方法主要有爆炸复合与轧制复合。爆炸复合存在以下问题：爆炸引起表面质量差，造成噪声和烟尘污染，生产效率较低，且不适合形状较复杂的型钢制作。轧制生产不锈钢复合产品均为复合板材，对于轧制生产不锈钢复合型钢，尚未见报道。就目前国内外双金属复合型钢研究成果来看，其所制备的复合型钢大都属于非冶金结合状态，使该材料表现出一些问题，如芯部和覆层间缺乏冶金结合，将会导致覆层过早的开裂，大大降低了材料的抗腐蚀性；材料的质量控制，如覆层厚度的不均匀，内部可能出现腐蚀，使材料长期的力学行为不明确。上述问题在短期和长期内可能造成严重后果。但由于现有的不锈钢复合型钢生产技术一直存在着复合率低、工序成本高等方面的技术难题，我国至今鲜有企业对锈钢／碳钢复合型钢进行大量生产，限制了该项产品的推广和研发进度。在追求资源最小消耗，效益最大获取的今天，由于不锈钢的高耐腐蚀性，在普通碳钢表面包覆不锈钢的方法越来越受到人们青睐，对此类型钢的研究也越来越多，不锈钢／碳钢耐腐蚀复合型钢的生产迫切需求的是找到一种能使生产效益最大化的方法。因此，寻找一种成本适宜且具有良好抗腐蚀和氧化性能的不锈钢/碳钢覆层型钢制备工艺，对于降低工程成本，提高工程工程质量、延长工程结构的使用寿命具有重要意义。因此，开发一种制造简单、成本相对低廉、性能优良的不锈钢覆层型钢产品及制备工艺对加快不锈钢覆层型钢的推广不但具有重要的经济意义，还具有良好的社会效益，具有广阔的市场发展前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，解决不锈钢型钢耐腐蚀性好，但成本高；碳钢型钢成本低，但耐腐蚀性差的问题，提供一种性价比高且具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能的一种冶金结合不锈钢覆层双金属型钢及制备工艺，可获得耐腐蚀性能好，成本低，可批量化生产不锈钢覆层角钢、槽钢、H型钢等各种双金属复合型钢产品。一种冶金结合不锈钢覆层双金属型钢包括外层不锈钢覆层和碳钢芯部组成；所述不锈钢覆层双金属型钢由不锈钢覆层沿碳钢芯部金属外层长度方向包覆，所述不锈钢覆层与碳钢芯部金属之间为通过熔铸形成的冶金结合的熔合界面层；所述不锈钢钢管坯料的壁厚为所述双金属坯料尺寸的5％～25％；所述不锈钢覆层的厚度为0.5mm～1.5mm，不锈钢覆层的重量为所述覆层双金属型钢总重量的6％～32％。所述钢体为低碳钢和低合金钢中的任意一种，包括含碳量≤0.25％的碳结钢芯或低合金钢芯。所述不锈钢层为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢和Cr-Mn-Ni系不锈钢的任意一种。所述覆层双金属型钢外形包括扁钢、角钢、槽钢、H型钢、弯曲型钢。一种实现冶金结合不锈钢覆层双金属型钢的工艺技术方案，包括以下步骤：（a）覆层双金属坯料熔铸；（b）型钢成型；（C）后处理：（本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冶金结合不锈钢覆层双金属型钢，其特征在于：冶金结合不锈钢覆层双金属型钢包括外层不锈钢覆层和碳钢芯部组成；所述不锈钢覆层双金属型钢由不锈钢覆层沿碳钢芯部金属外层长度方向包覆，所述不锈钢覆层与碳钢芯部金属之间为通过熔铸形成的冶金结合的熔合界面层。

【技术特征摘要】
1.一种冶金结合不锈钢覆层双金属型钢，其特征在于：冶金结合不锈钢覆层双金属型钢包括外层不锈钢覆层和碳钢芯部组成；所述不锈钢覆层双金属型钢由不锈钢覆层沿碳钢芯部金属外层长度方向包覆，所述不锈钢覆层与碳钢芯部金属之间为通过熔铸形成的冶金结合的熔合界面层。2.一种实现冶金结合不锈钢覆层双金属型钢制备工艺，其特征是：工艺技术方案包括以下步骤：一种实现冶金结合不锈钢覆层双金属型钢的工艺技术方案，包括以下步骤：（a）覆层双金属坯料熔铸；（b）型钢成型；（C）后处理：（a）覆层双金属坯料熔铸：首先将制造好的所需材质和尺寸的外层不锈钢管内壁表面进行除油、除锈处理后，采用丙酮进行清洗，然后在清洗好的表面均匀涂覆一层高温防氧化涂料，将其固定在浇注底板上面的金属液出口处的中心位置上，在外层不锈钢管的外部包覆一层耐火材料纤维，或者安装有传导加热套，启动升降设备上的传动系统转动升降螺杆或液压缸带动安装在升降立柱上的升降臂以所设定的速度将安装在升降臂上面的电磁感应加热器下降到外层不锈钢料管的底部，启动电磁感应加热电源，使感应加热器直接对外层不锈钢管进行整体加热，或者感应加热器通过安装在外层不锈钢管外部的传导加热套对外层不锈钢管进行整体加热，通过安装在外层不锈钢管上面的测温热电偶进行测温和控制加热温度，待加热到600℃～1000℃后，将冶炼好的所需复合成分的芯部碳钢或低合金钢金属液倒入浇注包内，将浇注包内的金属液按照所预定的浇注程序通过浇注漏斗、中注管、浇铸流道砖内的浇注流道浇入外层不锈钢管内，在浇注过程中，电磁感应加热器不停止加热，金属液浇注完毕后，感应加热器继续进行加热10～30分钟，使所浇注的金属液在一定的时间内保持液态，以增加液固时间，使界面形成冶金结合，当金属液浇注到冒口处时采取点注方式浇注以对冒口进行补缩，浇注完毕后，将保温剂加入到保温冒口内；当采用顶部直接浇注时，将浇注包和浇注管一起移到外层不锈钢管内孔上方，将浇注包对准不锈钢管内孔中心，开始从浇注管浇入芯部碳钢或低合金钢金属液，金属液浇注到不锈钢管内的型腔后，根据浇注速度逐步将浇注包和浇注管一起向上提升，当金属液浇注到冒口处时采取点注方式浇注以对冒口进行补缩，浇注完毕后，将保温剂加入到保温冒口内；启动升降装置，通过升降臂以所设定的速度将安装在升降臂上面的电磁感应加热器以一定的速度向上提升，使电磁感应加热器逐步脱离复合层，同时打开底水箱的进水管和出水管，使在底水箱由下向上的逐层冷却下，形成逐层顺序凝固，并根据质量要求通过控制电磁感应加热器在不同的区域内的上升速度，实现区域定向凝固，经过5～25分钟升到保温冒口处停止，继续对保温冒口处进行加热10～50分钟，以延迟保温冒口凝固时间，对冒口进行补缩，使复合层金属液中的气体和夹杂物充分上浮，消除复合层金属铸造缺陷，达到预定时间后停止加热，拆除包覆在外层不锈钢管外面的耐火材料纤维或者安装在外层不锈钢管外部的传导加热套，关闭底水箱进水管，松开外层不锈钢管的固定装置，将铸造好的界面呈冶金结合的外层不锈钢和内层碳钢或低合金钢的包覆型双金属复合坯料从浇注底板上面吊出；当采用燃气加热时，打开燃气供气管的阀门，点燃燃气喷嘴，调整燃气量大小，通过高温燃气对外层不锈钢管进行加热，当浇注完毕后，打开底水箱的进水管和出水管，通过底水箱产生由下向上的逐层冷却，同时将燃气喷嘴由下向上逐层停止加热，使内层材料形成由下向上逐层顺序凝固，并根据质量要求通过控制燃气喷嘴在不同的区域内的加热时间和加热量的大小，实现区域定向凝固；所述的包覆型双金属复合材料的外层材质为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双相不锈钢和Cr-Mn-Ni系不锈钢的任意一种；所述钢体为低碳钢和低合金钢中的任意一种，包括含碳量≤0.25％的碳结钢芯或低合金钢芯；（b）型钢成型：将熔铸好的所述不锈钢覆层双金属坯料放入加热炉中加热到1050～1280℃，保温30～60分钟；将加热后的所述不锈钢覆层双金...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁家伟，丁刚，耿德英，鹿微微，鹿策，施孟达，陈志和，朱坚，
申请(专利权)人：丹阳恒庆复合材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32