一种高剪切强度轧制复合钢板及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高剪切强度轧制复合钢板，其包括碳钢基层和轧制复合于碳钢基层上的不锈钢复层；所述碳钢基层的化学元素质量百分比为：C：0.17％～0.25％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.15％～1.50％；Mo：0.45％～0.60％；Ni：0.40％～0.70％；Al：0.020～0.040％；Ca：0.0010～0.0030％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。另外，本发明专利技术还公开了一种上述高剪切强度轧制复合钢板的制造方法。本发明专利技术所述的高剪切强度轧制复合钢板，其室温下抗拉强度为570～690MPa，室温下屈服强度≥365MPa，剪切强度≥350MPa，延伸率≥20％。

High shear strength rolled composite steel plate and manufacturing method thereof

The present invention discloses a high shear strength rolling composite plate, which includes a carbon steel base and a stainless steel composite layer on a carbon steel base; the mass percentage of the chemical elements of the carbon steel base is C:0.17% to 0.25%; Si:0.15% to 0.40%; Mn:1.15% to 1.50%; Mo:0.45% to 0.60%; Ni:0.40 % ~ 0.70%; Al:0.020 ~ 0.040%; Ca:0.0010 ~ 0.0030%; the allowance is Fe and other unavoidable impurities. In addition, the invention also discloses a manufacturing method of the above high shear strength rolling composite steel plate. The composite steel plate with high shear strength described in the invention has a tensile strength of 570 to 690MPa at room temperature, the yield strength at room temperature is more than 365MPa, the shear strength is more than 350MPa, and the elongation rate is more than 20%.

【技术实现步骤摘要】
一种高剪切强度轧制复合钢板及其制造方法
本专利技术涉及一种复合板及其制造方法，尤其涉及一种采用轧制复合工艺的复合钢板及其制造方法。
技术介绍
安注箱是核电站安全注入系统中重要的应急安全设备，在反应堆压力降到中压时，安注箱能快速将硼酸溶液注入堆芯防止燃料棒熔化，以保证核电站安全，其质保要求非常严格。目前安注箱设备制造均采用复合板，即安注箱的结构材料为碳钢，其内壁为一层起耐腐蚀作用的不锈钢材料。日本核事故后，从安全角度考虑，国内设计者对该材料的剪切强度等关键指标提出了更高要求，而目前国内外现有的复合板生产技术已不能完全满足核电安注箱的技术要求。公开号为CN102825858A，公开日为2012年12月19日，名称为“一种核电工程用复合钢板及其制备方法”的中国专利文献公开了一种核电工程用复合钢板，其采用的制造方法为爆炸焊接。爆炸焊接复合工艺是将两块要复合的钢板中间铺上炸药，用爆炸的方式使两块钢板固态焊接结合在一起。然而，该工艺显然不环保，而且复合钢板复合界面的结合率难以达到100％，钢板的尺寸精度也不高。另外，复合钢板的宽度受爆炸焊接复合工艺的限制，不能太宽，其宽度仅为1500mm，因此，在应用于对宽度有要求的核电设备的制造时，只能将几块钢板通过焊接的方法进行拼接使用，这样势必会增加设备结构的焊缝，从而增加设备制造难度及成本，同时焊缝的增加也会降低设备的安全性。由于采用爆炸复合，本已采用调质工艺(淬火+回火)生产的基层碳钢在与复层复合后，还需要进行正火+快速冷却+高温回火来恢复原来的调质态性能，即基层钢板需要进行两次热处理，一次是在爆炸复合前，基层钢板必须经调质(淬火+回火)工艺实现基层钢板要求的力学性能。第二次是在爆炸复合后，因为爆炸焊接过程是高温高压的过程，基层钢板经过这个过程，其原有的调质态已经被改变，基层钢板的力学性能也被随之被改变，为恢复基层钢板原有的调质态力学性能，必须要将已经复合好的基层钢板和复层钢板同时进入加热炉进行正火+快速冷却+高温回火。如此一来，势必增加复合钢板的制造成本。该专利技术所公开的技术方案中，基层板厚仅20mm，复层板厚仅3mm。申请日为201010126501.1，申请日为2010年3月16日，名称为“一种核级压力容器用复合钢板”的中国专利文献公开了一种核级压力容器用复合钢板，该核级压力容器用复合钢板的基层碳钢牌号为SA533TP.BCL.1，复层不锈钢牌号为SA240TP304L，基层厚度55mm，复层厚度5mm。其制造方法为轧制复合或爆炸复合，但是这两种方法均未有详细的工艺说明，同时也未列出该核级压力容器用复合钢板的实际性能，从性能指标看，其剪切强度≥210MPa的要求偏低，已经不能满足现在核电机组的要求。此外，安注箱用复合板对结合面强度、力学性能、探伤以及碳钢基层、不锈钢复层的厚度精度的要求均较高，因此复合钢板的制造难度极大。鉴于此，期望获得一种复合钢板，在符合核电站安注箱用复合板的高要求的同时，该复合钢板能够达到剪切强度≥350MPa。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种高剪切强度轧制复合钢板，该高剪切强度轧制复合钢板具有较高的剪切强度，能够适用于核电站安注箱对复合板的使用要求。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种高剪切强度轧制复合钢板，其包括碳钢基层和轧制复合于碳钢基层上的不锈钢复层；其中，所述碳钢基层的化学元素质量百分比为：C：0.17％～0.25％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.15％～1.50％；Mo：0.45％～0.60％；Ni：0.40％～0.70％；Al：0.020～0.040％；Ca：0.0010～0.0030％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。目前国内主要采用爆炸复合制造工艺生产复合板，然而，本专利技术技术方案采用轧制复合工艺获得高剪切强度轧制复合钢板，该高剪切强度轧制复合钢板通过轧制复合工艺将不锈钢复层轧制复合于碳钢基层上来获得高剪切强度的复合钢板，该钢板的生产工艺简单环保，复合界面的结合率达到100％。本案专利技术人通过对碳钢基层的各个化学元素的合理设计，并结合轧制复合工艺，从而实现了碳钢基层和不锈钢复层的冶金结合，其碳钢基层的各化学元素设计原理如下所述：C：在本专利技术所述的技术方案中，C是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素。随着钢中C的质量百分比的增加，钢的淬透性及钢淬火后基体的硬度提高，钢的抗拉强度和屈服极限上升但同时，钢的延伸率和缺口冲击韧性下降。因此，为了保证基层碳钢的高强度和高韧性，在本专利技术所述的高剪切强度轧制复合钢板对碳钢基层的C的质量百分比限定在0.17％～0.25％。Si：在本专利技术所述的技术方案中，Si是主要的脱氧剂，能与FeO作用生成SiO2，然后SiO2进入炉渣而被排除，少量以SiO2残存于钢中，成为非金属夹杂物。Si可起固溶强化的作用，同时Si减少C在奥氏体中的溶解度，促使C脱溶，以碳化物的形式析出。此外，适量的Si能加速焊接冶金过程的还原作用，还能提高焊缝金属的抗气孔能力。质量百分比高于0.40％的Si使焊缝金属的塑韧性降低。因此，在本专利技术所述的高剪切强度轧制复合钢板中，对碳钢基层的Si的质量百分比限定在0.15％～0.40％。Mn：Mn加入钢中能固溶于铁素体中，起到强化铁素体的作用。在碳的质量百分比限定在0.17％～0.25％条件下，Mn的质量百分比在1.50％以下时，有利于提高钢的强度的同时，仍可使钢保持较高的塑性和韧性。因此，本专利技术所述的高剪切强度轧制复合钢板对碳钢基层的Mn的质量百分比限定在1.15％～1.50％。Mo：在本专利技术所述的技术方案中，Mo是缩小奥氏体相区的元素，同时也抑制钢中奥氏体的分解，促使C和Fe形成复杂的碳化物。同时，Mo也可以起到固溶强化的作用，能提高钢材强度。为确保在本专利技术所述的技术方案中，钢经长时间模拟焊后热处理(SPWHT)后及150℃服役温度下仍然具有高的强度，因而，对碳钢基层的Mo的质量百分比限定在0.45％～0.60％。Ni：Ni具有一定的强化作用，加入Ni有利于提高钢强度同时，加入Ni还能显著地改善钢材的韧性，特别是低温韧性的提高。因此，在本专利技术所述的高剪切强度轧制复合钢板对Ni的质量百分比限定在0.40％～0.70％。Al：Al是钢中的主要脱氧元素，有利于细化晶粒，在本专利技术所述的技术方案中，Al的质量百分比在0.02～0.04％。Ca：为改善钢中硫化物的形态，提高钢的低温韧性，在本专利技术所述的高剪切强度轧制复合钢的碳钢基层中添加0.0010％～0.0030％的Ca。需要说明的是，在本专利技术所述的技术方案中，在碳钢基层中的不可避免的杂质元素包括Cr、Cu、V、Nb、Ti、B、Co、As、Sn、P和S。对于本专利技术的技术方案来说，杂质元素是有害元素，在钢中的含量需要越低越好，但是考虑到钢铁冶炼成本的经济性，因而对于上述不可避免的杂质元素在碳钢基层的质量百分比控制在：P≤0.008％，S≤0.0015％，Cr≤0.03％，Cu≤0.05％，V≤0.01％，Nb≤0.01％，Ti≤0.01％，B≤0.0004％，Co≤0.01％，As≤0.01％以及Sn≤0.008％。进一步地，在本专利技术所述的高剪切强度轧制复合钢板中，所述不锈钢复层的化学元素质量百分比为：0＜C≤0.025％；Si：0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高剪切强度轧制复合钢板，其包括碳钢基层和轧制复合于碳钢基层上的不锈钢复层；其特征在于，所述碳钢基层的化学元素质量百分比为：C：0.17％～0.25％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.15％～1.50％；Mo：0.45％～0.60％；Ni：0.40％～0.70％；Al：0.020～0.040％；Ca：0.0010～0.0030％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高剪切强度轧制复合钢板，其包括碳钢基层和轧制复合于碳钢基层上的不锈钢复层；其特征在于，所述碳钢基层的化学元素质量百分比为：C：0.17％～0.25％；Si：0.15％～0.40％；Mn：1.15％～1.50％；Mo：0.45％～0.60％；Ni：0.40％～0.70％；Al：0.020～0.040％；Ca：0.0010～0.0030％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的高剪切强度轧制复合钢板，其特征在于，所述不锈钢复层的化学元素质量百分比为：0＜C≤0.025％；Si：0.30％～0.75％；Mn：1.30％～2.0％；Cr：17.5％～19.5％；Ni：8.25％～12.00％；0＜N≤0.10％；余量为Fe及其他不可避免的杂质。3.如权利要求1所述的高剪切强度轧制复合钢板，其特征在于，所述不锈钢复层的厚度为3～15mm，所述不锈钢复层的微观组织为奥氏体。4.如权利要求1-3中任意一项所述的高剪切强度轧制复合钢板，其特征在于，所述碳钢基层的厚度为20～80mm。5.如权利要求4所述的高剪切强度轧制复合钢板，其特征在于，所述碳钢基层的厚度h为20mm≤h≤40mm；所述碳钢基层在厚度方向上被划分为：近碳钢基层表面的表层，位于碳钢基层芯部的芯部层，以及位于芯部层和表层之间的中间层，其中表层的微观组织具有相比例≥90％的回火马氏体，中间层的微观组织具有相比例≥80％的回火贝氏体，芯部层的微观组织具有相比例≥60％的回火贝氏体。6.如权利要求5所述的高剪切强度轧制复合钢板，其特征在于，所述表层的微观组织的余量为回火贝氏体+针状铁素体+渗碳体，所述中间层的微观组织的余量为针状铁素体+渗碳体，所述芯部层的微观组织的余量为针状铁素体+块状铁素体+渗碳体。7.如权利要求4所述的高剪切强度轧制复合钢板，其特征在于，所述碳钢基层的厚度h为40mm＜h≤60mm；所述碳钢基层在厚度方向上被划分为：近碳钢基层表面的表层，位于碳钢基层芯部的芯部层，以及位于芯部层和表层之间的中间层，其中表层的微观组织具有相比例≥80％的回火马氏体，中间层的微观组织具有相比例≥70％的回火贝氏体，芯部层的微观组织具有相比...

【专利技术属性】
技术研发人员：张汉谦，丁建华，焦四海，侯洪，陈超，姜洪生，袁向前，李占杰，刘慧斌，沈燕，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31