[发明专利]一种特厚合金钢板的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种特厚合金钢板的制备方法。

背景技术

向普通的碳锰钢中添加一定量的合金元素（包括铬、镍、钼、铜、铌、钒、钛等一种或多种同时添加）后，可获得具有优异的高温力学性能、抗高温氧化性能、抗蚀性能、耐低温和无磁性等不同特殊性能的各类合金钢，目前，合金钢被广泛用于石油化工、煤转化、核电、汽轮机缸体、火电和军事等领域。这其中，高级别的模具钢以及高温耐热用钢等特殊合金钢的特厚板（厚度≥100 mm）有非常大的市场缺口和极高的附加值，目前几乎全部依赖于从国外进口。

目前，生产合金特厚钢板主要采用铸锭法和电渣重熔法。模铸法具有内部组织洁净度高和可以生产大尺寸铸锭的优点，这种轧制方法尽管可以保证一定的压缩比，但是由于模铸工艺的先天性缺陷存在一系列问题，如大型模铸钢锭内部偏析很难避免，质量无法保证，以及钢锭浇注工序长能耗大，还对环境造成一定污染，并且轧制成材率低，一般不超过70％；电渣重熔法可得到具有更高洁净度的内部组织和消除铸锭心部偏析，其原料为电渣重熔法生产的大型坯锭，具有非常高的内部质量，但是这种生产工艺效率低，需将钢坯二次熔化，消耗大量能源，生产成本过高。

真空轧制复合技术是上世纪80年代，日本的JFE钢铁公司发明的一种制备特厚钢板的技术。该技术通过电子束将表面处理过的两块或多块叠合的连铸板坯在高真空度的真空室内进行焊接封装，使复合界面保持洁净和高真空，然后通过加热和轧制的方式对焊接封装后的组合连铸坯进行轧制复合，最终实现界面的良好冶金结合。

目前，通过真空轧制复合技术国内一些钢厂已经能制造出高质量的普通低碳钢（Q235）和低强度级别的合金钢（Q345）特厚钢板。然而在利用真空焊接封装具有高碳当量（碳当量≥0.3%）的高强度级别的特厚合金钢板过程中，由于焊缝高的裂纹敏感性，使接头在真空电子束焊接后极容易发生开裂，无法进行后续的轧制复合，最终导致合金特厚板的成品率急剧降低。

发明内容

针对现有真空轧制复合高碳当量的合金特厚钢板存在的问题，本发明提供一种特厚合金钢板的制备方法，目的是不仅对原有的普通碳锰钢和低合金钢连铸坯进行复合轧制制备，还可以有效实现特殊的高碳当量合金钢连铸坯的轧制复合。

实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：

（1）表面处理：选取两块长宽尺寸相匹配的合金钢连铸板坯，首先用喷丸机对连铸板坯表面进行喷丸，然后将喷丸处理后的连铸板坯通过一个通高频交流电的退磁线圈，使连铸坯的剩磁≤3mT，最后采用铣床加工去除连铸板坯整个待复合界面的锈层和氧化层，使清理后的连铸板坯待复合界面最高点和最低点的高度差≤1mm，侧面的铣削加工深度≥10mm，并留出焊接位置，两块连铸板坯各侧面的单侧尺寸偏差≤5mm；

（2）翻钢和对齐：将两块表面处理后的连铸板坯的待复合界面向上，一块置于翻钢机给钢摆臂上，另一块置于受钢摆臂上，给钢摆臂将连铸板坯托起向受钢摆臂方向转动，同时受钢摆臂向给钢摆臂方向转动，二者同时转到两块板坯叠合后，给钢摆臂停止转动，而受钢摆臂则反方向运动，直至两块叠合的板坯平稳地落在受钢摆臂的固定支架上，此时给钢摆臂回到初始位置，利用受钢摆臂两侧的对齐装置顶在板坯两侧，最终实现两块板坯的叠合和对齐；

（3）电子束焊接：将对齐的板坯吊装至设有缓冲机构的工作平台上，经导轨送入真空室后开始抽真空，当真空室内气压≤1×10^-2Pa时采用双电子枪结构进行焊接；

当待复合的连铸板坯碳当量＜0.3%时，前端电子枪从板坯的端部开始焊接，后端电子枪从坯料中间处开始焊接，两把电子枪保持相同的焊接速度，焊接功率5~50Kw，焊接电流为100~800mA；

当待复合的连铸板坯碳当量≥0.3%时，两把电子枪间的距离缩短，前端电子枪将电子束调整为散焦模式，对焊缝进行预热，后端的电子枪随后进行焊接，两把电子枪保持相同的焊接速度，焊接功率5~50Kw，焊接电流为100~800mA；

最终待复合界面四周的全部焊缝实现高真空密封，焊接完成；

（4）加热：将焊接完成的板坯置于加热炉中加热至1000~1350℃，保温30~300min，获得均热后的复合坯料；

（5）轧制：将加热完成的复合坯料用轧机轧制，轧制温度为880~1100℃，轧制速度为0.3~2m/s，总压下率为30~90%，最终获得特厚复合钢板。