本发明专利技术涉及一种搅拌摩擦焊接复合轧制制备特厚复合钢板的方法，特厚复合钢板的厚度为80～200mm；采用静轴肩搅拌摩擦焊接工艺对待复合连铸坯的4个端角进行固定焊接，得到中间复合连铸坯；采用动轴肩搅拌摩擦焊接工艺对中间复合连铸坯的接合面进行周向封焊，并对匙孔进行封焊，得到复合连铸坯；将抽真空密封后的复合连铸坯加热、保温后进行轧制，空冷至室温、切边精整后得到特厚复合钢板。本发明专利技术所述方法操作简单、成本低、生产效率高，针对碳含量和合金元素含量较高的连铸坯，可避免封焊焊缝出现裂纹的问题，封焊工艺采用固相焊接技术，无需对复合连铸坯进行预热，节约能耗，并可保证复合连铸板坯的焊接质量。合连铸板坯的焊接质量。合连铸板坯的焊接质量。
【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦焊接复合轧制制备特厚复合钢板的方法
[0001]本专利技术涉及特厚复合钢板制造领域，尤其涉及一种搅拌摩擦焊接复合轧制制备特厚复合钢板的方法。
技术介绍
[0002]随着工业技术的快速发展，特厚复合钢板在海洋工程、电力和军工等众多重大技术装备领域得到了广泛的应用，同时对特厚复合钢板内部组织的均匀性和致密性提出了更高的要求。目前，制造特厚复合钢板的生产工艺主要有四种：模铸技术、连铸技术、电渣重熔技术和连铸坯焊接复合轧制技术。其中，采用模铸技术生产的板坯内部存在严重的成分偏析，且很难通过后续的轧制工艺完全消除，因此成材率较低。采用连铸技术生产时，板坯尺寸受限制，特厚复合钢板的压缩比不够，很难生产厚度大于100mm的高质量特厚复合钢板。采用电渣重熔技术制备的板坯组织致密、成分均匀、板坯的力学性能优异，但该工艺存在电耗高、生产效率低以及难以大批量生产的问题。
[0003]连铸坯焊接复合轧制技术是将两块连铸坯利用真空电子束或者传统熔化焊接技术复合在一起进行轧制，从而获得特厚板材的方法。该技术解决了连铸坯的厚度限制和压缩比的制约，轧制坯料广泛，生产工序简单，是一种前景非常好的生产特厚复合钢板工艺方法。
[0004]公告号为CN 101773931B的中国专利技术专利公开了“一种真空复合轧制特厚板的方法”、公开号为CN 102009332A的中国专利申请公开了“一种叠轧焊工艺生产特厚板的方法”，公告号为CN 102764936B的中国专利技术专利公开了“一种大厚度板坯制造工艺方法”，上述公开文献均提出了相似的生产特厚板的工艺方法，即对连铸板坯的间隙进行焊接后经过热轧制成一块特厚板，焊接方法主要采用气保焊、埋弧焊、氩弧焊和真空电子束焊等工艺。但采用上述焊接工艺很难对板坯进行焊前预热和焊后缓冷，从而极大地增加了焊缝发生开裂的风险，且上述技术方案所采用的焊接方式均属于熔焊工艺，对于碳含量和合金含量较高的大厚度连铸板坯，极易产生焊接裂纹。
[0005]公开号为CN 104923935A的中国专利申请公开了“一种高合金含量、大厚度板坯的焊接方法”，采用不锈钢带级堆焊和真空电子束焊组合的焊接方式，将多块高合金含量坯料四周组合焊接在一起，形成一种满足轧制生产要求的大厚度连铸板坯。但其工艺繁琐，采用的真空电子束焊接设备的成本较高，且不能完全避免高合金含量连铸板坯出现焊接冷裂纹的问题。
[0006]综上，连铸坯焊接复合轧制技术采用熔焊焊接工艺很难保证碳含量和合金含量较高以及焊前需预热、焊后需缓冷的大厚度连铸板坯的焊接质量。因此，研发一种工艺简单稳定，可用于不同类型大厚度连铸坯的焊接复合轧制技术，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术提供了一种搅拌摩擦焊接复合轧制制备特厚复合钢板的方法，操作简单、成本低、生产效率高，针对碳含量和合金元素含量较高的连铸坯，可避免封焊焊缝出现裂纹的问题，封焊工艺采用固相焊接技术，无需对复合连铸坯进行预热，节约能耗，并可保证复合连铸板坯的焊接质量。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0009]一种搅拌摩擦焊接复合轧制制备特厚复合钢板的方法，特厚复合钢板的厚度为80～ 200mm；制备过程包括如下步骤：
[0010]1)选取2块几何尺寸相同的连铸坯，清理连铸坯的待接合面使其露出金属表面；
[0011]2)将2块连铸坯的待接合表面相贴合叠放在一起，四周边缘对齐组成待复合连铸坯；
[0012]3)对待复合连铸坯进行加工，使2块连铸坯对应边缘的错边偏差≤0.8mm；
[0013]4)采用静轴肩搅拌摩擦焊接工艺对待复合连铸坯的4个端角进行固定焊接，得到中间复合连铸坯；
[0014]5)采用动轴肩搅拌摩擦焊接工艺对中间复合连铸坯的接合面进行周向封焊；
[0015]6)对步骤5)动轴肩搅拌摩擦焊接后留下的匙孔进行封焊，得到复合连铸坯；
[0016]7)对复合连铸坯进行抽真空密封；
[0017]8)将抽真空密封后的复合连铸坯加热至1200～1280℃，保温1.5～5h后进行轧制，轧制时每道次压下率为15％～25％，终轧温度为930～1000℃，终轧完成后空冷至室温，切边精整后得到特厚复合钢板。
[0018]所述步骤1)中，清理连铸坯的待接合面具体是采用数控铣床将待接合面的氧化层去除，金属表面的表面粗糙度不低于Ra25。
[0019]所述步骤3)中，采用铣削机器人对待复合连铸坯进行铣削加工。
[0020]所述步骤4)中，待复合连铸坯4个端角的焊接顺序为：第一端角焊接、与第一端角斜对的第二端角焊接、位于第一端角与第二端角之间的第三端角焊接、与第三端角斜对的第四端角焊接；4个端角均由下至上进行焊接。
[0021]所述步骤4)中，静轴肩搅拌摩擦焊接工艺为：搅拌针的转速为300～1000r/min，焊速10～70mm/min，静轴肩搅拌头倾角1
°
～3.5
°
；搅拌针的材质为聚晶立方氮化硼，搅拌针的长度L＝(1/12～1/10)H，H为单块连铸坯的厚度；搅拌针的直径d＝(1/2～ 4/5)L，静轴肩的材质为钴基合金。
[0022]所述步骤5)中，对中间复合连铸坯的接合面进行周向封焊的顺序为：在第一侧缝完成焊接后，对第一侧缝对面的第二侧缝进行焊接，第二侧缝的焊接方向与第一侧缝的焊接方向相反；然后进行第三侧缝的焊接和第四侧缝的焊接；其中，第四侧缝的焊接分两段完成，分别从第四侧缝的两端起焊，焊接至第四侧缝的中部结束；第一侧缝、第二侧缝及第三侧缝的焊缝端部留有端部匙孔，第四侧缝两段焊缝的匙孔重合后形成中部匙孔。
[0023]所述步骤5)中，动轴肩搅拌摩擦焊接工艺为：动轴肩搅拌头的转速为500～1200 r/min，焊速30～90mm/min，动轴肩搅拌头倾角1
°
～3.5
°
，轴肩压入量为1.2～2.0mm；动轴肩搅拌头的材质为聚晶立方氮化硼，搅拌针的长度L＝(1/15～1/12)H，H为单块连铸坯的厚度，搅拌针的直径d＝(1/2～4/5)L，轴肩直径为D＝2～3L。
[0024]所述步骤6)中，匙孔的封焊是采用动轴肩搅拌摩擦塞焊工艺对端部匙孔进行塞焊；塞焊搅拌头的几何尺寸与周向封焊时采用的动轴肩搅拌头相同，塞焊搅拌头的材质与连铸坯材质相同；工艺参数为：塞焊搅拌头转速500～1800r/min，搅拌针插入匙孔时的速度为5～15mm/min，搅拌针插入匙孔的深度为h＝L+0.2～0.5mm，L为搅拌针的长度；搅拌针插入匙孔的深度达到最大设定深度后停留10～60s后停止主轴转动，使主轴与塞焊搅拌头脱离，然后将塞焊搅拌头外露于复合连铸坯的部分切除。
[0025]所述步骤7)中，对复合连铸坯进行抽真空密封的过得为：选取与中部匙孔直径相同的钢管，钢管一端插入中部匙孔中，利用氩弧焊将钢管与中部匙孔进行密封焊接，然后通过钢管对复合连铸坯内部抽真空，真空度≤5
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊接复合轧制制备特厚复合钢板的方法，其特征在于，特厚复合钢板的厚度为80～200mm；制备过程包括如下步骤：1)选取2块几何尺寸相同的连铸坯，清理连铸坯的待接合面使其露出金属表面；2)将2块连铸坯的待接合表面相贴合叠放在一起，四周边缘对齐组成待复合连铸坯；3)对待复合连铸坯进行加工，使2块连铸坯对应边缘的错边偏差≤0.8mm；4)采用静轴肩搅拌摩擦焊接工艺对待复合连铸坯的4个端角进行固定焊接，得到中间复合连铸坯；5)采用动轴肩搅拌摩擦焊接工艺对中间复合连铸坯的接合面进行周向封焊；6)对步骤5)动轴肩搅拌摩擦焊接后留下的匙孔进行封焊，得到复合连铸坯；7)对复合连铸坯进行抽真空密封；8)将抽真空密封后的复合连铸坯加热至1200～1280℃，保温1.5～5h后进行轧制，轧制时每道次压下率为15％～25％，终轧温度为930～1000℃，终轧完成后空冷至室温，切边精整后得到特厚复合钢板。2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接复合轧制制备特厚复合钢板的方法，其特征在于，所述步骤1)中，清理连铸坯的待接合面具体是采用数控铣床将待接合面的氧化层去除，金属表面的表面粗糙度不低于Ra25。3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接复合轧制制备特厚复合钢板的方法，其特征在于，所述步骤3)中，采用铣削机器人对待复合连铸坯进行铣削加工。4.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接复合轧制制备特厚复合钢板的方法，其特征在于，所述步骤4)中，待复合连铸坯4个端角的焊接顺序为：第一端角焊接、与第一端角斜对的第二端角焊接、位于第一端角与第二端角之间的第三端角焊接、与第三端角斜对的第四端角焊接；4个端角均由下至上进行焊接。5.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接复合轧制制备特厚复合钢板的方法，其特征在于，所述步骤4)中，静轴肩搅拌摩擦焊接工艺为：搅拌针的转速为300～1000r/min，焊速10～70mm/min，静轴肩搅拌头倾角1
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～3.5
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；搅拌针的材质为聚晶立方氮化硼，搅拌针的长度L＝(1/12～1/10)H，H为单块连铸坯的厚度；搅拌针的直径d＝(1/2～4/5)L，静轴肩的材质为钴基合金。6.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊接复合轧制制备特厚复合钢板的方法，其特征在于，所述步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，王佳骥，胡奉雅，刘锦，傅博，韩研法，杨鹏聪，郭鹏，付魁军，魏勇，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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