一種雙金屬複合帶製造方法
2023-05-17 12:19:21
專利名稱：一種雙金屬複合帶製造方法
技術領域：
本發明屬於金屬加工領域，特別涉及一種雙金屬複合帶材的製造方法。
早在20世紀50年代，美國金屬與控制公司發明了表面預處理(脫脂刷磨)、軋制複合、擴散退火三步式固相複合技術。這一技術的成功推動了雙金屬複合技術的發展。但是，經表面處理的清潔金屬表面在空氣中短時停留便很快生成再生氧化膜或吸附膜，增加了異種金屬界面結合難度，往往需要超過50％以上的一次大變形才能實現界面初結合。一次大變形複合，不僅對複合軋機強度、剛度以及電機能力提出較高的要求，同時對於象鋼和鋁這樣物理力學性能，特別是熔點相差懸殊的金屬，採用大變形軋制複合會使金屬嚴重加工硬化。由於鋁的熔點(660℃)低於鋼的再結晶退火溫度(710℃左右)，所以鋼基體加工硬化很難通過退火處理消除，這將影響複合板再加工成形性能。80年代以來，圍繞降低軋機負荷，改善複合板成形性能，日本、前蘇聯、美國等先後申報多項專利，分別採用予鍍保護層或真空軋制等方法，其目的是保護清刷後的金屬表面免除或減少二次氧化汙染，以降低軋制複合變形，提高複合板再加工性能。但上述的一些方法工藝複雜，增加成本，不適於生產普通使用的成本低，性能優的雙金屬複合帶，至今無法在生產中推廣應用。
本發明的目的在於提供一種顯著降低軋制複合總變形量，提高複合板性能，易於實施工業生產的雙金屬複合帶製造方法及設備。
本發明的方法包括表面預處理，表面初吸附、快速電加熱、不等溫軋制複合和複合帶熱處理等工藝步驟。
下面結合附圖和實施例詳細敘述本發明的內容。
圖1為本發明的流程及設備組成示意圖，圖2為打磨與初吸附處理器的結構示意圖，圖3為感應快速加熱示意圖，圖4為高頻快速加熱示意圖，圖5為直流快速加熱示意圖。
圖中1開卷機、2矯平機、3剪焊平臺、4活套裝置、5脫脂機組、6五輥脹緊對中裝置，7烘乾機、8砂帶打磨機組、9複合軋機、10上下開卷機、11夾道輥，12上、下剪焊平臺，13刷光機組，14對中裝置，15快速加熱裝置，16夾送分剪機，17捲曲機。
本發明生產線採用連續(或半連續)工作方式，其工藝流程和主要設備組成如圖1所示。
一種金屬帶a為基體，經開卷機1、矯平機2、剪焊平臺3、活套裝置4、脫脂機組5、五輥脹緊對中裝置6，烘乾機7、砂帶打磨機組8送入複合軋機9，另一種金屬帶b1、b2為上、下復層，分別經上、下開卷機10、夾道輥11、上、下剪焊平臺12，刷光機組13，對中裝置14，快速加熱裝置15後，送入複合軋機9。兩種金屬帶同時送入四輥軋機進行所謂的「不等溫軋制複合」使一種金屬包覆在另一種金屬表面上，獲得界面結合良好的雙金屬複合帶d。複合帶經夾送分剪機16、卷取機17卷取成卷送到有保護氣氛的罩式退火爐進入擴散退火處理。經熱處理後的複合帶具有較高的界面結合強度和良好再加工性能。
本發明的特點是採用了「表面初吸附，不等溫軋制複合」技術。表面初吸附氮處理是在清除金屬表面氧化膜的同時，向清潔金屬表面噴吹氮氣，噴吹壓力一般為0.5～5Mpa。使金屬表面吸附一層氮氣，這種氮氣吸附膜不易被空氣中的氧置換，因此可以保護磨刷後的清潔金屬表面不被二次氧化和汙染。此項技術較預鍍保護膜或真空軋制等技術工藝簡單，操作方便，成本顯著降低，同時複合界面殘留的少量氮又有阻止界面金屬間化合物生成的有益作用，有利於提高複合強度。
不等溫軋制就是把要複合的兩種金屬分別加熱到不同溫度後送進軋機實現軋制複合，其目的一是通過加熱降低金屬變形抗力，從而降低軋機負荷；二是不等溫軋制促進兩種金屬的差別變形即使復層金屬大變形而控制基體金屬較小變形，有利於改善複合板的再加工成形性能。另外兩種金屬由於差別變形而引起界面相對滑動可破壞表層微氧化膜，同時產生摩擦熱，有利於界面結合。
採用表面初吸附和快速加熱方法可使異種金屬在10％～40％的變形程度下實現界面良好結合，改善複合質量，同時較低的金屬變形抗力和較小的軋制複合變形程度可以提高產品的複合精度，同時也降低設備負荷。
保證此項技術實施的關鍵設備是表面初吸附處理器和快速加熱裝置。初吸附處理器如圖2所示，是近靠磨刷機裝設的活性氮氣噴咀，使磨刷的金屬帶清潔高能表面及時吸附一層氮氣，以保護金屬表面不被二次汙染。
快速加熱裝置主要採用電加熱方法，利用電能和變形能的共同作用促進兩種金屬界面結合。快速加熱有三種方法可供選擇，如圖3～5所示一種採用感應加熱方式。在軋機入口處裝設感應線圈，金屬帶經過感應線圈後均勻快速加熱到要求溫度。可以通過計算機控制感應電源輸出功率隨金屬帶規格、速度的改變而變化，以保證要求的恆定溫度；第二種是通過滑塊或導輥把高頻電流直接導入金屬帶，使電流由B1、B2點經軋輥入口c點流到A點，主要是利用高頻電流的「集膚效應」和「鄰近效應」快速加熱即將進入變形區(c點)的金屬。第三種是把低電壓、大電流直接導入金屬帶，使電流通過帶材由B1點流過C點到B2點，在軋制變形區入口C點處由於電阻大而將進入變形區的金屬快速加熱到較高溫度。以上幾種快速加熱方法都是利用電能在接近或近靠軋制變形區入口處瞬間加熱金屬到要求的溫度，可以避免清潔金屬表面二次氧化和汙染。
實施例1鋁、鋼、鋁三層複合帶生產。生產工藝流程如前所述，依對產品性能要求不同，金屬複合表面分別進行表面預處理和初吸附處理。軋制複合變形為10％～40％，採用感應加熱或直流直接加熱(第一和第三種方式)，鋁帶加熱溫度為260～600℃，鋼帶溫度150～350℃，軋制速度0.2～0.5米/秒，帶材的張應力為0.1～0.56s。複合帶在有保護氣氛的罩式退火爐中退火處理，熱處理制度升溫速度10～30℃/分，退火溫度280～600℃，退火時間0.5～8小時。
實施例2鋼與不鏽鋼兩層複合帶生產生產流程如前所述。軋制複合帶寬度為300～500mm。帶材複合表面分別進行表面預處理和初吸附處理，帶材的張應力為0.1～0.66s，變形程度25％～40％，採用高頻直接加熱(第二種方式)，電流頻率440khz，功率200～400kw，變形區入口處加熱溫度600～900℃，軋制速度0.2～0.5米/秒。複合帶在氫氣保護的罩式退火爐中退火處理，加熱溫度700～900℃，保溫時間1～8小時。
權利要求
1.一種包含表面預處理，軋制複合、複合帶熱處理工藝步驟在內的雙金屬複合帶製造方法，其特徵在於該方法還包括含有表面初吸附、快速電加熱，其軋制複合過程為不等溫軋制複合。
2.根據權利要求1所述的雙金屬複合帶製造方法，其特徵在於所說的表面初吸附是在清除金屬表面氧化膜的同時向清潔金屬表面噴吹氮氣，噴吹壓力一般為0.5～5Mpa。
3.根據權利要求1或2所述的雙金屬複合帶製造方法，其特徵在於所說的不等溫軋制複合就是把要複合的兩種金屬分別加熱到不同溫度後送進軋機實現複合軋制。
4.根據權利要求3所述的雙金屬複合帶製造方法，其特徵在於所說的不等溫軋制複合，在加熱兩種金屬帶時採用電熱裝置快速加熱的方法a.採用感應加熱方式，在軋機入口處裝設感應線圈，使金屬帶經過感應線圈後快速加熱，b.通過滑塊或導輥把高頻電流直接導入金屬帶，利用高頻電流的「集膚效應」和「鄰近效應」快速加熱即將進入變形區的金屬。c.採用直流加熱方式，將低電壓、大電流直接導入金屬帶，使電流通過帶材，在軋制變形區入口處由於電阻增大而將進入變形區的金屬快速加熱。
5.根據權利要求1所述的雙金屬複合帶製造方法，其特徵在於所說的複合帶熱處理是將複合帶送到有保護氣氛的罩式退火爐中進行擴散退火處理。
6.根據權利要求1所述的雙金屬複合帶製造方法，其特徵在於當生產鋁、鋼、鋁三層複合帶時，其工藝參數為帶材張應力0.1～0.56s，軋制複合變形為10％～40％；採用感應加熱或直流直接加熱方式，鋁帶加熱溫度為260～600℃，鋼帶溫度150～350℃，軋制速度0.2～0.5米/秒；複合帶在有保護氣氛的罩式退火爐中退火處理，其熱處理制度為升溫速度10～30℃/分，退火溫度280～600℃，退火時間0.5～8小時。
7.根據權利要求1所述的雙金屬複合帶製造方法，其特徵在於當生產鋼與不鏽鋼兩層複合帶時，其工藝參數為帶材施加張應力0.1～0.66s，軋制複合變形程度25％～40％；複合帶寬度300～500mm，採用高頻直接加熱方式，電流頻率30～440khz，功率200～400kw，變形區入口處加熱溫度600～900℃；軋制速度0.2～0.5米/秒；複合帶在氫氣保護的罩式退火爐中退火處理，加熱溫度700～900℃，保溫時間1～8小時。
全文摘要
一種雙金屬複合帶製造方法,包含表面預處理,軋制複合、複合帶熱處理等步驟。該方法在表面預處理後還增加了表面初吸附,向清潔金屬表面噴吹氮氣,使金屬表面形成氮氣吸附膜,該方法的軋制複合採用的是快速電加熱,不等溫軋制複合。此種方法具有工藝簡單,操作方便,成本顯著降低,提高複合強度,有利界面結合,改善複合板再加工成型性能等優點。
文檔編號B21B9/00GK1284413SQ00110630
公開日2001年2月21日 申請日期2000年7月7日 優先權日2000年7月7日
發明者於九明 申請人:東北大學