[發明專利]一種多層金屬耦合變形軋制復合方法與裝置

有效

• 申請號: 201610283413.4
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN106001110B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 馬立峰;劉鵬濤;楊小榮
• 申請（專利權）人: 太原科技大學
• 主分類號: B21B1/38
• 分類號: B21B1/38;B21B37/74;B21B47/02;B21B47/00
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技術領域

本發明屬于異種金屬復合板材制備技術領域，具體涉及一種多層金屬材料卷曲控溫張力彎曲耦合變形軋制復合的方法與裝置。

背景技術

層狀金屬復合材料能充分發揮各組元材料的性能特長，具有高強、高韌、耐高溫、耐腐蝕、耐氧化、性價比高等綜合優良特性，是航空航天、石油化工、核能、造船等領域急需的結構材料。

在能源和資源日益緊張的今天，其在資源高效利用方面也顯得更加突出，多層金屬復合薄板帶制備方法及裝置的開發是金屬復合材料制備領域的一個重點研究方向。

我國層狀金屬復合板材雖然在國民經濟的各個領域得到快速應用，但與世界先進水平差距仍然很大，主要原因是受制于高性能金屬復合板加工制備技術，尤其是薄規格(厚度規格3.0-10.0mm、雙面覆層厚0.07-1.0mm)的多層金屬復合板帶的制備還非常困難。

目前多層金屬材料軋制復合的生產工藝和技術落后，關于異種金屬多層復合板的變形協調及各向異性問題、軋制復合過程中熱力學參數對界面結合性能和板形狀態的影響規律與控制技術、界面損傷與斷裂等問題沒有得到很好的解決，導致現有復合材料產品規格單一，復合板產品界面殘余應力高、結合強度低、塑韌性差，板形質量差及深加工困難。

目前，爆炸復合和軋制復合是層狀異種金屬固相復合的主要方法。

爆炸復合法工藝為：基板+復板毛板下料→矯直→縱切→橫切→基板+復板+炸藥組合→引爆炸藥復合連接→后續精整處理等(見附圖4)。

它利用炸藥作為能源，在炸藥的高速引爆和沖擊作用下，在十分短暫的過程中使被焊金屬表面形成一層薄的具有塑性變形、熔化、擴散以及波形特征的焊接過渡區，從而實現兩種或兩種以上金屬的大面積焊接。

該工藝方法存在一些缺陷和應用上的局限性，表現為復合板存在的爆炸不復、表面燒傷、大面積熔化、爆炸變形、爆炸脆裂等缺陷。

這些缺陷對復合板的表面質量、力學性能、后續加工和使用產生非常不利的影響。同時多數雙金屬爆炸結合后還要進行交叉軋制減薄和改善板形。

因此，該工藝無法實現異種金屬薄板帶的生產，同時該方法工作環境差、污染嚴重、生產場地受限制且具有一定的危險性。

傳統軋制復合法工藝為：復合坯加熱→高壓水除鱗→四輥粗軋(往復除磷)→四輥精軋(往復除磷)→層流冷卻→多輥矯直→冷床冷卻→后續熱處理及精整作業。(見附圖5)。

該方法受軋制溫度和設備能力的制約，生產復合板的厚度大于6mm，長度小于50m，生產3.0-6.0mm薄規格的復合帶材成材率極低，幾乎無法生產。

傳統軋制復合方法工藝流程冗長，在粗軋和精軋的每個道次，要對復合板表面進行高壓水除磷，加速了復合板的溫降，會嚴重影響界面各組元金屬原子擴散結合，還易生成脆性金屬間化合物，導致復合界面結合強度低、殘余應力高、韌性差、板形差(也稱龜背缺陷)，復合板分離后的“龜背”缺陷。(見附圖6)

軋制表層為較薄的貴金屬覆層材料時上述缺陷會更加嚴重。因此，提高層狀金屬復合板材的界面結合強度和塑韌性及大幅度降低界面殘余應力等問題是急需解決的一項關鍵技術。

發明內容

本發明的目的是提供一種多層金屬耦合變形軋制復合方法與裝置，通過控溫張力卷取和板面縱橫交叉彎曲及軋制的耦合變形進行多層金屬的軋制復合。

本方法的流程為復合坯加熱→高壓水除鱗→四輥軋機→卷取保溫+張力+板面縱橫交叉彎曲變形單元+軋制(即：前控溫卷取+張力彎曲單元←(往復)→四輥軋機←(往復)→后控溫卷取+張力彎曲單元)→層流冷卻→成品卷取→成品卷后續熱處理或冷軋重卷精整。

本發明中的多層金屬耦合變形軋制復合裝置包括復合坯1，加熱爐2，前張力彎曲單元3，四輥可逆軋機4，后張力彎曲單元5，后卷曲加熱爐6，前卷曲加熱爐7，層流冷卻裝置8，導向夾送輥9，卷取機10。

復合坯1，加熱爐2，前張力彎曲單元3，前卷曲加熱爐7在四輥可逆軋機左側，后張力彎曲單元5，后卷曲加熱爐6，層流冷卻裝置8，導向夾送輥9，地下成品卷取機10在四輥可逆軋機右側。

前張力彎曲單元3、后張力彎曲單元5對復合板施加往復的，沿板材寬度和厚度方向的彎曲變形，有效降低界面內應力、改善組織性能，保證良好板形。