CN100427231C - 一种钢铝石墨复合板铸轧复合方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢铝石墨复合板铸轧复合方法及装置，属于钢铝石墨复合板半固态铸轧复合研究领域，本发明在钢板与铝石墨半固态浆料进行铸轧复合成形过程中，首先在复合浇嘴内完成钢板与铝石墨半固态浆料之间的扩散反应，形成复合界面后，利用喷水冷却系统迅速将复合界面温度冷却至铁铝化合物形成温度以下，以防复合界面脆化，然后再经过轧机轧辊铸轧形成钢铝石墨复合板，解决了现有钢铝石墨复合板铸轧复合方法“无法实现钢铝石墨复合板的快速半固态复合成形”的技术问题。

Description

一种钢铝石墨复合板铸轧复合方法及装置
技术领域
本发明涉及一种钢铝石墨复合板的半固态铸轧复合方法及装置。
背景技术
文献“张华.钢-半固态Al-7石墨复合界面特性，清华大学学报，2004，44(11)：1468-1470”上，阐述了钢铝石墨复合板的常规半固态铸轧复合方法。该方法采用钢板与铝石墨半固态浆料进行铸轧复合，钢板与铝石墨半固态浆料在浇嘴内进行扩散反应后，直接由轧机轧辊铸轧形成钢铝石墨复合板。由于该方法制备的钢铝石墨复合板铸轧后的温度完全取决于轧辊的冷却作用，因此，该方法的钢铝石墨复合板的复合成形速度较慢，无法实现钢铝石墨复合板的快速半固态复合成形。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有钢铝石墨复合板铸轧复合方法“无法实现钢铝石墨复合板的快速半固态复合成形”的不足，提供一种能够实现钢铝石墨复合板快速半固态复合成形的复合方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在钢板与铝石墨半固态浆料进行铸轧复合成形过程中，首先在复合浇嘴内完成钢板与铝石墨半固态浆料之间的扩散反应，形成复合界面后，利用喷水冷却系统迅速将复合界面温度冷却至铁铝化合物形成温度以下，以防复合界面脆化，然后再经过轧机轧辊铸轧形成钢铝石墨复合板。
本发明复合方法的具体步骤：
步骤1，将表面经过脱脂、除锈、打毛、浸镀处理的钢板预热至500～520℃；
步骤2，接通喷水冷却系统和轧机轧辊水冷系统，喷水冷却系统的冷却速度为15～25℃/s，轧机轧辊的冷却速度为400～600℃/min；
步骤3，启动轧机，将轧制速度调至并保持在实现“跑轧”速度；
步骤4，浇注铝石墨半固态浆料，进行“跑轧”，铝石墨半固态浆料的固相率为20～40％；
步骤5，“跑轧”1分钟后，降低轧制速度，使复合过程在稳定的铸轧条件下进行，形成钢铝石墨复合板，钢板与铝石墨覆层之间的扩散反应时间为20～25s，喷水冷却系统的冷却时间为4～8s。
钢铝石墨复合板半固态铸轧复合装置包括：复合浇嘴、喷水冷却系统、轧机及支架。
复合浇嘴采用机械连接方式固定于支架上，其材质为石墨，钢板从复合浇嘴后部的缝隙进入复合浇嘴，复合浇嘴后部的缝隙厚度a为钢板厚度+0.1mm，钢板的上表面与复合浇嘴上盖下表面之间为铝石墨半固态浆料流道，其厚度b为钢铝石墨复合板的铝石墨覆层厚度，铝石墨半固态浆料浇口的下端厚度亦为b；复合浇嘴下面设有喷水冷却系统，完成钢板与铝石墨覆层复合界面的快速冷却，喷水冷却系统采用机械连接方式固定于支架上，复合浇嘴和支架与喷水冷却系统对应的部位设有冷却缝，喷水冷却系统的后端与铝石墨半固态浆料浇口下端后侧之间的距离为c，c为轧制速度与钢板和铝石墨覆层之间的扩散反应时间之积，喷水冷却系统的长度d为轧制速度与钢板和铝石墨覆层需要冷却的时间之积；复合浇嘴后部缝隙的宽度、铝石墨半固态浆料流道的宽度、铝石墨半固态浆料浇口的宽度、喷水冷却系统的宽度、冷却缝的宽度均为钢铝石墨复合板的宽度f；复合浇嘴前端与轧机轧辊呈圆弧接触，其圆弧面与轧机轧辊圆弧面之间的间隙e小于0.5mm。
轧机选用能够提供铸轧复合与复合板平整所需能量的轧机，轧机轧辊为内冷式水冷轧辊，辊套为铜质辊套。
本发明的有益效果是：利用本发明，实现了钢板与铝石墨覆层之间的扩散反应与冷却的精确控制，在钢铝石墨复合板力学性能达到了常规铸轧复合方法同等水平65～69MPa的基础上，实现了钢铝石墨复合板的快速半固态复合成形。
附图说明
图1为本发明方法钢铝石墨复合板半固态铸轧复合装置的主视图。
图中，1.复合浇嘴，2.钢板，3.铝石墨半固态浆料，4.喷水冷却系统，5.冷却缝，6.轧机，7.轧机轧辊，8.钢铝石墨复合板，9.支架。
图2为本发明方法钢铝石墨复合板半固态铸轧复合装置的俯视图。
图3为本发明方法钢铝石墨复合板半固态铸轧复合装置的仰视图。
图4为本发明方法钢铝石墨复合板半固态铸轧复合装置的A-A视图。
具体实施方式
结合附图对本发明方法复合装置的具体说明如下：
钢铝石墨复合板半固态铸轧复合装置包括：复合浇嘴1、喷水冷却系统4、轧机6及支架9。
复合浇嘴1采用机械连接方式固定于支架9上，其材质为石墨，钢板2从复合浇嘴1后部的缝隙进入复合浇嘴1，复合浇嘴1后部的缝隙厚度a为钢板2厚度+0.1mm，钢板2的上表面与复合浇嘴1上盖下表面之间为铝石墨半固态浆料流道，其厚度b为钢铝石墨复合板8的铝石墨覆层厚度，铝石墨半固态浆料浇口的下端厚度亦为b；复合浇嘴1下面设有喷水冷却系统4，完成钢板2与铝石墨覆层复合界面的快速冷却，喷水冷却系统4采用机械连接方式固定于支架9上，复合浇嘴1和支架9与喷水冷却系统4对应的部位设有冷却缝5，喷水冷却系统4的后端与铝石墨半固态浆料浇口下端后侧之间的距离为c，c为轧制速度与钢板2和铝石墨覆层之间的扩散反应时间之积，喷水冷却系统4的长度d为轧制速度与钢板2和铝石墨覆层需要冷却的时间之积；复合浇嘴1后部缝隙的宽度、铝石墨半固态浆料流道的宽度、铝石墨半固态浆料浇口的宽度、喷水冷却系统4的宽度、冷却缝5的宽度均为钢铝石墨复合板8的宽度f；复合浇嘴1前端与轧机轧辊7呈圆弧接触，其圆弧面与轧机轧辊7圆弧面之间的间隙e小于0.5mm。
轧机6选用能够提供铸轧复合与复合板平整所需能量的轧机，轧机轧辊7为内冷式水冷轧辊，辊套为铜质辊套。
本发明复合方法的具体步骤如下：
实施方式一
步骤1，将表面经过脱脂、除锈、打毛、浸镀处理的钢板预热至500℃，钢板厚度为1.2mm；
步骤2，接通喷水冷却系统和轧机轧辊水冷系统，喷水冷却系统的冷却速度为15℃/s，轧机轧辊的冷却速度为400℃/min，轧机轧辊直径为320mm；
步骤3，启动轧机，将轧制速度调至并保持在实现“跑轧”速度；
步骤4，浇注固相率为20％的铝-4石墨半固态浆料，进行“跑轧”，铝石墨半固态浆料流道的厚度b为1.3mm；
步骤5，“跑轧”1分钟后，降低轧制速度，使钢板与铝-4石墨覆层之间能够在进行20s扩散反应后，再经过喷水冷却系统的8s的冷却，最后经过轧机轧辊铸轧形成界面剪切强度为65MPa的钢铝-4石墨复合板。
实施方式二
与实施方式一的区别为：钢板预热温度为520℃、铝-5石墨半固态浆料固相率为30％、钢板与铝-5石墨覆层之间的扩散反应时间为25s、喷水冷却系统的冷却速度为20℃/s、冷却时间为6s、轧机轧辊的冷却速度为500℃/min，得到的钢铝-5石墨复合板的界面剪切强度为67MPa。
实施方式三
与实施方式一的区别为：钢板预热温度为510℃、铝-9石墨半固态浆料固相率为40％、钢板与铝-9石墨覆层之间的扩散反应时间为22s、喷水冷却系统的冷却速度为25℃/s、冷却时间为4s、轧机轧辊的冷却速度为600℃/min，得到的钢铝-9石墨复合板的界面剪切强度为69MPa。

Claims (3)

1.一种钢铝石墨复合板铸轧复合方法，步骤如下：
步骤1，将表面经过处理的钢板预热至所需温度；
步骤2，接通铸轧冷却系统；
步骤3，启动轧机，将轧制速度调至并保持在实现“跑轧”速度；
步骤4，浇注铝石墨半固态浆料，进行“跑轧”；
步骤5，“跑轧”后，降低轧制速度，使复合过程在稳定的铸轧条件下进行，形成钢铝石墨复合板；
其特征在于，在钢板与铝石墨半固态浆料进行铸轧复合成形过程中，首先在复合浇嘴内完成钢板与铝石墨半固态浆料之间的扩散反应，形成复合界面后，迅速将复合界面温度冷却至铁铝化合物形成温度以下，以防复合界面脆化，然后再经过轧机轧辊铸轧形成钢铝石墨复合板；步骤2中的接通铸轧冷却系统为接通喷水冷却系统和轧机轧辊水冷系统，喷水冷却系统的冷却速度为15～25℃/s，轧机轧辊的冷却速度为400～600℃/min。
2.根据权利要求1所述的一种钢铝石墨复合板铸轧复合方法，其特征在于，钢板的预热温度为500～520℃，铝石墨半固态浆料的固相率为20～40％，“跑轧”时间为1分钟，钢板与铝石墨覆层之间的扩散反应时间为20～25s，喷水冷却系统的冷却时间为4～8s。
3.一种根据权利要求1所述的钢铝石墨复合板铸轧复合方法中使用的钢铝石墨复合板铸轧复合装置，该装置包括：复合浇嘴(1)、喷水冷却系统(4)、轧机(6)及支架(9)；轧机轧辊(7)为内冷式水冷轧辊，辊套为铜质辊套；其特征在于：
复合浇嘴(1)采用机械连接方式固定于支架(9)上，其材质为石墨，钢板(2)从复合浇嘴(1)后部的缝隙进入复合浇嘴(1)，复合浇嘴(1)后部的缝隙厚度a为钢板(2)厚度+0.1mm，钢板(2)的上表面与复合浇嘴(1)上盖下表面之间为铝石墨半固态浆料流道，其厚度b为钢铝石墨复合板(8)的铝石墨覆层厚度，铝石墨半固态浆料浇口的下端厚度亦为b；复合浇嘴(1)下面设有喷水冷却系统(4)，完成钢板(2)与铝石墨覆层复合界面的快速冷却，喷水冷却系统(4)采用机械连接方式固定于支架(9)上，复合浇嘴(1)和支架(9)与喷水冷却系统(4)对应的部位设有冷却缝(5)，喷水冷却系统(4)的后端与铝石墨半固态浆料浇口下端后侧之间的距离为c，c为轧制速度与钢板(2)和铝石墨覆层之间的扩散反应时间之积，喷水冷却系统(4)的长度d为轧制速度与钢板(2)和铝石墨覆层需要冷却的时间之积；复合浇嘴(1)后部缝隙的宽度、铝石墨半固态浆料流道的宽度、铝石墨半固态浆料浇口的宽度、喷水冷却系统(4)的宽度、冷却缝(5)的宽度均为钢铝石墨复合板(8)的宽度f；复合浇嘴(1)前端与轧机轧辊(7)呈圆弧接触，其圆弧面与轧机轧辊(7)圆弧面之间的间隙e小于0.5mm。
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