CN103495604B - 锁扣式真空轧制金属复合板的方法 - Google Patents

Abstract

一种锁扣式真空轧制金属复合板的方法，通过以下步骤实现：在基板垂直于轧制方向两端端面分别加工贯通的沟槽，与之配合的，在覆板两端对应位置分别焊接L形嵌合条；清洗待复合面油污；将覆板两端的L形嵌合条滑入基板两端的沟槽中，使覆板与基板组成的复合板坯呈嵌合状态。在复合板坯四周焊接封焊板，使其复合空间密封；在封焊板开孔，通过开孔抽出覆板与基板之间的空气，抽完真空后封堵开孔；将复合板坯加热至950～1300℃，进行轧制，直至所需厚度，形成金属复合板；对轧制后的金属复合板进行切边，去除封焊板，完成复合板轧制。本方法可有效约束相邻板坯在轧制方向及板坯厚度方向上相互运动，在提高轧制稳定性同时大大增加了金属复合板的复合强度。

Description

锁扣式真空轧制金属复合板的方法

技术领域

本发明涉及金属复合板的轧制方法，具体指一种锁扣式真空轧制金属复合板的方法。

背景技术

金属复合板是由两种或多种性能不同的金属板通过特殊的制备方法复合而成的。与单一金属组元相比，经过合理设计组合后的金属复合板结合了金属组元各自的优点，可以获得单一金属所不具备的力学、物理和化学性能。近几十年来，金属复合板的研制、生产及应用越来越引起人们的关注。到目前为止，这种复合材料在航空航天、石油、化工、冶金、机械、汽车、轮船、建筑等领域均得到了广泛应用。

金属复合板的制备方法主要有：爆炸复合法、铸造法、钎焊复合法、轧制复合法等。

1、爆炸复合法，该方法是利用爆炸焊接的方式将异质金属结合在一起，可以实现熔点相差较大的金属之间的复合，而且复合是在瞬间完成的，可以避免界面产生金属间化合物，但是该方法生产的复合板尺寸较小，板形较差，并且还存在能耗大、污染环境、成材率低等缺点；

2、铸造法，应用该方法制备复合板，工艺复杂，而且结合面易产生气泡、夹杂裂纹等铸造缺陷，产品质量的稳定性差；

3、钎焊复合法，该方法是将一种钎料置于复材与基材之间，然后通过加热并施加一定的压力将复材与基材结合在一起。此方法操作简单，但是在钎料的选择上有一定的难度，同时采用该方法生产的复合板复合强度一般都不高。

4、轧制复合法，该方法是目前应用最广的方法之一，此方法是将两种或者多种表面洁净的金属互相接触，在轧机的强大压力下，通过加热或塑性变形使原子间通过扩散作用实现冶金结合；应用该法时，通常在轧制前对金属板坯进行组坯，并采用焊接方式进行固定，以便于下一步轧制。在组坯过程中应尽可能减少复合界面间的残余空气，减少轧制过程中界面氧化；同时，由于轧制复合法首道次压下率较常规轧制较大且板坯间多以平面接触，因此组坯时也应当保证板坯间焊接牢固，以防止板坯在首道次轧制过程中发生基板与覆板分离现象而导致复合失败。

公开号为CN1425530A的中国发明专利，公开了一种高速钢复合低碳钢的金属板材的制造工艺，此工艺是先将高速钢及低碳钢板清理干净叠放在一起，再采用无氧保护焊将低碳钢角钢焊于低碳钢板外，最后进行加热轧制制成成品。此工艺虽然能在一定程度保护复合界面在轧制过程中不被氧化，但是板坯在角钢焊接前并未进行真空处理，复合界面处仍存在少量空气，在后期加热过程中界面仍会氧化导致影响板坯复合质量。

申请号为200510033870的发明专利，公开了一种采用复合坯生产钎焊热轧金属复合板的方法，此方法是先将两张复层金属板、两张基层金属板叠放后，在周边焊接分隔板，再实施环边密封焊接，然后在周边封焊圈框上钻孔并焊接真空管，复合坯加热到400-450℃时抽真空，封填孔口后实施热轧，此方法虽然存在解决了复合界面处存在空气影响后期板坯复合质量的问题，但在高温状态下对复合坯抽真空既耗时又耗能，且操作复杂。

公开号为CN1217786C的中国发明专利，公开了一种金属复合板材或带材的加工方法，该方法是在基板的一端部的结合面开一贯通的嵌合槽，在包板结合面相应的位置设置一嵌合凸块，组坯时将包板的嵌合凸块嵌于基板上的嵌合槽中，且嵌合凸块与嵌合槽之间预留有设定的间隙，基板与包板另一端为紧固连接，热轧时将组合件置于真空盒内抽真空加热再进行轧制，紧固连接端作为轧制时的喂入端具有不开裂、定位、导引的作用，嵌合端通过加热和粗轧便自动锁紧，此方法的不足之处在于其将组合件置于真空盒内抽真空、加热的工艺过程复杂，且组合坯并不是全程处于真空状态下，板坯表面仍会发生氧化，影响复合质量。

综上所述，现有的工艺为了提高复合质量，多从采用界面保护或真空轧制等减少界面氧化的方式来考虑，而对板坯间焊接强度太低导致复合失败的情况较少考虑，因此，需要一种在轧制时可以有效约束相邻板坯在轧制方向及板坯厚度方向上相互运动的、能有效改善首道次轧制过程中上下板坯发生分离现象、提高轧制稳定性的金属复合板轧制工艺。

发明内容

本发明的目的就是要解决现有金属复合板轧制工艺的缺陷，提供一种锁扣式真空轧制金属复合板的方法。

为实现上述目的，本发明所设计的锁扣式真空轧制金属复合板的方法，其特殊之处在于，该方法包括以下步骤：

1）选取宽度相同的基板和覆板进行加工，在基板垂直于轧制方向两端端面分别加工贯通的沟槽，使加工后基板的纵向截面呈工字形；与之配合地，在覆板垂直于轧制方向两端对应沟槽的位置分别焊接L形嵌合条；

2）清洗基板和覆板的待复合表面，去除表面油污；沿垂直于轧制方向将覆板两端的L形嵌合条滑入基板两端的沟槽中，使覆板与基板组成的复合板坯呈嵌合状态；

3）在复合板坯四周接缝处焊接封焊板，使相邻覆板与基板之间的空间密封；

4）在其中一侧的封焊板上对应覆板与基板复合界面处钻一开孔，使相邻覆板与基板之间的空间通过开孔与外界连通；

5）通过封焊板上钻取的开孔抽出覆板与基板之间的空气，使其内部空间形成真空，抽完真空后封堵开孔；

6）将复合板坯加热至950～1300℃，进行轧制，直至所需厚度，形成金属复合板；

7）对轧制后的金属复合板进行切边，去除四周的封焊板，获得金属复合板成品。

优选地，所述覆板的数量为一块，设置在一块基板的正面，一块覆板通过其两端的L形嵌合条与一块基板两端的沟槽锁扣嵌合，适于单面金属复合板的轧制。

优选地，所述覆板的数量为二块，分别设置在一块基板的正面和反面，二块覆板通过各自两端的L形嵌合条与一块基板两端的沟槽锁扣嵌合，适于双面金属复合板的轧制。

进一步地，所述沟槽为内腔截面呈矩形的凹槽，所述L形嵌合条的外轮廓形状与其对应配合。这样，通过L形嵌合条与沟槽的锁扣嵌合，可以提高覆板与基板接合的稳定性。

优选地，所述沟槽的宽度B为基板厚度的10～60%，最佳为30～50%。

优选地，所述基板与覆板相结合的表面至沟槽最近侧壁的距离D为基板厚度的20～50%，最佳为25～35%。

本发明的优点在于：所设计的锁扣式真空轧制金属复合板的方法在轧制时可以有效约束相邻板坯在轧制方向及板坯厚度方向上相互运动，能有效改善首道次轧制过程中上下板坯发生分离现象，提高轧制稳定性；对复合板坯接合界面抽取真空，有效减少加热过程中的接合界面氧化，大大增加了金属复合板的复合强度。

附图说明

图1为本发明中的基板与覆板的锁扣结构接合示意图。

图2为图1中基板的立体结构示意图。

图3为图1中覆板的立体结构示意图。

图4为本发明应用于双面复合板轧制时基板与覆板的锁扣结构接合示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1～3中所示锁扣式真空轧制金属复合板的方法，通过以下步骤实现：

1）选取宽度相同的基板1和覆板2进行加工，在基板1垂直于轧制方向两端端面分别加工贯通的沟槽11，使加工后基板1的纵向截面呈工字形；与之配合地，在覆板2垂直于轧制方向两端对应沟槽11的位置分别焊接L形嵌合条21；沟槽11为内腔截面呈矩形的凹槽，L形嵌合条21的外轮廓形状与其对应配合，基板1两端沟槽11深度相同；

2）清洗基板1和覆板2的待复合表面，去除表面油污；沿垂直于轧制方向将覆板2两端的L形嵌合条21滑入基板1两端的沟槽11中，使覆板2与基板1组成的复合板坯呈嵌合状态；

3）在复合板坯四周接缝处焊接封焊板，使相邻覆板2与基板1之间的空间密封；

4）在其中一侧的封焊板上对应覆板2与基板1复合界面处钻一开孔，使相邻覆板2与基板1之间的空间通过开孔与外界连通；

5）通过封焊板上钻取的开孔抽出覆板2与基板1之间的空气，使其内部空间形成真空，抽完真空后封堵开孔；

6）将复合板坯加热至950～1300℃，进行轧制，直至所需厚度，形成金属复合板；

7）对轧制后的金属复合板进行切边，去除四周的封焊板，获得金属复合板成品。

优化设计时，沟槽11的宽度B为基板1厚度的10～60%，最佳为30～50%；基板1与覆板2相结合的表面至沟槽11最近侧壁的距离D为基板1厚度的20～50%，最佳为25～35%。

本实施例是通过该方法制备不锈钢-碳钢单面复合板，即基板1采用长1200mm×宽600mm×厚60mm的Q345碳钢板，覆板2采用304不锈钢板，厚度为10mm。在碳钢基板1上加工沟槽11，其底部宽度为20mm，沟槽11距离碳钢基板1上表面15mm；在不锈钢覆板2两侧加工L形嵌合条21，沿垂直于轧制方向将L形嵌合条21滑入沟槽11中，使覆板2与基板1组成的复合板坯呈嵌合状态，在复合板坯两侧焊接封焊板，使碳钢基板1与不锈钢覆板2之间的空间密封；抽取真空后，将复合板坯送入加热炉加热至1200℃，保温1小时，采用轧机多道次轧制，使复合板坯最终厚度为10mm；最后切除复合板坯两侧封焊板，即得到8400mm×600mm×10mm碳钢-不锈钢单面复合板。

实施例2：

如图2～4所示，本实施例与实施例1大体相同，只是实施例2是通过该方法制备不锈钢-碳钢双面复合板，即基板1采用长1200mm×宽600mm×厚60mm的Q345碳钢板；覆板2采用两块304不锈钢板，厚度为10mm；在碳钢基板1上加工沟槽11，其底部宽度为30mm，沟槽11距离碳钢基板1上表面15mm；在不锈钢覆板2两侧加工L形嵌合条21，L形嵌合条21高度为15mm。沿垂直于轧制方向将L形嵌合条21滑入沟槽11中，使两块覆板2分别贴合在基板1的上下表面，组成复合板坯，在复合板坯两侧焊接封焊板，使碳钢基板1与不锈钢覆板2之间的空间密封；抽取真空后，将复合板坯送入加热炉加热至1250℃，保温1.5小时，采用轧机多道次轧制，使复合板坯最终厚度为12mm；最后切除复合板坯两侧封焊板，即得到8000mm×600mm×12mm碳钢-不锈钢双面复合板。

实施例3：

如图1～3所示，本实施例与实施例1大体相同，只是实施例3是通过该方法制备碳钢特厚复合板，即基板1及覆板2均采用长1000mm×宽600mm×厚200mm的Q345碳钢板，在基板1上加工沟槽11，其底部宽度为25mm，沟槽11距离基板1上表面50mm；在覆板2两侧加工L形嵌合条21，L形嵌合条21尺寸与沟槽11尺寸一致。沿垂直于轧制方向将L形嵌合条21滑入沟槽11中，使基板1和覆板2组成复合板坯，在复合板坯两侧焊接封焊板，使基板1与覆板2之间的空间密封；抽取真空后，将复合板坯送入加热炉加热至1100℃，保温2小时，采用轧机多道次轧制，使复合板坯最终厚度为100mm；最后切除复合板坯两侧封焊板，即得到4000mm×600mm×100mm碳钢特厚复合板。

Claims (6)

1.一种锁扣式真空轧制金属复合板的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)选取宽度相同的基板(1)和覆板(2)进行加工，在基板(1)垂直于轧制方向两端端面分别加工贯通的沟槽(11)，使加工后基板(1)的纵向截面呈工字形；所述沟槽(11)的宽度B为基板(1)厚度的10～60％；与之配合地，在覆板(2)垂直于轧制方向两端对应沟槽(11)的位置分别焊接L形嵌合条(21)；所述沟槽(11)为内腔截面呈矩形的凹槽，所述L形嵌合条(21)的外轮廓形状与其对应配合，所述基板(1)与覆板(2)相结合的表面至沟槽(11)最近侧壁的距离D为基板(1)厚度的20～50％；

2)清洗基板(1)和覆板(2)的待复合表面，去除表面油污；沿垂直于轧制方向将覆板(2)两端的L形嵌合条(21)滑入基板(1)两端的沟槽(11)中，使覆板(2)与基板(1)组成的复合板坯呈锁扣嵌合状态；

3)在复合板坯四周接缝处焊接封焊板，使相邻覆板(2)与基板(1)之间的空间密封；

4)在其中一侧的封焊板上对应覆板(2)与基板(1)复合界面处钻一开孔，使相邻覆板(2)与基板(1)之间的空间通过开孔与外界连通；

5)通过封焊板上钻取的开孔抽出覆板(2)与基板(1)之间的空气，使其内部空间形成真空，抽完真空后封堵开孔；

6)将复合板坯加热至950～1300℃，进行轧制，直至所需厚度，形成金属复合板；

7)对轧制后的金属复合板进行切边，去除四周的封焊板，获得金属复合板成品。

2.根据权利要求1所述锁扣式真空轧制金属复合板的方法，其特征在于：所述覆板(2)的数量为一块，设置在一块基板(1)的正面，一块覆板(2)通过其两端的L形嵌合条(21)与一块基板(1)两端的沟槽(11)锁扣嵌合，适于单面金属复合板的轧制。

3.根据权利要求1所述锁扣式真空轧制金属复合板的方法，其特征在于：所述覆板(2)的数量为二块，分别设置在一块基板(1)的正面和反面，二块覆板(2)通过各自两端的L形嵌合条(21)与一块基板(1)两端的沟槽(11)锁扣嵌合，适于双面金属复合板的轧制。

4.根据权利要求1或2或3所述锁扣式真空轧制金属复合板的方法，其特征在于：所述沟槽(11)的宽度B为基板(1)厚度的30～50％。

5.根据权利要求1或2或3所述锁扣式真空轧制金属复合板的方法，其特征在于：所述基板(1)与覆板(2)相结合的表面至沟槽(11)最近侧壁的距离D为基板(1)厚度的25～35％。

6.根据权利要求4所述锁扣式真空轧制金属复合板的方法，其特征在于：所述基板(1)与覆板(2)相结合的表面至沟槽(11)最近侧壁的距离D为基板(1)厚度的25～35％。