CN104249134B - 一种复合板带的喷射轧制制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合板带的喷射轧制制备方法，在两个反向旋转的结晶辊即双辊上下方设置一对夹送辊和一对定位辊，双辊上方一侧或对称布置的金属喷射装置；将一中间板带经旋转的夹送辊进入双辊，再进入双辊下方的定位辊，此时中间板带建立张力，从而保证中间板带在双辊之间的精确位置；在中间板带进入双辊之前，金属喷射装置将待复合的金属液雾化成细小的金属液滴，同时以高速度将金属液滴喷射至中间板带一侧或两侧表面，由于中间板带的冷却作用，在中间板带的一侧或两侧表面形成金属雾化沉积层；中间板带及金属雾化沉积层经过双辊，受到双辊轧制后形成致密的复合板带，再穿过定位辊，形成最终的复合板带。
Description
技术领域
本发明涉及双辊薄带连铸领域，特别涉及一种复合板带的喷射轧制制备方法。
背景技术
复合材料是由基体材料和复合材料人工用特殊的方法复合而成，它充分发挥了材料各自的物理化学性能，形成综合性能优异的新型材料，是当今材料领域发展最快、应用前景最广的新学科，世界各地都把复合材料的发展列为重点规划。
人们在对复合材料的研究过程中，已经认识到复合材料的关键是基体材料与复层材料之间的界面结合问题。要达到结合强度好、复层牢固的技术要求，除必要的大变形量外，还必须有足够的复合界面。原有复合板带的生产设备及工艺方法大体有以下几种类型：
焊接轧制法：将接触面清理干净的不锈钢板和低碳钢板各一块合在一起，再把四周接触处焊合，然后经加热炉加热再轧制的方法，或将低碳钢板用不锈钢焊条、焊丝堆焊一定厚度，再经加热炉加热后轧制的方法。
爆炸焊接法：即把两块不同金属板的接触面清理干净合在一起，加热后放在特制装置内，采用爆炸工艺将接触面焊合，在经加热炉加热后轧制的方法。
离心浇注法：即把低碳钢水先注入离心浇注机，待其冷却成固熔状态时，再将不锈钢水注入离心浇注圈内圈，完全凝固成环状复合板带坯时取出，经矫直机矫直后送入加热炉加热再轧制的方法。
中国专利CN102039309A公开了一种双辊双带复合结构薄带连铸连轧方法，该方法主要为：在双辊连铸过程中，两条金属母带分别通过两个反向旋转的结晶辊共同形成钢液熔池，金属溶液在母带上发生凝固，在结晶辊的铸轧作用下形成复合铸带，再经轧制形成最终薄带。
该专利的不足之处在于：在金属溶液的凝固过程中仅在金属母带表面发生凝固，而没有在薄带连铸结晶辊表面发生凝固，失去了薄带连铸快速铸造轧制的特点。
中国专利CN10261945A公开了一种三层金属复合板的钎焊法连续铸轧复合成形装置，包括浇铸槽，浇铸槽上开设浇铸口，浇铸槽的下方设有预成形焊接通道，浇嘴外周面的左右两侧各设有一个输料辊，每个输料辊与浇嘴的外周面之间各留有一个用于供金属板带通过的输送通道，输送通道的最窄处的宽度大于通过此处的金属板带的宽度以在浇嘴和输料辊之间形成排渣缝隙，浇嘴的外周面上具有从浇铸口附近沿向外倾斜的方向延伸至所述输送通道的上溢斜面，在预成形焊接通道的出料口处设置有轧辊组。钎剂与金属板带上残留氧化物反应的生成物和反应后残存的钎剂浮在上溢斜面处和通过输送通道中的排渣缝隙向上溢出，不会跟随下沉的金属熔液进入复合体中。
该专利制备复合板带的特点主要采用先用钎焊法使金属凝固在母带表面，然后通过双辊轧制的作用来完成，而没有体现金属在双辊表面快速凝固的特点。
中国专利CN1923388A提出了一种一种不锈钢复合板带坯喷铸、连轧设备及生产方法，其特征由三部分设备组成：即板带坯处理设备、喷铸复合设备、连续轧制设备。其生产工艺是低碳钢板带坯，经矫直、接头、除磷、清理、压纹处理后，再送入喷复合设备，先由上喷铸器组完成上面喷铸复合，经换向张紧装置将板带坯翻转180°使上下面转换，再由下喷铸器组完成另一面喷铸复合，随后板带坯送入冷轧机组精轧成材，成品表面板带坯表面处理后送入卷曲机包装。
该专利的不足之处在于：设备机构复杂，多层复合金属之间存在界面结合问题。
喷射成形是一种采用快速凝固的方法制备特殊材料的新技术，该技术兼具有近终形加工和半固态加工的双重特点。喷射成形最早是由英国的Singer教授于七十年代提出的，其原理是用雾化喷嘴内高压惰性气体将从中间包内经过导液管流出的合金液流雾化成细小的熔滴，熔滴在高速气流的作用下飞行并被逐渐冷却，在这些熔滴尚未完全凝固前将其沉积到具有一定形状的沉积器上，通过改变熔滴射流与沉积器的相对位置和沉积器的运动形式，可以得到盘(柱)、管(环)、板(带)等不同形状的半成品坯件。
薄带连铸技术是冶金及材料研究领域内的一项前沿技术，它的出现正在为钢铁工业带来一场革命，它改变了传统冶金工业中薄型钢材的生产过程。
传统的薄型钢材一般采用板坯连铸法，在生产中需要经过多道次热轧和反复冷轧等工序。能耗大，工序复杂，生产周期长，劳动强度大，产品成本高，转产困难等特点。采用薄带连铸技术，将连续铸造、轧制、甚至热处理等整合为一体，使生产的薄带坯稍经冷轧就一次性形成工业成品，简化了生产工序，缩短了生产周期，其工艺线长度仅60m。设备投资也相应减少，产品成本显著降低，并且薄带质量不亚于传统工艺。此外，利用薄带连铸技术的快速凝固效应，还可以生产出难以轧制的材料以及具有特殊性能的新材料。
发明内容
本发明的目的在于提出一种复合板带的喷射轧制制备方法，将复合金属喷射至中间板带的表面，由于金属液滴与中间板带的换热作用，中间板带的表面与金属液反应，形成致密的双金属层，从而避免出现界面之间金属的分离。在复合板带形成的过程中，受到双辊和定位辊的双重轧制，从而能很大程度的提高复合板带的致密度和内部质量，减少疏松和裂纹的形成。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种复合板带的喷射轧制制备方法，在两个反向旋转的结晶辊即双辊上下方设置一对夹送辊和一对定位辊，双辊上方一侧或对称布置的金属喷射装置；将一中间板带经旋转的夹送辊进入双辊，再进入双辊下方的定位辊，此时中间板带建立张力，从而保证中间板带在双辊之间的精确位置；在中间板带进入双辊之前，金属喷射装置将待复合的金属液雾化成细小的金属液滴，同时以高速度将金属液滴喷射至中间板带一侧或两侧表面，由于中间板带的冷却作用，在中间板带的一侧或两侧表面形成金属雾化沉积层；中间板带及金属雾化沉积层经过双辊，受到双辊轧制后形成致密的复合板带，再穿过定位辊，形成最终的复合板带。
进一步，待复合的金属液的熔点低于中间板带金属的熔点100～300℃。
又，中间板带的厚度与单侧被复合金属的厚度比控制在1～2之间。
金属液喷射前，对中间板带进行预热，预热温度500～800℃。
另外，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为30～50m/min，喷射复合金属雾化流量为10～15kg/min，雾化压力保持在0.2～0.4MPa。
或，中间板带穿带速度为50～70m/min，喷射复合金属雾化流量为15～25kg/min，雾化压力保持在0.4～0.6MPa。
或，中间板带穿带速度为70～100m/min，喷射复合金属雾化流量为25～40kg/min，雾化压力保持在0.6～0.9MPa。
再有，本发明所述中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
更进一步，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
薄带连铸技术工艺方案因结晶器不同分为带式、辊式、辊带式等，其中研究得最多、进展最快、最有发展前途的当属双辊薄带连铸技术。该技术在生产0.7～3mm厚的薄带方面具有独特的优越性，其工艺原理是将金属液注入一对反向旋转且内部通水冷却的铸辊之间，使金属液在双辊之间凝固形成薄带。
通过夹送辊控制中间板带走向，使其垂直向下进入双辊之间。在双辊上方布置金属液喷射成形装置，该金属液熔点与中间板带金属的熔点存在上下范围限。当中间板走行的过程中，金属液喷射成形装置对中间板进行喷射，由于雾化金属处于半固态状态，当其飞射至中间板上时由于板材的冷却作用，使得雾化金属在中间板表面发生快速凝固，形成金属沉积层；同时由于沉积金属对中间板材表面热量的传递作用，使得中间板材表面金属软化，在雾化金属的冲击下与雾化沉积金属发生界面重熔而紧密的粘结在一起，形成初始复合板材。当该初始复合板材进一步运动经过双辊的过程中，受到双辊的轧制作用，使得雾化沉积层金属进一步致密，同时使得复合金属界面结合的更加紧密。在复合金属板带通过双辊后，进入到双辊下方的定位辊之间，通过定位辊与夹送辊共同作用从而使得中间板带位于双辊的中间，进而使得金属板带两侧的金属发生均匀的沉积。
本发明的优点在于：
1.由于中间板带在走行的过程中，金属喷射装置将金属液滴喷射其上，由于金属液滴与中间板带的换热作用，中间板带的表面与金属液反应，形成致密的双金属层，从而避免出现界面之间金属的分离。
2.在复合板带形成的过程中，受到双辊和定位辊的双重轧制，从而能很大程度的提高复合板带的致密度和内部质量，减少疏松和裂纹的形成。
3.本发明方法工艺流程短、设备简单，生产效率高。
4.本发明方法可以应用于多种双金属之间的复合。
5.本发明方法可以应用于三种金属金属之间的复合。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的一种复合板带的喷射轧制制备方法，在两个反向旋转的结晶辊1、1’(即双辊)上下方设置一对夹送辊2和一对定位辊3，两结晶辊1、1’上方一侧或对称布置的金属喷射装置4、4’；将一中间板带5经旋转的夹送辊2进入两结晶辊1、1’，再进入两结晶辊1、1’下方的定位辊3，此时中间板带5建立张力，从而保证中间板带5在两结晶辊1、1’之间的精确位置；在中间板带5进入双辊之前，金属喷射装置4、4’将待复合的金属液雾化成细小的金属液滴，同时以高速度将金属液滴喷射至中间板带5一侧或两侧表面，由于中间板带5的冷却作用，在中间板带5的一侧或两侧表面形成金属雾化沉积层；中间板带及金属雾化沉积层经过两结晶辊1、1’，受到两结晶辊1、1’轧制后形成致密的复合板带6，再穿过定位辊3，形成最终的复合板带。
实施例1
中间板带的厚度为2mm，在实际复合过程中首先调整好复合金属和被复合金属之间的辊缝，然后启动中间板带的控制辊使其穿过结晶辊，中间板带预热550℃，期间中间包中金属液开始浇铸，中间板带的穿带速度与复合金属液雾化参数控制如下：穿带速度：40m/min，喷射复合金属雾化流量为12kg/min，雾化压力保持在0.3MPa。
实施例2
中间板带的厚度为3mm，在实际复合过程中首先调整好复合金属和被复合金属之间的辊缝，然后启动中间板带的控制辊使其穿过结晶辊，中间板带预热700℃，期间中间包中金属液开始浇铸，中间板带的穿带速度与复合金属液雾化参数控制如下：穿带速度：60m/min，喷射复合金属雾化流量为20kg/min，雾化压力保持在0.6MPa。
实施例3
中间板带的厚度为4mm，在实际复合过程中首先调整好复合金属和被复合金属之间的辊缝，然后启动中间板带的控制辊使其穿过结晶辊，中间板带预热800℃，期间中间包中金属液开始浇铸，中间板带的穿带速度与复合金属液雾化参数控制如下：穿带速度：80m/min，喷射复合金属雾化流量为30kg/min，雾化压力保持在0.8MPa。
复合材料是由基体材料和复合材料人工用特殊的方法复合而成，它充分发挥了材料各自的物理化学性能，形成综合性能优异的新型材料，是当今材料领域发展最快、应用前景最广的新学科，世界各地都把复合材料的发展列为重点规划。本发明在制备复合板带时工艺简单、设备简单，可以进行大规模输出应用，批量化生产。
Claims (65)
1.一种复合板带的喷射轧制制备方法，在两个反向旋转的结晶辊即双辊上下方设置一对夹送辊和一对定位辊，双辊上方一侧或对称布置的金属喷射装置；将一中间板带经旋转的夹送辊进入双辊，再进入双辊下方的定位辊，此时中间板带建立张力，从而保证中间板带在双辊之间的精确位置；在中间板带进入双辊之前，金属喷射装置将待复合的金属液雾化成细小的金属液滴，同时以高速度将金属液滴喷射至中间板带一侧或两侧表面，由于中间板带的冷却作用，在中间板带的一侧或两侧表面形成金属雾化沉积层；中间板带及金属雾化沉积层经过双辊，受到双辊轧制后形成致密的复合板带，再穿过定位辊，形成最终的复合板带。
2.如权利要求1所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，待复合的金属液的熔点低于中间板带金属的熔点100～300℃。
3.如权利要求1或2所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带的厚度与单侧被复合金属的厚度比控制在1～2之间。
4.如权利要求1或2所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射前，对中间板带预热，预热温度500～800℃。
5.如权利要求3所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射前，对中间板带预热，预热温度500～800℃。
6.如权利要求1或2所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为30～50m/min，喷射复合金属雾化流量为10～15kg/min，雾化压力保持在0.2～0.4MPa。
7.如权利要求3所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为30～50m/min，喷射复合金属雾化流量为10～15kg/min，雾化压力保持在0.2～0.4MPa。
8.如权利要求4所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为30～50m/min，喷射复合金属雾化流量为10～15kg/min，雾化压力保持在0.2～0.4MPa。
9.如权利要求5所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为30～50m/min，喷射复合金属雾化流量为10～15kg/min，雾化压力保持在0.2～0.4MPa。
10.如权利要求1或2所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为50～70m/min，喷射复合金属雾化流量为15～25kg/min，雾化压力保持在0.4～0.6MPa。
11.如权利要求3所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为50～70m/min，喷射复合金属雾化流量为15～25kg/min，雾化压力保持在0.4～0.6MPa。
12.如权利要求4所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为50～70m/min，喷射复合金属雾化流量为15～25kg/min，雾化压力保持在0.4～0.6MPa。
13.如权利要求5所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为50～70m/min，喷射复合金属雾化流量为15～25kg/min，雾化压力保持在0.4～0.6MPa。
14.如权利要求1或2所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为70～100m/min，喷射复合金属雾化流量为25～40kg/min，雾化压力保持在0.6～0.9MPa。
15.如权利要求3所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为70～100m/min，喷射复合金属雾化流量为25～40kg/min，雾化压力保持在0.6～0.9MPa。
16.如权利要求4所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为70～100m/min，喷射复合金属雾化流量为25～40kg/min，雾化压力保持在0.6～0.9MPa。
17.如权利要求5所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，金属液喷射雾化过程中，中间板带穿带速度为70～100m/min，喷射复合金属雾化流量为25～40kg/min，雾化压力保持在0.6～0.9MPa。
18.如权利要求1或2所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
19.如权利要求3所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
20.如权利要求4所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
21.如权利要求5所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
22.如权利要求6所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
23.如权利要求7所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
24.如权利要求8所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
25.如权利要求9所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
26.如权利要求10所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
27.如权利要求11所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
28.如权利要求12所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
29.如权利要求13所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
30.如权利要求14所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
31.如权利要求15所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
32.如权利要求16所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
33.如权利要求17所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分相同或不同。
34.如权利要求1或2所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
35.如权利要求3所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
36.如权利要求4所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
37.如权利要求5所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
38.如权利要求6所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
39.如权利要求7所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
40.如权利要求8所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
41.如权利要求9所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
42.如权利要求10所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
43.如权利要求11所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
44.如权利要求12所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
45.如权利要求13所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
46.如权利要求14所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
47.如权利要求15所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
48.如权利要求16所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
49.如权利要求17所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
50.如权利要求18所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
51.如权利要求19所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
52.如权利要求20所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
53.如权利要求21所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
54.如权利要求22所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
55.如权利要求23所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
56.如权利要求24所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
57.如权利要求25所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
58.如权利要求26所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
59.如权利要求27所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
60.如权利要求28所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
61.如权利要求29所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
62.如权利要求30所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
63.如权利要求31所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
64.如权利要求32所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
65.如权利要求33所述的复合板带的喷射轧制制备方法，其特征是，中间板带两侧喷射的金属液成分与中间板带相同或不同。
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