CN108580555B - 一种复合带材生产方法及生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合带材生产方法，包括如下步骤：1)来料预处理，2)来料头部预压紧，3)热轧复合，4)水冷处理，5)冷轧复合、卷取。本发明针对热轧复合工艺和冷轧复合工艺的优缺点，采用先热轧复合后冷轧变形的连续生产工艺，制备的复合带材兼有热轧复合界面结合强度高、对复合轧机轧制能力要求低以及冷轧变形厚度控制和板形控制精度高、表面质量好、生产稳定等优点；而且通用性强，可用以轧制复合的来料范围广、品种多，适用于大批量、高效率生产薄规格复合带材，具有良好的产业化应用推广价值。

Description

一种复合带材生产方法及生产系统

技术领域

本发明属于复合轧制技术领域，具体涉及一种复合带材生产方法及生产系统。

背景技术

轧制层状复合板材是利用轧制复合技术使两种或两种以上物理、化学及力学性能不同的金属在界面上实现牢固的冶金结合而制成的一种复合材料。由于其物理、化学及力学性能兼顾各组元金属的优点，因此在抗磨损、抗腐蚀、抗冲击、抗疲劳、高比刚度等许多特殊领域（如航空航天、冶金、建筑、电子仪表、化工、汽车及船舶等行业）得到广泛应用。

轧制复合法的基本原理是指金属板带在受到轧机施加的强大压力作用下，在两层金属的待复合表面发生塑性变形，使表面金属层破裂，随后洁净而活化的金属层从破裂的金属表面露出，在强大压力作用下形成平面状的冶金结合（原子间金属键结合）。根据轧制复合时有无加热，轧制复合法分为热轧复合法及冷轧复合法。热轧复合法的优点为：（1）轧制力较小，对复合轧机轧制能力要求低；（2）工艺简单，成本低；（3）界面结合牢固；其缺点在于复合板的厚度和板形控制困难，生产一致性和稳定性差，因此只适用于较厚复合板材（厚度一般大于5mm）的生产，产品规格有限。冷轧复合法的优点在于有利于复合带材的厚度和板形控制，产品厚度薄（最小厚度可达1mm），表面质量好且生产效率高，但其缺点为：（1）可采用的来料金属范围小，只适用于强度低、塑性好的组元金属间复合；（2）界面结合强度低；（3）首道次压下率高（60～70%以上），易产生轧制裂纹，且对复合轧机要求高。

由于上述热轧复合法及冷轧复合法的优缺点明显，因此目前大多数已经成功制备的复合带材还仅限于实验室研究，而在市场产业化方面的应用较少。一方面因为实验室工况条件与实际生产有所不同，生产中的工艺还处于摸索阶段；另一方面，对与工艺相配套的轧制复合生产机组的研究还不够深入，不能完全满足复合工艺的需要。因此仍需要进一步研究复合带材的生产方法及机组布置，这对于复合带材的产业化应用具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有热轧复合法及冷轧复合法各自存在的优缺点，且制备的复合带材仅限于实验室研究，无法进行大批量生产的问题。

为此，本发明实施例提供了一种复合带材生产方法，包括如下步骤：

1)来料预处理

选取作为来料的基材和覆材，并将基材和覆材各自依次经过来料开卷、复合面打磨、表面磨屑清理及加热处理；

2)来料头部预压紧

将加热处理后的基材和覆材的复合面相对布置，并将其头部预压紧粘合在一起；

3)热轧复合

将预压紧后的基材和覆材输送至热轧机辊缝中进行单道次热轧复合轧制，得到热轧复合板材；

4)水冷处理

将热轧复合板材通过层流冷却装置进行冷却，使得热轧复合板材冷却至来料的再结晶温度以下；

5)冷轧复合、卷取

将冷却后的热轧复合板材通过冷轧机的多道次冷轧轧制得到设计厚度的复合带材。

进一步的，所述基材和覆材的材质为不锈钢、碳钢、低合金钢、工业纯钛、铝合金中的任意一种；所述基材和覆材为完全退火态；所述基材与覆材的宽度相同，所述基材厚度为2～6mm，覆材厚度为2～6mm，复合带材厚度为1～6mm。

进一步的，所述基材和覆材的加热处理过程中加热温度为400～1000℃，加热时间为1～2min；所述基材和覆材的热轧复合过程中热轧复合的压下率为30～60%，热轧轧制速度为5～30m/min；所述基材和覆材的冷轧复合过程中冷轧道次压下率为10～30%，冷轧总压下率为30～70%，冷轧轧制速度为100～300m/min；所述水冷将热轧复合带材冷却至室温。

进一步的，所述步骤2)在基材和覆材的头部预压紧粘合之前，对基材和覆材的头部同时进行剪切。

进一步的，所述步骤5)冷轧复合卷取的具体过程：首先，在冷轧机的两侧均设置卷取机，将冷却后的热轧复合板材头部以热轧轧制速度穿带经过停机开辊缝状态的冷轧机，并进入冷轧机出口侧的卷取机进行卷取；然后，切除热轧复合板材的尾部，随后冷轧机辊缝闭合，启动冷轧机及其出口侧的卷取机，使热轧复合板材的尾部穿带进入冷轧机入口侧的卷取机；最后，待冷轧机入口侧的卷取机卷取热轧复合板材一定圈数后，将冷轧机和卷取机切换到轧制状态，按照设定的道次压下量完成各道次冷轧轧制。

另外，本发明还提供了一种复合带材生产系统，包括依次连接的开卷处理装置、第一剪切机、头部预压紧装置、热轧机、层流冷却装置、第一卷取机、冷轧机和第二卷取机；所述开卷处理装置包括基材开卷处理机构和覆材开卷处理机构，所述基材开卷处理机构布置于轧制线平面上，包括依次连接的基材开卷机、基材打磨机、基材压缩空气吹扫机和基材加热炉；所述覆材开卷处理机构与基材开卷处理机构相对布置，且位于基材的复合面侧，所述覆材开卷处理机构包括依次连接的覆材开卷机、覆材打磨机、覆材压缩空气吹扫机和覆材加热炉。

进一步的，所述覆材开卷处理机构有两套，分别位于基材开卷处理机构的正上方和正下方，且两套覆材开卷处理机构与基材开卷处理机构的距离相等。

进一步的，所述基材加热炉和覆材加热炉均为感应加热炉，所述基材加热炉和覆材加热炉的出口处分别设置有基材夹送辊和覆材夹送辊，所述基材夹送辊与第一剪切机之间设置有带材夹送辊，所述覆材夹送辊和带材夹送辊之间设置有用于将覆材导向轧制线平面的过渡导板。

进一步的，所述热轧机为二辊轧机，热轧机的工作辊入口侧设置有乳化液喷射装置；所述冷轧机为四辊轧机或六辊轧机，冷轧机的工作辊两侧均设置有轧制油喷射装置；所述第一卷取机和第二卷取机均为地下式卷取机。

进一步的，所述头部预压紧装置与热轧机之间设置有导卫装置，所述第一卷取机与冷轧机之间设置有第二剪切机。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种复合带材生产方法针对热轧复合工艺和冷轧复合工艺的优缺点，采用先热轧复合后冷轧变形的连续生产工艺，制备的复合带材兼有热轧复合界面结合强度高、对复合轧机轧制能力要求低以及冷轧变形厚度控制和板形控制精度高、表面质量好、生产稳定等优点。

(2)本发明提供的这种复合带材生产方法及生产系统对基材和覆材分别设置加热炉加热，使基材和覆材分别处于最优的热轧复合温度状态，有效解决了热轧复合过程中需满足基材与覆材的热轧温度差别较大的问题，减小了热轧复合过程中基材与覆材的力学性能差异，确保热轧复合时基材与覆材的均匀变形，大大提高了复合带材的质量。

(3)本发明提供的这种复合带材生产方法及生产系统通用性强，可用以轧制复合的来料范围广、品种多，适用于大批量、高效率生产薄规格复合带材，具有良好的产业化应用推广价值。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明复合带材生产方法的工艺流程图；

图2是本发明复合带材生产系统的结构示意图；

图3是本发明实施例中三层热轧复合板材断面结构示意图。

附图标记说明：1、基材开卷机；2、覆材开卷机；3、基材打磨机；4、覆材打磨机；5、覆材压缩空气吹扫机；6、基材压缩空气吹扫机；7、覆材加热炉；8、基材加热炉；9、覆材夹送辊；10、基材夹送辊；11、过渡导板；12、带材夹送辊；13、第一剪切机；14、头部预压紧装置；15、导卫装置；16、热轧机；17、层流冷却装置；18、第一卷取机；19、第二剪切机；20、冷轧机；21、第二卷取机；22、基材；23、覆材；24、乳化液喷射装置；25、轧制油喷射装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种复合带材生产方法，包括如下步骤：

(1)来料预处理

选取作为来料的基材22和覆材23，并将基材22和覆材23各自依次经过来料开卷、复合面打磨、表面磨屑清理及加热处理。

其中，基材22和覆材23的材质为不锈钢、碳钢、低合金钢、工业纯钛、铝合金中的任意一种，基材22和覆材23为完全退火态；而根据复合带材层数的要求，其中覆材23可以为一层或多层，本实施例中生产的复合带材为三层复合带材，因而覆材23包括上覆材和下覆材，上覆材和下覆材的材质、宽度及厚度相同，基材22与覆材23的宽度相同，基材22厚度为2～6mm，覆材23厚度为2～6mm，制得的复合带材成品厚度为1～6mm。

具体的，来料通过开卷处理装置进行来料预处理，开卷处理装置包括基材开卷处理机构和覆材开卷处理机构，所述基材开卷处理机构布置于轧制线平面上，包括依次连接的基材开卷机1、基材打磨机3、基材压缩空气吹扫机6和基材加热炉8，分别用于对基材进行开卷、复合面表面打磨、复合面表面磨屑清理及加热处理；所述覆材开卷处理机构与基材开卷处理机构相对布置，且位于基材22的复合面侧，而本实施例中覆材开卷处理机构分为上覆材开卷处理机构和下覆材开卷处理机构，分别位于基材开卷处理机构的正上方和正下方，所述覆材开卷处理机构包括依次连接的覆材开卷机2、覆材打磨机4、覆材压缩空气吹扫机5和覆材加热炉7。首先，基材22和覆材23同时分别由基材开卷机1和覆材开卷机2进行开卷，然后分别进入基材打磨机3和覆材打磨机4以打磨掉基材22和覆材23的待复合表面的氧化层，再分别进入基材压缩空气吹扫机6和覆材压缩空气吹扫机5，吹除基材22和覆材23的待复合表面的磨屑，最后分别进入基材加热炉8和覆材加热炉7，进一步的，所述基材加热炉8和覆材加热炉7均为感应加热炉，根据基材22与覆材23各自的材质及两者的力学性能，设置相应温度对基材22和覆材23分别进行加热，使两者分别处于最优的热轧复合温度状态，以减小热轧复合过程中基材22与覆材23的力学性能差异，确保热轧复合时基材22与覆材23的均匀变形，其加热温度为400～1000℃，加热时间为1～2min。

优化的，为了保证基材22和覆材23的顺利输送进入后续的热轧机16进行热轧复合工艺，所述基材加热炉8和覆材加热炉7的出口处分别设置有基材夹送辊10和覆材夹送辊9，通过基材夹送辊10协助基材22输送，通过覆材夹送辊9协助覆材23的输送及转向，所述基材夹送辊10与第一剪切机13之间设置有带材夹送辊12，通过带材夹送辊12协助基材22和覆材23的头部输送至第一剪切机13，而进一步的，可以在所述覆材夹送辊9和带材夹送辊12之间设置过渡导板11，用于将覆材23导向轧制线平面，并喂入带材夹送辊12中。

(2)来料头部预压紧

将加热处理后的基材22和覆材23的复合面相对布置，并将其头部预压紧粘合在一起。

具体的，将加热处理后的基材22和覆材23在带材夹送辊12的协助下贴合输送至第一剪切机13，完成基材22和覆材23头部剪切动作以获得端面齐整的头部，然后将基材22和覆材23的头部输送至头部预压紧装置14，使得的头部压紧粘合在一起，以便于基材22和覆材23能在热轧机16辊缝处顺利咬入。

(3)热轧复合

将预压紧后的基材22和覆材23输送至热轧机16辊缝中进行热轧复合轧制处理，得到热轧复合板材。

具体的，本实施例中热轧机16为二辊轧机，热轧复合的压下率为30～60%，热轧轧制速度为10～50m/min，经热轧机16热轧复合轧制所获得的三层热轧复合板材断面结构如图3所示。优化的，为了防止基材22和覆材23输送至热轧机16时在辊缝处跑偏而轧歪，可以在所述头部预压紧装置14与热轧机16之间设置导卫装置15，通过导卫装置15对基材22和覆材23的输送进行导向。进一步的，在所述热轧机16的工作辊入口侧设置乳化液喷射装置24，用于向热轧机16的工作辊连续喷射小流量乳化液，以冷却和润滑轧辊，保证基材22和覆材23的热轧复合质量。

(4)水冷处理

将热轧复合板材通过层流冷却装置17进行水冷，使得热轧复合板材冷却至来料的再结晶温度以下。优选地，所述水冷将热轧复合带材冷却至室温。

(5)冷轧复合、卷取

将冷却后的热轧复合板材通过冷轧机20晶型多道次冷轧轧制，得到设计厚度的复合带材。

具体的，所述冷轧机20为四辊轧机或六辊轧机，热轧复合板材的冷轧复合过程采用多道次冷轧轧制，其冷轧道次压下率为10～30%，冷轧总压下率为30～70%，冷轧轧制速度为100～300m/min。

该冷轧复合卷取的具体操作过程如下：首先，在冷轧机20的两侧均设置卷取机，即第一卷取机18和第二卷取机21，将冷却后的热轧复合板材头部以热轧轧制速度穿带经过冷轧机20，并进入冷轧机20出口侧的卷取机（即第二卷取机21）进行卷取，此时冷轧机20处于停机开辊缝状态；当热轧复合板材的尾部到达第二剪切机19处时第二卷取机21停止卷取，然后由第二剪切机19切除热轧复合板材的尾部，随后冷轧机20辊缝闭合，启动冷轧机20及第二卷取机21，在冷轧机20的工作辊转动和第二卷取机21的卷筒转动的共同协助下，使热轧复合板材的尾部穿带进入第一卷取机18；最后，待第一卷取机18卷取热轧复合板材一定圈数（如3圈）后，将冷轧机20、第一卷取机18及第二卷取机21切换到轧制状态，按照设定的道次压下量完成各道次冷轧轧制，通过多道次冷轧轧制获得所要求的复合带材成品厚度。

优化的，在所述冷轧机20的工作辊两侧均设置轧制油喷射装置25，在冷轧过程中，根据轧制方向开启冷轧机20入口侧的轧制油喷射装置25，始终由冷轧机20入口侧的轧制油喷射装置25向冷轧机20的工作辊周期性喷射小流量轧制油，以润滑轧辊，防止粘辊。

实施例2：

本实施例以生产成品厚度为4mm的TA1钛/304不锈钢/TA1钛三层复合带材为例来进一步说明本发明的复合带材生产方法。

采用实施例1中复合带材生产方法，基材为304不锈钢板，基材厚度为6mm，覆材为TA1工业纯钛板，覆材厚度为6mm，基材与覆材均为完全退火态。

在加热过程中，304不锈钢板加热温度为950～970℃，加热时间为1.5min，TA1工业纯钛板的加热温度为490～510℃，加热时间为1.5min。

在热轧复合过程中，热轧压下率为50%，热轧轧制速度为10m/min。

在水冷过程中，将TA1钛/304不锈钢/TA1钛三层的热轧复合板材的温度降低到180℃以下。

在冷轧复合过程中，冷轧总压下率为55.6%，共采用4道次轧制，各道次压下率依次为25%、20%、16%、12%，各道次轧制速度依次为110m/min、180m/min、240m/min、280m/min。

采用本实施例复合带材生产方法生产的4mm厚TA1钛/304不锈钢/TA1钛三层复合带材可用于制作超低温及严苛腐蚀条件下的低成本容器，如大型液化天然气储罐及液氮储罐等。

实施例3：

本实施例以生产成品厚度为2mm的5052铝/Q345钢/5052铝三层复合带材为例来进一步说明本发明的复合带材生产方法。

采用实施例1中复合带材生产方法，基材为Q345低合金钢板，基材厚度为4mm，覆材为5052铝合金板，覆材厚度为3mm，基材与覆材均为完全退火态。

在加热过程中，Q345低合金钢板加热温度为850～870℃，加热时间为1min，5052铝合金板的加热温度为420～440℃，加热时间为1min。

在热轧复合过程中，热轧压下率为40%，热轧轧制速度为15m/min。

在水冷过程中，将5052铝/Q345钢/5052铝三层的热轧复合板材的温度降低到室温。

在冷轧复合过程中，冷轧总压下率为66.7%，共采用5道次轧制，各道次压下率依次为28%、23%、18%、15%、13%，各道次轧制速度依次为130m/min、170m/min、220m/min、240m/min、280m/min。

采用本实施例复合带材生产方法生产的2mm厚5052铝/Q345钢/5052铝三层复合带材可用于制作汽车车身板、零部件及装饰件等。

实施例4：

本实施例以生产成品厚度为3mm的304不锈钢/Q235/304不锈钢三层复合带材为例来进一步说明本发明的复合带材生产方法。

采用实施例1中复合带材生产方法，基材为Q235低碳钢板，基材厚度为5mm，覆材为304不锈钢板，覆材厚度为3mm，基材与覆材均为完全退火态。

在加热过程中，Q235低碳钢板加热温度为860～880℃，加热时间为1.5min，304不锈钢板的加热温度为970～990℃，加热时间为1.5min。

在热轧复合过程中，热轧压下率为45%，热轧轧制速度为10m/min。

在水冷过程中，将304不锈钢/Q235/304不锈钢三层的热轧复合板材的温度降低到150℃以下。

在冷轧复合过程中，冷轧总压下率为51%，共采用4道次轧制，各道次压下率依次为20%、17%、15%、12%，各道次轧制速度依次为150m/min、200m/min、230m/min、270m/min。

采用本实施例复合带材生产方法生产的3mm厚304不锈钢/Q235/304不锈钢三层复合带材用于制作石油化工管道、核工业压力容器及食品包装容器等。

综上所述，本发明提供的这种复合带材生产方法针对热轧复合工艺和冷轧复合工艺的优缺点，采用先热轧复合后冷轧变形的连续生产工艺，制备的复合带材兼有热轧复合界面结合强度高、对复合轧机轧制能力要求低以及冷轧变形厚度控制和板形控制精度高、表面质量好、生产稳定等优点；而且通用性强，可用以轧制复合的来料范围广、品种多，适用于大批量、高效率生产薄规格复合带材，具有良好的产业化应用推广价值。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合带材生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)来料预处理

选取作为来料的基材和覆材，并将基材和覆材各自依次经过来料开卷、复合面打磨、表面磨屑清理及加热处理；

2)来料头部预压紧

将加热处理后的基材和覆材的复合面相对布置，并将其头部预压紧粘合在一起；

3)热轧复合

将预压紧后的基材和覆材输送至热轧机辊缝中进行单道次热轧复合轧制，得到热轧复合板材；

4)水冷处理

将热轧复合板材通过层流冷却装置进行冷却，使得热轧复合板材冷却至来料的再结晶温度以下；

5)冷轧复合、卷取

将冷却后的热轧复合板材通过冷轧机的多道次冷轧轧制得到设计厚度的复合带材。

2.如权利要求1所述的复合带材生产方法，其特征在于，所述基材和覆材的材质为不锈钢、碳钢、低合金钢、工业纯钛、铝合金中的任意一种；所述基材和覆材为完全退火态；所述基材与覆材的宽度相同，所述基材厚度为2～6mm，覆材厚度为2～6mm，复合带材厚度为1～6mm。

3.如权利要求1所述的复合带材生产方法，其特征在于，所述基材和覆材的加热处理过程中加热温度为400～1000℃，加热时间为1～2min；所述基材和覆材的热轧复合过程中热轧复合的压下率为30～60%，热轧轧制速度为5～30m/min；所述基材和覆材的冷轧复合过程中冷轧道次压下率为10～30%，冷轧总压下率为30～70%，冷轧轧制速度为100～300m/min；所述水冷将热轧复合带材冷却至室温。

4.如权利要求1所述的复合带材生产方法，其特征在于，所述步骤2)在基材和覆材的头部预压紧粘合之前，对基材和覆材的头部同时进行剪切。

5.如权利要求1所述的复合带材生产方法，其特征在于，所述步骤5)冷轧复合卷取的具体过程：首先，在冷轧机的两侧均设置卷取机，将冷却后的热轧复合板材头部以热轧轧制速度穿带经过停机开辊缝状态的冷轧机，并进入冷轧机出口侧的卷取机进行卷取；然后，切除热轧复合板材的尾部，随后冷轧机辊缝闭合，启动冷轧机及其出口侧的卷取机，使热轧复合板材的尾部穿带进入冷轧机入口侧的卷取机；最后，待冷轧机入口侧的卷取机卷取热轧复合板材一定圈数后，将冷轧机和卷取机切换到轧制状态，按照设定的道次压下量完成各道次冷轧轧制。

6.一种复合带材生产系统，其特征在于，包括依次连接的开卷处理装置、第一剪切机、头部预压紧装置、热轧机、层流冷却装置、第一卷取机、冷轧机和第二卷取机；

所述开卷处理装置包括基材开卷处理机构和覆材开卷处理机构，所述基材开卷处理机构布置于轧制线平面上，包括依次连接的基材开卷机、基材打磨机、基材压缩空气吹扫机和基材加热炉；所述覆材开卷处理机构与基材开卷处理机构相对布置，且位于基材的复合面侧，所述覆材开卷处理机构包括依次连接的覆材开卷机、覆材打磨机、覆材压缩空气吹扫机和覆材加热炉。

7.如权利要求6所述的复合带材生产系统，其特征在于，所述覆材开卷处理机构有两套，分别位于基材开卷处理机构的正上方和正下方，且两套覆材开卷处理机构与基材开卷处理机构的距离相等。

8.如权利要求6所述的复合带材生产系统，其特征在于，所述基材加热炉和覆材加热炉均为感应加热炉，所述基材加热炉和覆材加热炉的出口处分别设置有基材夹送辊和覆材夹送辊，所述基材夹送辊与第一剪切机之间设置有带材夹送辊，所述覆材夹送辊和带材夹送辊之间设置有用于将覆材导向轧制线平面的过渡导板。

9.如权利要求6所述的复合带材生产系统，其特征在于，所述热轧机为二辊轧机，热轧机的工作辊入口侧设置有乳化液喷射装置；所述冷轧机为四辊轧机或六辊轧机，冷轧机的工作辊两侧均设置有轧制油喷射装置；所述第一卷取机和第二卷取机均为地下式卷取机。

10.如权利要求6所述的复合带材生产系统，其特征在于，所述头部预压紧装置与热轧机之间设置有导卫装置，所述第一卷取机与冷轧机之间设置有第二剪切机。

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