CN108746204B - 一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属复合板的材料加工技术领域，具体涉及一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法。首先采用波纹辊将坯料轧制波纹形复合板，在复合板波谷处形成应力峰值，促进波谷处的结合，再采用平辊进行叠轧，进而在波纹复合板波峰处形成应力峰值，使波峰处达到较高强度结合，该工艺利用两次不同位置的应力峰值可实现复合板从局部到整个面的高强度结合。波纹复合板采用该叠轧工艺轧平过程中金属的延伸主要是靠波峰位置处金属的压下实现的，波谷处金属的流动很小，这样波纹复合板轧平过程中波谷处就不容易产生断裂，且波峰处金属的压下又会给另一侧复合板波谷处一个反向的挤压应力，从而进一步提高原波谷处的结合强度，得到板形好的双金属复合板。

Description

一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法

技术领域

本发明属于金属复合板的材料加工技术领域，具体涉及一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法。

背景技术

近一个世纪以来，随着科学技术的快速发展，尤其是高精尖技术的崛起，不论是从资源的消耗、成本，还是材料的用途及性能方面，单一金属的局限性都日渐凸显，已经在很多领域无法满足现代化工业生产以及高新技术发展的需求。为了顺应历史潮流和社会发展的需求，复合材料正式登上了历史的舞台。

双复合板属于复合材料的一种，由于其兼具两种金属的优点，因此广泛应用在航空航天、兵器制造、家电等领域。随着今年来自然资源的开采以及能源消耗的日益增加，许多矿产资源尤其是铬、镍资源濒临枯竭，复合材料节约稀有金属的优势逐渐凸显出来。

我国对金属复合板的研究开始于上世纪60年代，主要的生产方式有爆炸复合法、爆炸复合法-轧制复合法等，其中爆炸复合法-轧制复合法已发展的十分成熟。然而，我国的金属复合板生产水平与国外先进技术仍有较大差距，主要体现在结合强度低、板形翘曲严重、结合面积比例小、覆层金属的厚度不均以及产量较低等方面。近年来，黄庆学提出了一种波纹辊轧制新工艺，可有效解决复合板结合强度低、板形翘曲严重、生产效率高，同时该工艺简单，易于实现工业生产。但是，这种波纹辊轧制新工艺虽然解决了一些传统复合板生产工艺遇到的一些问题，但是这种新工艺也会带来一些新的问题，例如：波纹复合板在轧平过程中容易在原波谷处边部产生裂纹，降低成材率，以及产品厚度在沿轧制方向上不均匀。

发明内容

本发明的目的是为了解决双金属复合板轧制过程中板材结合强度低、翘曲严重，以及波纹复合板轧平过程中易产生边裂和产品厚度不均匀等问题的一种方法，具体是一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法。

本发明是通过下述技术方案实现的：一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法

1)制坯：选取长宽相同的金属覆板和金属基板，所述金属覆板的变形抗力大于金属基板，表面进行清理，金属覆板和金属基板的清理面对扣叠放并组合在一起，形成复合板坯料；

2)轧制：采用上辊为波纹辊、下辊为普通平辊的二辊轧机对复合板坯料进行轧制，轧制时金属覆板与波纹辊接触，金属基板与普通平辊接触，将复合板坯料轧成上表面为波纹形，下表面为平面的波纹复合板；

3)退火：将波纹复合板送往真空加热炉或保护气氛加热炉进行扩散退火处理，然后根据具体工艺需求进行空冷或炉冷；

4)叠装：将经过扩散退火处理的两块波纹复合板按照波峰对波谷、波谷对波峰的方式进行对扣叠装，并在两块波纹复合板接触界面处涂抹隔离剂，然后在叠装好的两块波纹复合板固定在一起形成叠装复合板；

5)连续平轧：将叠装复合板在上下均为平辊的二辊轧机或四辊轧机上进行连续平轧；

6)分离：将经过连续平轧的叠装复合板从隔离剂界面处进行分离，得到两块波纹双金属复合板；

7)平轧：将分离得到的波纹双金属复合板在上下均为平辊的二辊轧机或四辊轧机上进行平轧，将波纹面完全轧平，并使板材厚度达到产品要求，得到波纹界面双金属复合板；

8)退火：将轧成的波纹界面双金属复合板再次送往真空加热炉或保护气氛加热炉进行退火处理；

9)精整：最后，将经过退火处理的波纹界面双金属复合板进行矫直、切头、切尾、切边、捆绑打包。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤2)轧制、步骤5)连续平轧以及步骤7)平轧中，板体的轧制方向保持一致。

作为本发明技术方案的进一步改进，步骤5)连续平轧中叠装复合板连续平轧至波纹的纹深s₁与波纹周期t₁的比值n₁满足：n₁＝s₁/t₁＜0.05且不等于0。

作为本发明技术方案的进一步改进，波纹辊波纹的纹深s与波纹周期t的比值n满足：n＝s/t≦0.4且不为0，波纹辊波纹的深度s与波纹辊的平均直径r的比值满足：N＝s/r≦0.05且不为0。

作为本发明技术方案的进一步改进，，所述步骤5)连续平轧中叠装复合板的一道次的一半厚度与步骤2)轧制中波纹复合板的高度差不超过复合板坯料厚度的5％。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤1)制坯中金属覆板和金属基板是通过铆接、绑定、包套或焊接方式进行组合形成复合板坯料。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述在步骤1)制坯中进行表面清理时需达到去除金属表面硬化层、氧化层以及污染物的目的。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤2)轧制中，所述叠装好的两块波纹复合板是通过焊合或绑定固定在一起形成叠装复合板的。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤2)轧制、步骤5)连续平轧和步骤7)平轧中，当轧制工艺为冷轧时直接进行轧制即可，当轧制工艺为热轧时，需在加热炉内加热至200～1300℃时再进行轧制。

作为本发明技术方案的进一步改进，在步骤3)退火和步骤8)退火中，退火温度为200℃-1000℃，退火时间控制在30-300min。

本发明相对于现有技术产生了如下有益效果：

1.首先采用波纹辊将坯料轧制波纹形复合板，在复合板波谷处形成应力峰值，促进波谷处的结合，再采用平辊进行叠轧，进而在波纹复合板波峰处形成应力峰值，使波峰处达到较高强度结合，该工艺利用两次不同位置的应力峰值可实现复合板从局部到整个面的高强度结合。

2.波纹复合板采用该叠轧工艺轧平过程中金属的延伸主要是靠波峰位置处金属的压下实现的，波谷处金属的流动很小，这样波纹复合板轧平过程中波谷处就不容易产生断裂，且波峰处金属的压下又会给另一侧复合板波谷处一个反向的挤压应力，从而进一步提高原波谷处的结合强度，从而得到界面为波纹的结合强度高，板形好的双金属复合板。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述复合板坯料的组合示意图。

图2为本发明所述波纹界面双金属复合板连续叠轧流程图。

图3为本发明所述波纹复合板的结构示意图。

图4为本发明所述叠装复合板的结构示意图。

图5为波纹界面双金属复合板的结构示意图。

图6为所述波纹辊的结构示意图。图中r为波峰直径与波谷直径的平均值。

图7为实施例1、对比例1在经过轧制后所形成的铜铝复合板的板形对比图。图中(a)、(b)的左右分别为实施例1的波纹复合板和对比例的复合板。

图8为实施例1、对比例1以及对比例2在经过连续平轧后所形成的复合板的板形对比图。图中(a)和(b)为实施例1；(c)和(d)为对比例2；(e)和(f)为对比例1。

图9为实施例1与对比例2的拉伸强度和剪切强度对比图。

图中：1-金属覆板，2-金属基板，3-复合板坯料，4-波纹辊，5-保护气氛加热炉，6-波纹复合板，7-叠装复合板，8-隔离剂，9-四辊轧机，10-波纹双金属复合板，11-波纹界面双金属复合板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法，

1)制坯：选取长宽相同的金属覆板1和金属基板2，所述金属覆板1的变形抗力大于金属基板2，表面进行清理，金属覆板1和金属基板2的清理面对扣叠放并组合在一起，形成复合板坯料3；

2)轧制：采用上辊为波纹辊4、下辊为普通平辊的二辊轧机对复合板坯料3进行轧制，轧制时金属覆板1与波纹辊4接触，金属基板2与普通平辊接触，将复合板坯料3轧成上表面为波纹形，下表面为平面的波纹复合板6；

3)退火：将波纹复合板6送往真空加热炉或保护气氛加热炉5进行扩散退火处理，然后根据具体工艺需求进行空冷或炉冷；

4)叠装：将经过扩散退火处理的两块波纹复合板6按照波峰对波谷、波谷对波峰的方式进行对扣叠装(保证两块波纹复合板6的重叠面积尽量达到最大)，并在两块波纹复合板6接触界面处涂抹隔离剂8(防止叠轧过程中两块波纹复合板6产生黏着现象)，然后在叠装好的两块波纹复合板6固定在一起形成叠装复合板7；

5)连续平轧：将叠装复合板7在上下均为平辊的二辊轧机或四辊轧机9上进行连续平轧；

6)分离：将经过连续平轧的叠装复合板7从隔离剂界面处进行分离，得到两块波纹双金属复合板10；

7)平轧：将分离得到的波纹双金属复合板10在上下均为平辊的二辊轧机或四辊轧机9上进行平轧，将波纹面完全轧平，并使板材厚度达到产品要求，得到波纹界面双金属复合板11；

8)退火：将轧成的波纹界面双金属复合板11再次送往真空加热炉或保护气氛加热炉5进行退火处理；

9)精整：最后，将经过退火处理的波纹界面双金属复合板11进行矫直、切头、切尾、切边、捆绑打包。

优选的，在步骤2)轧制、步骤5)连续平轧以及步骤7)平轧中，板体的轧制方向保持一致。即，在步骤2)轧制时，复合板坯料3自左向右轧制，那步骤4)叠装时，两块波纹复合板6叠装的方向要与步骤2)轧制方向一致来放置，并且在步骤5)连续平轧中的轧制方向与步骤2)轧制方向一致，进一步的在步骤7)平轧中轧制方向也与步骤2)相同。

在本发明中，步骤2)轧制时轧制一道次，步骤5)连续平轧和步骤7)平轧为多道次，并且在步骤5)连续平轧中叠装复合板(7)连续平轧至波纹的纹深s₁与波纹周期t₁的比值n₁满足：n₁＝s₁/t₁＜0.05且不等于0。其中所述纹深s₁为波峰至波谷的高度差，波纹周期t₁为前一个波峰(或者波谷)至下一个波峰(或者波谷)的距离。

优选的，参见图6，波纹辊4波纹的纹深s与波纹周期t的比值n满足：n＝s/t≦0.4且不为0，波纹辊波纹的深度s与波纹辊的平均直径r的比值满足：N＝s/r≦0.05且不为0。波纹辊4的波纹与轧辊轴向平行，纹形可选择圆弧形、正弦曲线、余弦曲线等对称纹形。

进一步的，所述步骤5)连续平轧中叠装复合板7的一道次的一半厚度与步骤2)轧制中波纹复合板6的高度差不超过复合板坯料3厚度的5％。在步骤5)连续平轧中叠装复合板7在连续平轧后的高度为a，步骤2)轧制后波纹复合板6的平均高度为b(即波峰与波谷的平均厚度)，复合板坯料3的厚度为c，b-1/2a≦5％c。

本领域技术人员可根据实际工艺需求选择合适的金属覆板1和金属基板2的组合方式，优选的，在步骤1)制坯中金属覆板1和金属基板2是通过铆接、绑定、包套或焊接方式进行组合形成复合板坯料3。其中，复合板坯料3的轧制工艺为冷轧的材料组合方式为铆接、绑定或者局部焊接，复合板坯料3的轧制工艺为热轧的材料组合方式为包套或者四周封闭焊接，且在在包套或焊接好后需进行抽真空处理。

在本发明中，所述在步骤1)制坯中进行表面清理时需达到去除金属表面硬化层、氧化层以及污染物的目的。具体的清理方式可采用打磨处理。

本领域技术人员可根据实际工艺需求选择合适的两块波纹复合板6的固定方式，优选的，在步骤2)轧制中，所述叠装好的两块波纹复合板6是通过焊合或绑定固定在一起形成叠装复合板7的。

进一步的，在步骤2)轧制、步骤5)连续平轧和步骤7)平轧中，当轧制工艺为冷轧时直接进行轧制即可，当轧制工艺为热轧时，需在加热炉内加热至200～1300℃时再进行轧制。

进一步的，在步骤3)退火和步骤8)退火中，退火温度为200-1000℃，退火时间控制在30-300min。具体的退火温度以及退火时间可根据材料和加工工艺而定。

下面通过具体实施例来说明本发明的技术方案。

实施例1

采用附图1、2所示方法制备铜-铝复合板：

1)制坯：选取纯铝板作为覆板1，板材尺寸为200mm(长)×50mm(宽)×2mm(高)，纯铜板作为基板2，板材尺寸为200mm(长)×50mm(宽)×8mm(高)。采用装有钢丝刷的打磨工具对纯铜板和纯铝板待结合面进行打磨至“砂面”效果，以去除板坯表面氧化物，为铜铝复合创造有利条件，然后将铜、铝板打磨面进行叠放，并铆接板材的头部和尾部，以确保基复板顺利同步咬入，且在轧制过程中不会跑偏，制得复合板坯料3。

2)轧制：采用上辊为波纹辊4下辊为普通平辊的二辊轧机对进行轧制，最终将复合板坯料3轧制成上表面为波纹形，下表面为平面的波纹复合板6。

3)退火：将波纹复合板6送往保护气氛加热炉5，在350℃条件下进行扩散退火处理20min，退火结束后进行空冷。

4)叠装：将经过退火处理的两块波纹复合板6按照波峰对波谷、波谷对波峰的方式进行对扣叠装，且保证波纹复合板6的重叠面积尽量达到最大，并在波纹复合板6接触界面处涂抹隔离剂8，防止叠轧过程中波纹复合板6间产生黏着现象，然后在叠装好的波纹复合板6头部处进行绑定，制成叠装复合板7。

5)连续平轧：将叠装复合板7在上下均为平辊的四辊轧机9上进行连续平轧，每道次压下率为15％，共进行七道次轧制。

6)分离：采用生产线配套的分离设备将经过连续平轧的复合板从隔离剂界面处进行分离，得到两块波纹双金属复合板10。

7)平轧：将分离得到的波纹双金属复合板10在普通四辊轧机9上进行一道次平轧，压下率为10％，得到上下表面为平面，结合界面为波纹的铜铝双金属复合板11。

8)退火：将轧成的铜铝双金属复合板11再次送往保护气氛加热炉5在350℃条件下进行50min退火处理。

9)精整：最后，将经过退火处理的铜铝双金属复合板11进行矫直、切头、切尾、切边、捆绑打包。

实施例2

采用附图1、2所示方法制备碳钢-不锈钢复合板：

1)制坯，选取s316L板作为覆板1，板材尺寸为200mm(长)×50mm(宽)×2mm(高)，Q345R碳钢板作为基板2，板材尺寸为200mm(长)×50mm(宽)×8mm(高)。采用装有钢丝刷的打磨工具对经过去应力退火处理的纯铜板和纯铝板待结合面进行打磨至“砂面”效果，以去除板坯表面氧化物，为碳钢-不锈钢的复合创造有利条件，然后将碳钢、不锈钢板打磨面进行叠放，并将碳钢、不锈钢四周进行焊合，且在坯料头部待结合界面处焊接一个抽真空管，用真空泵对坯料进行抽真空，防止结合界面在加热过程中产生更多的氧化，制得复合板坯料3。

2)轧制：先在真空加热炉中进行真空加热，将复合板坯料3加热到1150℃，然后用上辊为波纹辊4下辊为普通平辊的二辊的轧机进行轧制，最终将复合板坯料3轧制成上表面为波纹形，下表面为平面的波纹复合板6。

3)退火：将波纹复合板6送往保护气氛加热炉5，在800℃下进行20min扩散退火处理，退火结束后进行空冷。

4)叠装：将经过退火处理的两块波纹复合板6按照波峰对波谷、波谷对波峰的方式进行对扣叠装，且保证两块波纹复合板6的重叠面积尽量达到最大，并在两块波纹复合板6接触界面处涂抹隔离剂8，防止叠轧过程中两块波纹复合板6间产生黏着现象，然后在叠装好的两块波纹复合板6头部处进行焊合，制成叠装复合板7。

5)连续平轧：对叠装复合板7进行加热至1150℃，在上下均为平辊的四辊轧机9上进行连续平轧，每道次压下率为15％，共进行七道次轧制。

6)分离：采用生产线配套的分离设备将经过连续平轧的叠装复合板7从隔离剂界面处进行分离，得到两块波纹双金属复合板10。

7)平轧：将分离得到的波纹双金属复合板10在普通四辊轧机9上进行一道次平轧，压下率为10％，得到上下表面为平面，结合界面为波纹的铜铝双金属复合板11。

8)退火：将轧成的复合板再次送往保护气氛加热炉在800℃条件下进行50min退火处理。

9)精整：最后，将经过退火处理的复合板进行矫直、切头、切尾、切边、捆绑打包。

对比例1

采用原有传统平轧方法制备铜-铝复合板：

1)制坯，步骤与实施例1中1)步骤相同。

2)轧制：采用上下辊均为平辊的二辊轧机对进行轧制，压下率为50％，最终将复合板坯料3轧制成上下表面平滑的复合板。

3)退火：步骤与实施例1中3)步骤相同。

4)连续平轧：对上述得到的复合板进行8道次连续平轧，前7道次每道次压下率为15％，最后一道次压下率为10％。

5)退火：步骤与实施例1中8)步骤相同。

对比例2

采用现有波纹辊轧制方法制备铜-铝复合板：

1)制坯，步骤与实施例1中1)步骤相同。

2)轧制：采用上辊为波纹辊4下辊为普通平辊的二辊轧机对进行轧制，平均压下率为50％，最终将复合板坯料3轧制成上表面为波纹形，下表面为平面的波纹复合板6。

3)退火：步骤与实施例1中3)步骤相同。

4)连续平轧：对上述得到的复合板进行八道次连续平轧，前七道次每道次压下率为15％，最后一道次压下率为10％。

5)退火：步骤与实施例1中8)步骤相同。

本发明进一步的实施例1和对比例的方法及复合板性能进行观察及测定，性能参见下表。

项目	实施例1	对比例1	对比例2
				翘曲程度	无	很严重	严重
剪切强度(MPa)	90.86	86.36	—
				抗拉强度(MPa)	176.54	130.26	—
边裂情况	无	无	局部断裂
				板厚均匀程度	很均匀	很均匀	轻微不均匀

由上表可以看出：和传统连续平轧和传统波纹辊轧制后连续平轧工艺相比，本发明的波纹辊轧后连续叠轧板材的平直度、板形以及板材的抗拉强度和剪切强度都有不同程度的提升。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法，其特征在于，

1）制坯：选取长宽相同的金属覆板（1）和金属基板（2），所述金属覆板（1）的变形抗力大于金属基板（2），表面进行清理，金属覆板（1）和金属基板（2）的清理面对扣叠放并组合在一起，形成复合板坯料（3）；

2）轧制：采用上辊为波纹辊（4）、下辊为普通平辊的二辊轧机对复合板坯料（3）进行轧制，轧制时金属覆板（1）与波纹辊（4）接触，金属基板（2）与普通平辊接触，将复合板坯料（3）轧成上表面为波纹形，下表面为平面的波纹复合板（6）；

3）退火: 将波纹复合板（6）送往真空加热炉或保护气氛加热炉（5）进行扩散退火处理，然后根据具体工艺需求进行空冷或炉冷；

4）叠装：将经过扩散退火处理的两块波纹复合板（6）按照波峰对波谷、波谷对波峰的方式进行对扣叠装，并在两块波纹复合板（6）接触界面处涂抹隔离剂（8），然后将叠装好的两块波纹复合板（6）固定在一起形成叠装复合板（7）；

5）连续平轧：将叠装复合板（7）在上下均为平辊的二辊轧机或四辊轧机（9）上进行连续平轧；

6）分离：将经过连续平轧的叠装复合板（7）从隔离剂界面处进行分离，得到两块波纹双金属复合板（10）；

7）平轧：将分离得到的波纹双金属复合板（10）在上下均为平辊的二辊轧机或四辊轧机（9）上进行平轧，将波纹面完全轧平，并使板材厚度达到产品要求，得到波纹界面双金属复合板（11）；

8）退火：将轧成的波纹界面双金属复合板（11）再次送往真空加热炉或保护气氛加热炉（5）进行退火处理；

9）精整：最后，将经过退火处理的波纹界面双金属复合板（11）进行矫直、切头、切尾、切边、捆绑打包。

2.根据权利要求1所述的一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法，其特征在于，在步骤2）轧制、步骤5）连续平轧以及步骤7）平轧中，板体的轧制方向保持一致。

3.根据权利要求1或2所述的一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法，其特征在于，步骤5）连续平轧中叠装复合板（7）连续平轧至波纹的纹深s₁与波纹周期t₁的比值n₁满足：n₁= s₁/t₁＜0.05且不等于0。

4.根据权利要求3所述的一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法，其特征在于，波纹辊（4）波纹的纹深s与波纹周期t的比值n满足：n=s/t≦0.4且不为0，波纹辊（4）波纹的纹深s与波纹辊（4）的平均半径r的比值满足：N= s/r≦0.05且不为0。

5.根据权利要求3所述的一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法，其特征在于，所述步骤5）连续平轧中轧制一道次的叠装复合板（7）的厚度的一半与步骤2）轧制中波纹复合板（6）的高度差不超过复合板坯料（3）厚度的5%。

6.根据权利要求3所述的一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法，其特征在于，在步骤1）制坯中金属覆板（1）和金属基板（2）是通过铆接、绑定、包套或焊接方式进行组合形成复合板坯料（3）。

7.根据权利要求3所述的一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法，其特征在于，所述在步骤1）制坯中进行表面清理时需达到去除金属表面硬化层、氧化层以及污染物的目的。

8.根据权利要求3所述的一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法，其特征在于，在步骤4）轧制中，所述叠装好的两块波纹复合板（6）是通过焊合或绑定固定在一起形成叠装复合板（7）的。

9.根据权利要求3所述的一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法，其特征在于，在步骤2）轧制、步骤5）连续平轧和步骤7）平轧中，当轧制工艺为冷轧时直接进行轧制即可，当轧制工艺为热轧时，需在加热炉内加热至200~1300℃时再进行轧制。

10.根据权利要求3所述的一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法，其特征在于，在步骤3）退火和步骤8）退火中，退火温度为200-1000℃，退火时间控制在30-300min。