CN110465547A - 一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，属于金属的焊接技术领域，所述方法在轧制过程中对复合板坯进行在线异温退火处理，通过控制复合坯中基层与覆层的温度差来减少复合层的变形抗力差，使基层与覆层在轧制变形过程中变形更加协调，由此减少甚至避免复合坯轧制后的翘曲，对于异种金属复合坯则可以减少轧制后其内部的残余应力，该方法工序简洁，退火均匀，可以实现快速加热，减少晶粒长大。此方法不仅简单易行，节省时间，而且采用本发明的方法制造的异种金属复合板，在提高生产效率的同时，结合处残余应力小，界面层厚度可控，复合强度更高，完全满足加工和使用要求。

Description

一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法
技术领域
本发明涉及金属的焊接技术领域，特别是涉及一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法。
背景技术
异种金属复合材料是指通过物理冶金或者化学方法结合把两种及两种以上性能各不相同的金属材料成为有机整体来达到各项物理及化学性互补的目的。异种金属复合材料包括众多金属种类的组合，常见的有碳钢/不锈钢、铝合金/镁合金与铝/铜等。在当今大力倡导资源节约型社会建设的潮流中，异种金属复合材料突出其明显优势，首先在不影响材料使用性能的情况下，异种金属复合材料减少了稀有金属的消耗，降低了成本；其次改善了单一金属材料很难达到的性能要求。通过合理的材料设计可以充分发挥各组元材料的优异特性，使复合材料具有良好的综合性能，因而在航空、石油、化工、造船等工业领域中得到广泛应用。
经过长期的技术开发，多种工艺可以用来制备异种金属复合材料，目前运用最多的工艺方法是爆炸复合法和加热轧制复合法。
爆炸复合法是利用炸药爆炸产生的能量，在微秒级的时间里使两块金属板在碰撞点产生高达106～107/s的应变速率和104MPa的高压，从而实现异种金属的焊接复合，其优点是：易于实现多层材料复合，复合界面呈波纹状，结合强度高；其缺点是：环境污染严重，产品尺寸范围小，不适合大批量的生产。
热轧复合法是以两种不同的金属板处于物理纯净状态，在真空条件下进行加热轧制而成，利用轧制压力的作用使两层或多层金属板同时产生塑性变形，在轧制过程中两种金属扩散实现完全的冶金结合，在后续的热处理的过程中通过热扩散使界面结合进一步强化和稳固。
现有的热轧复合法生产异种金属复合版具体实施步骤是：1.去除异种金属板待复合面的氧化物并清洗干净；2.将异种金属板待复合面正堆并叠放，之后将其对边焊接封严并将复合区内部抽至真空来得到待轧复合坯。3.将复合坯放入加热炉加热至300℃～1200℃后进行轧制得到复合板；4.对轧制后的复合板切边处理得到成品。
现有的热轧复合法生产异种金属复合板的优点是：设备简单，产品尺寸范围大，生产效率高，适合大批量生产；其缺点是：由于相同温度下，组成复合板的异种金属之间的变形抗力不同，在轧制过程中就会出现异种金属变形不协调的情况，不仅导致双层异种金属复合板在轧制后容易出现翘曲现象，而且在轧制后复合坯的内部还会留有较大的残余应力。
在异种金属复合板的制作过程中，退火是保证复合强度和再加工性能以及使用性能的重要工序。目前常用的退火工艺一般采用整体退火方法，这种方法是将整体复合板坯放入退火炉内进行退火，且在加热的过程当中存在内外加热时间的差别，造成复合板结合强度不一致等问题；另一方面，长时间的退火不仅延长了整个加工时间，而且导致生产效率低下，生产成本高等一系列问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，解决现有技术轧制异种金属复合板的退火工艺效率低下、工序繁琐、复合板结合强度低等技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，包括以下步骤：
S1、准备坯料：对异种金属板坯料的待结合面进行预处理，将异种金属板待结合面抵靠在一起形成待复合面，在待复合面的周缘上进行封焊，并将内部抽至真空获得复合坯，所述复合坯包含所述异种金属板；
S2、复合坯预加热：用加热装置将所述复合坯整体预加热；
S3、加热完成后，对所述复合坯进行保温；
S4、轧制：利用轧机对预加热并保温后的复合板坯进行轧制，轧制得到异种金属复合板；
S5、对S4中的所述异种金属复合板进行在线退火处理：利用在线退火系统对复合板坯的基层与覆层分别进行不同温度的退火处理，使所述的复合板的基层与覆层的退火温度差在100℃～500℃的范围内；
S6、对S5中经过在线退火处理得到的复合板坯再次进行轧制，得到异种金属复合板。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中异种金属板坯料的待结合面的预处理过程为将异种金属板坯料的待结合面用砂纸打磨，将异种金属板坯料的待结合面用砂纸打磨，然后用丙酮清洗待结合面，再用酸溶液清洗待结合面。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述封焊是利用真空电子束对待结合面边缘进行封焊。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中将所述复合坯整体预加热至400～1250℃。
作为本发明的进一步改进，步骤S2所述加热装置为气氛箱式加热炉。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中保温时间为0.5h～2h。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中所述轧机为二辊轧机。首道次轧制速度为0.05m/s～2m/s。首道次压下率为15％～30％，累计压下量≥50％。
作为本发明的进一步改进，步骤S5中在线退火时间为6-18min。
作为本发明的进一步改进，步骤S6中首道次轧制速度为0.05m/s～2m/s。首道次压下率为15％～30％，累计压下量≥50％。
本发明公开了以下技术效果：
与现有的技术相比，本发明提供了一种更加高效的热处理的方法。首先，摒弃将整个复合板放入退火炉的方法，而是采用在线异温退火，使得坯料经轧制加工后，可直接进行退火处理，能够边加工边退火，减少工序，缩短生产流程，可充分保证加热均匀；另一方面，针对轧制复合工艺和在线退火的特点提出了中高温短时间退火工艺，避免了长时间退火增加成本的问题，有效提高生产效率，降低生产成本，同时避免异种金属比热系数不同在降温过程产生较大残余应力，以保证复合板具有较高的界面层复合强度。
本发明在轧制过程中对复合板坯进行在线异温退火处理，通过控制复合坯中基层与覆层的温度差来减少复合层的变形抗力差，使基层与覆层在轧制变形过程中变形更加协调，由此减少甚至避免复合坯轧制后的翘曲，对于异种金属复合则可以减少轧制后其内部的残余应力，该方法工序简洁，退火均匀，加热速度快，减少晶粒长大。此方法不仅简单易行，节省时间，而且采用本发明的方法制造的异种金属复合板，在提高生产效率的同时，结合面处残余应力小，界面层厚度可控，复合强度更高，完全满足加工和使用要求。
附图说明
图1为本发明中在线退火系统示意图。
具体实施方式
下面将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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备不锈钢/碳钢复合板
S1、坯料准备：选取不锈钢板尺寸长300mm、宽100mm、厚3mm和碳钢板尺寸长300mm、宽100mm、厚10mm各一块，用砂纸打磨两块金属板待结合面的氧化层，然后用丙酮清洗待结合面，再用酸溶液清洗待结合面。将两块金属板的待结合面正对叠放，利用真空电子束对边缘进行封焊并抽真空，得到待复合板坯；
S2、用气氛箱式加热炉对S1中的待复合板坯进行高温加热至1000℃；
S3、对S2中加热完成后的复合板坯极进行保温，保温时间为1h；
S4、进行轧制：利用二辊轧机对S3中所得到的复合板坯进行轧制，首道次轧制速度为1m/s，首道次压下率为15％，累计压下率为50％，轧制得到不锈钢/碳钢复合板坯；
S5、对S4轧制所得到的复合板坯进行在线退火处理：利用在线退火系统对复合板坯的不锈钢层与碳钢层分别进行不同温度的退火处理，碳钢层的退火温度在880℃—980℃，不锈钢层的退火温度比碳钢层的退火温度整体高100℃～250℃，退火时长为10-12min；
S6、对S5中经过在线退火处理得到的复合板坯再次进行轧制，首道次轧制速度为1m/s，首道次压下率为15％，累计压下率为50％，得到不锈钢/碳钢复合板。对所得到的不锈钢/碳钢复合板进行残余应力测试，其大小为18.5Mpa-23MPa。
实施例2
制备钢/铝复合板
S1、坯料准备：选取钢板(尺寸为长300mm、宽100mm、厚10mm)和铝板(尺寸为长300mm、宽100mm、厚10mm)各一块。用砂纸打磨两块金属板待结合面的氧化层，然后用丙酮清洗待结合面，再用酸溶液清洗待结合面，将两块金属板的待结合面正对叠放进行铆接，得到待复合板坯；
S2、用气氛箱式加热炉对S1中的待复合板坯进行真空气氛保护下加热温度为450℃；
S3、对S2中加热完成后的复合板坯进行保温，保温时间为0.5h；
S4、进行轧制：利用二辊轧机对S3中所得到的复合板坯进行轧制。首道次轧制速度为1m/s，首道次压下率为15％，累计压下率为50％；
S5、对轧制所得到的复合板坯进行在线退火处理：利用在线退火系统对复合板坯的钢层与铝层分别进行不同温度的退火处理，铝层的退火温度在150℃—350℃，钢层的退火温度比铝层的退火温度整体高400—500℃，退火时长为8-15min；
S6、对S5中经过在线退火处理得到的复合板坯再次进行轧制，首道次轧制速度为1m/s，首道次压下率为15％，累计压下率为50％，得到异种金属复合板。所得到的钢/铝复合板力学性能为：延伸率11.5％—15％，结合强度52MPa-86MPa，抗拉强度237Mpa-382MPa。
实施例3
制备钛/钢复合板
S1、坯料准备：选取钢板(尺寸为长300mm、宽100mm、厚20mm)和钛板(尺寸为长300mm、宽100mm、厚4mm)各一块，。用砂纸打磨两块金属板待结合面的氧化层，然后用丙酮清洗待结合面，再用酸溶液清洗待结合面，将两块金属板的待结合面正对叠放，利用真空电子束对边缘进行封焊并抽真空，得到待复合板坯；
S2、用气氛箱式加热炉对S1中的待复合板坯进行高温加热至950℃；
S3、对S2中加热完成后的复合板坯极进行保温，保温时间为0.5h；
S4、进行轧制：利用二辊轧机对S3中所得到的复合板坯进行轧制，首道次轧制速度为1m/s，首道次压下率为20％，累计压下率为50％；
S5、对轧制所得到的复合板进行在线退火处理：利用在线退火系统对复合板坯的钛层与钢层分别进行不同温度的退火处理，钢层的退火温度为850℃—950℃，钛层的退火温度比钢层的退火温度整体低100℃—150℃，退火时长为10-18min；
S6、对S5中经过在线退火处理得到的复合板坯再次进行轧制，首道次轧制速度为1m/s，首道次压下率为20％，累计压下率为50％，得到钛/不锈钢钢复合板。所得到的钛/钢复合板未发生明显的翘曲现象。
对比例1
制备不锈钢/碳钢复合板
去除不锈钢板和碳钢板待复合面的氧化物并清洗干净；将不锈钢板和碳钢板待复合面正堆并叠放，之后将其对边焊接封严并将复合区内部抽至真空来得到待轧复合坯，将待轧复合坯放入气氛箱式加热炉加热至1000℃、保温1h后以实施例中轧制程序进行轧制。接着将复合板坯整体放入加热炉进行10min-20min、880℃—980℃退火处理后再次以相同的轧制程序进行轧制得到复合板；对轧制后的复合板切边处理得到成品。对所得到的不锈钢/碳钢复合板进行残余应力测试，其大小为35Mpa-45MPa。
对比例2
制备钢/铝复合板
去除钢板和铝板待复合面的氧化物并清洗干净；将钢板和铝板待复合面正堆并叠放，之后将其铆接得到待轧复合坯，将待轧复合坯放入气氛箱式加热炉抽真空气氛保护下加热至450℃、保温0.5h后以实施例2中的轧制程序进行轧制。接着将复合板坯整体放入加热炉中进行8min-15min、150℃—350℃的退火处理后，再次以相同的轧制程序进行轧制得到复合板；对轧制后的复合板切边处理得到成品。所得到的钢/铝复合板延伸率为10％-12％，结合强度47MPa-72MPa，抗拉强度达到200MPa-310MPa。
对比例3
制备钛/钢复合板
去除钛板和钢板待复合面的氧化物并清洗干净；将钛板和钢板待复合面正堆并叠放，之后将其对边焊接封严并将复合区内部抽至真空来得到待轧复合坯，将待轧复合坯放入气氛箱式加热炉加热至950℃、保温0.5h后以实施例2中的轧制程序进行轧制，接着将复合板坯整体放入加热炉进行10min-20min、850℃—950℃的退火处理后，再次以相同的轧制程序进行轧制得到复合板；对轧制后的复合板切边处理得到成品。所得到的钛/钢复合板发生明显的翘曲现象。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、准备坯料：对异种金属板坯料的待结合面进行预处理，将异种金属板待结合面抵靠在一起形成待复合面，在待复合面的周缘上进行封焊，并将内部抽至真空获得复合坯；
S2、复合坯预加热：用加热装置将所述复合坯整体预加热；
S3、加热完成后，对所述复合坯进行保温；
S4、轧制：利用轧机对预加热并保温后的复合板坯进行轧制，轧制得到异种金属复合板；
S5、对S4中的所述异种金属复合板进行在线退火处理：利用在线退火系统对复合板坯的基层与覆层分别进行不同温度的退火处理，使所述的复合板的基层与覆层的退火温度差在100℃～500℃的范围内；
S6、对S5中经过在线退火处理得到的复合板坯再次进行轧制，得到异种金属复合板。
2.根据权利要求1所述的一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，其特征在于：步骤S1中异种金属板坯料的待结合面的预处理过程为将异种金属板坯料的待结合面用砂纸打磨，然后用丙酮清洗待结合面，再用酸溶液清洗待结合面。
3.根据权利要求1所述的一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，其特征在于：步骤S1中所述封焊是利用真空电子束对待结合面边缘进行封焊。
4.根据权利要求1所述的一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，其特征在于：步骤S2中将所述复合坯整体预加热至400～1250℃。
5.根据权利要求1所述的一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，其特征在于：步骤S2所述加热装置为气氛箱式加热炉。
6.根据权利要求1所述的一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，其特征在于：步骤S3中保温时间为0.5h～2h。
7.根据权利要求1所述的一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，其特征在于：步骤S4中所述轧机为二辊轧机。首道次压下率为15％～30％，首道次轧制速度为0.05m/s～2m/s。累计压下量≥50％。
8.根据权利要求1所述的一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，其特征在于：步骤S5中在线退火时间为6-18min。
9.根据权利要求1所述的一种异种金属复合板去残余应力增强复合的方法，其特征在于：步骤S6中首道次压下率为15％～30％，首道次轧制速度为0.05m/s～2m/s。累计压下量≥50％。
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