CN111097896A - 一种双层金属电流固液复合工艺及装置 - Google Patents

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贾品峰
宋波
王鑫
朱瑞
林文和
吕楠
朱晶
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Abstract

本发明涉及一种双层金属电流固液复合工艺及装置，将普碳钢材料放进加热炉内，经过高温熔化后并精炼成液态钢水；在进行熔炼普碳钢材料的同时，将不锈钢板水平放置在箱体中，两端均伸出箱体，伸出部分与箱体之间用细镁砂涂抹达到密封；向箱体内不锈钢板表面倒入保护剂；不锈钢板通电流，达到预设定的温度后关闭电源；将精炼好的普碳钢液通过箱体上方浇口缓慢倒入箱体内，待完全冷却后得到成品。优点是：固态板坯迅速升温，极大地缩减了实验所需时间，避免了因时间因素造成的不良后果。采用固液工艺方式表明接触界面结合良好，各物理与化学性能达到较为理想的效果。实验操作简单安全，极大地缩减了人员操作负担。

Description

一种双层金属电流固液复合工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种双层金属电流固液复合工艺及装置，尤其涉及一种用于不锈钢和普碳钢的双层金属固液复合制作板坯的工艺方法。
背景技术
目前制备层状复合金属材料的方法主要分为机械复合和冶金复合。前者包括液压胀形复合工艺、冷拔复合工艺、旋压复合工艺、爆燃复合工艺等，后者包括热挤压法、扩散复合法、钎焊法、热轧法、离心连铸法等。随着科学技术的不断进步，近年来连续连铸法制备层状复合金属材料技术受到国内外学者的广泛关注。
采用现有方式复合不锈钢和普碳钢双层钢板存在以下问题：
(1)当前对不锈钢板的传统加热方式实验时间通常约为1h，时间过长且形式复杂，操作困难不便，对实验人员实际开展实验提出了众多难题。
(2)传统复合板坯存在明显的接触痕迹，其内部性能差异较大。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种双层金属电流固液复合工艺及装置，采用液态普碳钢水与固态不锈钢板的复合方法，达到快速有效的进行板坯加热，实现良好的冶金结合。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种双层金属固液复合工艺，包括以下步骤：
1)将普碳钢材料放进加热炉内，经过高温熔化后并精炼成液态钢水；
2)在进行熔炼普碳钢材料的同时，将不锈钢板水平放置在箱体中，两端均伸出箱体10-30mm，以便夹持装置夹入，伸出部分与箱体之间用细镁砂涂抹达到密封；
3)向箱体内不锈钢板表面缓慢倒入保护剂，使其在不锈钢板表面均匀分布；
4)打开进气口和排气口，向箱体内通入氩气，排除箱体内空气，达到箱体内充满氩气氛围后及时关闭进气口和排气口，避免在固液复合中氧气参与反应；
5)将夹持装置夹持不锈钢板两端，连接导线并接入电源，使其与不锈钢板构成一个闭合回路；
6)检查无误后，开启电源，同时打开夹持装置周围的环形冷却装置；不锈钢板通100A以上电流，通过热电偶检测被加热的不锈钢板的温度，达到预设定的温度后关闭电源；
7)将精炼好的普碳钢液通过箱体上方浇口缓慢倒入箱体内，使钢液与被加热的高温不锈钢板在保护剂的作用下充分接触复合，待完全冷却后得到成品。
一种双层金属固液复合装置，包括箱体、夹持装置、冷却装置、电源，箱体两侧设有通孔，方便不锈钢板两端伸出箱体，箱体顶部设有浇口、进气口、排气口；夹持装置为导电材料制作，包括两个夹持部，用于夹持不锈钢板；夹持部外部设有冷却装置，冷却装置为环形。
所述的夹持部由铜板支撑，夹持部为带有通槽的长方体结构，通槽内设有锯齿状结构。
所述的电源为直流电源，通电电流为100A以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、对固态板坯迅速加热升温，在低电压大电流的方式下，固态不锈钢板可在1min内升温到1000℃，极大地缩减了实验所需时间，避免了因时间因素造成的不良后果。
2、传统固-固板坯轧制未能达到良好的冶金结合，采用固液工艺方式表明接触界面结合良好，各物理与化学性能达到较为理想的效果。
3、实验操作方式简单安全，极大地缩减了人员操作负担及影响的环境因素。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-箱体 2-浇口 3-进气口 4-出气口 5-通孔 6-夹持装置 7-冷却装置 8-导线 9-电源 10-不锈钢板 11-保护剂。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
见图1，一种双层金属固液复合工艺，包括以下步骤：
1)将普碳钢材料放进加热炉内，经过高温熔化后并精炼成液态钢水；
2)在进行熔炼普碳钢材料的同时，将不锈钢板10坯水平放置在长方形箱体1底部，两端均伸出箱体110-30mm，以便夹持装置6夹入，用夹持装置6夹紧不锈钢板10两端，防止掉落，伸出部分与箱体1之间用细镁砂涂抹达到密封，防止保护剂11熔化溢出且阻止外部空气进入箱体1内部；
3)向箱体1内不锈钢板10表面缓慢倒入保护剂11，使其在不锈钢板10表面均匀分布；
4)打开进气口3和排气口，向箱体1内通入氩气，排除箱体1内空气，达到箱体1内充满氩气氛围后及时关闭进气口3和排气口，避免在固液复合中氧气参与反应；
5)将夹持装置6夹持不锈钢板10两端，连接导线8并接入电源9，使其与不锈钢板10构成一个闭合回路；
6)检查无误后，开启电源9，同时打开夹持装置6周围的环形冷却装置7，防止夹持装置6局部温度过高造成损坏；不锈钢板10通100A以上电流，约1min后关闭电源9，钢板表面温度为1000℃，通过热电偶检测被加热的不锈钢板10坯的温度，达到预设定的温度后关闭电源9；
7)将精炼好的普碳钢液通过箱体1上方浇口2缓慢倒入箱体1内，使钢液与被加热的高温不锈钢板10在保护剂11的作用下充分接触复合，待完全冷却后得到成品。
见图1，一种双层金属固液复合装置，包括箱体1、夹持装置6、冷却装置7、电源9，箱体1两侧设有通孔5，方便不锈钢板10两端伸出箱体1，箱体1顶部设有浇口2、进气口3、排气口；夹持装置6为导电材料制作，包括两个夹持部，用于夹持不锈钢板10；夹持部外部设有冷却装置7，冷却装置7为环形。
其中，夹持部由铜板支撑，夹持部为带有通槽的长方体结构，通槽内设有锯齿状结构，电源9为直流电源9，通电电流为100A以上。
实施例一
Q235不锈钢板10和45#普碳钢液在高温下固液复合：
将45#普碳钢材料放置加热炉内进行高温熔炼后，将200×200×100mm的Q235板坯通入100A的电流，经过1-5min后，通过热电偶观察板坯温度为1000℃，将45#普碳钢液以1-3kg/min流速缓慢倒入箱体1及不锈钢板10表面上，浇注温度为1550-1650℃。待完全冷却后得到一定规格的复合板坯。
加热炉为用于炼制普碳钢材料成液态的方式，基本结构包括加热炉膛，多环线圈及电源9。
本发明的优点是通过固液复合方式使其板坯复合效果明显，达到了良好的冶金结合，同时节约了大量的时间成本并简化了人员的操作方式，以此同时，在快速通电加热固态板坯的方式下，改善了不锈钢板10试样表面及内部微观组织，出现了晶粒细化等提高试样质量的效果。材料由此获得了更好的物理和化学性能，消除了不锈钢试样原料在生产时出现的缩孔、疏松、中心偏析、表面划痕等缺陷问题。

Claims (4)

1.一种双层金属固液复合工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)将普碳钢材料放进加热炉内，经过高温熔化后并精炼成液态钢水；
2)在进行熔炼普碳钢材料的同时，将不锈钢板水平放置在箱体中，两端均伸出箱体10-30mm，以便夹持装置夹入，伸出部分与箱体之间用细镁砂涂抹达到密封；
3)向箱体内不锈钢板表面缓慢倒入保护剂，使其在不锈钢板表面均匀分布；
4)打开进气口和排气口，向箱体内通入氩气，排除箱体内空气，达到箱体内充满氩气氛围后及时关闭进气口和排气口，避免在固液复合中氧气参与反应；
5)将夹持装置夹持不锈钢板两端，连接导线并接入电源，使其与不锈钢板构成一个闭合回路；
6)检查无误后，开启电源，同时打开夹持装置周围的环形冷却装置；不锈钢板通100A以上电流，通过热电偶检测被加热的不锈钢板的温度，达到预设定的温度后关闭电源；
7)将精炼好的普碳钢液通过箱体上方浇口缓慢倒入箱体内，使钢液与被加热的高温不锈钢板在保护剂的作用下充分接触复合，待完全冷却后得到成品。
2.一种实现权利要求1所述的工艺的双层金属固液复合装置，其特征在于，包括箱体、夹持装置、冷却装置、电源，箱体两侧设有通孔，方便不锈钢板两端伸出箱体，箱体顶部设有浇口、进气口、排气口；夹持装置为导电材料制作，包括两个夹持部，用于夹持不锈钢板；夹持部外部设有冷却装置，冷却装置为环形。
3.根据权利要求2所述的一种双层金属固液复合装置，其特征在于，所述的夹持部由铜板支撑，夹持部为带有通槽的长方体结构，通槽内设有锯齿状结构。
4.根据权利要求2所述的一种双层金属固液复合装置，其特征在于，所述的电源为直流电源，通电电流为100A以上。
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