CN112191704B - 一种从坯料到双金属复合丝材的连续混合制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从坯料到双金属复合丝材的连续混合制造方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、坯料材料选择及处理。清洗芯材外表面和套管内壁的金属氧化层等，干燥；将芯材植入套管内部，一端轻微锻压使芯材与套管紧密贴合。步骤二、坯料加工。根据复合丝材金属选择加热温度，将双金属复合坯料加热，经单道次或多道次热旋锻工艺制造成直径较小的棒料，单道次旋锻减面率为1％～99％；步骤三、初步连续热辊压成形。将步骤二加工的棒料通过热辊压成形技术加工成一定规格直径的丝线材；步骤四、将热辊压成形的丝线材经热处理、模具冷拉拔成形。本发明易于实现大规模生产的从坯料至双金属丝线材连续制造。

Description

一种从坯料到双金属复合丝材的连续混合制造方法

技术领域

本发明涉及一种从坯料到双金属复合丝材的连续混合制造方法。属于金属制品加工技术领域。

背景技术

双金属复合丝材由于具有良好的力学、表层材料性能高效利用和材料成本等优势而逐渐成为金属丝线材制品领域发展趋势。

目前，双金属复合丝线材加工主要是热挤压包覆后拉拔成形，如铝包钢丝的加工、铜包铝丝等，对于双金属棒材加工也多采用热挤压成形方式。对于一些金属材料熔点差异小的材料热挤压包覆，如不锈钢/碳钢双金属丝线材，铝合金/镁合金丝线材，难以采用热挤压包覆技术实现加工。

申请发明专利“一种不锈钢包覆钢丝的复合丝制备方法”涉及不锈钢包层钢丝采用真空电子束焊接形成复合坯后再加热轧制成盘条，真空电子束焊接工艺复杂，且较难实现大型坯料的焊接技术。

公告号CN1121941C的发明专利文献公开了一种不锈钢包覆碳钢的双金属复合丝，由碳钢芯线和均匀包覆在碳钢芯线纵向外表面上的不锈钢包覆层构成，碳钢芯线和不锈钢包覆层的二者界面为在固态下金属原子间的相互结合。该复合丝的生产工艺包括对碳钢钢丝和不锈钢带进行表面处理；用不锈钢带沿纵向均匀包覆在碳钢钢丝周围形成不锈钢管，焊接不锈钢管纵缝形成线坯；多道次拉拔线坯并进行多次中间退火。焊缝存在导致双金属丝线材的拉拔成形过程中出现裂纹、断丝率高等问题，尤其是小规格丝线材(直径小于3mm)的连续制造，该制造方法也难以实现大规模连续生产。

而且，对于双金属复合丝材的加工，目前大多采用单一的加工制造技术，未发现从坯料到丝材的连续加工方法。

因此，目前亟需一种易于实现大规模生产的从坯料至双金属丝线材连续制造技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种从坯料到双金属复合丝材的连续混合制造方法，丝线材无焊缝，且易实现大规模连续生产。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种从坯料到双金属复合丝材的连续混合制造方法，包括如下步骤：

(1)坯料材料选择及处理。清洗芯材外表面和套管内壁的金属氧化层等，干燥；将芯材植入套管内部，一端轻微锻压使芯材与套管紧密贴合，不易脱落，且保证芯材置于套管中心。

(2)坯料加工。根据复合丝材金属选择加热温度(控制加热温度，防止金属材料氧化)，将双金属复合坯料加热，经单道次或多道次热旋锻工艺制造成直径较小的棒料。单道次旋锻减面率为1％～99％，优选10％～50％。

通过热旋锻：1)使表层金属与芯部金属初步产生界面，保证后续热辊压成形过程中双金属界面成形载荷传递均匀、稳定，进而保证双金属丝生产质量可靠、稳定；双金属界面主要是使得两种金属的元素实现相互扩散，控制加热温度，防止材料发生氧化影响界面结合；2)减少直径。常规的热旋锻目的仅为减径。而常规的钢丝盘条制备通过热锻(非热旋锻)坯料，且热锻主要目的是成形，后再经热辊压(或者称热轧)成形。

温度范围选择主要是依据双金属丝材材料的在热作用下的性能决定。减面率的选择也是根据材料在热作用下的力学性能决定，单道次减面率的大小可做适当调整。

最终经热旋锻加工的棒料直径大小无明确要求。但必须经热旋锻加工至少1道次，以形成初步界面。另外，热旋锻成形效率较低，不宜太多道次、总减面率过大。

(3)初步连续热辊压成形。将加工的、一定直径的棒料通过热辊压成形技术加工成一定规格直径的丝线材，总减面率为10％～99％，优选50％～99％；单道次减面率为5％～50％，优选10％～40％。

初步热旋锻后棒料，通过热辊压加工成双金属丝材的盘条。辊压次数、直径等与进料尺寸、单道次减面率、需求线材直径相关，通常进料直径越大，需求线材直径越小，也即总减面率越大，辊压次数越多，但是单道次减面率基本保持较稳定的范围。减面率设置范围大是因为通常情况下金属材料热成形的成形能力较大，所以减面率范围也比冷成形减面率大。

(4)丝线材拉拔成形。将热辊压成形的丝线材经热处理、模具冷拉拔成形，单道次减面率为5％～30％，优选10％～25％；拉拔速率为1m/min～10m/min，优选2m/min～6m/min。

热辊压线材由于辊压过程中线材表层受力为线材轴线牵引相同方向，而冷拉拔过程线材表层受力为线材轴线拉拔相反方向，两个工艺各自加工状态下都会加剧双金属丝界面处的应力分布不均匀。但两个工艺连续成形在一定程度上抵消了各自工艺下的双金属界面处相反应力状态，进而改善了界面应力分布不均现象，提升双金属丝材的成形能力。

在热辊压和冷拉过程中，热辊压主要是在热旋锻工艺初步形成的界面基础上，进一步提升双金属界面的性能，主要是界面的结合性能；同时，实现双金属丝材在热状态下的直径减少。冷拉工艺是在良好的界面结合状态下，通过大塑性变形细化金属材料的晶粒，进而获得性能优异的双金属丝材。

冷拉过程中的热处理、拉拔速率取决于双金属丝材材料的自身性能，热处理工艺主要是消除金属丝材成形过程中的加工应力，提升材料成形能力。双金属丝材的拉拔速率与润滑条件、拉拔减面率、材料性能等直接相关，一般为1m/min～10m/min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)从坯料的热旋锻，再到热辊压、冷拉拔双金属复合丝线材成形，形成双金属复合丝线材的全流程、连续混合制造技术。

2)利用热旋锻、热辊压和冷拉拔混合成形技术实现双金属丝材的成形，可改善金属界面应力分布，提升双金属丝材的成形能力，尤其是规格较小的丝线材加工。

3)热辊压实现双金属丝材的初步成形，冷拉拔可细化双金属丝材材料的晶粒，提升金属的力学性能。

附图说明

图1一种双金属复合丝的混合加工方法示意图：1热旋锻，2热辊压，3冷拉拔。

图2本发明方法制造的直径为2.6mm的304不锈钢包65Mn钢双金属复合丝剖面。

图3本发明方法制造的直径为2.0mm的304不锈钢包35号钢双金属复合丝剖面。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例涉及一种双金属复合丝线材的连续混合制造方法，包括如下步骤：

1)坯料材料选择。本实施例选择芯材为65Mn钢尺寸为1.6m长，直径为20mm；不锈钢套管选择304不锈钢，不锈钢套管的内直径为21mm，管厚5mm，长1.62m。清洗芯材65Mn钢表面和不锈钢套管内侧后，将芯材植入不锈钢套管内部，一端轻微锻压使芯部钢材与表层不锈钢紧密贴合，不易脱落，且保证65Mn钢置于304不锈钢管中心。

2)坯料热旋锻成形。将坯料置于加热炉中加热至100℃～550℃，优选150℃～450℃，本实施例加热至300℃，保温3分钟，总减面率为1％～99％，优选50％～99％，旋锻成形，本实施例304不锈钢/65Mn钢复合丝由直径21mm热旋锻成形至直径为10mm，总减面率为89.6％。

3)连续热辊压成形。将直径为10mm的棒料通过四道次连续热辊压成形技术加工成直径为6mm的丝材，总减面率为10％～99％，优选50％～99％，本实施例为64％；单道次减面率为5％～50％，优选10％～40％，本实施例单道次最大减面率为30％；辊压温度为100～450℃或900～1200℃，优选150～350℃或1000～1150℃，本实施例选择300℃。

4)丝线材拉拔成形。将热辊压成形直径为6mm的丝线材经热处理、模具冷拉拔成形至2.6mm，单道次减面率为5％～30％，优选10％～25％，本实施例最大单道次减面率为20％。拉拔速率为1m/min～10m/min，优选2m/min～6m/min，本实施例拉拔速率为3m/min。

实施例2

1)坯料材料选择及处理。本实施例选择芯材为35号钢尺寸为1.6m长，直径为16mm；不锈钢套管选择304不锈钢，不锈钢套管的内直径为17mm，管厚4mm，长1.62m。清洗芯材35号钢表面和不锈钢套管内侧后，将芯材植入不锈钢套管内部，一端轻微锻压使芯部钢材与表层不锈钢套管紧密贴合，不易脱落，且保证35号钢置于304不锈钢管中心。

2)坯料热旋锻成形。将坯料置于加热炉中加热至100℃～550℃，优选150℃～450℃，本实施例加热至200℃，保温3分钟，总减面率为1％～99％，优选50％～99％，旋锻成形，本实施例304不锈钢/35号钢复合丝由直径17mm热旋锻成形至直径为8mm，总减面率为89.8％。

3)连续热辊压成形。将直径为8mm的棒料通过四道次连续热辊压成形技术加工成直径为5mm的丝材，总减面率为10％～99％，优选50％～99％，本实施例为60.9％；单道次减面率为5％～50％，优选10％～40％，本实施例单道次最大减面率为30％；辊压温度为100～450℃或900～1200℃，优选150～350℃或1000～1150℃，本实施例选择1050℃。

4)丝线材拉拔成形。将热辊压成形直径为5mm的丝线材经热处理、模具冷拉拔成形至2.0mm，单道次减面率为5％～30％，优选10％～25％，本实施例最大单道次减面率为20％。拉拔速率为1m/min～10m/min，优选2m/min～6m/min，本实施例拉拔速率为3m/min。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种从坯料到双金属复合丝材的连续混合制造方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤一、坯料材料选择及处理

清洗芯材外表面和套管内壁的金属氧化层，干燥；将芯材植入套管内部，一端轻微锻压使芯材与套管紧密贴合，不易脱落，且保证芯材置于套管中心；

步骤二、坯料加工

根据复合丝材金属选择加热温度，防止温度过高材料产生氧化，将双金属复合坯料加热，经单道次或多道次热旋锻工艺制造成直径较小的棒料，单道次旋锻减面率为1%~99%；

步骤三、初步连续热辊压成形

将步骤二加工的棒料通过热辊压成形技术加工成一定规格直径的丝线材，总减面率为50%~99%，单道次减面率为10%~40%；

步骤四、丝线材拉拔成形

将热辊压成形的丝线材经热处理、模具冷拉拔成形，单道次减面率为5%~30%；拉拔速率为1m/min~10m/min。

2.根据权利要求1所述的一种从坯料到双金属复合丝材的连续混合制造方法，其特征在于：步骤二中的坯料在加热炉中加热，控制加热温度，防止金属材料在加热或加工过程中表面产生氧化层。

3.根据权利要求1所述的一种从坯料到双金属复合丝材的连续混合制造方法，其特征在于：步骤四中丝线材的拉拔速率为2m/min~6m/min。

4.根据权利要求1所述的一种从坯料到双金属复合丝材的连续混合制造方法，其特征在于：步骤四中丝线材的单道次减面率为10%~25%。

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