CN113969338A - 一种层状铝/钢复合板材制备方法 - Google Patents

一种层状铝/钢复合板材制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种层状铝/钢复合板材制备方法，包括S1)、将轧制好的铝卷和钢卷分别放置在两个开卷机上开卷；S2)、开卷后分别采用HCl、NaOH溶液清洗；S3)、用旋转钢丝刷法对铝板、钢板待结合面进行机械处理12‑15s；S4)、将铝板、钢板置于丙酮溶液中超声波清洗3‑5min；S5)、将表面处理后的铝板、钢板进行预拉伸或者预压缩，S6)、将预应力处理的铝板、钢板边部进行焊接；S7)、将焊接好的钢铝板进行轧前的预热处理；S8)、然后进行连续退火炉中进行退火处理，本发明将金属铝板、钢板通过热轧轧制复合化结合在一起，界面剪切强度≥110MPa，抗拉强度≥300MPa，反复弯曲次数≥10次。

Description

一种层状铝/钢复合板材制备方法
技术领域
本发明涉及金属基复合材料技术领域，尤其是一种层状铝/钢复合板材制备方法。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，在当前以信息、生命、材料三大学科为基础的世界新技术革命正如火如荼地进行着，它把人类的物质文明推向了一个新的发展阶段，作为这三大基础学科之一的材料学科将担负起重要崭新的历史使命。
复合材料的研究与制备是近年来材料行业发展的一个重要趋势。随着科学技术的不断发展，每个行业对材料的综合性能要求日渐高涨，单一的材料已经无法满足高指标、高性能的要求。层状金属复合材料是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的金属在界面上实现牢固的冶金结合而制备的一种新型材料。尽管各层金属仍保持各自原有特性，但层状金属复合材料的物理、化学、力学性能比单一金属优越得多，得到的复合板所具有的综合性能是任一组元所无法具备的。
随着科技进步，如今它们不仅在应用范围上愈加广泛，而且在材料性能组合和优化利用方面也突破了传统的认识。导电性、导热性、耐腐蚀性和力学性能的有效组合，既使材料的综合性能得到提高，也为合理选材和降低成本提供了更好的条件。双金属复合材料由于其特有的性能，越来越引起人们的重视，尤其是在航空、航天、国防、交通、电子和通讯等领域得到了广泛的应用。
近年国内外出现了的钢和铝复合材料,用这种材料制造的厨具制品不但保留了钢制品的外形美观,而且导热性能大大提高、重量轻，它综合了钢的高强度、易清洗和铝的质轻、价廉、优良的导电、导热性等优点而在多方面领域得到了广泛的应用，在工业和民用等各个领域得到越来越广泛的应用，具有极好的市场前景。轧制复合是极具潜力的大规模生产钢/铝复合板的制备加工方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种层状铝/钢复合板材制备方法，本发明制备的板材具有高的界面强度。
本发明的技术方案为：一种层状铝/钢复合板材制备方法，包括以下步骤：
S1)、将轧制好的铝卷和钢卷分别放置在两个开卷机上开卷；
S2)、将开卷后钢板表面采用8-12％HCl溶液清洗，铝板采用10-12％NaOH溶液清洗，然后再在清水中除去表面的残余HCl和NaOH溶液和生成物，并用挤干辊把水挤干；
S3)、用旋转钢丝刷法对步骤S2)中处理的铝板、钢板待结合面进行机械处理12-15s，打磨方向沿复合板轧制方向；
S4)、随后将步骤S3)处理后的铝板、钢板置于丙酮溶液中超声波清洗3-5min后，出来后用热风进行吹扫干燥；
S5)、将表面处理后的铝板、钢板根据其金属特性进行预拉伸或者预压缩，拉伸和压缩方向为沿轧制方向和垂直轧制方向；
S6)、将步骤S5)中预应力处理的铝板、钢板边部进行焊接；
S7)、将焊接好的钢铝板进行轧前的预热处理，预热温度为450℃-550℃；钢铝板出加热炉后进入轧机进行热轧复合，总压下量为25％-35％；
S8)、然后进行连续退火炉中进行退火处理，退火温度650-700℃，退火时间3～6min，成品在平整机组进行开平，精整，检验，得到层状铝/钢复合板材。
作为优选的，步骤S1)中，所述的铝卷和钢卷分别为A356铝卷和Q235B钢卷。
作为优选的，步骤S1)中，所述的A356铝卷包括如下成分：
Si 6.5-7.5wt％；
Mg 0.20-0.40wt％；
Fe≤0.20wt％；
Cu≤0.20wt％；
Mn≤0.10％；
Zn≤0.10％；
Ti≤0.20％；
其余为Al及不可避免的杂质。
作为优选的，步骤S1)中，所述的Q235B钢卷包括如下成分：
C 0.16-0.20wt％；
Si 0.08-0.16wt％；
Mn0.25-0.4wt％；
P<0.015wt％；
S<0.010wt％；
其余为Fe及不可避免的杂质。
作为优选的，步骤S5)中，应力类型施加原则为难变形金属施加拉应力，预拉伸变形量为2-5％，应变速率为0.3-0.6mm/min。
作为优选的，步骤S8)中，所述的层状铝/钢复合板材的界面剪切强度≥110MPa，抗拉强度≥300MPa，反复弯曲次数≥10次。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过将金属铝板、钢板通过热轧轧制复合化结合在一起，通过轧制后热处理促进金属原子间的相互扩散及引发其他复合机制的发生，明显增强复合板的结合强度；
2、本发明的铝/钢复合板界面剪切强度≥110MPa，抗拉强度≥300MPa，反复弯曲次数≥10次；
3、本发明的轧制技术易于实现大规模工业化生产，同时不存在像电镀和物理化学方法覆层所带来的环境污染问题，是一种具有非常好的发展潜力的铝/钢金属层状复合材料制备加工技术，降低了生产成本，节约了社会资源。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例1
本实施例提供一种层状铝/钢复合板材制备方法，本实施例采用的铝卷和钢卷分别为A356铝卷和Q235B钢卷。其中，
所述的A356铝卷包括如下成分：Si为6.5wt％，Mg为0.40wt％，Fe为0.15wt％，Cu为0.12wt％，Mn为0.05％,Zn为0.06％,Ti为0.08％，其余为Al及不可避免的杂质；
所述的Q235B钢卷包括如下成分：C为0.16wt％，Si为0.15wt％，Mn为0.25wt％，P为0.012wt％，S为0.008wt％，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述的方法具体为：
S1)、轧制好的A356铝卷及Q235B钢卷分别放置在两个开卷机上开卷；
S2)、开卷后钢板表面采用10％HCl溶液清洗，铝板采用10％NaOH溶液清洗，然后在清水中除去表面的残余HCl和NaOH溶液和生成物，用挤干辊把水挤干；
S3)、用旋转钢丝刷对铝板、钢板待结合面进行机械处理12s，打磨方向沿复合板轧制方向；
S4)、随后置于丙酮溶液中超声波清洗2min后，出来后用热风进行吹扫干燥；
S5)、将表面处理后的铝板、钢板根据其金属特性进行预拉伸或者预压缩，拉伸和压缩方向为沿轧制方向和垂直轧制方向；预拉伸变形量为3％，应变速率为0.3mm/min；
S6)、将预应力处理的铝板、钢板边部进行焊接；
S7)、在轧制复合之前首先将焊接好的钢铝板进行轧前的预热处理，预热温度为450℃；钢铝板出加热炉后进入轧机进行热轧复合，总压下量为35％；
S8)、在连续退火炉中进行退火处理，退火温度650℃，退火时间6min，成品在平整机组进行开平，精整，检验。检测铝/钢复合板界面剪切强度为125MPa，抗拉强度为330MPa，反复弯曲次数为12次。
实施例2
本实施例提供一种层状铝/钢复合板材制备方法，本实施例采用的铝卷和钢卷分别为A356铝卷和Q235B钢卷。其中，
所述的A356铝卷包括如下成分：Si为7.5wt％，Mg为0.20wt％，Fe为0.15wt％，Cu为0.12wt％，Mn为0.05％,Zn为0.06％,Ti为0.08％，其余为Al及不可避免的杂质；
所述的Q235B钢卷包括如下成分：C为0.18wt％，Si为0.12wt％，Mn为0.35wt％，P为0.012wt％，S为0.008wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述的方法具体为：
S1)、轧制好的A356铝卷及Q235B钢卷分别放置在两个开卷机上开卷；
S2)、开卷后钢板表面采用8％HCl溶液清洗，铝板采用12％NaOH溶液清洗，然后在清水中除去表面的残余HCl和NaOH溶液和生成物，用挤干辊把水挤干；
S3)、用旋转钢丝刷对铝板、钢板待结合面进行机械处理15s，打磨方向沿复合板轧制方向；
S4)、随后置于丙酮溶液中超声波清洗3min后，出来后用热风进行吹扫干燥；
S5)、将表面处理后的铝板、钢板根据其金属特性进行预拉伸或者预压缩，拉伸和压缩方向为沿轧制方向和垂直轧制方向；预拉伸变形量为2％，应变速率为0.6mm/min；
S6)、将预应力处理的铝板、钢板边部进行焊接；
S7)、在轧制复合之前首先将焊接好的钢铝板进行轧前的预热处理，预热温度为500℃；钢铝板出加热炉后进入轧机进行热轧复合，总压下量为30％；
S8)、在连续退火炉中进行退火处理，退火温度680℃，退火时间5min，成品在平整机组进行开平，精整，检验。检测铝/钢复合板界面剪切强度为120MPa，抗拉强度为315MPa，反复弯曲次数为11次。
实施例3
本实施例提供一种层状铝/钢复合板材制备方法，本实施例采用的铝卷和钢卷分别为A356铝卷和Q235B钢卷。其中，
所述的A356铝卷包括如下成分：
Si为7.0wt％，Mg为0.30wt％，Fe为0.12wt％，Cu为0.10wt％，Mn为0.05％,Zn为0.05％,Ti为0.06％，其余为Al及不可避免的杂质，
所述的Q235B钢卷包括如下成分：C为0.20wt％，Si为0.15wt％，Mn为0.40wt％，P为0.010wt％，S为0.006wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述的方法具体为：
S1)、轧制好的A356铝卷及Q235B钢卷分别放置在两个开卷机上开卷；
S2)、开卷后钢板表面采用10％HCl溶液清洗，铝板采用12％NaOH溶液清洗，然后在清水中除去表面的残余HCl和NaOH溶液和生成物，用挤干辊把水挤干；
S3)、用旋转钢丝刷对铝板、钢板待结合面进行机械处理13s，打磨方向沿复合板轧制方向；
S4)、随后置于丙酮溶液中超声波清洗2min后，出来后用热风进行吹扫干燥；
S5)、将表面处理后的铝板、钢板根据其金属特性进行预拉伸或者预压缩，拉伸和压缩方向为沿轧制方向和垂直轧制方向；预拉伸变形量为3％，应变速率为0.5mm/min；
S6)、将预应力处理的铝板、钢板边部进行焊接；
S7)、在轧制复合之前首先将焊接好的钢铝板进行轧前的预热处理，预热温度为550℃；钢铝板出加热炉后进入轧机进行热轧复合，总压下量为35％；
S8)、在连续退火炉中进行退火处理，退火温度750℃，退火时间3min，成品在平整机组进行开平，精整，检验。检测铝/钢复合板界面剪切强度为110MPa，反复弯曲次数为10次，抗拉强度为320MPa。
实施例4
本实施例提供一种层状铝/钢复合板材制备方法，本实施例采用的铝卷和钢卷分别为A356铝卷和Q235B钢卷。其中，
所述的A356铝卷包括如下成分：
Si为7.5wt％，Mg为0.32wt％，Fe为0.15wt％，Cu为0.12wt％，Mn为0.05％,Zn为0.06％,Ti为0.08％，其余为Al及不可避免的杂质；
所述的Q235B钢卷包括如下成分：C为0.18wt％，Si为0.15wt％，Mn为0.30wt％，P为0.012wt％，S为0.008wt％，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述的方法具体为：
S1)、轧制好的A356铝卷及Q235B钢卷分别放置在两个开卷机上开卷；
S2)、开卷后钢板表面采用10％HCl溶液清洗，铝板采用10％NaOH溶液清洗，然后在清水中除去表面的残余HCl和NaOH溶液和生成物，用挤干辊把水挤干；
S3)、用旋转钢丝刷对铝板、钢板待结合面进行机械处理13s，打磨方向沿复合板轧制方向；
S4)、随后置于丙酮溶液中超声波清洗3min后，出来后用热风进行吹扫干燥；
S5)、将表面处理后的铝板、钢板根据其金属特性进行预拉伸或者预压缩，拉伸和压缩方向为沿轧制方向和垂直轧制方向；预拉伸变形量为2％，应变速率为0.4mm/min；
S6)、将预应力处理的铝板、钢板边部进行焊接；
S7)、在轧制复合之前首先将焊接好的钢铝板进行轧前的预热处理，预热温度为500℃；钢铝板出加热炉后进入轧机进行热轧复合，总压下量为25％；
S8)、在连续退火炉中进行退火处理，退火温度680℃，退火时间4.5min，成品在平整机组进行开平，精整，检验。检测铝/钢复合板界面剪切强度为125MPa，抗拉强度为315MPa，反复弯曲次数为11次。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种层状铝/钢复合板材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1)、将轧制好的铝卷和钢卷分别放置在两个开卷机上开卷；
S2)、将开卷后钢板表面采用8-12％HCl溶液清洗，铝板采用10-12％NaOH溶液清洗，然后再在清水中除去表面的残余HCl和NaOH溶液和生成物，并用挤干辊把水挤干；
S3)、用旋转钢丝刷法对步骤S2)中处理的铝板、钢板待结合面进行机械处理12-15s，打磨方向沿复合板轧制方向；
S4)、随后将步骤S3)处理后的铝板、钢板置于丙酮溶液中超声波清洗3-5min后，出来后用热风进行吹扫干燥；
S5)、将表面处理后的铝板、钢板根据其金属特性进行预拉伸或者预压缩，拉伸和压缩方向为沿轧制方向和垂直轧制方向；
S6)、将步骤S5)中预应力处理的铝板、钢板边部进行焊接；
S7)、将焊接好的钢铝板进行轧前的预热处理，预热温度为450℃-550℃；钢铝板出加热炉后进入轧机进行热轧复合，总压下量为25％-35％；
S8)、然后进行连续退火炉中进行退火处理，退火温度650-700℃，退火时间3～6min，成品在平整机组进行开平，精整，检验，得到层状铝/钢复合板材。
2.根据权利要求1所述的一种层状铝/钢复合板材制备方法，其特征在于：步骤S1)中，所述的铝卷和钢卷分别为A356铝卷和Q235B钢卷。
3.根据权利要求2所述的一种层状铝/钢复合板材制备方法，其特征在于：步骤S1)中，所述的A356铝卷包括如下成分：
Si 6.5-7.5wt％；
Mg 0.20-0.40wt％；
Fe≤0.20wt％；
Cu≤0.20wt％；
Mn≤0.10％；
Zn≤0.10％；
Ti≤0.20％；
其余为Al及不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的一种层状铝/钢复合板材制备方法，其特征在于：步骤S1)中，步骤S1)中，所述的Q235B钢卷包括如下成分：
C 0.16-0.20wt％；
Si 0.08-0.16wt％；
Mn0.25-0.4wt％；
P<0.015wt％；
S<0.010wt％；
其余为Fe及不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的一种层状铝/钢复合板材制备方法，其特征在于：步骤S1)中，步骤S5)中，应力类型施加原则为难变形金属施加拉应力，预拉伸变形量为2-5％，应变速率为0.3-0.6mm/min。
6.根据权利要求1所述的一种层状铝/钢复合板材制备方法，其特征在于：步骤S1)中，步骤S8)中，所述的层状铝/钢复合板材的界面剪切强度≥110MPa，抗拉强度≥300MPa，反复弯曲次数≥10次。
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