RU2756086C1

RU2756086C1 - Method for producing layered bimetal steel-aluminum alloy

Info

Publication number: RU2756086C1
Application number: RU2021103956A
Authority: RU
Inventors: Александр Моисеевич Песин; Алексей Яковлевич Белов; Аркадий Викторович Дискин; Олег Николаевич Тулупов; Денис Олегович Пустовойтов; Наталья Михайловна Локотунина; Олеся Дмитриевна Бирюкова
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2021-09-27

Abstract

FIELD: metals processing.

SUBSTANCE: invention relates to the processing of metals by pressure and can be used for the manufacture of bimetallic layered steel. A method for producing a layered steel-aluminum alloy bimetal includes preliminary machining of raw contacting surfaces of sheet blanks of steel and aluminum alloy with the formation of a relief on them with a given profile in the transverse direction to the rolling axis, assembly of a package consisting of sheet blanks formed on their contact surfaces relief, joint rolling of the package in one pass with a reduction of 65-80% and heat treatment. Preliminary machining of raw workpiece surfaces in contact with each other is carried out with the formation of a trapezoidal relief applied in the transverse direction to the rolling axis with a trapezoidal protrusion height of 20-70 mcm and with angles at the base of the trapezoidal relief α=40-55°. The assembly of the package is carried out by ensuring that the trapezoidal projections of one contacting surface enter the trapezoidal depressions of the other contacting surface.

EFFECT: invention increases strength while maintaining the plastic properties of laminated bimetallic rolled products.

1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для изготовления биметаллического слоистого проката. The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used for the manufacture of bimetallic laminated steel.

Известен способ получения биметаллического проката из низколегированной стали и алюминиевых сплавов (см. патент РФ № 2368475), включающий предварительную механическую обработку соединяемых поверхностей с удельным давлением 0,5-8,5 МПа с образованием перекрещивающегося рельефа, острый угол которого составляет от 20° до 70°; нагрев алюминиевой заготовки, предварительно плакированной слоем технически чистого алюминия, до температуры, равной 0,65-0,75 температуры плавления алюминия; сборку пакета, состоящего из холодной стальной и нагретой алюминиевой заготовок; совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термообработку.A known method of producing bimetallic rolled products from low-alloy steel and aluminum alloys (see RF patent No. 2368475), including preliminary machining of the surfaces to be joined with a specific pressure of 0.5-8.5 MPa with the formation of a crisscrossing relief, the acute angle of which is from 20 ° to 70 °; heating an aluminum billet, pre-clad with a layer of commercially pure aluminum, to a temperature equal to 0.65-0.75 of the melting point of aluminum; assembly of a package consisting of cold steel and heated aluminum billets; joint rolling of the package in one pass with a reduction of 65-80% and heat treatment.

Недостатками данного способа являются низкие прочностные свойства зоны соединения слоев готового биметалла и высокое значение поврежденности металла в зоне соединения слоев биметалла, приводящая к локальным макроразрушениям металла и общему снижению прочностных характеристик и стабильности свойств вдоль зоны соединения слоев.The disadvantages of this method are low strength properties of the zone of connection of layers of the finished bimetal and a high value of metal damage in the zone of connection of layers of bimetal, leading to local macrodestruction of the metal and a general decrease in strength characteristics and stability of properties along the zone of connection of layers.

Наиболее близким аналогом является способ получения слоистого проката из низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава (см. патент РФ № 2574948), включающий предварительные плакирование алюминиевой заготовки слоем технически чистого алюминия и механическую обработку поверхности стальной заготовки с удельным давлением 0,5-8,5 МПа с формированием рельефа, высота неровностей профиля которого составляет 0,05-0,2 толщины плакирующего слоя алюминиевой заготовки, нагрев алюминиевой заготовки до температуры, равной 0,65-0,75 температуры плавления алюминия, сборку пакета, состоящего из холодной стальной и нагретой алюминиевой заготовок, совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термообработку. При этом рельеф на поверхности стальной заготовки перед сборкой пакета формируют с зубчатым профилем в поперечном направлении к оси прокатки с углом при вершине 30°-90°.The closest analogue is a method for producing laminated rolled products from low-carbon steel and aluminum alloy (see RF patent No. 2574948), including preliminary cladding of an aluminum billet with a layer of commercially pure aluminum and machining the surface of a steel billet with a specific pressure of 0.5-8.5 MPa s the formation of a relief, the height of the irregularities of the profile of which is 0.05-0.2 of the thickness of the cladding layer of the aluminum billet, heating the aluminum billet to a temperature equal to 0.65-0.75 of the melting point of aluminum, assembling a package consisting of cold steel and heated aluminum billets , joint rolling of the package in one pass with a reduction of 65-80% and heat treatment. In this case, the relief on the surface of the steel billet before assembling the package is formed with a toothed profile in the transverse direction to the rolling axis with an apex angle of 30 ° -90 °.

Недостатком данного способа являются низкие прочностные свойства зоны соединения слоев готового слоистого проката из-за сильной неравномерности деформации слоев металла, возникающей при контакте заготовки, имеющей рельеф зубчатого профиля, с другой заготовкой за счет среза острых углов при прокатке.The disadvantage of this method is the low strength properties of the connection zone of the layers of the finished laminated steel due to the strong uneven deformation of the metal layers that occurs when a workpiece with a toothed profile is in contact with another workpiece due to cutting off sharp corners during rolling.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении прочностных и сохранении пластических свойств слоистого биметаллического проката за счет создания жесткого сцепления между собой поверхностных слоев металла в месте их соединения.The problem solved by the invention is to increase the strength and preserve the plastic properties of laminated bimetallic rolled products by creating a rigid adhesion between the surface layers of the metal at the point of their connection.

Технический результат, обеспечивающий решение задачи, заключается в формировании жесткого сцепления между собой поверхностных слоев металла за счет выбранной конфигурации микрорельефа неровностей поверхностей и их пластической деформации, что позволяет снизить неравномерность деформации и уменьшить количество дефектов.The technical result, providing a solution to the problem, consists in the formation of rigid adhesion between the surface layers of the metal due to the selected configuration of the microrelief of surface irregularities and their plastic deformation, which makes it possible to reduce the unevenness of deformation and reduce the number of defects.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав, включающий предварительную механическую обработку необработанных контактирующих поверхностей листовых заготовок из стали и алюминиевого сплава с формированием на них рельефа с заданным профилем в поперечном направлении к оси прокатки, сборку пакета, состоящего из листовых заготовок со сформированным на их контактирующих поверхностях рельефом, совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термообработку, согласно изобретению, осуществляют предварительную механическую обработку необработанных контактирующих друг с другом поверхностей заготовок с формированием на соединяемых поверхностях нанесенного в поперечном направлении к оси прокатки трапециевидного рельефа с высотой трапециевидного выступа 20-70 мкм и с углами при основании трапециевидного рельефа α=40-55°, сборку пакета осуществляют путем обеспечения захождения трапециевидных выступов одной контактирующей поверхности в трапециевидные впадины другой контактирующей поверхности.The problem is solved by the fact that in the known method of producing a layered bimetal steel-aluminum alloy, including preliminary machining of raw contacting surfaces of sheet blanks made of steel and aluminum alloy with the formation of a relief on them with a given profile in the transverse direction to the rolling axis, the assembly of a package consisting from sheet blanks with a relief formed on their contact surfaces, joint rolling of the package in one pass with a reduction of 65-80% and heat treatment, according to the invention, preliminary machining of raw blank surfaces in contact with each other is carried out with the formation on the joined surfaces applied in the transverse direction to rolling axes of a trapezoidal relief with a trapezoidal protrusion height of 20-70 microns and with angles at the base of the trapezoidal relief α = 40-55 °, the package is assembled by ensuring that the trapezoidal protrusions of one contacting surfaces into trapezoidal depressions of another contacting surface.

В заявляемом способе указанный признак так же, как и в известном способе (см. патент РФ № 2368475) предназначен для получения слоистого проката.In the claimed method, this feature, as well as in the known method (see RF patent No. 2368475), is intended to produce laminated rolled products.

В заявляемом способе указанный признак так же, как и в известном способе (см. патент РФ № 2574948), предназначен для создания такого соединения контактных слоев металла, предусматривающего пониженные значения поврежденности металла в зоне соединения слоев после совместной прокатки и обеспечивающий повышение эксплуатационных свойств (прочного соединения контактных поверхностей) и их стабильность в зоне соединения слоев разных металлов.In the claimed method, the specified feature, as well as in the known method (see RF patent No. 2574948), is intended to create such a connection of contact metal layers, which provides for reduced values of metal damage in the zone of connection of layers after joint rolling and provides an increase in operational properties (durable connections of contact surfaces) and their stability in the zone of connection of layers of different metals.

Однако наравне с вышеуказанными известными техническими свойствами, заявляемая совокупность отличительных признаков, (указанная в формуле изобретения, обеспечивает условия, при которых возникает жесткое сцепление механически обработанных поверхностей заготовок и реализуется схема всестороннего неравномерного сжатия, позволяющая повысить пластические свойства металла в месте деформации. Это создает новый технический результат, заключающийся в более прочном сцеплении поверхностных слоев металла за счет создания жесткого сцепления между собой поверхностных слоев металла, что позволяет обеспечить высокую прочность сцепления поверхностных слоев и хорошую пластичность металла в месте деформации за счет создания благоприятной схемы напряженно деформированного состояния. В свою очередь это способствует снижению поврежденности металла в зоне соединения слоев металла и повышению прочности соединения поверхностей без предварительного нагрева и нанесения плакирующего слоя.However, along with the above known technical properties, the claimed set of distinctive features (specified in the claims, provides conditions under which a rigid adhesion of the machined surfaces of the workpieces occurs and a scheme of comprehensive uneven compression is implemented, which makes it possible to increase the plastic properties of the metal in the place of deformation. This creates a new the technical result, which consists in a stronger adhesion of the surface layers of the metal due to the creation of rigid adhesion between the surface layers of the metal, which allows for high adhesion strength of the surface layers and good plasticity of the metal in the place of deformation due to the creation of a favorable pattern of the stress-strain state. helps to reduce damage to the metal in the joint zone of the metal layers and increase the strength of the joint surfaces without preheating and applying a cladding layer.

На основании вышесказанного можно сделать вывод, что заявляемый способ получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав не следует явным образом из известного уровня техники и, следовательно, соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».Based on the foregoing, it can be concluded that the claimed method for producing a layered steel-aluminum alloy bimetal does not explicitly follow from the prior art and, therefore, meets the requirement of patentability "inventive step".

Сущность заявляемого способа поясняется чертежом.The essence of the proposed method is illustrated by a drawing.

На чертеже изображен вид пакета слоистого биметаллического проката, где 1 - первая заготовка, 2 - вторая заготовка, 3 - третья заготовка, 4 - контактная поверхность между первой и второй заготовками, 5 - контактная поверхность между второй и третей заготовками, А - ширина основания первого трапециевидного выступа, В - ширина основания второго трапециевидного выступа, а - угол при основаниях трапециевидного профиля.The drawing shows a view of a stack of laminated bimetallic rolled products, where 1 is the first workpiece, 2 is the second workpiece, 3 is the third workpiece, 4 is the contact surface between the first and second workpieces, 5 is the contact surface between the second and third workpieces, A is the width of the base of the first trapezoidal protrusion, B is the width of the base of the second trapezoidal protrusion, and is the angle at the bases of the trapezoidal profile.

Сущность предлагаемого способа получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав состоит в следующем.The essence of the proposed method for producing a layered steel-aluminum alloy bimetal is as follows.

Перед сборкой пакета осуществляют механическую обработку контактирующих между собой поверхностей заготовок (1-3), входящих в пакет, с формированием рельефа контактирующих поверхностей (4-5) в поперечном направлении к оси прокатки с высотой неровностей 20-70 мкм и углами при основаниях трапециевидного профиля α=40-55°. Затем осуществляют сборку пакета, состоящего из нескольких заготовок (1-3), совместную прокатку пакета за один проход с обжатием 65-80% и термообработку.Before assembling the package, the contacting surfaces of the blanks (1-3) included in the package are machined, with the formation of the relief of the contacting surfaces (4-5) in the transverse direction to the rolling axis with a height of irregularities of 20-70 microns and angles at the bases of the trapezoidal profile α = 40-55 °. Then, a package is assembled, consisting of several blanks (1-3), the package is rolled together in one pass with a reduction of 65-80% and heat treatment.

Образование рельефа неровностей с углами при основаниях трапециевидного профиля менее 40° не обеспечивает надежного соединения составляющих слоистого проката, так как конфигурация неровностей, имеющая сглаженный характер углов, не обеспечивает образование жесткого сцепления поверхностей.The formation of a relief of irregularities with angles at the bases of a trapezoidal profile less than 40 ° does not provide a reliable connection of the components of laminated steel, since the configuration of irregularities, which has a smoothed nature of the corners, does not ensure the formation of rigid adhesion of surfaces.

Образование рельефа неровностей с углами при основаниях трапециевидного профиля более 55° не обеспечивает надежного соединения: составляющих слоистого проката, так как в этом случае возникает неравномерность деформации слоев из-за среза данных трапециевидных выступов при прокатке.The formation of a relief of irregularities with angles at the bases of a trapezoidal profile more than 55 ° does not provide a reliable connection: of the components of laminated rolled products, since in this case uneven deformation of the layers occurs due to the shear of these trapezoidal protrusions during rolling.

Образование рельефа с высотой неровностей менее 20 мкм не обеспечивает надежного соединения составляющих слоистого проката, так как выступы на поверхности одного металла не полностью заходят во впадины другого металла.The formation of a relief with a height of irregularities less than 20 microns does not provide a reliable connection of the components of laminated rolled products, since the protrusions on the surface of one metal do not completely go into the depressions of the other metal.

Образование рельефа с высотой неровностей более 70 мкм приводит к сильному упрочнению поверхностей обрабатываемых металлов и потере пластических свойств, что снижает прочность соединения слоистого проката.The formation of a relief with a height of irregularities of more than 70 microns leads to a strong hardening of the surfaces of the processed metals and a loss of plastic properties, which reduces the bond strength of laminated rolled products.

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав по сравнению с прототипом было проведено 10 экспериментов, из них: эксперименты N22-4, 7-9 с заявляемыми режимами и эксперименты № 1, 5, 6, 10 с режимами, выходящими за пределы заявляемых режимов.To substantiate the advantages of the proposed method for producing a layered steel-aluminum alloy bimetal in comparison with the prototype, 10 experiments were carried out, of which: experiments N22-4, 7-9 with the claimed modes and experiments No. 1, 5, 6, 10 with modes beyond limits of the claimed modes.

В качестве примера выполнения способа получения слоистого проката рассмотрен процесс получения биметалла «сталь-алюминиевый сплав». В качестве заготовок использовали лист толщиной 5 мм из стали марки 1Х18Н9Т и лист толщиной 13 мм из алюминиевого сплава АМг6.As an example of the implementation of the method for producing laminated rolled products, the process of producing a steel-aluminum alloy bimetal is considered. As blanks, a 5 mm thick sheet made of 1X18N9T steel and a 13 mm thick sheet made of AMg6 aluminum alloy were used.

Технологический процесс включает в себя следующие операции:The technological process includes the following operations:

1) травление и зачистка дисковыми щетками алюминиевой заготовки;1) etching and cleaning with disk brushes of an aluminum workpiece;

2) механическая обработка шлифовальным инструментом поверхностей листов с образованием на соединяемой поверхности трапециевидного рельефа с углами при основаниях α=40°-55°, нанесенного в поперечном направлении к оси прокатки;2) mechanical processing of the sheet surfaces with a grinding tool with the formation on the connected surface of a trapezoidal relief with angles at the bases α = 40 ° -55 °, applied in the transverse direction to the rolling axis;

3) сборка пакета;3) package assembly;

4) совместная прокатка пакета со степенью деформаций 65-80%;4) joint rolling of a package with a degree of deformation of 65-80%;

5) отжиг биметаллического листа.5) annealing the bimetallic sheet.

С целью оценки эксплуатационных характеристик из прокатываемых биметаллических листов вырезали и подготовили специальные образцы для испытаний на прочность сцепления слоев биметалла на; отрыв и на срез. Как показали результаты испытаний, приведенные в таблице, достигнуто увеличение прочности сцепления по сравнению с прототипом.In order to assess the operational characteristics of the rolled bimetallic sheets, special specimens were cut out and prepared for testing the adhesion strength of bimetal layers on; separation and cut. As shown by the test results shown in the table, an increase in adhesion strength was achieved in comparison with the prototype.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что в заявляемом способе получения слоистого биметалла сталь-алюминиевый сплав возникает благоприятная схема напряженно-деформированного состояния металла, способствующая снижению неравномерности деформации при прокатке пакета, что обеспечивает получение хорошего соединения слоистого проката с высокими прочностными свойствами. Соответственно заявляемое решение может быть применимо в прокатном производстве, а следовательно, соответствует условию "промышленная применимость".Based on the foregoing, it can be concluded that in the inventive method for producing a layered steel-aluminum alloy bimetal, a favorable scheme of the stress-strain state of the metal arises, which helps to reduce the unevenness of deformation during rolling of the package, which ensures a good connection of layered products with high strength properties. Accordingly, the claimed solution can be applied in rolling production, and therefore meets the condition of "industrial applicability".

Claims

A method of obtaining a layered steel-aluminum alloy bimetal, including preliminary machining of raw contacting surfaces of sheet blanks made of steel and aluminum alloy with the formation of a relief on them with a given profile in the transverse direction to the rolling axis, assembly of a package consisting of sheet blanks with formed on their contacting surfaces with relief, joint rolling of the package in one pass with a reduction of 65-80% and heat treatment, characterized in that preliminary machining of raw surfaces of workpieces in contact with each other is carried out with the formation on the connected surfaces of a trapezoidal relief applied in the transverse direction to the rolling axis with a height of a trapezoidal a protrusion of 20-70 microns and with angles at the base of the trapezoidal relief α = 40-55 °, the assembly of the package is carried out by ensuring that the trapezoidal protrusions of one contacting surface enter the trapezoidal valleys of the other contact surface.