CN103495840B - 双层合金复合板的生产方法 - Google Patents

双层合金复合板的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双层合金复合板的生产方法，属于合金板材技术领域。其包括下述步骤：（1）采用离心浇铸工艺生产双层合金复合空心坯料；（2）镦粗；（3）用碾环机对镦粗后的坯料进行碾轧，恢复圆柱形；（4）扩孔；（5）挤压，得到双层合金复合管；（6）将双层合金复合管延轴线方向切割成弧形板；（7）将弧形板均匀加热，然后用轧板机轧平，即得到双层合金复合板。本发明采用离心浇铸工艺生产空心坯料，合金板的两层合金形成冶金熔合层，结合强度高，内、外层合金不易分层开裂；采用镦粗工艺提高离心坯料的塑性，预防挤压时裂纹的产生，进一步提高了双层合金复合板使用性能、安全性和寿命。

Description

双层合金复合板的生产方法
技术领域
本发明涉及合金板材技术领域。
背景技术
金属复合板是指在一层金属上覆以另外一种金属的板子，已达到在不降低使用效果（防腐性能、机械强度等）的前提下节约资源、降低成本的效果。主要应用在防腐、压力容器制造，电建、石化、医药、轻工、汽车等行业。
金属复合材料技术可以发挥组元材料各自的优势，实现各组元材料资源的最优配置，节约贵重金属材料，实现单一金属不能满足的性能要求，以压力容器用不锈钢-碳钢复合板为例，外层用一般的碳钢（Q245R,Q345R等)有很好的机械性能，复层用不锈钢(304，316L等）有很好的耐腐蚀性能，两者通常采用***焊接在一起，只需要几毫米的高价不锈钢，大量节约了成本，并且几乎不改变基材的各种机械性能。它既可以替代进口并填补国内空白，又具有广阔应用范围，具有很好的经济效益和社会效益。
目前不同成分合金组成的复合板的生产方法有很多种，有***成型法、焊接复合法、喷涂法、电镀法等。***成型法通过***产生的瞬间高压脉冲载荷加载于板材上，加载力高于金属材料的屈服强度，界面结合强度较高，但这种方法的工艺参数难于精确控制，难于实现不同材质的复合，且生产危险，污染环境；焊接复合法，可以生产规格较大的复合板，但是由于存在热影响区，而且层与层之间容易出现未焊合区，影响其界面结合强度；喷涂、电镀法复合层厚度小、且成本高。
发明内容
本发明提供一种双层合金复合板的生产方法，采用离心浇铸工艺生产空心坯料，合金板的两层合金形成冶金熔合层，结合强度高，内、外层合金不易分层开裂；采用镦粗工艺提高离心坯料的塑性，预防挤压时裂纹的产生，进一步提高了双层合金复合板使用性能、安全性和寿命。
本发明所采取的技术方案是：
一种双层合金复合板的生产方法，包括下述步骤：
（1）运用离心浇铸工艺生产双层合金复合空心坯料，并对空心坯料的内、外壁进行机加工；
（2）将加工后的空心坯料均匀加热到1100℃-1180℃，用锻机沿轴线方向进行镦粗；
（3）用碾环机对镦粗后的坯料进行碾轧，恢复圆柱形；
（4）将碾轧后的空心坯料均匀加热到1100℃-1150℃，用扩孔机进行扩孔；
（5）将扩孔后的空心坯料均匀加热到1150℃-1230℃，采用挤压机进行挤压，得到双层合金复合管；
（6）将双层合金复合管延轴线方向切割成弧形板；
（7）将弧形板均匀加热到900℃-1000℃，然后用轧板机轧平，即得到双层合金复合板。
步骤（1）中内外壁机加工为：将离心浇铸的空心坯内壁单边加工掉5-10mm，外壁单边加工掉4-8mm，去除内外壁的气孔、缩松等缺陷。
步骤（4）中，空心坯料热态下的外径比扩孔筒的内径小4mm-6mm，空心坯料扩孔后的长度与扩孔前的长度比值在1.03-1.2。扩孔前，坯料的内壁和外壁分别均匀涂抹玻璃粉。
步骤（5）中，空心坯料热态下的外径比挤压筒的内径小6mm-8mm，热挤压后双层合金复合管的长度与热挤压前双层合金复合管坯的长度比值为3-12。挤压前，坯料的内壁和外壁分别均匀涂抹玻璃粉。
步骤（1）中，空心坯料的外层材质为碳钢，内层材质为不锈钢或镍基合金。
镍基合金是指在650-1000℃高温下有较高强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。
本发明采用离心浇铸工艺生产复合管的空心坯料，具体浇铸过程如下：
将外层合金液通入管模内离心浇铸，浇铸完后冷却，待外层内表面温度冷却至低于外层合金熔点30℃～120℃时，开始浇铸内层合金液，浇铸完后冷却，待外层和内层全部凝固后停止冷却。
离心浇铸工艺分别冶炼成品管的外层和内层合金液，内层合金在外层合金的界面上形核、结晶，两种合金的结合界面是内外合金互溶的结果，形成冶金熔合层。冶金熔合层过渡平缓，内层和外层能达到完全冶金熔合，结合强度高，内外层合金之间的结合力是其它方法制造的复合板的结合力的3-4倍，内、外层合金不易分层开裂。
本发明双层合金复合板的两层合金的厚度比例可以任意调配。
镦粗工艺可以提高离心坯料的塑性，预防挤压时裂纹的产生，进一步提高了双层合金复合板使用安全性和寿命。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明采用离心浇铸工艺生产空心坯料，合金板的两层合金形成冶金熔合层，结合强度高，内、外层合金不易分层开裂。
2、采用镦粗工艺提高离心坯料的塑性，预防挤压时裂纹的产生，进一步提高了双层合金复合板使用性能、安全性和寿命。
具体实施方式
实施例1
复合合金板材质为SA210-A/TP304L，外层材质为SA210-A（碳钢），内层材质为TP304L（不锈钢），外层和内层的化学成分符合表1要求，规格为1000mm（长）×380mm（宽）×23mm（厚）/（外层19mm+内层4mm）。
表1
其生产工艺为：
（1）运用离心浇铸工艺生产双层合金复合空心坯料，并对空心坯料的内、外壁进行机加工：空心坯内壁单边加工掉7mm，外壁单边加工掉4mm，去除内外壁的气孔、缩松等缺陷。
（2）将加工后的空心坯料均匀加热到1100℃，用锻机沿轴线方向进行镦粗。镦粗前，与锻机的上砧和下砧接触的坯料上、下表面均匀撒满玻璃粉。
（3）用碾环机对镦粗后的坯料进行碾轧，恢复圆柱形；
（4）将碾轧后的空心坯料均匀加热到1140℃，用扩孔机进行扩孔；空心坯料热态下的外径比扩孔筒的内径小4mm-6mm，空心坯料扩孔后的长度与扩孔前的长度比值在1.03。扩孔前，坯料的内壁和外壁分别均匀涂抹玻璃粉。
（5）将扩孔后的空心坯料均匀加热到1210℃，采用挤压机进行挤压，得到双层合金复合管；空心坯料热态下的外径比挤压筒的内径小6mm-8mm，热挤压后双层合金复合管的长度与热挤压前双层合金复合管坯的长度比值为12。挤压前，坯料的内壁和外壁分别均匀涂抹玻璃粉。
（6）将双层合金复合管延轴线方向切割成弧形板；
（7）将弧形板均匀加热到970℃，然后用轧板机轧平，即得到双层合金复合板，本实施例生产的复合板与机械结合板内外层的结合力对比数据如表2：
表2不同状态的SA210-A/TP304L合金板结合力比较/MPa
实施例2
复合合金板材质为L415QB/316L，外层材质为L415QB（碳钢），内层材质为316L（不锈钢），外层和内层的化学成分符合表3要求，规格为2500mm（长）×440mm（宽）×35mm（厚）/（外层29mm+内层6mm）。
表3
其生产工艺为：
（1）运用离心浇铸工艺生产双层合金复合空心坯料，并对空心坯料的内、外壁进行机加工：空心坯内壁单边加工掉8mm，外壁单边加工掉5mm，去除内外壁的气孔、缩松等缺陷。
（2）将加工后的空心坯料均匀加热到1150℃，用锻机沿轴线方向进行镦粗。镦粗前，与锻机的上砧和下砧接触的坯料上、下表面均匀撒满玻璃粉。
（3）用碾环机对镦粗后的坯料进行碾轧，恢复圆柱形；
（4）将碾轧后的空心坯料均匀加热到1120℃，用扩孔机进行扩孔；空心坯料热态下的外径比扩孔筒的内径小4mm-6mm，空心坯料扩孔后的长度与扩孔前的长度比值在1.05。扩孔前，坯料的内壁和外壁分别均匀涂抹玻璃粉。
（5）将扩孔后的空心坯料均匀加热到1190℃，采用挤压机进行挤压，得到双层合金复合管；空心坯料热态下的外径比挤压筒的内径小6mm-8mm，热挤压后双层合金复合管的长度与热挤压前双层合金复合管坯的长度比值为12。挤压前，坯料的内壁和外壁分别均匀涂抹玻璃粉。
（6）将双层合金复合管延轴线方向切割成弧形板；
（7）将弧形板均匀加热到930℃，然后用轧板机轧平，即得到双层合金复合板，本实施例生产的复合板与机械结合板内外层的结合力对比数据如表4：
表4不同状态的L415QB/316L合金板结合力比较/MPa
实施例3
复合合金板材质为20Mn2/825，外层材质为20Mn2（碳钢），内层材质为825（镍基合金），外层和内层的化学成分符合表5要求，规格为3000mm（长）×250mm（宽）×16.5mm（厚）/（外层11mm+内层5.5mm）。
表5
其生产工艺为：
（1）运用离心浇铸工艺生产双层合金复合空心坯料，并对空心坯料的内、外壁进行机加工：空心坯内壁单边加工掉10mm，外壁单边加工掉6mm，去除内外壁的气孔、缩松等缺陷。
（2）将加工后的空心坯料均匀加热到1130℃，用锻机沿轴线方向进行镦粗。镦粗前，与锻机的上砧和下砧接触的坯料上、下表面均匀撒满玻璃粉。
（3）用碾环机对镦粗后的坯料进行碾轧，恢复圆柱形；
（4）将碾轧后的空心坯料均匀加热到1150℃，用扩孔机进行扩孔；空心坯料热态下的外径比扩孔筒的内径小4mm-6mm，空心坯料扩孔后的长度与扩孔前的长度比值在1.2。扩孔前，坯料的内壁和外壁分别均匀涂抹玻璃粉。
（5）将扩孔后的空心坯料均匀加热到1230℃，采用挤压机进行挤压，得到双层合金复合管；空心坯料热态下的外径比挤压筒的内径小6mm-8mm，热挤压后双层合金复合管的长度与热挤压前双层合金复合管坯的长度比值为3。挤压前，坯料的内壁和外壁分别均匀涂抹玻璃粉。
（6）将双层合金复合管延轴线方向切割成弧形板；
（7）将弧形板均匀加热到1000℃，然后用轧板机轧平，即得到双层合金复合板，本实施例生产的复合板与机械结合板内外层的结合力对比数据如表6：
表6不同状态的20Mn2/825合金板结合力比较/MPa
编号 1# 2# 3# 4#
机械结合板 110 80 102 66
双层合金复合板 350 380 410 420
实施例4
复合合金板材质为20Mn2/625，外层材质为20Mn2（碳钢），内层材质为625（镍基合金），外层和内层的化学成分符合表7要求，规格为3500mm（长）×600mm（宽）×30mm（厚）/（外层22mm+内层8mm）。
表720Mn2/625复合管成分/质量分数（%）
其生产工艺为：
（1）运用离心浇铸工艺生产双层合金复合空心坯料，并对空心坯料的内、外壁进行机加工：空心坯内壁单边加工掉5mm，外壁单边加工掉8mm，去除内外壁的气孔、缩松等缺陷。
（2）将加工后的空心坯料均匀加热到1180℃，用锻机沿轴线方向进行镦粗。镦粗前，与锻机的上砧和下砧接触的坯料上、下表面均匀撒满玻璃粉。
（3）用碾环机对镦粗后的坯料进行碾轧，恢复圆柱形；
（4）将碾轧后的空心坯料均匀加热到1100℃，用扩孔机进行扩孔；空心坯料热态下的外径比扩孔筒的内径小4mm-6mm，空心坯料扩孔后的长度与扩孔前的长度比值在1.05。扩孔前，坯料的内壁和外壁分别均匀涂抹玻璃粉。
（5）将扩孔后的空心坯料均匀加热到1150℃，采用挤压机进行挤压，得到双层合金复合管；空心坯料热态下的外径比挤压筒的内径小6mm-8mm，热挤压后双层合金复合管的长度与热挤压前双层合金复合管坯的长度比值为8。挤压前，坯料的内壁和外壁分别均匀涂抹玻璃粉。
（6）将双层合金复合管延轴线方向切割成弧形板；
（7）将弧形板均匀加热到900℃，然后用轧板机轧平，即得到双层合金复合板，本实施例生产的复合板与机械结合板内外层的结合力对比数据如表8：
表8不同状态的20Mn2/625合金板结合力比较/MPa
编号 1# 2# 3# 4#
机械结合板 109 126 140 130
双层合金复合板 420 398 445 397

Claims (3)

1.一种双层合金复合板的生产方法，其特征在于其包括下述步骤：
（1）运用离心浇铸工艺生产双层合金复合空心坯料，并对空心坯料的内、外壁进行机加工；
（2）将加工后的空心坯料均匀加热到1100℃-1180℃，用锻机沿轴线方向进行镦粗；
（3）用碾环机对镦粗后的坯料进行碾轧，恢复圆柱形；
（4）将碾轧后的空心坯料均匀加热到1100℃-1150℃，用扩孔机进行扩孔；
（5）将扩孔后的空心坯料均匀加热到1150℃-1230℃，采用挤压机进行挤压，得到双层合金复合管；
（6）将双层合金复合管沿轴线方向切割成弧形板；
（7）将弧形板均匀加热到900℃-1000℃，然后用轧板机轧平，即得到双层合金复合板；
所述步骤（1）中内外壁机加工为：将离心浇铸的空心坯内壁单边加工掉5-10mm，外壁单边加工掉4-8mm；
所述步骤（1）中，空心坯料的内层材质为不锈钢或镍基合金，外层材质为碳钢；
离心浇铸工艺的具体浇铸过程如下：
将外层合金液通入管模内离心浇铸，浇铸完后冷却，待外层内表面温度冷却至低于外层合金熔点30℃～120℃时，开始浇铸内层合金液，浇铸完后冷却，待外层和内层全部凝固后停止冷却。
2.根据权利要求１所述的双层合金复合板的生产方法，其特征在于所述步骤（4）中，空心坯料扩孔后的长度与扩孔前的长度比值在1.03-1.2。
3.根据权利要求１所述的双层合金复合板的生产方法，其特征在于所述步骤（5）中，热挤压后双层合金复合管的长度与热挤压前双层合金复合管坯的长度比值为3-12。
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