CN110883093B - 铝合金不锈钢复合板异步冷轧成形工艺 - Google Patents

铝合金不锈钢复合板异步冷轧成形工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金不锈钢复合板异步冷轧成形工艺，包括如下工艺步骤：采用异步轧制方式对不锈钢板、铝合金板轧制复合；异步轧制后，对复合板扩散退火；在所述S1步骤中，对不锈钢板其复合板面的相对面采取在线加热的方式，并同时对铝合金板其复合板面的相对面采取在线冷却，加热温度为350℃～850℃；轧出复合板的不锈钢板其复合板面温度低于650℃，轧出复合板的铝合金板其复合板面温度低于300℃；轧制压下率为20％～90％；异步冷轧其轧辊的异速比为1.05～1.50；铝合金板与不锈钢板的厚度比为1.5～4.0；在所述S2步骤中，退火温度为250℃‑500℃，退火时间为15‑120min。本发明创造性地提出复合板轧制单面在线加热工艺，以提高复合板界面结合强度，实现界面半熔状态轧制复合。

Description

铝合金不锈钢复合板异步冷轧成形工艺
技术领域
本发明涉及一种铝合金不锈钢复合板异步冷轧成形工艺。
背景技术
金属复合板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板材在界面上实现牢固冶金结合制备而成的一种新型复合材料。与单一组元金属材料相比，经过合理设计组合后的金属复合板材结合了各组元金属的特点，具有优异的性能，并且其价格低廉，绿色环保，近些年来在国内发展非常迅猛。金属复合板的制造方法有粉末冶金法、液固相轧制法、***复合法、热轧复合法、冷轧复合法等。其中冷轧复合法加工温度低，生产的复合板结合强度高，尺寸精度高，性能稳定，并且冷轧可以实现大规模的工业化生产，因此冷轧复合法发展迅速，潜力巨大。但是，冷轧复合法要求一次大压下率成形，对复合轧机的轧制能力要求很高，这就导致轧机设备的投资增大，严重制约了冷轧复合法的广泛应用。
异步轧制是两个工作辊表面线速度不相等的一种轧制方法，其突出优点是轧制压力低，轧制精度高，适宜轧制难变形金属。异步轧制法分为两种，一种是同径异步轧制，即两个工作辊辊径相同，转速不同；另一种是异径异步轧制，即两个工作辊转速相同，辊径不同。基于异步轧制的特点，若将其应用于金属冷轧复合中，则可能显著降低轧制负荷，减少复合轧机设备的投资，并降低轧制能耗，大力推动冷轧复合法的工业化应用。但目前只有纯铝与不锈钢的异步轧制复合生产工艺，而没有铝合金与不锈钢的复合板材生产工艺，缘于纯铝软，与不锈钢好复合，而铝合金硬，难以与不锈钢复合，而对于电子产品、军工产品领域，越来越需要铝合金不锈钢复合板材的原材料来加工所需产品，虽然有其他复合工艺方法，如***复合等，但效率不高，如何实现铝合金不锈钢复合板的连续大生产、及生产的高效率，是一个很难解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种铝合金不锈钢复合板异步冷轧成形工艺，创造性地提出复合板轧制单面在线加热工艺，以提高复合板界面结合强度，实现界面半熔状态轧制复合，实现大生产，且效率很高。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种铝合金不锈钢复合板异步冷轧成形工艺，包括如下工艺步骤：
S1：采用异步轧制方式对不锈钢板、铝合金板轧制复合；
S2：异步轧制后，对复合板扩散退火；
在所述S1步骤中，对不锈钢板其复合板面的相对面采取在线加热的方式，并同时对铝合金板其复合板面的相对面采取在线冷却，加热温度为350℃~850℃；轧出复合板的不锈钢板其复合板面温度低于650℃，轧出复合板的铝合金板其复合板面温度低于300℃；轧制压下率为20%~90%；异步冷轧其轧辊的异速比为1.05~1.50；铝合金板与不锈钢板的厚度比为1.5~4.0；
在所述S2步骤中，退火温度为250℃-500℃，退火时间为15-120min。异步轧制时，上下轧辊的速度差是通过机械传动方式或液压传动方式得到的。由于上下工作辊表面速度不等，在变形区内形成有表面接触摩擦力反向的区段(即所谓“搓轧区”)，改变了变形区内的压应力状态，增加了剪变形。因此，异步轧制与常规轧制相比，可以明显地降低轧制压力；增大一个轧程的总变形量，减少轧制道次和中间退火次数；提高轧机的轧薄能力和轧制精度。异步轧制还会造成上下传动转矩不等，慢速辊有时会出现负转矩。采用此工艺，大大减少了设备重量和投资，符合现代工业生产节能降耗的发展趋势。
进一步的技术方案是，在S1步骤中，在线冷却工序采用喷淋冷却水的方式；轧制时快速辊与铝合金板接触，慢速辊与不锈钢板接触。
进一步的技术方案是，不锈钢板的材质为316L不锈钢，所述铝合金板的材质为6013铝合金。
进一步的技术方案为，工作辊辊径为40mm；轧制采用两次或多次轧制，轧制方式为包辊异步轧制、拉直异步轧制、异步恒延伸轧制或单机异步连轧。包辊异步轧制时(图1)在稳定轧制条件下，入口带材速度等于慢速辊的速度，出口带材速度等于快速辊的速度。变形区整个由“搓轧区”组成。此时压下装置已失去调节厚度的作用，只起调节张力的作用。在稳定条件下，辊速比越大，所需张力差也越大。包辊异步轧制很难满足大速比条件下对张力差的要求，因而只适用于小延伸量的平整轧制。同时包辊轧制使穿带麻烦，润滑困难。拉直异步轧制(图2)不受速比等于延伸的限制，可实现大变形量轧制，提高轧机的轧薄能力和效率，用于极薄带材生产。异步恒延伸轧制(图3)可以保持延伸系数恒定，轧制过程中延伸系数不受轧辊偏心、带坯厚度波动和变形抗力不均的影响，可生产高精度带材。单机异步连轧(图4)的最大的特点是单机多道次连轧，一次总变形量可达78%以上。本工艺中，拉直异步轧制作为优选轧制方式。轧制时采用200mm四辊可逆冷轧实验机，轧机包括辊系，还包括导卫、润滑、检测及控制***，为本领域常规技术，不赘述。导卫***可以将轧件自行导入轧辊；润滑***用以润滑和冷却轧辊和轧件，使轧制可以在最佳状态下进行，检测***可以检测轧制力、各道前后张力、力矩、各道压下量等，控制***可以根据工艺要求调整轧辊速度，使轧制在最佳状态下进行。来料规格：3.0×（60~100）×400mm<3.0指最小厚度>；成品规格：0.5×（60~100）×1500mm<0.5指最小厚度>；最薄成品厚度精度为：0.5±0.03mm；工作辊尺寸：F40×200mm；主电机功率：30kW，DC440V；轧制速度：0~±0.3m/s（轧制的起始速度为0，稳定后为0.3m/s）。异步轧制后，复合板采用扩散退火，使轧后试样的力学性能得以部分恢复，消除内部缺陷，减小加工硬化程度及残余应力，以利于进一步加工。再者，扩散退火后复合板界面通过原子的互扩散形成了冶金结合，可以使界面的结合更加的均一稳定；并且退火主要是对铝合金的处理，用来提高铝合金的硬度的，因为铝合金不像不锈钢那样，轧制后硬度提高，因此铝合金的硬度提高通过热处理方式获得。为促进界面结合，采用不锈钢单面在线加热，利用热传导作用使铝合金板界面温度升高，而6013铝侧采用在线冷却，这样就保证变形主要集中在内部，有助于获得良好的界面。同时，为保证加热与冷却的合理性，采用在线反馈功能，实现自动化控制，使二者轧出面温度均低于再结晶温度，若钢面红外测温探得轧出钢面温度高于650℃，反馈降低加热输出，同理，若铝合金面探得温度高于300℃，加大喷水量，保证复合板不被软化。由于异步轧制上、下轧辊速度不同，导致轧制板材向慢速轧辊一侧弯曲，将严重影响最终产品的平直度，同时对轧机的安全平稳运行造成影响。因此在实际智能化控制里，通过激光尺对轧制板形表面翘曲程度进行检测，若翘曲程度较大，则反馈给轧机控制***（即控制器），由控制器调整上下轧辊的驱动机构驱动轧机压下规程，如上下辊压下量、转动速度，示意图如图6所示。这种轧制方式兼备增加轧制板材中心变形与降低轧制板材弯曲程度的优点。
进一步的技术方案为，轧制方式为拉直异步轧制。
进一步的技术方案为，在S1步骤中，轧制成复合板后不锈钢层厚度为1.8mm，铝合金层厚度为4.2mm；轧制前不锈钢板的规格为200×30×（2.5~5）mm、铝合金板的规格为200×30×10mm；轧制前对不锈钢板及铝合金板的待复合表面采用四氯化碳脱脂后再用钢丝刷清理，并在复合时喷洒油基热轧油；在铝合金板及不锈钢板的一侧设置用来测试不锈钢板其复合板面温度及铝合金板其复合板面温度的红外线测温仪，红外线测温仪与控制器电连接，控制器与轧制工序中冷轧机组其加热***及冷却***电连接；在复合板的一侧设置激光尺，激光尺与控制器电连接，控制器与上下轧辊的驱动机构相连。轧制前对不锈钢板及铝合金板的待复合表面除采用四氯化碳脱脂外，还能采用别的溶质处理后再用钢丝刷清理。
进一步的技术方案为，在S1步骤中，采用宽板轧制，板宽范围为10~1200mm，轧制后在线分剪或打卷后一次性分剪；或是剪切后打卷整体再磨床修正。生产中采用宽板轧制，轧制后在线分剪或打卷后一次性分剪，这样可以提高生产效率。由于分剪过程是一个受力异常复杂的过程。在剪切过程中，可以尝试将配件放在剪板机压脚多，压脚力相对稳定的位置以获得良好的尺寸精度。或是剪切后打卷整体在磨床修正，以达到规定尺寸。为提高复合板表面质量，采用润滑工艺，喷洒油基热轧油，润滑效果既好又可避免污染问题。不锈钢板及铝合金板的待复合表面采用四氯化碳等脱脂后再用钢丝刷清理，刷至表面具有“砂面”效果；对于很宽的板的轧制，可以选用不同轧机组合实现宽板轧制，然后在线分剪。
本发明的优点和有益效果在于：降低轧制压力；增大一个轧程的总变形量，减少轧制道次和中间退火次数；提高轧机的轧薄能力和轧制精度。采用此工艺，大大减少了设备重量和投资，符合现代工业生产节能降耗的发展趋势。创造性地提出复合板轧制单面在线加热工艺，以提高复合板界面结合强度，实现界面半熔状态轧制复合，实现大生产，且效率很高；异步轧制后，复合板采用扩散退火，使轧后试样的力学性能得以部分恢复，消除内部缺陷，减小加工硬化程度及残余应力，以利于进一步加工。再者，扩散退火后复合板界面通过原子的互扩散形成了冶金结合，可以使界面的结合更加的均一稳定；并且退火主要是对铝合金的处理，用来提高铝合金的硬度的，因为铝合金不像不锈钢那样，轧制后硬度提高，因此铝合金的硬度提高通过热处理方式获得。为促进界面结合，采用不锈钢单面在线加热，利用热传导作用使铝合金板界面温度升高，而6013铝侧采用在线冷却，这样就保证变形主要集中在内部，有助于获得良好的界面。同时，为保证加热与冷却的合理性，采用在线反馈功能，实现自动化控制，使二者轧出面温度均低于再结晶温度，若钢面红外测温探得轧出钢面温度高于650℃，反馈降低加热输出，同理，若铝合金面探得温度高于300℃，加大喷水量，保证复合板不被软化。为提高复合板表面质量，采用润滑工艺，喷洒油基热轧油，润滑效果既好又可避免污染问题。采用异步轧制代替***复合，实现高效率、安全环保生产复合板材，同时采取单面在线加热不锈钢，单面在线冷却铝合金表面，将变形集中于界面附近，促进界面结合；搭建自动化连续生产线，实现自动化全流程生产。调节双金属板的弯曲曲率，通过改变双金属厚度比，得到平直的轧件。能实现大变形量轧制，提高轧机的轧薄能力和效率，用于极薄带材生产；降低了最小可轧厚度极限，扩大复合板轧制范围。减少轧制道次，适用于大压下量轧制硬质钢种和极薄带材。
附图说明
图1是本发明一种铝合金不锈钢复合板异步冷轧成形工艺采用包辊异步轧制方式的原理示意简图；
图2是本发明采用拉直异步轧制方式的原理示意简图；
图3是本发明采用异步恒延伸轧制方式的原理示意简图；
图4是本发明采用单机异步连轧方式的原理示意简图；
图5是本发明温度控制的示意图；
图6是轧制板材向慢速轧辊一侧弯曲的示意图；
图7是本发明降低板材弯曲程度的控制示意图。
图中：1、不锈钢板；2、铝合金板；3、复合板；4、红外线测温仪；5、激光尺。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图2、图5、图7所示，本发明是一种铝合金不锈钢复合板异步冷轧成形工艺，包括如下工艺步骤：
S1：采用异步轧制方式对不锈钢板1、铝合金板2轧制复合；
S2：异步轧制后，对复合板3扩散退火；
在所述S1步骤中，对不锈钢板1其复合板3面的相对面采取在线加热的方式，并同时对铝合金板2其复合板3面的相对面采取在线冷却，加热温度为350℃；轧出复合板3的不锈钢板1其复合板3面温度低于650℃，轧出复合板3的铝合金板2其复合板3面温度低于300℃；轧制压下率为20%；异步冷轧其轧辊的异速比为1.05；铝合金板2与不锈钢板1的厚度比为1.5；
在所述S2步骤中，退火温度为250℃，退火时间为15min。在S1步骤中，在线冷却工序采用喷淋冷却水的方式；轧制时快速辊与铝合金板2接触，慢速辊与不锈钢板1接触。不锈钢板1的材质为316L不锈钢，所述铝合金板2的材质为6013铝合金。轧制采用两次或多次轧制，轧制方式为包辊异步轧制、拉直异步轧制、异步恒延伸轧制或单机异步连轧。轧制方式为拉直异步轧制。在S1步骤中，轧制成复合板3后不锈钢层厚度为1.8mm，铝合金层厚度为4.2mm；轧制前不锈钢板1的规格为200×30×2.5mm、铝合金板2的规格为200×30×10mm；轧制前对不锈钢板1及铝合金板2的待复合表面采用四氯化碳等脱脂后再用钢丝刷清理，并在复合时喷洒油基热轧油；在铝合金板2及不锈钢板1的一侧设置用来测试不锈钢板1其复合板3面温度及铝合金板2其复合板3面温度的红外线测温仪4，红外线测温仪4与控制器电连接，控制器与轧制工序中冷轧机组其加热***及冷却***电连接；在复合板3的一侧设置激光尺5，激光尺5与控制器电连接，控制器与上下轧辊的驱动机构相连；在S1步骤中，采用宽板轧制，轧制后在线分剪或打卷后一次性分剪；或是剪切后打卷整体再磨床修正。将压下率为20%的异步轧制复合板放置于真空SX-4-10电阻炉进行退火温度为250℃，退火时间为15min的退火处理。
实施例二：
与实施例一的不同在于，316L不锈钢规格为200mmx30mm×5mm；异速比为1.30；轧制坯料的单面加热温度温度为850；压下率为70%；原料厚度比为4.0；将压下率为70%的异步轧制复合板放置于真空SX-4-10电阻炉进行退火温度为500℃，退火时间为120min的退火处理。
实施例三：
与实施例二的不同在于，316L不锈钢规格为200mm×30mm×4mm；异速比为1.10；轧制坯料的单面加热温度温度为450℃；压下率为30%；原料厚度比为2.0。退火温度为300℃退火时间均为120min。
实施例四：
与实施例三的不同在于，异速比为1.15；轧制坯料的单面加热温度温度为550℃；压下率为40%；原料厚度比为2.5。退火温度为450℃退火时间均为120min。
实施例五：
与实施例三的不同在于，异速比为1.25；轧制坯料的单面加热温度温度为750℃；压下率为50%；原料厚度比为3.5。退火温度为250℃退火时间均为120min。
相关设计规范和依据如下
1、《复合钢板力学及工艺性能试验方法》(GB/T6396-2008)
2、《热轧钢板表面质量的一般要求》（GB/T14977-2008）
3、《金属显微组织检验方法》（GB／T13298-2015）
4、《不锈热轧厚钢板》（GB4237-84）
5、《不锈冷轧薄钢板》（GB3280-84）
6、《不锈钢板重量计算方法》（GB4229-84）
7、《不锈钢冷轧钢板和钢带》（GB/T3280-2007）
8、《铝及铝合金轧制板材》（GB/T3880-1997）
采用本工艺，轧制时轧制力为8～40吨（80~400千牛），制备的复合板其结合强度不低于40Mpa，无板型翘曲、开裂的情况出现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.铝合金不锈钢复合板异步冷轧成形工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：
S1：采用异步轧制方式对不锈钢板、铝合金板轧制复合；
S2：异步轧制后，对复合板扩散退火；
在所述S1步骤中，对不锈钢板其复合板面的相对面采取在线加热的方式，并同时对铝合金板其复合板面的相对面采取在线冷却，加热温度为350℃~850℃；轧出复合板的不锈钢板其复合板面温度低于650℃，轧出复合板的铝合金板其复合板面温度低于300℃；轧制压下率为20%~90%；异步冷轧其轧辊的异速比为1.05~1.50；铝合金板与不锈钢板的厚度比为1.5~4.0；
在所述S2步骤中，退火温度为250℃-500℃，退火时间为15-120min；
在所述S1步骤中，在线冷却工序采用喷淋冷却水的方式；轧制时快速辊与铝合金板接触，慢速辊与不锈钢板接触；所述不锈钢板的材质为316L不锈钢，所述铝合金板的材质为6013铝合金；在所述S1步骤中，工作辊辊径为40mm；轧制采用两次或多次轧制，轧制方式为拉直异步轧制；在所述S1步骤中，轧制成复合板后不锈钢层厚度为1.8mm，铝合金层厚度为4.2mm；轧制前不锈钢板的规格为200×30×（2.5~5）mm、铝合金板的规格为200×30×10mm；轧制前对不锈钢板及铝合金板的待复合表面采用四氯化碳脱脂后再用钢丝刷清理，并在复合时喷洒油基热轧油；在铝合金板及不锈钢板的一侧设置用来测试不锈钢板其复合板面温度及铝合金板其复合板面温度的红外线测温仪，红外线测温仪与控制器电连接，控制器与轧制工序中冷轧机组其加热***及冷却***电连接；在复合板的一侧设置激光尺，激光尺与控制器电连接，控制器与上下轧辊的驱动机构相连。
2.根据权利要求1所述的铝合金不锈钢复合板异步冷轧成形工艺，其特征在于，在所述S1步骤中，采用宽板轧制，板宽范围为10~1200mm，轧制后在线分剪或打卷后一次性分剪；或是剪切后打卷整体再磨床修正。
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