RU2574948C1 - Production of bimetal rolled stock based of low-carbon steel and aluminium alloy - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: claimed process comprises the mechanical surface processing of the steel billet, heating, stack assembly and its rolling. Toothed raised work with the vertex angle of 30-90 degrees is formed at the steel billet surface in crosswise direction to the rolling axis. Thereafter, the billet of aluminium alloy is heated to the temperature equal to 0.65-0.75 of aluminium melting point. The stack is rolled with deformation degree of 65-80% in a pass.

EFFECT: higher strength, larger resource of plasticity.

2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству двух-, трех- и многослойных материалов горячей прокаткой и может быть использовано при производстве биметаллического проката на основе низкоуглеродистой стали и алюминиевых сплавов. Из существующего уровня техники известен способ прокатки конструкционных биметаллов без деформации стальной основы [Биметаллический прокат / П.Ф.Засуха, В.Д.Корщиков, О.Б.Бухвалов, А.А.Ершов // М.: Металлургия, 1971. - 264 с.]. Общая схема технологического процесса состоит из следующих этапов:The invention relates to the production of two-, three- and multilayer materials by hot rolling and can be used in the production of bimetallic steel based on low-carbon steel and aluminum alloys. From the existing level of technology there is a known method of rolling structural bimetals without deformation of the steel base [Bimetal hire / P.F. Zasukha, V.D. Korshchikov, O.B. Bukhvalov, A.A. Ershov // M .: Metallurgy, 1971. - 264 p.]. The general process flow diagram consists of the following steps:

1) подготовка металлов к плакированию, включающая обезжиривание, травление и зачистку проволочными щетками заготовок из стали и алюминиевых сплавов, предварительно плакированных слоем чистого алюминия;1) preparation of metals for cladding, including degreasing, pickling and wire brushing of steel and aluminum alloys pre-clad with a layer of pure aluminum;

2) нагрев заготовок из алюминиевых сплавов до температуры их горячей обработки;2) heating billets of aluminum alloys to the temperature of their hot processing;

3) формирование пакетов;3) packet formation;

4) прокатка пакетов на стане горячей прокатки;4) rolling packages on a hot rolling mill;

5) отжиг биметаллических листов;5) annealing of bimetallic sheets;

6) резка и правка биметалла;6) cutting and editing of bimetal;

7) контроль качества, маркировка и т.д.7) quality control, labeling, etc.

Недостатками известного способа являются низкие прочностные свойства зоны соединения слоев биметалла и низкая стабильность качества соединения слоев из-за отсутствия оптимальной технологии подготовки контактных поверхностей компонентов биметалла к совместной прокатке.The disadvantages of this method are the low strength properties of the zone of connection of the layers of bimetal and low stability of the quality of the connection of the layers due to the lack of optimal technology for preparing the contact surfaces of the components of the bimetal for joint rolling.

Наиболее близким решением к заявленному способу, который был принят в качестве прототипа, является способ получения биметаллов из низколегированной стали и алюминиевых сплавов (Патент №2368475 от 27.09.2009), включающий предварительную механическую обработку соединяемых поверхностей с удельным давлением 0,5-8,5 МПа с образованием перекрещивающегося рельефа, острый угол которого составляет от 20° и 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.The closest solution to the claimed method, which was adopted as a prototype, is a method for producing bimetals from low alloy steel and aluminum alloys (Patent No. 2368475 from 09/27/2009), including preliminary machining of the connected surfaces with a specific pressure of 0.5-8.5 MPa with the formation of a crossing relief, the acute angle of which is between 20 ° and 70 °; heating the aluminum billet, pre-clad with a layer of technically pure aluminum, to a temperature equal to 0.65-0.75 the melting temperature of aluminum; assembly of a package consisting of cold steel and heated aluminum billets; joint rolling of the bag in one pass with compression of 65-80% and heat treatment.

К недостатку прототипа относятся низкие прочностные свойства зоны соединения слоев готового биметалла (предел прочности на отрыв σ_отр и на срез σ_ср), а также низкий ресурс пластичности металла Λ_р и зависящие от него высокие значения поврежденности металла ω. Указанный недостаток является следствием подготовки профиля контактной поверхности стальной составляющей в виде перекрещивающегося рельефа с углом при вершине от 20° до 70°. Показатель Лоде близок к значению µ_σ=-1, для которого пластичность алюминия меньше, чем при µ_σ=0. Высокое значение поврежденности металла в зоне соединения слоев биметалла приводит к локальным макроразрушениям металла и общему снижению прочностных характеристик и стабильности свойств вдоль зоны соединения слоев.The disadvantage of the prototype include low strength properties of the zone of connection of the layers of the finished bimetal (tensile strength σ _otr and shear σ _cf ), as well as a low metal ductility resource Λ _p and high metal damage values ω depending on it. This drawback is a consequence of the preparation of the profile of the contact surface of the steel component in the form of an intersecting relief with an angle at the apex from 20 ° to 70 °. The Lode index is close to μ _σ = -1, for which the ductility of aluminum is less than that at μ _σ = 0. The high value of metal damage in the joint zone of the bimetal layers leads to local macro-destruction of the metal and a general decrease in the strength characteristics and stability of properties along the joint zone of the layers.

Техническим результатом изобретения является разработка способа производства биметаллического проката, предусматривающая пониженные значения поврежденности металла в зоне соединения слоев после совместной прокатки и обеспечивающая повышение эксплуатационных свойств и их стабильность в зоне соединения слоев биметаллического проката.The technical result of the invention is the development of a method for the production of bimetallic rolled metal, providing lower values of the damage to the metal in the zone of connection of the layers after co-rolling and providing increased operational properties and their stability in the zone of connecting the layers of bimetallic rolled metal.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения биметаллического проката из низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава, включающем предварительную механическую обработку поверхности стальной заготовки с удельным давлением 0,5-8,5 МПа с получением высоты неровностей профиля R_max, находящейся в пределах 0,05-0,2 толщины плакирующего слоя алюминиевой заготовки, 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, согласно изобретению перед сборкой пакета на соединяемой поверхности стальной заготовки в поперечном направлении к оси прокатки формируют зубчатый рельеф с углом при вершине 30°-90°.The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing bimetallic rolled products from low-carbon steel and aluminum alloy, which includes preliminary machining of the surface of a steel billet with a specific pressure of 0.5-8.5 MPa to obtain a height of profile irregularities R _max within 0, 05-0.2 thickness of the cladding layer of the aluminum billet, heating the aluminum billet, pre-clad with a layer of technically pure aluminum, to a temperature equal to 0.65-0.75 of the melting temperature of aluminum assembly of a package consisting of cold steel and heated aluminum billets, joint rolling of the package in one pass with a compression of 65-80% and heat treatment according to the invention before assembling the package on the connecting surface of the steel billet in the transverse direction to the rolling axis form a toothed relief with an angle at peak 30 ° -90 °.

Схематично предлагаемый профиль поверхности твердой составляющей представлен на фиг. 1. Как показали результаты теоретических и экспериментальных исследований, одним из основных факторов, влияющих на эксплуатационные свойства переходной зоны, является рельеф контактных поверхностей компонентов биметалла. При совместном деформировании пакета контактные поверхности сближаются и начинается обжатие металла алюминиевой заготовки выступами поверхности стальной заготовки. При этом профиль стальной поверхности определяет напряженное состояние металла алюминиевой составляющей в процессе совместного обжатия, которое оценивается такими величинами, как относительное среднее нормальное напряжение σ/Т и коэффициент Лоде µ_σ. Значения показателей напряженного состояния, которые способствуют минимизации поврежденности металла ω, обеспечивают повышение эксплуатационных свойств. На фиг. 2 приведены диаграммы пластичности алюминиевого сплава, выступающего в роли более мягкой составляющей биметалла, по вариантам совместной раздачи со стальной составляющей пакета, имеющей перекрещивающийся рельеф (прототип) и имеющей предлагаемый поперечный направлению прокатки рельеф. Из диаграммы следует, что при формировании рельефа в поперечном направлении к оси прокатки обеспечивается повышение коэффициента Лоде µ_σ от -1 до 0 и, следовательно, увеличение ресурса пластичности. Экспериментальным и теоретическим путем было установлено, что оптимальной формой профиля поверхности стальной заготовки, удовлетворяющей условию минимизации поврежденности металла ω алюминиевой заготовки и развитию фактической площади контакта, является рельеф с углом при вершине 30°-90°. В этом случае реализуется схема деформации, максимально приближенная к схеме плоской деформации и достигается максимально возможное значение коэффициента Лоде µ_σ=0, способствующее увеличению ресурса пластичности металла алюминиевой заготовки и снижению поврежденности металла в зоне соединения слоев.Schematically, the proposed surface profile of the solid component is shown in FIG. 1. As shown by the results of theoretical and experimental studies, one of the main factors affecting the operational properties of the transition zone is the relief of the contact surfaces of the bimetal components. When the package is jointly deformed, the contact surfaces come together and compression of the metal of the aluminum billet begins with the protrusions of the surface of the steel billet. The profile of the steel surface determines the stress state of the metal of the aluminum component in the process of joint compression, which is estimated by such values as the relative average normal stress σ / T and the Lode coefficient µ _σ . The values of the stress state indicators, which contribute to minimizing the damage to the metal ω, provide improved operational properties. In FIG. Figure 2 shows the ductility diagrams of an aluminum alloy acting as a softer component of bimetal, according to the options for joint distribution with the steel component of the package having a crossed relief (prototype) and having a relief proposed transverse to the rolling direction. From the diagram it follows that when forming the relief in the transverse direction to the axis of rolling, an increase in the Lode coefficient µ _σ from -1 to 0 and, consequently, an increase in the plasticity resource are provided. It was established experimentally and theoretically that the optimal shape of the surface profile of the steel billet, satisfying the condition of minimizing the metal damage ω of the aluminum billet and the development of the actual contact area, is a relief with an apex angle of 30 ° -90 °. In this case, a deformation scheme is implemented that is as close as possible to a planar deformation scheme and the maximum possible value of the Lode coefficient μ _σ = 0 is achieved, which contributes to an increase in the ductility resource of the metal of the aluminum billet and to a decrease in metal damage in the layer joining zone.

Образование рельефа с углом при вершине меньше 30° затрудняет заполнение металлом алюминиевой заготовки полости профиля стальной составляющей биметалла и, следовательно, не обеспечивается надежное сцепление составляющих. Применение рельефа с углом при вершине больше 90° не обеспечивает площадь контакта, необходимую для получения надежного сцепления составляющих биметалла.The formation of a relief with an angle at the apex of less than 30 ° makes it difficult to fill the aluminum cavity of the profile of the steel component of the bimetal with metal and, therefore, reliable adhesion of the components is not ensured. The use of a relief with an angle at an apex greater than 90 ° does not provide the contact area necessary to obtain reliable adhesion of the bimetal components.

Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention

Процесс получения биметалла «сталь - алюминиевый сплав», состоящий из листа 1Х18Н9Т, толщиной 5 мм и алюминиевого сплава АМг6 13 мм, включает в себя следующие операции:The process of obtaining bimetal "steel - aluminum alloy", consisting of a sheet 1X18H9T, 5 mm thick and aluminum alloy AMg6 13 mm, includes the following operations:

1) травление и зачистка дисковыми щетками алюминиевой заготовки;1) etching and stripping of aluminum billet with disk brushes;

2) механическая обработка шлифовальным инструментом поверхности стали с образованием на соединяемой поверхности рельефа с углом вершины в пределах 30°-90°, нанесенного в поперечном направлении к оси прокатки;2) machining the steel surface with a grinding tool to form a relief on the connected surface with an apex angle of 30 ° -90 ° applied in the transverse direction to the rolling axis;

3) предварительный нагрев заготовки из алюминиевого сплава до 400-440°С;3) pre-heating a billet of aluminum alloy to 400-440 ° C;

4) сборка пакета;4) assembly of the package;

5) совместная прокатка пакета со степенью деформации, равной 70-80%, без обжатия стали за один проход;5) joint rolling of the package with a degree of deformation equal to 70-80%, without crimping the steel in one pass;

6) отжиг биметаллического листа.6) annealing of the bimetallic sheet.

С целью оценки эксплуатационных характеристик из прокатываемых биметаллических листов вырезались и подготавливались специальные образцы для испытания на прочность сцепления слоев биметалла на отрыв и на срез. Как показали результаты испытаний, приведенные в таблице, достигнуто увеличение прочности сцепления на 12-18% по сравнению с прототипом.In order to assess the operational characteristics of the rolled bimetallic sheets, special samples were cut and prepared for testing the adhesion strength of the bimetal layers for separation and shear. As the test results shown in the table showed, an increase in adhesion by 12-18% in comparison with the prototype.

Claims (1)

Способ получения биметаллического проката из низкоуглеродистой стали и алюминиевого сплава, 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, отличающийся тем, что рельеф на поверхности стальной заготовки перед сборкой пакета формируют с зубчатым профилем в поперечном направлении к оси прокатки с углом при вершине 30°-90°. A method of producing bimetallic rolled metal from low carbon steel and aluminum alloy, including preliminary cladding of the aluminum billet with a layer of technically pure aluminum and machining the surface of the steel billet with a specific pressure of 0.5-8.5 MPa with the formation of a relief, the height of the roughness of which is 0.05- 0.2 thickness of the cladding layer of the aluminum billet, heating the aluminum billet to a temperature equal to 0.65-0.75 melting temperature of aluminum, assembly of a package consisting of cold steel oh and heated aluminum billets, joint rolling of the package in one pass with compression of 65-80% and heat treatment, characterized in that 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 angle at the apex of 30 ° - 90 °.

Images