CN110340142B - 一种两步法轧制制备钢铝复合板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其包括以下步骤：S1初始板材待复合表面预处理、组坯和固定；S2第一步轧制：加热后的板坯立刻送入轧机进行热轧或者异温轧制；S3退火及矫直；S4板材的二次处理、组坯和固定；S5第二步轧制：对二次处理组装后的板坯进行冷轧；S6精整。本发明的两步法轧制生产钢铝复合板的方法，大大降低了厚尺寸板坯直接冷轧对轧机的能力要求，并解决了直接热轧法制备钢铝复合板铝层厚度控制困难的问题，实现了能准确控制的多厚度尺寸和比例规格的钢铝复合板，获得的钢铝复合板具备高的结合性能和良好的抗弯曲性能，为工业上实现以市场需求为主导的多品种多规格高性能复合板材的生产提供了可行办法。
Description
技术领域
本发明属于金属层状复合板制备技术领域，具体涉及一种两步法轧制制备多规格多品种高性能钢铝复合板的方法。
背景技术
钢/铝复合板具有钢的高强度和良好塑性，铝的良好导电性、导热性、耐蚀性和密度小等优点。钢/铝复合板用在轨道交通领域的地铁接触轨，汽车、高速列车的车身材料，以及发动机的轴瓦材料；利用铝的良好导热性，市场上还推出了多种钢/铝复合材质的散热片和锅具。此外，钢/铝复合板在机械、船舶、核能、电力等许多领域也得到了广泛的应用。
但是由于钢和铝材料之间的材料性能(变形抗力、塑性、导热性、熔点等)差异较大，钢铝复合板的制备具有一定的难度。目前的制备方法主要有爆炸复合法、钎焊复合法和轧制复合法。相对于爆炸复合法和钎焊复合法，轧制复合法产品质量稳定，设备简单，易于大规模生产和自动化的实现。
目前钢铝复合板轧制复合法主要有冷轧和热轧两种方式。但冷轧钢/铝界面初步结合需要50％以上的首道次压下率，存在复合强度不高以及对轧机能力要求高的问题，尤其对于中厚尺寸或者厚尺寸复合板轧制问题更为突出。为了提高钢铝复合板的结合强度，降低复合临界压下率，研究人员采用热轧法制备钢铝复合板，由于受到铝熔点的限制，钢铝复合板的热轧温度通常在500℃以下，此时铝板的变形抗力急剧下降，而钢板的变形抗力变化较小，导致钢的变形量特别小，相对于铝的变形基本没有变化，使得成品钢铝复合板的铝层厚度难以控制。因此单次轧制钢铝复合板不管是在冷轧工艺还是热轧工艺，主要存在在获得高结合强度的前提下难以实现对铝层厚度的控制以满足市场对成品钢铝复合板的不同尺寸需求。
为了降低对轧机的能力要求和提高对成品钢铝复合板铝层厚度的控制，实现制备多品种多规格的钢铝复合板，并且使钢铝复合板具备高的结合性能和良好的抗弯曲性能，需要一种分步轧制制备钢铝复合板的方法。
发明内容
为了克服现有钢铝复合板热轧和冷轧技术的缺陷，使钢铝复合板的铝层厚度实现可控，并且使钢铝复合板具备高的结合性能和良好的抗弯曲性能，获得多品种多规格市场需求的高性能复合板材，本文提出一种两步法轧制制备钢铝复合板的方法。该方法第一步先利用热轧或者异温轧制工艺使钢板与一层薄规格铝板在较小压下率达到良好的复合效果；因为铝板和铝板同种材质可以实现小压下率下冷轧复合，所以第二步再利用第一步制备的钢铝复合板和不同厚度规格的铝板进行冷轧复合，最终得到高结合强度的不同铝层厚度规格的钢铝复合板。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其包括以下步骤：
S1、初始板材待复合表面预处理、组坯和固定：截取长和宽尺寸相同，钢铝厚度比例为5:1～20:1的钢板和铝板做倒角处理后，将钢板和铝板分别进行退火处理，去除钢板和铝板待复合面的油污和氧化膜，将钢板和铝板对齐贴紧叠合放置，或者在钢板和铝板之间通过垫片留出0.5mm～2.5mm间隙，然后将板坯的四个角进行钻孔并铆接，获得第一次轧制所需的无间隙的组装板坯或有间隙的组装板坯；
S2、第一步轧制：选择一定的轧制速度、压下率和加热温度将无间隙的钢铝组装板坯立刻送入轧机进行热轧，或者选择利用感应加热对有间隙的组装板坯以一定的温差进行异温轧制，得到钢铝复合板；
S3、退火及矫直：第一次轧制制备的钢铝复合板进行退火和矫直获得平整幅面以便于进行第二次组坯、固定和轧制；
S4、板材的二次处理、组坯和固定：将步骤S2得到的钢铝复合板的铝表面以及不同厚度的铝板进行表面处理，然后去除待复合面的油污和氧化膜，将钢铝复合板的钢板和铝板对齐贴紧叠合放置并用铆钉进行固定；
S5、第二步轧制：选择适当的轧制速度、压下率对二次处理组装后的板坯进行冷轧；
S6、精整：对板材进行精整处理工艺，获得多品种和多规格的成品钢铝复合板材。
优选地，步骤S1中钢板在780-850℃下退火2-3小时然后空冷，铝板在450-530℃下退火2-3小时然后空冷，退火后的板坯再进行打磨处理，板坯采用铝制铆钉或者螺栓螺母将钢板和铝板进行固定组坯。
优选地，步骤S1以及步骤S4中采用机械打磨法去除钢板以及铝板待复合面的氧化层和油脂后，利用超声波清洗仪器清洗干净，并用吹风装置干燥；或者用电化学腐蚀法去除掉钢板和铝板待复合面的氧化层和油脂后用酒精和蒸馏水清洗后进行烘干备用。
优选地，步骤S1中的无间隙的钢铝组装板坯的钢板选自任意钢板中的一种，无间隙的钢铝组装板坯的铝板选自纯铝或铝合金板中的一种；
有间隙的钢铝组装板坯的钢板选自带有磁性钢板中的一种，有间隙的钢铝组装板坯的铝板选自纯铝或铝合金板中的一种。
优选地，步骤S2中利用感应加热对有间隙的组装板坯以一定的温差进行异温轧制时，在电阻加热炉或感应加热炉腔内通入惰性气体以防止钢板和铝板的待复合面在加热过程中被氧化。
优选地，步骤S2中无间隙的钢铝组装板坯进行热轧的电阻炉加热温度到250℃-550℃；
步骤S2中对有间隙的钢铝组装板坯采用异温轧制工艺的板材感应加热后，钢板温度加热到750℃-1000℃，铝板温度加热到100℃-300℃，钢铝温差的最大值为600℃或以上。
优选地，步骤S2中无间隙的钢铝组装板坯的热轧轧制压下率为10％-40％，有间隙的钢铝组装板坯的异温轧制压下率为10％-30％，热轧轧制和异温轧制的轧制速度均为0.05m/s-3m/s，
步骤S5中的冷轧轧制速度0.05m/s-3m/s，轧制压下率为20％-40％。
优选地，步骤S3中当第一步轧制后的钢铝复合板冷却室温后，对所述的钢铝复合板进行退火工艺处理，加热到500℃-560℃保温2-3h后随炉冷却，对所述钢铝复合板用辊式板材矫直机进行矫直处理，获得高结合强度和平整幅面的复合板材。
优选地，步骤S5中第二步轧制所用的不同厚度铝板为纯铝或者铝合金中的一种。
优选地，步骤S4中不同厚度的铝板与初始钢板厚度比大于0.5。
与现有技术相比，本发明的优点如下所述：
与现有的一步热轧或冷轧制备钢铝复合板方法相比，本发明通过先利用热轧或者异温轧制，再利用冷轧的分步法制备钢铝复合板，两步均可在较小压下率下实现高结合强度的钢铝和铝铝结合界面，在第二步冷轧复合时选择不同厚度规格的铝板，最终实现了不同铝层厚度的成品钢铝复合板，并且钢铝复合板具备高的结合性能和良好的抗弯曲性能，为工业上实现以市场需求为主导的多品种多规格高性能复合板材的生产提供了可行办法。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的实施例中的第一步中的无间隙钢铝组装板坯热轧示意图；
图3为本发明的实施例中的第一步中的有间隙钢铝组装板坯异温轧制的示意图；以及
图4为本发明的实施例中的第二步冷轧制备钢铝复合板的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
以下将借助实施例进一步描述本发明的一种两步法轧制制备钢铝复合板的方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、初始板材待复合表面预处理、组坯和固定：截取长和宽尺寸相同，钢铝厚度比例为5:1～20:1的钢板和铝板做倒角处理后，将钢板和薄铝板分别进行退火处理，然后去除钢板和薄铝板待复合面的油污和氧化膜，将钢板和铝板对齐贴紧叠合放置，或者在钢板和铝板之间通过垫片留出0.5mm～2.5mm间隙，然后将板坯的四个角进行钻孔并铆接，从而获得第一步轧制所需的组装板坯。
S2、第一步轧制：选择适当的轧制速度、压下率和加热温度等参数将无间隙的钢铝组装板坯立刻送入轧机进行热轧，或者选择利用感应加热对有间隙的板坯营造适当温差进行异温轧制。
S3、退火及矫直：第一步轧制制备的钢铝复合板进行退火和矫直获得平整幅面以便于第二步组坯、固定和轧制。
S4、板材的二次处理、组坯和固定：将第一步制备的钢铝复合板的铝表面和不同厚度的铝板进行表面处理，然后去除待复合面的油污和氧化膜，将钢板和铝板对齐贴紧叠合放置并用铆钉固定。
S5、第二步轧制：选择适当的轧制速度、压下率对二次处理组装后的板坯进行冷轧。
S6、精整：为使最终轧后的复合板具有合乎技术条件要求的尺寸、形状和各种性能，对板材进行一系列火焰清理、冷却、矫直、切断等精整处理工艺，获得多品种和多规格的成品钢铝复合板材。
本实施例中步骤S2第一步热轧和异温轧制示意图如图2所示，板坯四角用铝制铆钉300铆接，其中，轧制所选用的钢板200，第一步轧制所选用的薄规格铝板100，利用热轧轧辊400得到第一步轧制制备的成品钢铝复合板材500，异温轧制组坯在钢板和铝板之间设有垫片600。
图3为实施例中的第一步电磁感应加热异温轧制钢铝复合板示意图，铜制推板1将在电磁感应加热炉3中加热后产生温差的板坯7，立刻推入轧机4进行轧制，推入过程中，板坯7经过电磁感应加热炉3到轧机4入口的密封滑道5，其中，电磁感应加热炉3的电控系统2用于对电磁感应加热炉3进行控制，电磁感应加热炉3的加热线圈6为铜制空心感应加热螺旋线圈，冷却循环水8用于冷却加热线圈6。
实施例中的第二步冷轧示意图如图4所示，将第二步轧制所用不同厚度规格的铝板700与第一步制备的钢铝复合板800，通过冷轧轧辊900进行轧制，最终得到不同厚度规格高结合强度的成品钢铝复合板材1000。
下面通过具体实施例对本发明两步法轧制制备钢铝复合板的方法作进一步的详细描述。
实施例1
(1)取长、宽、厚尺寸分别为120mm、60mm、1mm的1100纯铝板和120mm、60mm、10mm的304不锈钢板，不锈钢钢板在820℃下退火3小时然后空冷，铝合金板在500℃下退火3小时然后空冷，然后用装有180号金刚石砂纸的打磨机对钢板和铝板待复合面的氧化层和油脂等杂质进行清理，并在装有丙酮和酒精的超声波清洗仪器里反复清洗干净，最后再用烘干机立刻干燥，将上述不锈钢板和铝板对齐贴紧叠合后，接着用铝制铆钉铆住板材固定四个角。
(2)在通有氩气惰性气体的电阻炉中将板坯加热到450℃，以100mm/s轧制速度和35％压下率热轧板坯。
(3)对第一步轧制冷却后的复合板材加热到550℃保温2h进行去应力和组织均匀化退火，并对翘曲的钢铝复合板用辊式板材矫直机进行矫直处理得到平整幅面的板材。
(4)将第一步制备的304/1100钢铝复合板的纯铝表面和第二步所用的120mm*60mm*10mm的6061铝合金板进行表面处理，去除待复合面的油污和氧化膜，处理工艺与(1)中相同，将板材对齐贴紧叠合放置并用铆钉固定。
(5)第二步轧制以100mm/s轧制速度和40％压下率对板材进行冷轧。
(6)对板材进行一系列冷却、矫直、切断等精整处理工艺，获得最终的成品钢铝复合板。
实施例2
(1)取长、宽、厚尺寸分别为240mm、120mm、2mm的6061铝合金板和240mm、120mm、10mm的Q235普碳钢板，钢板在820℃下退火3小时然后空冷，铝合金板在500℃下退火3小时然后空冷，然后用装有180号金刚石砂纸的打磨机对钢板和铝板待复合面的氧化层和油脂等杂质进行清理，并在装有丙酮和酒精的超声波清洗仪器里反复清洗干净，最后再用烘干机立刻干燥，将上述Q235钢板和6061铝板对齐叠合，在钢板和铝板之间通过铝制垫片留出1mm间隙，然后将板坯的四个角进行钻孔并用铝制铆钉固定。
(2)在通有氩气惰性气体的电磁感应加热炉中将钢板加热到850℃，铝板加热到120℃，以200mm/s轧制速度和25％压下率异温轧制板坯。
(3)对第一步轧制冷却后的复合板材加热到550℃保温2h进行去应力和组织均匀化退火，并对翘曲的钢铝复合板用辊式板材矫直机进行矫直处理得到平整幅面的板材。
(4)将第一步制备的Q235/6061钢铝复合板的6061铝表面和第二步所用的120mm*60mm*8mm的6061铝合金板进行表面处理，去除待复合面的油污和氧化膜，处理工艺与(1)中相同，将板材对齐贴紧叠合放置并用铆钉固定。
(5)第二步轧制以200mm/s轧制速度和35％压下率对板材进行冷轧。
(6)对板材进行一系列冷却、矫直、切断等精整处理工艺，获得最终的成品钢铝复合板。
本实施例最终得到的钢铝复合板，钢铝在较低的压下率下即可实现有效结合，降低了临界复合变形率，大大降低了对轧机的能力要求，并且第二步在小压下率下通过不同厚度的铝板与第一步制备的复合板进行冷轧实现了铝层厚度可控的成品钢铝复合板材；测得的钢铝复合界面的结合强度大于70MPa，铝铝界面的结合强度大于80MPa，在大角度弯曲下界面未出现显微裂纹，达到良好的抗弯曲性能。与现有的一步热轧或冷轧制备钢铝复合板方法相比，本发明两步法轧制制备钢铝复合板，先通过利用热轧或者异温轧制，再利用冷轧的分步法制备钢铝复合板，两步均可在较小压下率下实现高结合强度的钢铝和铝铝结合界面，在第二步冷轧复合时选择不同厚度规格的铝板，最终实现了不同铝层厚度的成品钢铝复合板，并且钢铝复合板具备高的结合性能和良好的抗弯曲性能，为工业上实现以市场需求为主导的多品种多规格高性能复合板材的生产提供了可行办法。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、初始板材待复合表面预处理、组坯和固定：截取长和宽尺寸相同，钢铝厚度比例为5:1～20:1的钢板和铝板做倒角处理后，将钢板和铝板分别进行退火处理，去除钢板和铝板待复合面的油污和氧化膜，将钢板和铝板对齐贴紧叠合放置，或者在钢板和铝板之间通过垫片形成0.5mm～2.5mm间隙，然后将板坯的四个角进行钻孔并铆接，获得第一次轧制所需的无间隙的组装板坯或有间隙的组装板坯；
S2、第一步轧制：选择一定的轧制速度、压下率和加热温度将无间隙的钢铝组装板坯立刻送入轧机进行热轧，或者选择利用感应加热对有间隙的组装板坯以一定的温差进行异温轧制，得到钢铝复合板；
S3、退火及矫直：第一次轧制制备的钢铝复合板进行退火和矫直获得平整幅面以便于进行第二次组坯、固定和轧制；
S4、板材的二次处理、组坯和固定：将步骤S3得到的钢铝复合板的铝表面以及不同厚度的铝板进行表面处理，然后去除待复合面的油污和氧化膜，将钢铝复合板的钢板和铝板对齐贴紧叠合放置并用铆钉进行固定；
S5、第二步轧制：以轧制速度0.05m/s-3m/s，轧制压下率20％-40％对二次处理组装后的板坯进行冷轧；
S6、精整：对板材进行精整处理工艺，获得成品钢铝复合板材；
其中，钢铝复合界面的结合强度大于70MPa，铝铝界面的结合强度大于80MPa。
2.根据权利要求1所述的两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其特征在于：步骤S1中钢板在780-850℃下退火2-3小时然后空冷，铝板在450-530℃下退火2-3小时然后空冷，退火后的板坯再进行打磨处理，板坯采用铝制铆钉或者螺栓螺母将钢板和铝板进行固定组坯。
3.根据权利要求1所述的两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其特征在于：步骤S1以及步骤S4中采用机械打磨法去除钢板以及铝板待复合面的氧化层和油脂后，利用超声波清洗仪器清洗干净，并用吹风装置干燥；或者用电化学腐蚀法去除掉钢板和铝板待复合面的氧化层和油脂后用酒精和蒸馏水清洗后进行烘干备用。
4.根据权利要求1所述的两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其特征在于：步骤S1中的无间隙的钢铝组装板坯的钢板选自任意钢板中的一种，无间隙的钢铝组装板坯的铝板选自纯铝或铝合金板中的一种；
有间隙的钢铝组装板坯的钢板选自带有磁性钢板中的一种，有间隙的钢铝组装板坯的铝板选自纯铝或铝合金板中的一种。
5.根据权利要求4所述的两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其特征在于：步骤S2中利用感应加热对有间隙的组装板坯以一定的温差进行异温轧制时，在电阻加热炉或感应加热炉腔内通入惰性气体以防止钢板和铝板的待复合面在加热过程中被氧化。
6.根据权利要求4所述的两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其特征在于：步骤S2中无间隙的钢铝组装板坯进行热轧的电阻炉加热温度到250℃-550℃；
步骤S2中对有间隙的钢铝组装板坯采用异温轧制工艺的板材感应加热后，钢板温度加热到750℃-1000℃，铝板温度加热到100℃-300℃，钢铝温差的最大值为600℃或以上。
7.根据权利要求1所述的两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其特征在于：步骤S2中无间隙的钢铝组装板坯的热轧轧制压下率为10％-40％，有间隙的钢铝组装板坯的异温轧制压下率为10％-30％，热轧轧制和异温轧制的轧制速度均为0.05m/s-3m/s。
8.根据权利要求1所述的两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其特征在于：步骤S3中当第一步轧制后的钢铝复合板冷却室温后，对所述的钢铝复合板进行退火工艺处理，加热到500℃-560℃保温2-3h后随炉冷却，对所述钢铝复合板用辊式板材矫直机进行矫直处理，获得高结合强度和平整幅面的复合板材。
9.根据权利要求1所述的两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其特征在于：步骤S5中第二步轧制所用的不同厚度铝板为纯铝或者铝合金中的一种。
10.根据权利要求1所述的两步法轧制制备钢铝复合板的方法，其特征在于：步骤S4中不同厚度的铝板与初始钢板厚度比大于0.5。
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