DE3625755A1

DE3625755A1 - Composite material

Info

Publication number: DE3625755A1
Application number: DE19863625755
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Dr Schroeder; Ulrich Dr Tenhaven
Original assignee: Hoesch Stahl AG
Current assignee: Hoesch Stahl AG
Priority date: 1986-07-30
Filing date: 1986-07-30
Publication date: 1988-02-11
Also published as: DE3625755C2

Abstract

The invention relates to a method for the production of layered metallic composite materials from two or more strips of metals or metal alloys and a plant for carrying out this method. In order to be able to produce a processable, formable and weldable composite material in a simple manner and without further treatment, the proposal is that, before being joined together, the strips should be degreased, cleaned and freed from oxides, then brought together in a roll nip and the metal strip surfaces to be joined are melted by means of one more electron beams and joined together by roll pressure; for this purpose, a roll stand is essentially arranged in a low-pressure chamber and an electron gun system with deflection units is provided in front of the roll nip of the said stand.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von schichtförmigen metallischen Verbundwerkstoffen aus zwei oder mehreren Bändern aus Metallen oder Metallegierungen so wie eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method of manufacture of layered metallic composite materials made of two or several strips of metal or metal alloys like this like a plant to carry out this procedure.

Es ist bekannt, blechförmige Metall-Verbundwerkstoffe mit Schichtstruktur durch Kaltwalzen mit sehr hohen Walzdrücken, durch Warmwalzen mit sehr hohen Walzdrücken, durch Spreng plattieren und durch Gießplattieren mit in der Regel nach folgendem Auswalzen herzustellen.It is known to use sheet metal composite materials Layer structure through cold rolling with very high rolling pressures, by hot rolling with very high rolling pressures, by blasting plating and by plating with usually after following rolling out.

Die in bekannter Weise hergestellten Verbundwerkstoffe wei sen dem Verwendungszweck entsprechend eine bzw. mehrere dicke tragende Schichten sowie dicke Oberflächenschichten auf. Damit unterscheiden sich die nach bekannten Verfahren hergestellten Produkte von denjenigen, bei denen durch Ober flächenveredelungsverfahren, z. B. durch Elektrolyse, durch Diffusion, durch Schmelztauchen oder durch Bedampfen ver hältnismäßig dünne Korrosions- oder Verschleißschutz schichten auf metallische Oberflächen aufgebracht werden.The composite materials produced in a known manner sen one or more according to the intended use thick load-bearing layers as well as thick surface layers on. This differs from the known methods products manufactured by those in which by Ober surface finishing processes, e.g. B. by electrolysis Diffusion, by hot dipping or by vapor deposition relatively thin corrosion or wear protection layers can be applied to metallic surfaces.

Im einzelnen werden beim Kaltplattieren zwei Metallbänder durch hohe Walzdrücke mechanisch miteinander verbunden. Bei dieser Technik - z. B. zur Herstellung von mit Aluminium, Kupfer oder Messing plattiertem Stahlband - erfährt der Ver bundwerkstoff eine starke Kaltverformung, so daß in jedem Falle eine Rekristallisationsglühung zur Erlangung einer guten Umformfähigkeit erforderlich wird. Um eine uner wünschte Diffusion und Legierungsbildung zwischen den Metallschichten zu vermeiden, muß die Rekristallisations temperatur sehr gezielt gesteuert werden; deshalb können in der Regel die für den Einzelwerkstoff optimalen Wärmebehand lungsbedingungen nicht angewendet werden.In particular, two metal strips are mechanically connected to one another by high rolling pressures during cold plating. With this technique - e.g. B. for the production of aluminum, copper or brass plated steel strip - the United composite material experiences a strong cold deformation, so that in any case a recrystallization annealing is required to achieve good formability. In order to avoid undesired diffusion and alloy formation between the metal layers, the recrystallization temperature must be controlled very specifically; therefore, the optimal heat treatment conditions for the individual material cannot generally be applied.

Werden zwei Metallbänder durch Warmplattieren miteinander verbunden, so muß jede Oxidation der zu verbindenden Ober flächen durch geeignete, z. T. sehr aufwendige Maßnahmen vermieden werden. Darüber hinaus ist mit einer Adjustierung des Verbundwerkstoffes durch Besäumen und Schopfen das Aus bringen begrenzt.Are two metal strips by hot plating together connected, so any oxidation of the upper to be connected areas by suitable, e.g. T. very expensive measures be avoided. It also comes with an adjustment of the composite material by trimming and cropping bring limited.

Das weiterhin bekannte Sprengplattieren ist nur für einzelne Verbundblechtafeln anwendbar und erfordert demgemäß einen hohen Aufwand.The still known explosive plating is only for some Composite metal sheets applicable and accordingly requires one high effort.

Beim bekannten Schweißplattieren wird die Korrosions- oder die Verschleißschutzschicht durch Aufschmelzen von Stab- oder Bandelektroden aufgebracht. Abgesehen von einer ge ringen Fertigungsgeschwindigkeit müssen Schweißplattier schichten in der Regel zur Glättung der Oberfläche mecha nisch bearbeitet werden. Die Struktur der aufgebrachten Schicht entspricht dem Erstarrungsgefüge der Schweißschmelze und erlaubt in der Regel keine Umformung des Verbundwerk stoffes. Entsprechendes gilt auch für aufgegossene Plattier schichten.In the known welding plating, the corrosion or the wear protection layer by melting rod or applied band electrodes. Apart from a ge wrestle manufacturing speed must weld plating layers usually to smooth the surface mecha be processed nically. The structure of the angry Layer corresponds to the solidification structure of the weld melt and generally does not allow the composite to be reshaped fabric. The same applies to poured plating layers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren an zugeben, mittels dessen die Nachteile der bekannten Ver fahren vermieden werden und auf einfache Weise ohne weitere Nachbehandlung ein verarbeitungsfähiger, umformbarer und schweißfähiger Verbundwerkstoff herstellbar ist. Diese Auf gabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen aufgeführt und er geben sich ferner nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Ein solcher Verbundwerkstoff wird vorzugsweise im chemischen Apparatebau oder bei der Energiegewinnung für die Förderung oder den Transport von Erdgas oder Erdöl eingesetzt werden. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbe sondere darin zu sehen, daß die Eigenschaften der einge setzten Werkstoffkomponenten auch nach dem Zusammenfügen zu einem Verbundwerkstoff erhalten bleiben, wobei Werkstoff kombinationen möglich sind, die nach dem Kaltwalz- oder Warmwalzplattierverfahren sowie mit Schweiß- und Gießplat tieren nicht herstellbar sind. So ist z. B. eine Plattierung von Titan auf Stahl möglich, weil die Legierungsbildung durch das Aufschmelzen nur sehr dünner Oberflächenschichten in engen Grenzen gehalten wird. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, daß eine vollkontinuierliche Fertigung von Verbundwerkstoffen möglich ist, da Metall bänder endlicher Länge aneinandergeschweißt und der Plattieranlage zuführbar sind. Weiterhin ist hervorzuheben, daß im Gegensatz zu bekannten Warm- und Kaltwalzplattierver fahren für das erfindungsgemäße Verfahren nur verhältnis mäßig geringe Walzkräfte für die Fügung der Einzelkomponen ten zu einem Verbundwerkstoff notwendig sind. Schließlich ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik darin zu sehen, daß die zu verbindenden Metall bänder auf die Endabmessungsbreite des Verbundwerkstoffes beschnitten werden können, so daß eine nachträgliche Besäu mung des Verbundwerkstoffes mit den daraus resultierenden Nachteilen entfallen kann.The invention has for its object a method admit, by means of which the disadvantages of the known Ver driving can be avoided and easily without further Aftertreatment a processable, malleable and weldable composite material can be produced. This on Gift is according to the invention by a method according to claim 1 solved. Advantageous further developments of the invention Procedure are listed in the subclaims and he give themselves according to the preferred embodiment. Such a composite material is preferably used in the chemical Apparatus construction or for the production of energy for the promotion or the transportation of natural gas or oil. The advantages of the method according to the invention are particularly great special to see that the properties of the add material components even after joining a composite material is retained, whereby material Combinations are possible after the cold rolling or Hot rolling cladding process as well as with welding and casting plat animals cannot be produced. So z. B. plating from titanium to steel possible because of the alloy formation by melting only very thin surface layers is kept within narrow limits. Another advantage of The process can be seen in the fact that a fully continuous Manufacturing of composite materials is possible because of metal strips of finite length welded together and the Plating system can be fed. It should also be emphasized that in contrast to known hot and cold rolling plating drive only ratio for the inventive method moderately low rolling forces for joining the individual components composites are necessary. In the end is another advantage of the process over the prior art the technology to be seen in that the metal to be joined tapes to the final dimension width of the composite material can be trimmed so that a subsequent trimming the composite material with the resulting Disadvantages can be eliminated.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispieles näher erläutert, wobei die einzige Fig. eine vorteilhafte Anlage zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens zeigt.The invention is explained in more detail below with reference to a preferred exemplary embodiment, the single FIG. Showing an advantageous system for carrying out the method according to the invention.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor zugsweise verwendete Einrichtung besteht - wie die Fig. zeigt - im wesentlichen aus einer Niederdruckkammer 1 mit den Eintrittsschleusen 2, 3 und dem Ausschleusesystem 4 und einem in der Kammer 1 befindlichen Walzgerüst 5. The device used for carrying out the method of the invention preferably consists in front - as the Fig showing -. Essentially of a low-pressure chamber 1 with the entry locks 2, 3 and 4 and the Ausschleusesystem a rolling stand 5 in the chamber 1.

Vor dem Walzgerüst 5 - in Durchlaufrichtung der miteinander zu verbindenden Metallbänder 6, 7 gesehen - sind Umlenk rollen 8, 9 vorgesehen sowie des weiteren Reinigungs- und Aktivierungsstationen 10 für die Vorbehandlung der zu ver bindenden Bänder 6, 7.Before the roll stand 5 - seen in the direction of passage of the metal strips 6 , 7 to be connected - deflection rollers 8 , 9 are provided as well as further cleaning and activation stations 10 for the pretreatment of the strips 6 , 7 to be bonded.

Unmittelbar vor dem Walzspalt des Walzgerüstes 5 ist ein Elektronenstrahlkanonensystem 11 mit Ablenkeinheiten vorge sehen. Mittels eines Pumpsystemes 12 wird der erforderliche Unterdruck von 10^-4 bis 100 mbar in der Kammer 1 einge stellt. Mittels einer Gaszuführung 13 kann der Niederdruck kammer 1 Schutzgas oder eine Schutzgasmischung zugeführt werden.Immediately in front of the roll gap of the roll stand 5 , an electron beam gun system 11 with deflection units is easily seen. By means of a pump system 12 , the required negative pressure of 10 ^-4 to 100 mbar is set in the chamber 1 . By means of a gas supply 13 , the low pressure chamber 1 protective gas or a protective gas mixture can be supplied.

Zur Herstellung eines schichtförmigen Verbundwerkstoffes aus zwei metallischen Bänder 6, 7 werden diese zur Entfernung von Rückständen und Oberflächenoxiden in bekannter Weise gereinigt und anschließend durch die vakuumdichten Ein trittsschleusen 2, 3 in die Niederdruckkammer 1 eingeführt. Um eine Oxidation der Oberfläche vor dem Zusammenfügen zu vermeiden, weist die Kammer 1 eine Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffpartialdruck, vorzugsweise eine Atmosphäre aus einem inerten Gas, z. B. Argon, Stickstoff, und/oder redu zierenden Gas, z. B. Wasserstoff, auf. Im Ausführungsbei spiel besteht das eine Metallband 6 mit einer Dicke von bis zu 15 mm aus einem hochfesten, zähen Baustahl und das dünnere Metallband mit einer Dicke von bis zu 2 mm aus einem Cr-Ni-legierten korrosionsbeständigem Stahl. Die Metall bänder 6, 7 werden - soweit es die Oberflächenbeschaffenheit nach der einleitend vorgesehenen Reinigung noch erfordert - aktivierend, z. B. durch Bürsten in der Aktivierungs station 10, behandelt. Über die Umlenkrollen 8 und 9 werden die Metallbänder 6, 7 dem Walzspalt des Walzgerüstes 5 zuge führt. Das vor dem Walzspalt des Walzgerüstes 5 angeordnete Elektronenstrahlkanonensystem 11 schmelzt die einander ge genüberliegenden und zu verbindenden Oberflächen beider Metallbänder 6, 7 kurz vor dem Walzspalt auf. Die Auf schmelztemperatur ist dabei so gewählt, daß auch die etwa noch vorhandenen Oberflächenoxide auf den zu verbindenden Oberflächen aufgeschmolzen werden. Da der Elektronenstrahl einem kreisförmigen Querschnitt hat, dessen Durchmesser deutlich kleiner als die Breite der aufzuschmelzenden Bänder ist, wird der Strahl mittels eines Ablenksystems über die Oberfläche der Bänder 6, 7 geführt, vorzugsweise mäander- oder sägezahnfömig.To produce a layered composite material from two metallic strips 6 , 7 , these are cleaned in a known manner to remove residues and surface oxides and then introduced through the vacuum-tight entrance locks 2 , 3 into the low-pressure chamber 1 . In order to avoid oxidation of the surface before assembly, the chamber 1 has an atmosphere with a low oxygen partial pressure, preferably an atmosphere of an inert gas, e.g. B. argon, nitrogen, and / or reducing gas, z. B. hydrogen. In the game Ausführungsbei is a metal strip 6 with a thickness of up to 15 mm from a high-strength, tough structural steel and the thinner metal strip with a thickness of up to 2 mm from a Cr-Ni alloyed corrosion-resistant steel. The metal strips 6 , 7 - as far as the surface quality after the preliminary cleaning is still required - activating, for. B. treated by brushing in the activation station 10 . About the deflection rollers 8 and 9 , the metal strips 6 , 7 leads to the roll gap of the roll stand 5 . The arranged in front of the roll gap of the roll stand 5 electron beam gun system 11 melts the mutually opposite and to be joined surfaces of both metal strips 6 , 7 shortly before the roll gap. The melting temperature is selected so that any surface oxides that are still present are melted on the surfaces to be joined. Since the electron beam has a circular cross section, the diameter of which is significantly smaller than the width of the strips to be melted, the beam is guided over the surface of the strips 6 , 7 by means of a deflection system, preferably in a meandering or sawtooth shape.

Im Walzspalt des Walzgerüstes 5 werden die Bänder 6, 7 mit den aufgeschmolzenen Oberflächen durch einen ausreichenden Walzdruck gegeneinander gepreßt und auf diese Weise mitein ander verbunden. Der so entstandene, schichtförmige Verbund werkstoff 14 wird durch das vakuumdichte Ausschleusesystem 4 aus der Niederdruckkammer 1 herausgeführt.In the roll gap of the roll stand 5 , the strips 6 , 7 with the melted surfaces are pressed against one another by a sufficient rolling pressure and in this way connected to one another. The resulting layered composite material 14 is led out of the low pressure chamber 1 through the vacuum-tight discharge system 4 .

Vor der Niederdruckkammer 1 sind im übrigen nicht näher be schriebene Haspel angeordnet, von denen die jeweils aufge wickelten Metallbänder 6, 7 abgewickelt werden. Je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck des erfindungsgemäß herge stellten schichtförmigen Verbundwerkstoffes 14 ist im An schluß an das Ausschleusesystem 4 ebenfalls eine nicht dar gestellte Haspel- oder eine Zerteilanlage vorgesehen.Before the low pressure chamber 1 not further be signed reel are arranged in the other, of which each wound metal strips 6, are handled. 7 Depending on the intended use of the layered composite material 14 according to the invention, a reel or cutting system (not shown) is also provided in connection with the discharge system 4 .

Reference numbers 1 low pressure chamber
2, 3 entrance lock system
4 discharge system
5 roll stand
6, 7 metal bands
8, 9 pulleys
10 activation station
11 electron gun system with deflection unit
12 pump system
13 gas supply
14 composite material

Claims

1. A process for the production of layered metallic composites from two or more strips of metals or metal alloys, characterized in that the strips are degreased, cleaned and freed of oxides before they are brought together, subsequently combined in a roll gap, the upper to be joined surfaces of the metal strips are melted with one or more electron beams and joined together by rolling pressure.

2. The method according to claim 1, characterized in that the melting of the surfaces to be connected and the assembly is carried out by rolling pressure in a closed chamber at a pressure of 10 ^-4 to 100 mbar.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized records that the melting of the surface and the Zu assemble by rolling pressure in an atmosphere low oxygen partial pressure, preferably below Argon, nitrogen or hydrogen or a mixture these gases occur.

4. Plant for performing the method according to claims 1 to 3, characterized in that a roll stand ( 5 ) is arranged in a low-pressure chamber ( 1 ), an electron beam gun system ( 11 ) with deflection units is provided in front of the roll gap.

5. Plant according to claim 4, characterized in that the low-pressure chamber ( 1 ) with a pump system ( 12 ) for Her position of the negative pressure in the chamber and with a gas supply ( 13 ) is provided.

6. System according to claims 4 and 5, characterized in that in a wall of the low pressure chamber ( 1 ) a kick lock ( 2 , 3 ) for the metal strips to be introduced and to be ver ( 6 , 7 ) and in a further wall a discharge system ( 4 ) for the band made of composite material ( 14 ) is provided.

7. Plant according to claims 4 to 6, characterized in that the entry locks ( 2 , 3 ) activation stations ( 10 ) are assigned.

8. Plant according to claim 4, characterized in that between the entrance locks ( 2 , 3 ) and the Walzge stand ( 5 ) each have a metal strip ( 6 , 7 ) is assigned a deflection roll ( 8 , 9 ).