[发明专利]一种多层金属耦合变形轧制复合方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于异种金属复合板材制备技术领域，具体涉及一种多层金属材料卷曲控温张力弯曲耦合变形轧制复合的方法与装置。

背景技术

层状金属复合材料能充分发挥各组元材料的性能特长，具有高强、高韧、耐高温、耐腐蚀、耐氧化、性价比高等综合优良特性，是航空航天、石油化工、核能、造船等领域急需的结构材料。

在能源和资源日益紧张的今天，其在资源高效利用方面也显得更加突出，多层金属复合薄板带制备方法及装置的开发是金属复合材料制备领域的一个重点研究方向。

我国层状金属复合板材虽然在国民经济的各个领域得到快速应用，但与世界先进水平差距仍然很大，主要原因是受制于高性能金属复合板加工制备技术，尤其是薄规格(厚度规格3.0-10.0mm、双面覆层厚0.07-1.0mm)的多层金属复合板带的制备还非常困难。

目前多层金属材料轧制复合的生产工艺和技术落后，关于异种金属多层复合板的变形协调及各向异性问题、轧制复合过程中热力学参数对界面结合性能和板形状态的影响规律与控制技术、界面损伤与断裂等问题没有得到很好的解决，导致现有复合材料产品规格单一，复合板产品界面残余应力高、结合强度低、塑韧性差，板形质量差及深加工困难。

目前，爆炸复合和轧制复合是层状异种金属固相复合的主要方法。

爆炸复合法工艺为：基板+复板毛板下料→矫直→纵切→横切→基板+复板+炸药组合→引爆炸药复合连接→后续精整处理等(见附图4)。

它利用炸药作为能源，在炸药的高速引爆和冲击作用下，在十分短暂的过程中使被焊金属表面形成一层薄的具有塑性变形、熔化、扩散以及波形特征的焊接过渡区，从而实现两种或两种以上金属的大面积焊接。

该工艺方法存在一些缺陷和应用上的局限性，表现为复合板存在的爆炸不复、表面烧伤、大面积熔化、爆炸变形、爆炸脆裂等缺陷。

这些缺陷对复合板的表面质量、力学性能、后续加工和使用产生非常不利的影响。同时多数双金属爆炸结合后还要进行交叉轧制减薄和改善板形。

因此，该工艺无法实现异种金属薄板带的生产，同时该方法工作环境差、污染严重、生产场地受限制且具有一定的危险性。

传统轧制复合法工艺为：复合坯加热→高压水除鳞→四辊粗轧(往复除磷)→四辊精轧(往复除磷)→层流冷却→多辊矫直→冷床冷却→后续热处理及精整作业。(见附图5)。

该方法受轧制温度和设备能力的制约，生产复合板的厚度大于6mm，长度小于50m，生产3.0-6.0mm薄规格的复合带材成材率极低，几乎无法生产。

传统轧制复合方法工艺流程冗长，在粗轧和精轧的每个道次，要对复合板表面进行高压水除磷，加速了复合板的温降，会严重影响界面各组元金属原子扩散结合，还易生成脆性金属间化合物，导致复合界面结合强度低、残余应力高、韧性差、板形差(也称龟背缺陷)，复合板分离后的“龟背”缺陷。(见附图6)

轧制表层为较薄的贵金属覆层材料时上述缺陷会更加严重。因此，提高层状金属复合板材的界面结合强度和塑韧性及大幅度降低界面残余应力等问题是急需解决的一项关键技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种多层金属耦合变形轧制复合方法与装置，通过控温张力卷取和板面纵横交叉弯曲及轧制的耦合变形进行多层金属的轧制复合。

本方法的流程为复合坯加热→高压水除鳞→四辊轧机→卷取保温+张力+板面纵横交叉弯曲变形单元+轧制(即：前控温卷取+张力弯曲单元←(往复)→四辊轧机←(往复)→后控温卷取+张力弯曲单元)→层流冷却→成品卷取→成品卷后续热处理或冷轧重卷精整。

本发明中的多层金属耦合变形轧制复合装置包括复合坯1，加热炉2，前张力弯曲单元3，四辊可逆轧机4，后张力弯曲单元5，后卷曲加热炉6，前卷曲加热炉7，层流冷却装置8，导向夹送辊9，卷取机10。

复合坯1，加热炉2，前张力弯曲单元3，前卷曲加热炉7在四辊可逆轧机左侧，后张力弯曲单元5，后卷曲加热炉6，层流冷却装置8，导向夹送辊9，地下成品卷取机10在四辊可逆轧机右侧。

前张力弯曲单元3、后张力弯曲单元5对复合板施加往复的，沿板材宽度和厚度方向的弯曲变形，有效降低界面内应力、改善组织性能，保证良好板形。