CN108160708B - 一种快速制备带喷涂夹层的双层金属复合板的铸轧装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种快速制备带喷涂夹层的双层金属复合板的铸轧装置，主要包括开卷辊、电磁加热辊、平面整形轧辊、凹凸压花辊、平面复合轧辊、板坯分离器、卷曲辊、铌粉储存室、复材储存室、分层隔离组件及输料辊。本发明的铸轧方法如下：将不锈钢板带加热并轧制成有凹坑的坯料，该坯料上喷覆有铌粉；液态不锈钢复材经冷却变为半凝固状态，并在其上涂覆隔离剂；采用平面复合轧辊将两组不锈钢板带坯料与不锈钢复材同时进行轧制。本发明不仅轧制效率提升1倍以上，而且由于防止界面两金属板之间碳扩散，使得界面强度大幅提升，性能优良。本发明可使界面剪切强度达到335Mpa，大于复层材料剪切强度，远高于国标规定的剪切强度，界面结合良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属材料复合成形装置及成形方法。
背景技术
由于复合材料可以发挥各组元成分的优势，实现材料的最优配置，提高组织材料性能，节约稀有原料，在社会发展中复合材料的研究一直占有极其重要的地位，在国民经济的发展中也发挥着重要作用。其中金属复合材料的制备是复合材料领域的一个重大分支。
现如今，金属复合板材制备工艺虽然很多，但都有各自的缺陷。爆炸复合法虽然界面结合强度较高，但其加工工艺危险性较高，劳动条件差、机械化程度低，加工效率低，同时对环境也会造成一定的污染。扩散焊接法，工艺设备复杂并且价格昂贵，不适合大规模生产。固-固复合轧制法前处理复杂，并且界面结合性能不高；液-液复合轧制法技术尚不成熟，存在难题过多；相比来说，固-液复合轧制法具有快速、高效的特点，易于自动化生产，符合当今世界快速发展的主题。
在授权公告号为CN 103769417 B的专利《采用单机双流连续铸轧双金属复合板带材的设备及方法》中将两个单金属复合带坯铸轧单元上同步独立完成两种不同金属带材的铸轧成形，并将其作为坯料，在由两个主铸轧辊轧制成双金属复合带材。该种方法仅是将浇铸成形与固固轧制简单结合，界面结合强度不高。
授权公告号为CN 204294705 U的专利《一种轧制金属波纹板的组合式轧辊》采用的是纵向波纹；授权公告号为CN 203095845 U的专利《带有新型花型的压花滚筒》中采用的是压花辊；花型为四棱台或六棱台凸起；授权公告号为CN 2806125 Y的专利《带有压花、压光的辊筒装置》中辊筒表面采用的是相互配合的直线槽或曲线槽；该类轧辊可以快速轧制出所需要形状的板坯，但如果应用于铸轧复合板带中，虽然一定程度上可以增大板坯复合界面接触面积，但是其表面形状对铸轧板带非常不利，致使金属结合面摩擦较小，流动性增大，不利于固液态金属板坯复合，影响界面结合质量；期刊《DL型压花辊、网纹辊》中涉及到的是一种D型压花辊，该种压花辊应用在铸轧板带中，虽然可以增大结合界面接触面积，增大摩擦力，但是，其表面形状会使得复合界面产生应力集中现象，影响复合板质量。
授权公告号为CN 102049478 A的专利《不锈钢复合板坯的固-液相连续复合装置》虽然可以连续生产单一金属材料以及双金属材料薄板坯料，其下方采用的冷却分隔系统属于用分隔刀板的外力强力分隔，该方式会影响板材组织材料结构性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能提高轧制效率又能提高界面结合性能并增强界面结合强度的快速制备带喷涂夹层的双层金属复合板的铸轧装置及方法。
本发明的快速制备带喷涂夹层的双层金属复合板的铸轧装置(以下简称铸轧装置)，主要包括开卷辊、电磁加热辊、平面整形轧辊、凹凸压花辊、平面复合轧辊、板坯分离器、卷曲辊、铌粉储存室、复材储存室、分层隔离组件及输料辊。其中，两转动方向相对的开卷辊下面各设一个输料辊，两者之间可有板带通过，在两开卷辊朝向两者对称面一侧各设一对电磁加热辊，板带经电磁加热辊后被加热，在两对电磁加热辊朝向两开卷辊对称面一侧设有相对的两轧辊，其位于坯料板带下面的是平面整形轧辊，其位于板材坯料上面的是凹凸压花辊，该凹凸压花辊的工作面设有丘陵状凸起，使轧制出的板带坯料表面为丘陵状凹坑。在平面整形轧辊和凹凸压花辊朝向两开卷辊对称面一侧设有低于两者位置并接近两开卷辊对称面的导向输送辊，使此段两板带坯料向两开卷辊对称面及下方倾斜，在平面整形轧辊与导向输出辊之间上面设有喷头，其通过管路与铌粉储存室相连，该铌粉储存室为气压罐。两导向输送辊下面设有一对间隙可调的平面复合轧辊且两者间隙中心过两开卷辊对称面，平面复合轧辊可将涂覆隔离剂的两张双金属复合板对称轧制。位于一对导向输送辊与一对平面复合轧辊之间的板带坯料所夹空间截面呈等腰三角形即浇铸区间，该浇铸区间上部设有下部呈叉形的金属导管，该金属导管上端置于盛有金属熔液的复材储存室内。在叉形金属导管下面设有分层隔离组件，该分层隔离组件截面呈与浇铸区间对应的倒锥形，其有一个封闭的内壳，内壳上部腔内靠近内壳壁的部位设有通冷却水的循环管，内壳上部腔外设有与其平行的上端与内壳相连的隔离剂钨钢渗透板,即钨钢板，使渗透剂从渗透板表面浸出，防止金属液粘接在壳壁表面；隔离剂渗透板下端与内壳外套上端相连，该内壳外套上设有若干水平条形通孔，每个水平条形通孔上均设隔离剂涂覆辊，隔离剂涂覆辊轴一端穿过条形通孔一侧与其对应的槽孔，涂覆辊轴另一端穿过条形通孔另一侧与其对应的通孔，涂覆辊轴两端分别置于对应的滚动轴承内圈内，所述滚动轴承则固定在分层隔离组件两侧端盖上，以便在半凝固状态的复材表面均匀涂覆隔离剂并协助降温。所述平面轧辊出料方向一侧设有截面近似为等腰三角形的板坯分离器，该板坯分离器顶角与两张双金属复合板隔离层对应，将两复合板坯分隔成两张双金属复合板。在板坯分离器两侧各设一个卷曲辊，以便将双金属复合板卷成卷。
本发明快速制备带喷涂夹层的双层金属复合板的铸轧方法：
(1)前处理准备阶段
开卷辊将不锈钢板带展开，输料辊进行传送，经电磁加热辊加热至950-1250℃，送入平面整形轧辊和凹凸扎花辊轧制成具有反丘陵状凹坑的不锈钢板带坯料；与此同时，对铌粉储存罐进行加压，将铌粉经喷头均匀喷覆于轧制成形的不锈钢板带坯料上，喷覆厚度为0.4～0.8mm。
(2)浇铸阶段
喷覆完成的不锈钢板带坯料经导向输料辊调整方向进入浇铸区间，金属熔液导管将液态不锈钢复材导入浇铸区间。经分层隔离组件上半部分水循环冷却机构将液态不锈钢复材降低至使不锈钢复材变为半凝固状态，同时分层隔离组件下部的隔离剂涂覆机构在两不锈钢复材相对的表面均匀涂覆隔离剂，涂覆厚度为0.6～1.2mm；
(3)轧制成形阶段
涂覆有隔离剂的板带板材，进入一对提前将两轧辊调节到指定宽度的平面复合轧辊内进行对称轧制，轧制成型后由输料辊向后传送，板坯分离器将成形的复合板材进行分隔处理，完成后经卷曲辊卷曲成卷。本发明的所有轧制均在真空条件下进行。
本发明较传统轧制方法相比具有如下优点：采用双层金属对称轧制，并应用分层隔离组件，使得轧制效率提升1倍以上。应用夹层喷覆装置，均匀喷涂夹层，防止界面两金属板之间碳扩散，并采用凹凸压花辊轧制成形，增加了复合界面接触面积，使得界面强度大幅提升，性能优良。GB/T8165-2008中规定的不锈钢复合板剪切强度大于210MPa，在实际应用中，复合板界面结合强度应不小于软层材料(复层316L)的剪切强度300MPa，才能保证界面良好结合，本发明可使界面剪切强度达到335Mpa，大于复层材料剪切强度，远高于国标规定的剪切强度，界面结合良好。
附图说明
图1为本发明铸轧装置主视示意简图。
图2为图1中凹凸压花辊主视示意简图。
图3为图1中分层隔离组件侧视剖面示意简图。
图中：1-开卷辊；2-EH40板带；3-输料辊；4-平面整形轧辊；5-喷头；6-金属熔液导管；7-分层隔离组件；7a-冷却循环管道；7b-隔离剂渗透板；7c-隔离剂涂覆辊；7d-内壳；7e-内壳外套；8-隔离剂；9-平面复合轧辊；10-板坯分离器；11-复合板材；12-卷曲辊；13-316L复材储存室；14-316L熔液；15-铌粉储存室；16-凹凸压花辊；17-电磁加热辊；18-导向输送辊。
具体实施方式
在图1所述的快速制备带喷涂夹层的双层金属复合板的铸轧装置主视示意简图中，两转动方向相对的开卷辊1下面各设一个输料辊3，在两开卷辊朝向两者对称面一侧各设一对电磁加热辊17，在两对电磁加热辊朝向两开卷辊对称面一侧设有相对的两轧辊，其位于板带坯料下面的是平面整形轧辊4，其位于板带坯料上面的是凹凸压花辊16，该凹凸压花辊的工作面设有丘陵状凸起，如图2所示。在平面整形轧辊和凹凸压花辊朝向两开卷辊对称面一侧设有低于两者位置并接近两开卷辊对称面的导向输送辊18，在平面整形轧辊与导向输出辊之间上面设有喷头5，其通过管路与铌粉储存室15相连，该铌粉储存室为气压罐。两导向输送辊下面设有一对间隙可调的平面复合轧辊9且两者间隙中心过两开卷辊对称面。位于一对导向输送辊与一对平面复合轧辊之间的板带坯料所夹空间截面呈等腰三角形即浇铸区间，该浇铸区间上部设有下部呈叉形的金属熔液导管6，该金属导管上端置于盛有金属熔液14的316L复材储存室13内。在叉形金属导管下面设有分层隔离组件7，如图3所示，该分层隔离组件截面呈与浇铸区间对应的倒锥形，其有一个封闭的内壳7d，内壳上部腔内靠近内壳壁的部位设有通冷却水的循环管道7a，内壳上部腔外设有与其平行的上端与内壳相连的隔离剂渗透板7b,即钨钢板；隔离剂渗透板下端与内壳外套7e上端相连，该内壳外套7e上设有若干水平条形通孔，每个通孔上均设隔离剂涂覆辊7c，隔离剂涂覆辊轴一端穿过条形通孔一侧与其对应的槽孔，涂覆辊轴另一端穿过条形通孔另一侧与其对应的通孔，涂覆辊轴两端分别置于对应的滚动轴承内圈内，所述滚动轴承则固定在分层隔离组件两侧端盖上。又在图1中，所述平面轧辊出料方向一侧设有截面近似为等腰三角形的板坯分离器10，该板坯分离器顶角与两张双金属复合板隔离层对应。在板坯分离器两侧各设一个卷曲辊12。
本发明快速制备带喷涂夹层的双层金属复合板的铸轧方法：
(1)前处理准备阶段
开卷辊1将EH40板带2展开，输料辊3进行传送，经电磁加热辊17加热至1100℃，送入平面整形轧辊和凹凸压花辊16轧制成具有反丘陵状凹坑的板带坯料；与此同时，对铌粉储存室15进行加压，将铌粉经喷头5均匀喷覆于轧制成形的EH40板带坯料上，喷覆厚度为0.5mm。
(2)浇铸阶段
喷覆完成的EH40板带坯料经导向输料辊调整方向进入浇铸区间，金属熔液导管6将316L熔液14复材导入浇铸区间。经分层隔离组件7上半部分水循环冷却机构将液态316L复材降低至1350℃，此时复材变为半凝固状态，同时分层隔离组件7下部的隔离剂涂覆机构在两复材相对的表面均匀涂覆隔离剂8，涂覆厚度为0.8mm；
(3)轧制成形阶段
涂覆有隔离剂的板带坯料，进入一对提前将两平面复合轧辊9调节到指定宽度的平面复合轧辊内进行对称轧制，轧制成型后由输料辊向后传送，板坯分离器10将成形的复合板材11进行分隔处理，完成后经卷曲辊12卷曲成卷。本发明的所有轧制均在50Pa真空条件下进行。至此，完成复合板坯轧制过程。
以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其设计构思等同的替换或改变，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种快速制备带喷涂夹层的双层金属复合板的铸轧装置，其特征在于：两转动方向相对的开卷辊下面各设一个输料辊，两者之间可有板带通过，在两开卷辊朝向两者对称面一侧各设一对电磁加热辊，板带经电磁加热辊后被加热，在两对电磁加热辊朝向两开卷辊对称面一侧设有相对的两轧辊，其位于坯料板带下面的是平面整形轧辊，其位于板材坯料上面的是凹凸压花辊，该凹凸压花辊的工作面设有丘陵状凸起，在平面整形轧辊和凹凸压花辊朝向两开卷辊对称面一侧设有低于两者位置并接近两开卷辊对称面的导向输送辊，在平面整形轧辊与导向输出辊之间上面设有喷头，其通过管路与铌粉储存室相连，该铌粉储存室为气压罐，两导向输送辊下面设有一对间隙可调的平面复合轧辊且两者间隙中心过两开卷辊对称面，位于一对导向输送辊与一对平面复合轧辊之间的板带坯料所夹空间截面呈等腰三角形即浇铸区间，该浇铸区间上部设有下部呈叉形的金属导管，该金属导管上端置于盛有金属熔液的复材储存室内，在叉形金属导管下面设有分层隔离组件，该分层隔离组件截面呈与浇铸区间对应的倒锥形，其有一个封闭的内壳，内壳上部腔内靠近内壳壁的部位设有通冷却水的循环管，内壳上部腔外设有与其平行的上端与内壳相连的隔离剂钨钢渗透板,即钨钢板，隔离剂渗透板下端与内壳外套上端相连，该内壳外套上设有若干水平条形通孔，每个水平条形通孔上均设隔离剂涂覆辊，隔离剂涂覆辊轴一端穿过条形通孔一侧与其对应的槽孔，涂覆辊轴另一端穿过条形通孔另一侧与其对应的通孔，涂覆辊轴两端分别置于对应的滚动轴承内圈内，所述滚动轴承则固定在分层隔离组件两侧端盖上，所述平面轧辊出料方向一侧设有截面近似为等腰三角形的板坯分离器，该板坯分离器顶角与两张双金属复合板隔离层对应，在板坯分离器两侧各设一个卷曲辊。
2.采用权利要求1快速制备带喷涂夹层的双层金属复合板的铸轧装置的铸轧方法，其特征在于：
(1)前处理准备阶段
开卷辊将不锈钢板带展开，输料辊进行传送，经电磁加热辊加热至950-1250℃，送入平面整形轧辊和凹凸扎花辊轧制成具有反丘陵状凹坑的不锈钢板带坯料；与此同时，对铌粉储存罐进行加压，将铌粉经喷头均匀喷覆于轧制成形的不锈钢板带坯料上，喷覆厚度为0.4～0.8mm；
(2)浇铸阶段
喷覆完成的不锈钢板带坯料经导向输料辊调整方向进入浇铸区间，金属熔液导管将液态不锈钢复材导入浇铸区间，经分层隔离组件上半部分水循环冷却机构将液态不锈钢复材降低至使不锈钢复材变为半凝固状态，同时分层隔离组件下部的隔离剂涂覆机构在两不锈钢复材相对的表面均匀涂覆隔离剂，涂覆厚度为0.6～1.2mm；
(3)轧制成形阶段
涂覆有隔离剂的板带板材，进入一对提前将两轧辊调节到指定宽度的平面复合轧辊内进行对称轧制，轧制成型后由输料辊向后传送，板坯分离器将成形的复合板材进行分隔处理，完成后经卷曲辊卷曲成卷，本发明的所有轧制均在真空条件下进行。
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