可控气氛保护热复合技术及设备

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1、1313层状金属可控气氛保护热复合技术及设备王岸民（中国联合工程公司浙江杭州310022）摘要：随着经济的发展，材料需求量越来越大，而资源却越来越少，金属复合材料的研究、生产和应用在工业及民用产品中显得越来越重要。本文介绍了层状金属复合新技术—可控气氛保护热复合（controlatmosphere简称CA复合）技术和设备，以及在工艺、设备设计过程中一些特殊问题的解决方法。关键词：层状金属可控气氛复合技术1、金属复合方式介绍复合金属材料是指两种或两种以上的金属（也称组元）通过某种方式复合在一起的新材料，它充分利用了每个组元材料的特点，具有单一

2、金属材料所没有的一些特殊性能，广泛应用于工业和民用的众多领域中。本文讨论的是层（带）状金属复合材料，它分成两类，一类是为了满足一些特殊要求的功能材料，如热双金属（如图1），是由一层低膨胀系数和一层高膨胀系数的金属复合而成，当温度变化时该材料会自己弯曲，用在温度控制的仪表上。另一类是为了替代相对昂贵的金属材料，如双面复铜（不锈钢）钢板（如图2），由中间一层低碳钢和上下两层薄的铜（不锈钢）复合而成。金属复合的方法通常可分以下几类：（1）固相—固相法：轧制复合法、爆炸复合法、爆炸-轧制复合法、挤压法；（2）液相—固相法：浇铸法、铸轧法、反向凝固法

3、、喷射沉积法、粉末冶金烧结复合法；（3）液相—液相法：电磁连铸法。国内层状金属固相复合目前采用的方法主要为爆炸复合法、爆炸-轧制复合法和轧制复合法，而轧制复合又可分为热复合、冷（室温）复合、可控气氛保护热复合。采用何种复合方法，要看复合金属的品种、批量大小、规格尺寸及生产条件等，再结合有关具体情况来选择。132、双面复铜钢板的板块式热复合工艺及存在问题国内某厂委托我们对其双面复铜钢板生产线进行技术改造，双面复铜钢板是由中间一层低碳钢和上下两层黄铜复合而成，其三层厚度比为1:25:1（黄铜/低碳钢/黄铜），复合带材成品宽度为140mm，长75

4、0～2000mm，厚度有0.99mm、3.1mm、3.55mm等几种规格。双面复铜钢板产品的质量要求复合牢度高、厚度的均匀性要好、表面要求平整光亮，在下道拉伸工序中复合层不能脱开或裂纹（俗称露钢）。目前该厂采用的工艺是板块式的热轧复合工艺，为非连续生产，其生产工艺如下：工频加热点焊包复铜皮刷光扁钢剪切扁钢抛丸热轧铜包皮刷光剪切酸洗刷光成品检查清洗退火剪切精轧冷轧清洗刷光剪切切边退火清洗采用该工艺生产双面复铜钢板存在以下问题：①因组元金属同时加热并在同一轧制温度进行无张力对称复合轧制，各组元层金属的变形抗力不同，造成轧制时各组元在长度方向上延

5、伸不同，因此复合后的厚度比难以控制，产品性能不一致。②由于是非连续式的板块式生产，每个复铜钢组元材料都要经过加工，其厚度尺寸精度难以控制，造成复合后的厚度比有差异，产品的物理性能不一致。13③由于板块式热轧法生产在复合前的加热和退火过程中的加热无保护气氛保护，加热过程中金属表面会产生氧化，严重影响复合带材的内在质量和表面质量。④复层铜的厚度无法加厚，产品档次低。⑤复铜钢板的表面氧化要用酸洗来对带材进行表面处理，工人劳动环境差，对环境有污染。⑥板块式热轧法的生产的产品仅为长度约2米，无法成卷连续生产，工序多，工人劳动强度大，生产率低。⑦用板块

6、式热轧法生产的产品组元层厚度比不均匀，尺寸精度差，产品性能不稳定，头尾和边部剪切掉的部分占的比重较大，产品成品率在65％以下。3、可控气氛保护热复合工艺和设备3.1可控气氛保护热复合工艺的确定3.1.1热复合原有工艺采用热复合，其特点是单块点焊热轧复合，加热时组元间的结合面及复合材料表面产生氧化，影响了复合牢度和表面质量，复合后带材需要酸洗；同时热轧复合无法连续生产，工序多，工人劳动强度大；复层铜和基层碳钢一起加热，复合轧制温度相同，复合后还需多次轧制，因复层铜的变形抗力远小于基层低碳钢的变形抗力，复层铜的变薄量较大，铜层厚度无法达到一定厚

7、度，影响了产品的档次。3.1.2冷复合冷复合法是由美国最早开始研究，其特点是“表面处理＋冷轧复合＋扩散退火”的生产工艺。冷复合时的压下量要达到60～70%，因而轧制力要求很大，设备大，造价贵；冷复合的表面处理要求高，表面处理后必须立即复合，所以冷复合时组元材料一般是在线表面处理，笔者认为将表面处理与冷复合轧制放在一起会对冷复合的环境清洁有影响；其次冷复合后必须进行扩散退火，增加一道工序，这是冷复合所特有的。133.1.3可控气氛保护热复合可控气氛保护热复合是由美国PMC公司（Polgmetal-lurgiealCo）首创，其生产工艺是先将各

8、组元带材进行清理或刷洗，在气氛保护下进行在线加热，每个组元层分别加热，在达到材料熔点的40～60%（一般在该材料的再结晶温度以上）时复合轧制，复合轧制的压下率为30～40％，复合