一种双金属复合钢带的制造工艺及生产线的制作方法

本发明涉及一种双金属复合钢带的制造工艺及生产线，属于带锯条制造领域。

背景技术：

双金属复合钢带是一种将高速钢和弹簧钢通过焊接结合在一起的复合钢带，通常作为多种双金属切割工具的原材料，如：双金属带锯条、双金属孔锯、双金属往复锯、双金属带刀等工具。如专利us3315548中公开了一种从高速钢钢丝和弹簧钢钢带开始制造双金属带锯条的方法，其中双金属复合钢带的加工经过了钢带削边、钢丝修边、钢丝和钢带脱脂、焊接、调平、退火、轧平等工序。在专利cn108838633b中公开了一种双金属复合钢带的加工方法，为将钢带两侧同时焊接钢丝，然后再经过分条、削边等工序加工双金属复合钢带。但是在上述两个专利中，均需对双金属复合钢带进行长时间退火，这主要是因为制造双金属复合钢带采用的焊接为高能密度焊，通常为激光焊或电子束焊，焊接后将在钢带和矩形钢丝之间结合处形成一条宽度为0.2~0.6mm的焊缝，这个焊缝有如下问题：①存在焊接应力，长时间放置可能会形成焊接裂纹；②焊缝区域的硬度很高，最高可达900hv，而且焊缝中碳化物呈网状，这种组织造成焊缝很脆，双金属复合钢带的焊缝在后续将经过轧制，而且采用铣削方法进行锯齿成形时焊缝也会被同时加工，硬度过高将会导致铣刀和轧辊磨损过快，甚至无法加工，而且焊缝也会产生开裂。因此需要在焊接后先进行退火，消除焊接应力，降低焊缝硬度（通常需降低至400hv以下），并球化组织中的碳化物，从而消除脆性。

由于将焊缝硬度降低至所需要的硬度以下需要进行长时间退火，时间过长导致无法采用在线退火，目前采用的工艺通常是将焊接后的双金属复合钢带盘卷，然后整体进行退火。但由于双金属复合钢带是呈盘卷状进行退火，退火后将不可避免产生各种变形，这些变形包括横向直线度变形、蛇弯变形、刀弯变形、扭曲变形，等等。但采用双金属复合钢带所加工的双金属切割工具对尺寸有很高要求，如gb/t25369-2010中明确规定了横向直线度、蛇弯、刀弯、扭曲、折弯变形的公差要求。在双金属带锯条实际生产中，经常出现产品尺寸超差造成报废的情况，主要原因就是双金属复合钢带在退火后形成的变形无法在后续工序生产中消除。因此，如果能够取消退火工序，或者采用其他在线式连续退火方式替代盘卷整体退火，可有效提高双金属复合钢带的尺寸精度，进而提高其所加工锯切产品的尺寸精度。

如上所述，简化退火的关键是：①轧制工序可以有其他的替换工艺，采用非压力加工的方法实现轧制的目的——消除焊缝凸起；②锯齿成形工序可以有其他的工艺替换铣削等切削加工的方法。

专利us6736029b2公开了一种去除双金属复合钢带焊缝凸起的方法，其采用磨削或磨削+抛光替代轧制。如果采用该专利的方法来消除焊缝凸起，即使焊缝硬度较高（如400hv~600hv）也可进行。而且，在专利us6736029b2中指出，采用磨削或磨削+抛光替代轧制，还可以避免轧制时形成焊缝凹陷的风险，而焊缝凹陷将会影响焊缝强度，提高所加工的锯切工具在使用时的焊缝失效风险。

专利cn102145412b和专利cb104014938b均公开了一种采用激光切割加工锯齿形状的方法，这种方法可以替换铣削的方法来实现锯齿成形，而且激光切割对焊缝硬度并不敏感，也就是说如果采用激光切割替代铣齿来实现锯齿成形，即使焊缝硬度较高（如400hv~600hv）也可进行。

因此，轧制和铣出锯齿都有相应的替代工艺，而且替代工艺对焊缝硬度不敏感。但另一个问题是，退火后的焊缝硬度和焊缝组织是否会影响最终淬火和回火后的焊缝强度。文献《退火工艺对机用锯条淬火回火硬度及锯切寿命的影响》（工具技术，2001，35（8）：18-19）指出，退火对机用锯条淬火回火硬度以及锯切寿命都没有显著影响。文献《双金属带锯条组织与退火冷却方式影响研究》（电焊机，2019，49（8）：99-103）指出，退火冷却方式对双金属带锯条组织也没有明显的影响。本发明人在试验中也发现了类似现象，淬火和回火焊缝硬度和强度对退火不敏感。由此可见，退火后的焊缝硬度和焊缝组织并不会影响最终淬火和回火后的焊缝强度。这样，采用更简化的退火工艺则有了可能。

现有的双金属复合钢带的传统工艺流程为：原材料钢带——削边——焊接——退火——焊缝轧平——调平校直。

其中，原材料钢带由供应商提供，为宽板通过分切后获得需求宽度的钢带。如：采用270mm宽板，供应商可分切为10卷26mm宽钢带，余下每边5mm的边料舍弃不用。削边目的是修整钢带的边缘。由于原材料钢带为分切后钢带，边缘有剪切以后的变形以及毛边（参见图1），其无法满足下一道工序焊接的需求，需要将其进行修整。通常为将其一边修整为直角边（参见图2），用于焊接高速钢钢丝，另一边则需要倒角（参见图3），作为最终产品的底边，可以延缓裂纹的萌生，延长产品寿命。焊接是采用高能密度焊（电子束焊或激光焊）将削边后的钢带和高速钢钢丝焊接在一起，其中高速钢钢丝焊接在钢带方形边一侧。退火的目的是消除焊接时的焊接应力，降低焊缝硬度，同时使焊缝的组织转变为球状珠光体（参见图4）。焊缝轧平是将焊接后复合钢带的厚度通过轧制的方法减少一定量，这里的压下率较小，约为厚度的2%-8%。主要原因是焊接后焊缝会有一个较小的凸起（参见图5），虽然凸起量不大，通常不大于0.1mm，但对后续的加工和最终产品的使用会产生影响，需要使其平整（参见图6）。调平校直的目的是调整钢带的纵向直线度、横向不平度，同时消除波弯等板形缺陷。

综上来看，现有双金属复合钢带的制造方法具有如下缺点：

1)现在生产双金属复合钢带的方法需要多道工序完成，其中光退火工序就需要1-2天的时间。生产周期长，生产效率不高。

2)双金属复合钢带为盘卷状放置于退火炉中进行整体退火，在退火时盘卷的形状将会被保留，造成退火后双金属复合钢带发生形变，如横向平直度变形、刀弯变形、蛇弯变形等，这些变形造成双金属复合钢带的尺寸精度超差，如果在后续工序中无法解决，这些问题将会被保留到最终的锯切工具产品中，从而造成产品不合格。

3)现在制造双金属复合钢带的方法，在轧制工序中焊缝位置容易形成凹陷，这个凹陷会对焊缝强度产生不利影响。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种双金属复合钢带的制造工艺及生产线，以实现在线式短流程制造双金属复合钢带。

申请人研究发现，在上述传统工艺流程中，如果要实现在线式短流程制造双金属复合钢带，削边和退火是瓶颈。焊接的速度可调整的范围不大，但轧制和调平的速度可以在较大范围内调整且对产品质量的影响较小，因此轧制和调平的速度可以去适配焊接的速度。如果能够解决削边和退火工序的瓶颈，则完全可以实现在线式短流程制造双金属复合钢带。申请人在研究退火工艺时，发现引入感应退火后，可实现在2分钟内将焊缝硬度降至600hv以下。而且这种退火工艺可大大减少甚至消除焊接应力，并且将网状的组织转化为断续状（如此短的时间无法转化成球状），因此这种退火工艺也可一定程度改善焊缝脆性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种双金属复合钢带的制造工艺，包括如下步骤：

s1、提供原材料钢带；

s2、通过成形砂轮对所述原材料钢带的侧边进行磨削处理，获得具有至少一个直角边的钢带；

s3、在s2获得的钢带的一直角边上焊接一矩形钢丝（即横断面为矩形的钢丝，具体可采用现有复合钢带制造工艺中所用钢丝）后，依次进行第一次退火和第二次退火，获得焊缝硬度不高于600hv的钢带粗坯；进一步地，焊缝硬度为400-600hv；

其中，第一次退火为感应退火，第一次退火后，钢带的温度不低于700℃，进一步为700-800℃；第二次退火时，控制退火温度为750-850℃，退火时间不少于3min，进一步为3-10min；两次退火过程中，保持钢带处于张紧状态；

s4、对s3获得的钢带粗坯的2个面分别进行磨削处理，使得磨削后的钢带粗坯的厚度为磨削前的钢带粗坯的厚度的92-98%；或者，对s3获得的钢带粗坯的2个面分别依次进行磨削、抛光处理，使得处理后的钢带粗坯的厚度为处理前的钢带粗坯的厚度的92-98%；

s5、对s4处理后的钢带粗坯进行滚轧校直，获得双金属复合钢带成品。

本发明中，步骤s2中采用磨削替代传统的削边。传统的削边工序对速度有要求，通常采用的削边速度为60~200m/min，如果速度过慢将会形成边缘毛刺、撕裂的问题。但是焊接的速度为8~20m/min，因此削边速度无法与焊接速度匹配。如果采用磨削替代削边，磨削的速度可以通过成型砂轮的转速、单个成型砂轮的磨削量等参数在较大的范围内变化，这样就解决了在线式短流程制造双金属复合钢带中削边工序的瓶颈。

步骤s3中，焊接工序可参考现有技术进行，如cn201811053630.x。

可选的，s3中，退火时，给钢带施予张紧力。退火的气氛条件，可根据需要选择。

一般的，可通过磁粉制动器对钢带施予张紧力，具体可参考现有工艺或现有生产线进行。

优选地，s3中，第二次退火为在线退火，即保持钢带处于张紧状态下穿过退火炉。

优选地，s3中，第一次退火和第二次退火之间的时间间隔不超过10s，进一步地，不超过3s。如此，第一次退火和第二次退火之间时间间隔短，防止钢带温度下降过多而需重新加热，如此可进一步节省退火时间。

s3中，采用第一次退火+第二次退火替代原有的整体退火，且退火过程中保持钢带处于张紧状态。第一次退火（感应退火）的目的是使钢带温度迅速上升至所需温度，这样可以大大缩短后续的保温时间。第二次退火的温度和时间一方面确保焊缝的焊接应力得到很好的消除，另一方面将网状碳化物熔断使其成断续状，这样可以很好的改善焊缝脆性。采用第一次退火+第二次退火可解决实现在线式生产中退火工序的瓶颈，实现退火的速度与焊接速度匹配，第二次退火时间可通过退火炉的尺寸控制。

本发明中，感应退火基本原理如下：当感应线圈通过一定频率的交变电流时，线圈内将会形成交变磁场。如果线圈内放入导电材料，如金属材料，该材料在电磁感应作用下材料内部将会形成高密度电流，而且越往表面电流密度越大。工件表层高密度电流的电能在材料电阻作用下将转变为热能，从而使材料温度升高，其特点是加热速度非常快，从而可以大大缩短升温时间。

可选的，钢带粗坯的焊缝硬度为500-560hv。

s4中，磨削、抛光处理可参考专利us6736029b2进行。传统的双金属复合钢带制造工艺中，采用整体退火，退火后焊缝硬度为400hv以下，可以采用轧制进行塑性变形。但是本发明中，采用感应退火+第二次退火，退火后的硬度最高可达600hv，如果采用轧制，一方面由于焊缝硬度过高会损伤轧辊，另一方面可能造成焊缝开裂。因此，采用双面磨或双面磨+抛光工艺替换轧制，这样就可以解决上述问题。而且，双面磨或双面磨+抛光的速度可以通过砂轮的转速在较大范围内变化，完全可以与焊接的速度匹配，从而实现在线式短流程制造。另外，在专利us6736029b2中还提到，采用双面磨或双面磨+抛光工艺可以消除焊缝凹陷，从而提高焊缝强度。

s5中，采用滚轧校直替代传统的调平校直（即钢带整体校直，焊缝也包括在内。传统的双金属复合钢带采用整体退火，退火后焊缝硬度为400hv以下，因此焊缝也可以进行变形）。但是本发明中，采用感应退火+在线退火，退火后的硬度最高可达600hv，如果采用调平校直，焊缝很容易发生开裂。而滚轧校直仅对双金属复合钢带的钢带部分进行加工，焊缝不承受压力，因此不会造成焊缝开裂。与调平校直相比，滚轧校直仅能校正刀弯和蛇弯，对波弯、横向弯曲等则无法处理。但是由于本发明中采用感应退火+在线退火替代了原有的整体退火，且在退火中承受了张紧力，因此在整体退火中出现的双金属复合钢带变形在本发明中不会发生，这样钢带也不会出现波弯、横向弯曲等问题，这样滚轧校直完全可以满足要求。

进一步地，s2中，磨削处理时，将成形砂轮成对地或交替地布置于原材料钢带宽度方向的两边；其中，原材料钢带每边的成形砂轮的数量至少为2个，沿原材料钢带运动方向看，原材料钢带直角边的最后一个成形砂轮的磨削量＜0.1mm，该边其他成形砂轮的磨削量＜0.2mm。

进一步地，s2中，所述钢带具有一直角边和一倒角边；磨削处理时，倒角边所对应的最后一个成形砂轮仅对倒角进行加工，该边其他成形砂轮的磨削量＜0.2mm。

可选的，所述倒角边的倒角形状可为圆角或45°的倒角，可选的，倒角的宽度为0.1-0.3mm。

进一步地，s3之前，还包括对钢带和钢丝进行清洗的步骤。

进一步地，s3中，焊接方式为激光焊接。

进一步地，s3中，钢带穿过感应线圈，实现感应退火。

进一步地，s4中，磨削处理通过砂轮进行。

进一步地，所述原材料钢带由弹簧钢制成。

进一步地，所述钢丝由高速钢制成。

本发明采用感应退火+第二次退火替代整体退火，采用磨边替代削边，采用双面磨替代轧平，将磨边、清洗、焊接、退火、双面磨等多个工序连线生产，从而实现在线式短流程制造双金属复合钢带。这种在线式短流程制造双金属复合钢带的方法提高了生产效率、降低了生产成本、稳定了产品质量；另外，可解决双金属复合钢带因退火产生的龟背、蛇弯、刀弯等变形问题，大大提高双金属复合钢带的精度。

基于同一发明构思，本发明还提供一种双金属复合钢带的生产线，包括

磨削单元，用于对原材料钢带进行磨削处理，获得具有至少一个直角边的钢带；

焊接单元，用于将钢丝焊接到钢带的直角边上；

第一退火单元，用于将钢带快速加热至目标温度，对钢带进行第一次退火；

第二退火单元，用于对钢带进行第二次退火，获得钢带粗坯；

磨削/抛光单元，用于对钢带粗坯的2个面分别进行磨削和/或抛光处理；

滚轧校直单元，用于对钢带粗坯进行滚轧校直，形成双金属复合钢带成品；

其中，磨削单元、焊接单元、第一退火单元、第二退火单元、磨削/抛光单元、滚轧校直单元按原材料钢带的输入至双金属复合钢带的输出方向依次设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)流程短，加工周期短，通过一条生产线即可完成双金属复合钢带的生产，生产效率高。

2)容易实现在线式生产，省去了大量的上料、下料、物料转运过程。

3)每一米双金属复合钢带都排队进入产线，产品的质量稳定性得到很大的改善。

4)解决了双金属复合钢带的横向弯曲、波弯、蛇弯、刀弯超差等问题。

5)解决了焊缝凹陷问题。

附图说明

图1是原材料钢带削边前的横截面结构示意图。

图2是原材料钢带削边后，直角边侧的横截面结构示意图（涉及2条原材料钢带）。

图3是原材料钢带削边后，倒角边侧的横截面结构示意图。

图4是原材料钢带和高速钢焊接后截面sem图（左）和退火后截面sem图。

图5是原材料钢带和高速钢复合后焊缝轧平前的截面结构图（涉及2条原材料钢带）。

图6是原材料钢带和高速钢复合后焊缝轧平后的截面结构图。

图7是本发明的一种双金属复合钢带的制造工艺的流程图。

图8是本发明的制造工艺中第二退火单元的结构简图（俯视方向）。

图9是本发明的制造工艺中第二退火单元的结构简图（侧视方向）。

图10为退火后焊缝断面的金相图。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图7，一种双金属复合钢带的制造工艺，包括如下步骤：

s1、提供原材料钢带；

s2、通过成形砂轮对所述原材料钢带进行磨削处理，获得具有一直角边和一倒角边的钢带；

s3、在s2获得的钢带的一直角边上焊接一矩形钢丝后，依次进行第一次退火和第二次退火，获得焊缝硬度不高于600hv的钢带粗坯；

其中，第一次退火为感应退火，第一次退火后，钢带的温度不低于750℃；第二次退火时，控制退火温度为800-820℃，退火时间为6min；两次退火过程中，保持钢带处于张紧状态；

s4、对s3获得的钢带粗坯的2个面分别进行磨削处理，使得磨削后的钢带粗坯的厚度为磨削前的钢带粗坯的厚度的96%；或者，对s3获得的钢带粗坯的2个面分别依次进行磨削、抛光处理，使得处理后的钢带粗坯的厚度为处理前的钢带粗坯的厚度的96%；

s5、对s4处理后的钢带粗坯进行滚轧校直，获得双金属复合钢带成品。

s2中，磨削处理时，将成形砂轮成对地或交替地布置于原材料钢带宽度方向的两边，其中一边为直角边，另一边为倒角边；其中，原材料钢带每边的成形砂轮的数量为4个，沿原材料钢带运动方向看，原材料钢带直角边的最后一个成形砂轮的磨削量为0.05-0.08mm，该边其他成形砂轮的磨削量＜0.2mm。

s2中，磨削处理时，倒角边所对应的最后一个成形砂轮仅对倒角进行加工，该边其他成形砂轮的磨削量＜0.2mm。

s3之前，还包括对钢带和钢丝进行清洗的步骤。

s3中，焊接方式为激光焊接。

s3中，钢带穿过感应线圈，实现感应退火。

s4中，磨削处理通过砂轮进行。

所述原材料钢带由弹簧钢制成。所述钢丝由高速钢制成。

一种双金属复合钢带的生产线，包括

磨削单元5，用于对原材料钢带进行磨削处理，获得具有至少一个直角边的钢带；

清洗单元6，用于对钢带和矩形钢丝进行清洗；

焊接单元7，用于将矩形钢丝焊接到钢带的直角边上；

第一退火单元8，用于将钢带快速加热至目标温度，对钢带进行第一次退火；

第二退火单元9，用于对钢带进行第二次退火，获得钢带粗坯；

磨削/抛光单元10，用于对钢带粗坯的2个面分别进行磨削和/或抛光处理；

滚轧校直单元11，用于对钢带粗坯进行滚轧校直，形成双金属复合钢带成品；

其中，磨削单元5、清洗单元6、焊接单元7、第一退火单元8、第二退火单元9、磨削/抛光单元10、滚轧校直单元11按原材料钢带的输入至双金属复合钢带的输出方向依次设置。

清洗单元6可参考现有生产线上的清洗单元，一般地包括清洗、漂洗、烘干功能。

第一退火单元为感应退火单元，其内设有感应线圈，钢带穿过感应线圈的过程中，被快速加热。

参见图8和图9，第二退火单元包括炉体1，炉体1内设有两排导向柱2，位于炉体1内的钢带依次绕过各导向柱2，在炉体1内呈蛇形排布，如此，可实现在线退火（钢带各区段进入炉体1并以此绕过各导向柱2后从炉体1中出来的过程即为第二次退火过程）；炉体1内设有多个热电偶3，分布于炉体1内钢带所经过位置周围，以方便准备控制退火温度。可选的，所述退火炉为电阻炉。

从放料端至收料端距离约100-150m。生产过程中，双金属复合钢带的移动速度由焊接决定，其他工序工位的速度来匹配焊接速度。如果按150m距离计算，加工8卷500m长度的27*0.9规格双金属复合钢带，焊接速度为15m/min，若算入上下料时间，生产时间缩短为6小时以内。而现有的加工工艺至少需要72小时以上，可见本发明专利的生产效率具有显著优势。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。