金属粉末与金属板带复合轧制复合板带的生产线及工艺的制作方法

本发明涉及复合板带轧制技术领域，具体涉及一种金属粉末与金属板带复合轧制复合板带的生产线及工艺。

背景技术：

随着现代科学技术和现代工业的不断发展，单一金属或合金很难完全满足其对材料综合性能的需求。选取两种或两种以上的金属材料采用不同工艺制成的复合板材能够满足特殊环境下的综合性能要求。金属基复合板集不同金属的物理、化学、力学特征于一体，具有单一金属材料无可比拟的综合性能，同时兼备价格优势，因而得到了广泛的应用。

复合板(带)的工业生产工艺主要有：铸造复合、爆炸复合和轧制复合，金属复合板的工艺方法有很多种，各种制备方法各有特点。

(1)两种金属板直接轧制复合法，是目前生产金属板的主要方法之一。对于热轧来说,需要解决的是工序复杂,加工周期长,以及接合界面氧化等问题；对于冷轧来说,要解决的是板型难控制,轧件边裂,首道次压下量大以及变形抗力大时金属的横向断裂和变形不稳定现象等问题；异步轧制经过30多年的发展取得了大量的科研成果,是一种比较有竞争力的工艺方法,但实际应用的问题尚未解决；而真空轧制复合法需要克服的是真空度的获得与变更、气体氛围的设计,活性化表面的获取与保持等问题。

(2)两种金属板爆炸制坯-轧制复合法，是当前生产金属复合板的主要方法之一。由于它是通过爆炸复合法获得坯料，所以它兼具了爆炸法的不足，即爆破地点的选择、噪音的处理、以及产量、生产率比较低等缺点。

(3)金属粉末和金属板基体烧结法，获得的金属复合板孔隙率大，所以此法只能应用于制备孔隙率高的复合金属材料，适用范围非常狭窄。

(4)液态金属与金属板基体铸轧复合法，在复合板生产时由于复合温度高,复合基板表面容易发生氧化，形成氧化层；同时由于复层金属与基体金属的熔点不同,结合部位容易产生熔损,因此难以得到质量优良的复合钢板,为了避免被钢水熔化,板厚和板重也因此受到了限制。

(5)液态金属与金属板基体反向凝固法，制备金属复合板操作难度大、成材率低且其产品的尺寸精度控制也比较困难。

(6)两种液态金属电磁连铸法，生产复合板工艺还处在研究阶段。但同反向凝固法一样由于它们界面结合强度好及高效、低耗、环保等优点在未来研究领域具有很强的竞争力。由于它是液-液相结合的，所以对于复合板的厚度不易控制,复合板材的组织和性能较轧制法也相对要差。

其中轧制复合工艺具有明显的优势，随着我国引进大型轧制设备，轧制复合法在复合板的生产中将会获得越来越广泛的应用。其中，冷轧工艺只适合薄规格的复合板生产，而热轧工艺适应范围较宽，主要生产厚复合板，但热轧工艺也存在生产工艺复杂、周期长、生产投资大等问题。

粉末轧制是粉末冶金成形工艺中制造板、带材的最主要方法，其实质是一个连续的压制过程。我国的粉末轧制研究工作是从上世纪60年代初开始的，研究方向主要集中在多孔特殊性能材料和高纯金属板、带材以及致密板、带材方面。目前国内金属粉末轧制主要以轧制带材为主，对粉末与钢板轧制复合板(带)方面的研究也不多。

cn101570858a公开了一种金属粉末和金属板复合轧制方法，但不能连续在线完成复合板初轧、烧结、热轧、冷却的工艺流程，复合板的复合层和基体不能在线实现充分的冶金结合，不适合长板材复合轧制。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供了金属粉末与金属板带复合轧制复合板带的生产线及工艺。以替代纯高品质金属板(带)的粉末轧制工艺技术方法，达到了即保证高品质金属板(带)的原有耐蚀耐磨等性能，又具有基板良好的综合机械性能，同时达到降低材料成本的目的和预期效果，实现连续在线批量生产。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

金属粉末与金属板带复合轧制复合板带的生产线，包括依次相连并且成流水线布置的上料辊道、钢板表面处理装置、机前辊道、布料装置、粉末轧机、中间辊道、在线加热炉、热轧机以及机后辊道；中间辊道分为前中间辊道与后中间辊道，在线加热炉位于前中间辊道与后中间辊道之间；粉末轧机与热轧机均为轧辊上下布置的水平轧机，金属板或金属带在轧制方向连续运行。

金属粉末与金属板带复合轧制复合板带的工艺，具体包括如下步骤：

步骤一：金属板或金属带通过上料辊道运至钢板表面处理装置，进行表面去锈、脱污、粗糙化处理，增加布粉表面粗糙度；

步骤二：金属板或金属带通过机前辊道运至布料装置，布料装置将金属粉末均匀的平铺在金属板或金属带上；

步骤三：金属粉末与金属板或金属带复合轧制：将布有金属粉末的金属板或金属带，运至粉末轧机的上轧辊缝隙间进行冷轧，金属粉末与金属板或金属带结合在一起形成初轧复合金属板或复合金属带；

步骤四：初轧复合金属板或复合金属带加热烧结：初轧复合金属板或复合金属带经中间辊道运送至在线加热炉，在还原性保护气氛下，在线加热炉对复合金属板或复合金属带进行均匀加热，将复合金属板或复合金属带加热至烧结温度后，进行烧结保温；

步骤五：初轧复合金属板或复合金属带热轧：将烧结完成后的复合金属板或复合金属带经中间辊道送至热轧机轧制工位，在还原性保护气氛下进行热轧；

步骤六：将热轧后的复合板或复合带经机后辊道运送至冷却区冷却。

所述金属粉末为铝、铝合金、镁、镁合金、锌、锌合金、铅、铅合金、铜、铜合金、钛、钛合金、镍、镍合金、钢、钢合金、钼、钼合金中的一种或两种以上的混合粉末；所述的金属板或金属带是钢、钢合金、钛、钛合金、铝、铝合金、镁、镁合金、铜、铜合金、锌、锌合金、镍和镍合金中的一种。

所述金属粉末若在制造及存储过程中发生影响金属冶金结合的氧化，则该金属粉末在使用前需经过还原处理；所述的金属板或金属带与粉末接触的表面在使用前需采用脱污、脱脂、去氧化层的方法进行处理，确保露出金属板或金属带，并需进行毛化处理。

所述步骤三、四、五依次连续进行，板或带材在在机前辊道、中间辊道和机后辊道上不间断连续运行，并在轧辊及辊道的牵引下依次连续完成初轧、烧结、热轧的工艺流程，运行速度为每分钟0.5米至15米。

所述步骤三中，根据初轧复合金属板或金属带的轧制温度及特性，可以选择在保护气氛下进行，也可以选择在大气环境下进行，步骤四、五是在连续的保护气氛下进行的，保护气氛是指能防止金属复合板或复合带坯在烧结、热轧过程中氧化的气氛。

所述步骤三中，轧制成的复合金属板或金属带，复合层密度可以通过调整金属粉末粒度、形状、喂粉量及控制粉末轧机的轧制力、轧辊开口度、轧制速度的指标，控制在理论值的60％至90％之间。

所述步骤五中，轧制成的复合金属板或金属带的复合层密度，通过调整复合层加热温度及热轧轧机的轧制力、轧制速度的指标，控制在理论值的90％至100％之间。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

(1)复合金属板或金属带的厚度可根据轧制前布粉厚度进行调整，灵活性更高，可以最大限度节省高品质金属消耗量，降低材料成本。

(2)以高品质金属复合板(带)替代纯高品质金属板(带)，可节约铬、镍、钼、钛等合金元素70％～80％，从而可节约成本30％～50％。

(3)高品质金属具有很强的耐腐蚀耐磨性能，在输送储存强酸、浓碱以及在中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等介质中均具有耐蚀性能。在海洋中的耐腐蚀性质可广泛应用于舰船用钢、海工用钢、跨海大桥海底隧道等方面。然而其原料成本及其单一的机械性能使高品质金属板(带)无法广泛应用。以高品质金属复合板(带)替代纯高品质金属板(带)，既保证原高品质金属板的耐蚀耐磨性能，又具有多种良好机械性能，无论在成本还是综合机械性能都具有优势。

附图说明

图1为本发明蒙乃尔400粉末显微图；

图2为本发明冷轧轴复合板坯的形态图；

图3为本发明烧结热轧复合板形态图；

图4为本发明复合板结合层层显微图；

图5为本发明过渡层edx电子图；

图6为本发明sem电子图；

图7为edx能谱分析13图；

图8为edx能谱分析14图；

图9为edx能谱分析16图；

图10为本发明结构示意俯视图；

图11为本发明结构示意主视图。

图中：1-上料辊道2-钢板表面处理装置3-机前辊道4-布料装置5-粉末轧机61-前中间辊道62-后中间辊道7-在线加热炉8-热轧机9-机后辊道

具体实施方式

本发明公开了金属粉末与金属板带复合轧制复合板带的生产线及工艺。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

下面结合附图1-11对本发明的具体实施方式进一步说明：

如图10、图11所示，本发明包括依次相连并且成流水线布置的上料辊道1、钢板表面处理装置2、机前辊道3、布料装置4、粉末轧机5、中间辊道、在线加热炉7、热轧机8以及机后辊道9。中间辊道分为前中间辊道61与后中间辊道62，在线加热炉7位于前中间辊道61与后中间辊道62之间。粉末轧机5与热轧机均8为轧辊上下布置的水平轧机，金属板或金属带在轧制方向连续运行。

下面结合附图1-11对本发明的实施步骤做详细说明。

步骤1——金属板(带)通过上料辊道1运至钢板表面处理装置2进行表面去锈、脱污、粗糙化处理，增加布粉表面粗糙度。

步骤2——经表面处理后的金属板(带)通过机前辊道3运送至布料装置4，布料装置4将高品质金属粉末(如图1所示)以一定厚度均匀平铺在金属板(带)上。

步骤3——机前辊道3将布有高品质金属粉末的金属板(带)运送至已调整好辊缝高度的粉末轧机5进行冷轧，轧制后的复合板(带)坯如图2所示。

步骤4——复合板坯经前中间辊道61运送至在线加热炉7，在还原性保护气氛下在线加热炉7将复合板(带)坯加热至烧结温度后，进行烧结保温。

步骤5——烧结完成后的复合板(带)坯经中间辊道62运送至热轧机8，仍然在还原性保护气氛下进行热轧；

步骤6——热轧后的高品质金属复合板(带)经机后辊道9运送至冷却区冷却，如图3所示。

本发明中要求对金属板(带)进行表面去锈、脱污、粗糙化处理后铺一定厚度的高品质金属粉末。未经处理的金属板(带)冷轧时粉板结合效果差，易分离。并且在烧结过程中，粉板结合处易产生氧化层，造成粉板剥离。布粉厚度要求均匀，否则粉厚处轧制易出裂纹，薄处则过于松散，没有强度。在冷轧中，轧制压下率在50％左右时结合效果最佳。压下率过大易产生裂纹，压下率过小则粉层过于松散，没有强度，这两种情况均无法继续生产。在轧制压下率允许范围内，将复合板(带)通过洛氏硬度计进行测量，当实验条件相同时，压下量越大，复合板硬度越大。

烧结温度需高于高品质金属粉末和金属板(带)的再结晶温度，且需在还原保护气氛下进行，防止复合板(带)表面在高温下氧化。复合板(带)在烧结后进行一定道次的热轧以增加粉层致密性和与基板之间的结合强度。同样轧制压下量需严格控制，即增加复合板强度，又不产生裂纹。

通过对高品质复合板(带)轧制工艺的反复研究，搜集大量实验数据进行整理，形成高品质复合板(带)最佳轧制工艺。使高品质金属复合板(带)即具备原有性能，又降低材料成本，实现在线连续批量生产。以此替代纯高品质金属板(带)的在工业上的应用。

本发明能连续在线完成高品质金属粉末和金属板(带)复合板(带)初轧、烧结、热轧工艺流程，复合板的复合层和基体能在线实现充分致密的冶金结合；复合板的复合层密度可以在理论值的90％至100％之间进行控制，复合层密度控制在不足理论值的100％是为了解决该复合板冷轧时板型难控制，轧件边裂，横向断裂和变形不稳定现象等问题。本发明工艺流程连续易行，适于复合板工业化生产；复合层的成份可按不同用途进行调配，灵活性高。

实施例1：

本具体实施例中使用的原料为热轧中板和蒙乃尔400合金粉末，热轧中板作为复合板的基体，蒙乃尔400合金粉末作为复合板的复合层。

热轧中板成分(质量分数％)为c：0.14～0.22、mn：0.30～0.65、si：≤0.30、s：≤0.050、p：≤0.045、其余fe。

蒙乃尔400合金粉末成分(质量分数％)为c：≤0.15、al：≤0.5、si：≤0.5、mn：≤1.25、fe：1.0～2.5、s≤0.02、cu：24.0～28.0、ni：≥63.0

对轧制后的蒙乃尔400合金复合板进行切割制取金相样，其横断面金相检验分析结果如图4所示。观察试样，蒙乃尔400粉层烧结情况较好，粉/板结合处未发现没有明显界面，结合层合金化程度很高，致密化程度较好。试样界面显微照片可知，在其粉/板结合面出现了一条带有密密麻麻黑点的过渡层。

利用扫描电镜进行edx面扫描分析，结果如图5所示：两种组织之间明显存在过渡的结合区，判断该区域两种组织材料已互相渗透扩散，形成合金组织。利用扫描电镜sem和edx进行各区域微观化学成分分析，结果图6～9所示。由edx能谱分析可知，位置13为蒙乃尔400粉末烧结层，位置16为热轧中板。经过冷轧、烧结再热轧后的复合板在位置14处形成粉/板扩散过渡层，蒙乃尔400粉末中的ni、cu等元素不同程度的渗透入过渡层中，使粉/板实现冶金结合。

本发明复合金属板或金属带的厚度可根据轧制前布粉厚度进行调整，灵活性更高，可以最大限度节省高品质金属消耗量，降低材料成本。以高品质金属复合板(带)替代纯高品质金属板(带)，可节约铬、镍、钼、钛等合金元素70％～80％，从而可节约成本30％～50％。

高品质金属具有很强的耐腐蚀耐磨性能，在输送储存强酸、浓碱以及在中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等介质中均具有耐蚀性能。在海洋中的耐腐蚀性质可广泛应用于舰船用钢、海工用钢、跨海大桥海底隧道等方面。然而其原料成本及其单一的机械性能使高品质金属板(带)无法广泛应用。以高品质金属复合板(带)替代纯高品质金属板(带)，既保证原高品质金属板的耐蚀耐磨性能，又具有多种良好机械性能，无论在成本还是综合机械性能都具有优势。

以上所述，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揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。