双辊铸轧钢铝复合板坯工艺及理论研究.PDFVIP

博士学位论文公示材料 学生姓名 陈刚 学号 1410208 二级学科 材料加工工程 导师姓名 许光明 论文题目 双辊铸轧钢/铝复合板坯工艺及理论研究 论文研究方 板坯成型理论及工艺 向 论文关键词 铸轧复合；不锈钢/铝复合板坯；工艺稳定性；界面反应；后续处理 论文摘要(中文) 不锈钢/铝复合板坯结合了不锈钢和铝合金各自的优点，具有低密度、高强度、 高导热导电性、良好的耐蚀性和美观的外表，被广泛应用在各种工业领域。轧制法是 目前生产不锈钢/铝复合板坯最常用的方法，工艺较成熟。但此法对轧机能力要求高， 工序繁多，成本高。与轧制法不同，铸轧法能够直接从铝熔体生产出板坯，具有工序 短、能耗低、成本低等优势；铸轧复合过程中的固-液短时接触可以形成冶金结合， 使得复合板坯获得更高的结合强度。另外，我国是铝合金铸轧大国，目前国内保有的 铸轧机在2000 台以上。因此用铸轧法取代轧制法生产钢/铝复合板坯具有十分明显的 社会经济效益。但铸轧工艺窗口窄，覆层带坯的加入改变了铸轧区内的冷却条件，使 得铸轧过程对工艺参数的敏感性增加，过程稳定性进一步降低。目前对水平铸轧法生 产钢/铝复合板坯的研究还非常少，复合过程中的界面反应和结合机理尚不清楚。 在上述背景下，本文对水平铸轧钢/铝复合板坯的工艺及性能进行了研究。采用 数值模拟+铸轧实验的方法确定出能稳定获得良好板形的铸轧工艺参数；对铸轧复合 过程中的界面反应和结合机理进行了探讨；设定不同的后续退火和冷轧工艺研究了其 对复合板坯界面反应和结合强度的影响规律，确定出最佳的后续处理工艺；采用拉伸 试验和三点弯曲试验对不同后续处理条件下复合板坯的力学性能进行了研究。得到了 以下结论： （1）Kiss 点之前钢带与上辊面间较小的换热系数使得铸轧区内铝合金的温度场 不再沿x 轴对称。铸轧区上部固液两相区向辊缝方向移动，使得复合铸轧过程的稳定 性下降，工艺窗口与普通铸轧相比进一步减小。在浇注温度和铸轧速度发生波动时更 容易出现边部漏铝和热带等缺陷； （2 ）铸轧速度过低时，热输出成为控制铸轧区内温度场的关键因素；铸轧速度 升高以后，浇注温度较高时，热输入对铸轧区内温度场的影响显著增加。铸轧速度过 低时，液穴占比过小，轧制力过大，复合板坯钢层中易出现褶皱缺陷；铸轧速度过高 时，液穴占比过大，复合板坯中易出现热带缺陷。铸轧速度合适时，浇注温度过高使 得板坯中出现热带缺陷，浇注温度过低时钢带表面出现褶皱缺陷。中等熔体压力条件 下的最佳铸轧工艺参数为：铸轧速度 1.25 m/min，浇注温度700°C 。铸轧区内熔体压 力可以通过铸嘴内部中央流道尺寸来控制。熔体压力较高时，虽然可以生产出部分板 形良好的板坯，但此时铸轧过程稳定性降低，在铸轧速度和浇注温度发生波动时出现 边部漏铝和钻铝事故；熔体压力过低时，熔体横向流动能力降低，出铸嘴后沿板坯横 - 1 - 向分布不均匀，导致复合板坯上出现充填不满缺陷。铸轧参数波动引起的轧制力横向 分配不均匀会导致铸轧复合板坯中产生镰刀弯缺陷。弯曲内侧钢带中形成褶皱会损坏 铸嘴，使得铸轧过程中止。铸嘴制作安装不当会在侧封与钢带表面及下辊面间形成较 大缝隙；或者侧封与两个表面接触面积过大，导致铸轧过程中熔体进入缝隙或者侧封 被咬入辊缝，造成侧封损坏，铸轧过程中止； （3 ）铸轧复合板坯结合界面上的元素互扩散区域宽度取决于固/ 半固态接触时 间，接触时间越长，互扩散区域越宽。1.25 m/min+720°C 条件下具有最大宽度值3.8 μm 。复合板坯结合强度取决于元素互扩散区域宽度和轧制压下量，二者的适当组合 可以产生相同的结合强度。当互扩散区域宽度和轧制压下量分别为3.7 μm 和29%时 板坯具有最高的结合强度16 N/mm。由于铸轧过程中固-液接触时间短，铝熔体在钢 带表面的铺展润湿不充分，冶金结合区域在整个结合界面上占比较小且分布不均匀。 与轧制复合过程相比，相同压下量在铸轧复合板坯中产生的结合强度更低。钢带表面 打磨以后实际固/液接触面积下降，板坯结合强度降低。铸轧复合过程中的界面反应 和板坯结合强度受铸轧区内熔体压力的影响。熔体压力增加以后，固-液接触距离增