专利摘要

专利摘要

本发明公开一种钢/铝/铝合金层状复合板波‑平轧制复合方法，先制备出板形良好、界面牢固结合的钢/铝层状复合板，利用大厚比波纹冷轧，增强待复合界面形变，协调组元金属变形，解决钢铝界面不变形问题；然后利用界面波‑平热轧，协调组元变形，实现铝和铝合金面复合，制备出高性能钢/铝/铝合金层状复合板；利用界面氧化对铝与铝合金结合影响不大的优点，消除复合过程中防氧问题；最终解决了厚度4mm以上钢/铝/铝合金层状复合板轧制过程中因钢铝结合面接近中性层而出现的界面剪切作用弱、界面结合主要依靠热‑压作用等导致界面结合强度低的问题，以及钢、铝和铝合金性能差异较大引起的变形不协调问题。

权利要求

1.一种钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)坯料准备：准备钢板和铝板，将钢板和铝板分别进行热处理，除去钢板和铝板表面的油污和氧化膜，并对钢板和铝板的待复合表面进行打磨粗糙，然后静置烘干；钢板为普碳钢、船舶及海洋工程用钢和不锈钢中的任意一种，厚度为4～100mm；铝板为工业纯铝，厚度为0.2～8mm；钢与铝的厚度比大于8；

2)钢/铝组装板坯的制备：将步骤1)中处理好的钢板和铝板叠放在一起且待复合面接触，使铝板长宽边界折叠包裹钢板，利用铝丝将头部和尾部绑定，获得两层组装坯；

3)钢/铝层状复合板的制备：利用上辊为波纹辊、下辊为平辊的波纹轧机对步骤2)中制备的两层组装坯进行冷轧，波纹辊与铝板接触，平辊与钢板接触，制备出铝侧为波纹面的钢/铝层状复合板；

4)界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯的制备：准备长度和宽度与步骤3)中制备的钢/铝层状复合板相同的铝合金板，然后将铝合金板与钢/铝层状复合板叠放在一起，使铝合金板待复合面与钢/铝层状复合板铝侧波纹面接触，利用铝丝将头尾绑定，形成界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯；

5)钢/铝/铝合金层状复合板的制备：对步骤4)中制备的界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯进行加热，利用平辊热轧机将界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯轧制成形，经退火，矫直和切边顺序处理，制备出高性能钢/铝/铝合金层状复合板。

2.根据权利要求1所述的钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，其特征在于：所述步骤1)中铝板的热处理温度为300～600℃。

3.根据权利要求1所述的钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，其特征在于：所述步骤2)中钢板和铝板的长度和宽度的对称面重合，铝板的宽度比钢板宽2h及以上，铝板的长度比钢板长2h及以上，h为钢板厚度。

4.根据权利要求1所述的钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，其特征在于：所述步骤3)中波纹辊的波纹为正余弦曲线，波纹高度H与波纹宽度B之比为1:1～1:10，波纹高度H不大于10mm。

5.根据权利要求4所述的钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，其特征在于：所述步骤3)中轧制压下量不小于1H。

6.根据权利要求1所述的钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，其特征在于：所述步骤4)中铝合金板与钢/铝层状复合板叠放前，对钢/铝层状复合板的铝侧波纹面和铝合金板进行表面处理；将钢/铝层状复合板的铝侧波纹面清除油污和氧化膜后打磨、静置烘干；将铝合金板的待复合面清除油污和氧化膜后打磨、静置烘干。

7.根据权利要求1所述的钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，其特征在于：所述步骤4)中铝合金的牌号为3系、5系或6系铝合金中的任意一种，厚度为4～100mm。

8.根据权利要求1所述的钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，其特征在于：所述步骤5)中加热温度为450～600℃，轧制压下量不小于40％。

9.根据权利要求1所述的钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，其特征在于：所述步骤5)中制备的钢/铝/铝合金层状复合板为界面波纹机械啮合与冶金结合的高性能复合板。

说明书

技术领域

本发明涉及金属层状复合板制备技术领域，特别是涉及一种钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法。

背景技术

为了降低船舶重心、减轻船舶重量、提升航行速度、增加航行稳定性，现在大型船舶建造过程中主船体采用钢结构，而上层建筑、甲板室等采用铝合金结构，钢结构和铝合金结构连接是舰船建造的核心问题。目前，国内外建造船舶过程中主要使用钢-铝过渡接头来连接钢结构和铝合金结构，该过渡接头已成为建造舰船的核心部件，其制备技术也成为舰船材料制备的核心技术。随着，越来越多的铝及铝合金结构件在大型船舶上的应用，高性能钢-铝过渡接头制备技术被人们广泛关注。

钢-铝过渡接头主要有两大类，钢-钛-铝合金过渡接头和钢-铝-铝合金过渡接头。在满足船舶结构强度要求时，钢-铝-铝合金过渡接头具有更明显的经济优势。

当前世界各国用的钢-铝-铝合金过渡接头主要由采用爆炸复合法制备的层状复合板，通过锯、刨、铣、水切割等冷加工方法加工成条形、板形、圆形或其他形状。然而，爆炸复合法制备的钢-铝-铝合金过渡接头长度受限，在使用过程中需要对钢-铝过渡接头进行对接焊，且界面结合性能热敏感性高(如为了保证质量，美军要求焊接过程界面温度不高于400℉)，导致对接焊的难度大，焊接后性能难以保证。加之，相较于爆炸复合法制备层状复合板，轧制复合法具有质量稳定、设备简单、易于大规模和自动化生产等优点。目前，日本全境由于环境与安全问题，已在全境内禁止爆炸复合，改为压延方式。然而，钢/铝/铝合金层状复合板厚度规格超过4mm，特别是总厚度超过10mm且钢的厚度超过5mm以上时，由于组元金属之间差异性过大，轧制复合过程中易出现界面氧化、组元变形不协调、界面变形量小、结合强度不高等问题，导致高性能钢/铝层状复合板无法连续轧制制备。为此，亟需开发新方法，实现高性能厚规格钢/铝/铝合金层状复合板连续制备。

发明内容

本发明的目的是为了解决厚度4mm以上钢/铝/铝合金层状复合板制备过程中出现的组元变形不协调、界面氧化、结合强度不高等问题，提出了高性能钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，包括以下步骤：

1)坯料准备：准备钢板和铝板，将钢板和铝板分别进行热处理，除去钢板和铝板表面的油污和氧化膜，并对钢板和铝板的待复合表面进行打磨粗糙，然后静置烘干；

2)钢/铝组装板坯的制备：将步骤1)中处理好的钢板和铝板叠放在一起且待复合面接触，使铝板长宽边界折叠包裹钢板，利用铝丝将头部和尾部绑定，获得两层组装坯；

3)钢/铝层状复合板的制备：利用上辊为波纹辊、下辊为平辊的波纹轧机对步骤2)中制备的两层组装坯进行冷轧，波纹辊与铝板接触，平辊与钢板接触，制备出铝侧为波纹面的钢/铝层状复合板；

4)界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯的制备：准备长度和宽度与步骤3)中制备的钢/铝层状复合板相同的铝合金板，然后将铝合金板与钢/铝层状复合板叠放在一起，使铝合金板待复合面与钢/铝层状复合板铝侧波纹面接触，利用铝丝将头尾绑定，形成界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯；

5)钢/铝/铝合金层状复合板的制备：对步骤4)中制备的界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯进行加热，利用平辊热轧机将界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯轧制成形，经退火，矫直和切边顺序处理，制备出高性能钢/铝/铝合金层状复合板。

优选的，所述步骤1)中钢板为普碳钢、船舶及海洋工程用钢和不锈钢中的任意一种，厚度为4～100mm；铝板为工业纯铝，厚度为0.2～8mm；钢与铝的厚度比大于8。

优选的，所述步骤1)中铝板的热处理温度为300～600℃。

优选的，所述步骤2)中钢板和铝板的长度和宽度的对称面重合，铝板的宽度比钢板宽2h及以上，铝板的长度比钢板长2h及以上，h为钢板厚度。

优选的，所述步骤3)中波纹辊的波纹为正余弦曲线，波纹高度H与波纹宽度B之比为1:1～1:10，波纹高度H不大于10mm。

优选的，所述步骤3)中轧制压下量不小于1H。

优选的，所述步骤4)中铝合金板与钢/铝层状复合板叠放前，对钢/铝层状复合板的铝侧波纹面和铝合金板进行表面处理；将钢/铝层状复合板的铝侧波纹面清除油污和氧化膜后打磨、静置烘干；将铝合金板的待复合面清除油污和氧化膜后打磨、静置烘干。

优选的，所述步骤4)中铝合金的牌号为3系、5系或6系铝合金中的任意一种，厚度为4～100mm。

优选的，所述步骤5)中加热温度为450～600℃，轧制压下量不小于40％。

优选的，所述步骤5)中制备的钢/铝/铝合金层状复合板为界面波纹机械啮合与冶金结合的高性能复合板。

本发明公开了以下技术效果：

1、本发明首先利用大厚比波纹冷轧，增强待复合界面形变，协调组元金属变形，解决钢铝界面不变形问题，先制备出板形良好、界面牢固结合的钢/铝层状复合板；然后利用界面波-平热轧，协调组元变形，实现铝和铝合金面复合，制备出高性能的钢/铝/铝合金层状复合板；借助热轧加热过程钢和铝界面扩散以及热轧过程压力进一步增强钢铝界面结合强度。

2、利用界面氧化对铝与铝合金结合影响不大的优点，消除复合过程中防氧问题；最终解决了厚度4mm以上钢/铝/铝合金层状复合板轧制过程中因钢铝结合面接近中性层而出现的界面剪切作用弱、界面结合主要依靠热-压作用等导致界面结合强度低的问题，以及钢、铝和铝合金性能差异较大引起的变形不协调问题。

3、本发明提供的制备方法，需要的设备简单、改造方便，可以实现连续化、大规模生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的轧制流程图；

图2为波纹轧机波纹辊的平面示意图；

图3为钢/铝组装板坯宽度方向截面示意图；

图4为钢/铝层状复合板轧向截面示意图；

图5为钢/铝/铝合金层状复合板轧向截面示意图；

图6为实施例2中波纹冷轧、组坯以及热轧后试件；

图7为实施例2中轧后界面形貌；

图8为实施例2中轧制方向和宽度方向界面剪切应力；

其中，1为钢板，2为铝板，3为钢/铝组装板坯，4为波纹轧机的波纹辊，5为钢/铝层状复合板，6为波纹轧机的平辊，7为铝合金板，8为界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯，9为平辊轧机，10为钢/铝/铝合金层状复合板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

本实施例提供一种钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，用于制备Q235B/1060/3003层状复合板，具体包括：

1)准备钢板1和铝板2并进行处理：

准备一块长×宽×高为4000mm×500mm×10mm、材质为Q235B的钢板1，将钢板1在600℃下退火2小时后空冷，清除待复合钢板1中待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将钢板1的待复合面清洗干净，然后用打磨机对钢板1的待复合面进行打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra25，静置烘干；准备长×宽×高为4030mm×530mm×0.2mm、材质为1060的工业纯铝作为铝板2，将铝板2在300℃下热处理2小时后空冷，清除铝板2中待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将铝板2的复合面清洗干净，然后用打磨机对铝板2的待复合面进行打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra25，静置烘干。

2)将处理好的钢板1和铝板2的叠放在一起且待复合面接触，钢板1和铝板2的长度和宽度的对称面重合，将铝板2长宽边界折叠包裹钢板1，利用铝丝将头部和尾部绑定，获得钢/铝组装板坯3。

3)利用上辊为波纹辊4、下辊为平辊6的波纹轧机对钢/铝组装板坯3进行冷轧，波纹辊4与铝板2接触，平辊6与钢板1接触，波纹辊4的波纹高度H为1mm，宽度B为1mm，冷轧平均压下量为2mm，制备出铝侧波纹面的钢/铝层状复合板5。

4)准备铝合金板7，并对所制备出的钢/铝层状复合板5、铝合金板7进行处理、组装获得界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8：

选取长×宽×高为4800mm×510mm×10mm、材质为3003的铝合金板7，将铝合金板7在280℃下去应力退火2小时，清除待复合面的油污和氧化膜，用酒精和丙酮将待复合面清洗干净，然后用打磨机打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra25，静置烘干；清除钢/铝层状复合板5铝面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将钢/铝层状复合板5的铝面清洗干净，然后用打磨机对钢/铝层状复合板5的铝面进行打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra25，静置烘干；将处理好的铝合金板7与钢/铝层状复合板5叠放在一起，使铝合金7的待复合面与钢/铝层状复合板5的铝侧波纹面接触，利用铝丝将头尾绑定，形成界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8。

5)对界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8进行加热，利用平辊轧机9将界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8轧制成形，压下量为40％，然后经过退火、矫直、切边顺序处理，制备出界面机械啮合与冶金结合的高性能钢/铝/铝合金层状复合板10。

实施例二：

本实施例提供一种钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，用于制备Q235/1060/5083层状复合板，具体包括：

1)准备钢板1和铝板2并进行处理：

准备一块长×宽×高为200mm×60mm×4mm、材质为Q235的钢板1，将钢板1在600℃下退火2小时后空冷，清除待复合钢板1中待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将钢板1的待复合面清洗干净，然后用打磨机对钢板1的待复合面进行打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra50，静置烘干；准备长×宽×高为210mm×70mm×0.5mm、材质为1060的工业纯铝作为铝板2，将铝板2在500℃下热处理2小时后空冷，清除铝板2中待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将铝板2的复合面清洗干净，然后用打磨机对铝板2的待复合面进行打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra50，静置烘干。

2)将处理好的钢板1和铝板2的叠放在一起且待复合面接触，钢板1和铝板2的长度和宽度的对称面重合，将铝板2长宽边界折叠包裹钢板1，利用铝丝将头部和尾部绑定，获得钢/铝组装板坯3。

3)利用上辊为波纹辊4、下辊为平辊6的波纹轧机对钢/铝组装板坯3进行冷轧，波纹辊4与铝板2接触，平辊6与钢板1接触，波纹辊4的波纹高度H为1.1mm，宽度B为5mm，冷轧平均压下量为1.1mm，制备出铝侧波纹面的钢/铝层状复合板5。

4)准备铝合金板7，并对所制备出的钢/铝层状复合板5、铝合金板7进行处理、组装获得界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8：

选取长×宽×高为240mm×65mm×4mm、材质为5083的铝合金板7，将铝合金板7在280℃下去应力退火2小时，清除待复合面的油污和氧化膜，用酒精和丙酮将待复合面清洗干净，然后用打磨机打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra50，静置烘干；清除钢/铝层状复合板5铝面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将钢/铝层状复合板5的铝面清洗干净，然后用打磨机对钢/铝层状复合板5的铝面进行打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra50，静置烘干；将处理好的铝合金板7与钢/铝层状复合板5叠放在一起，使铝合金7的待复合面与钢/铝层状复合板5的铝侧波纹面接触，利用铝丝将头尾绑定，形成界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8。

5)对界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8进行加热，利用平辊轧机9将界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8轧制成形，压下量为45％，制备出界面机械啮合与冶金结合的高性能钢/铝/铝合金层状复合板10。对钢/铝/铝合金层状复合板10进行界面剪切应力测试，发现轧制方向剪切应力达到78.49MPa，宽度方向剪切应力达到94.11MPa，远高于我国CB20091-2012中55MPa的强度要求。

实施例三：

本实施例提供一种钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法，用于制备304/1060/6061层状复合板，具体包括：

1)准备钢板1和铝板2并进行处理：

准备一块长×宽×高为12000mm×600mm×100mm、材质为304的钢板1，将钢板1在600℃下退火2小时后空冷，清除待复合钢板1中待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将钢板1的待复合面清洗干净，然后用打磨机对钢板1的待复合面进行打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra50，静置烘干；准备长×宽×高为12300mm×800mm×8mm、材质为1060的工业纯铝作为铝板2，将铝板2在600℃下热处理2小时后空冷，清除铝板2中待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将铝板2的复合面清洗干净，然后用打磨机对铝板2的待复合面进行打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra50，静置烘干。

2)将处理好的钢板1和铝板2的叠放在一起且待复合面接触，钢板1和铝板2的长度和宽度的对称面重合，将铝板2长宽边界折叠包裹钢板1，利用铝丝将头部和尾部绑定，获得钢/铝组装板坯3。

3)利用上辊为波纹辊4、下辊为平辊6的波纹轧机对钢/铝组装板坯3进行冷轧，波纹辊4与铝板2接触，平辊6与钢板1接触，波纹辊4的波纹高度H为10mm，宽度B为100mm，冷轧平均压下量为20mm，制备出铝侧波纹面的钢/铝层状复合板5。

4)准备铝合金板7，并对所制备出的钢/铝层状复合板5、铝合金板7进行处理、组装获得界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8：

选取长×宽×高为14500mm×620mm×100mm、材质为6061的铝合金板7，将铝合金板7在280℃下去应力退火2小时，清除待复合面的油污和氧化膜，用酒精和丙酮将待复合面清洗干净，然后用打磨机打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra50，静置烘干；清除钢/铝层状复合板5铝面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将钢/铝层状复合板5的铝面清洗干净，然后用打磨机对钢/铝层状复合板5的铝面进行打磨，打磨后的表面粗糙度为Ra50，静置烘干；将处理好的铝合金板7与钢/铝层状复合板5叠放在一起，使铝合金7的待复合面与钢/铝层状复合板5的铝侧波纹面接触，利用铝丝将头尾绑定，形成界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8。

5)对界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8进行加热，利用平辊轧机9将界面波-平的钢/铝/铝合金组装坯8轧制成形，压下量为40％，然后经过退火、矫直、切边处理，制备出界面机械啮合与冶金结合的高性能钢/铝/铝合金层状复合板10。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

一种钢/铝/铝合金层状复合板波-平轧制复合方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。