一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制装置及方法

本发明属于钛和不锈钢变厚复合板生产领域，具体涉及一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制装置及方法。

背景技术：

钛作为一种稀有的战略资源金属，常用在国防、航天航空以及国民经济等领域。钛能够应用在这些特定领域内主要是钛具有密度小、比强度大、导热系数小、无磁、耐腐蚀性好以及耐热性能优异等一系列优点。另外，钛在低温条件下仍能保持良好的性能，同时在低温条件下也有较好的延展性及韧性，所以适宜在超低温下使用。

不锈钢是最常用的结构材料，具有不锈和耐腐蚀特性，并具有其他一系列优良的性能，如力学性能、焊接性能、热稳定性等，且成本相对较低，在各个工业部门和日常生活中，已获得了广泛的应用。然而不锈钢的耐蚀性能不如钛，而且钢铁的密度大，比强度小，只有钛的1/3.5左右。

脉冲电流可以通过对材料施加热能、电子动能、电能等附加能量来影响原子的随机热运动。当高密度的电流在极短时间内被传输到金属材料内时，会显著提升材料内部原子、空位的扩散能力，通过改变材料缺陷处的能量来影响材料的再结晶过程，同时促进位错的滑移运动。因此，如果将脉冲电流应用在双金属复合材料的轧制过程中，能使不同变形能力的金属材料达到同步变形，抑制复合材料边裂情况，提高金属复合板的结合强度，提高生产效率。

变厚板是一种在长度方向上厚度呈规律性不断变化的板材。由于变厚复合板既具有变厚板的连续变化的过渡区和良好的表面质量、减少焊缝数量、省去焊接连接接头处的机械加工、连接强度高等突出优点，也具有复合板的兼备单一金属的优点且综合性能又优于单一金属的优点。

钛和不锈钢复合板兼备了钛和不锈钢的优点，又互补了两种金属的缺陷。钛和不锈钢复合板具有耐腐蚀性、耐热性能好、可在超低温下使用、比强度大、力学性能和焊接性能优异等优点，弥补了钛的弹性模量小和不锈钢的耐腐蚀性较差的缺点，综合性能均优于单独的钛和不锈钢。在许多领域，需要兼有钛与不锈钢优良特性的钛/不锈钢复合板材，如板式换热器、核动力装置、宇航(卫星燃料喷注器及姿态控制推进系统中的关键部件)石油化工(电极、电解槽、电镀、反应塔、强酸强碱容器)、体育器材(高尔夫球杆头部)、海水淡化、真空制盐、电厂脱硫烟筒以及医疗行业等。在宇航工业中钛/不锈钢复合板的应用很多，如美国巴蒂尔研究所曾用钛/不锈钢复合板制造宇宙飞船的液氧箱。

目前还未出现不同厚度的钛/不锈钢复合板的制造，只能按照厚度规格选定坯料尺寸，这就造成金属板材的浪费和结构件重量的增加。因此钛/不锈钢变厚复合板材的制造就成为了急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明针对上述问题提供了一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制装置及方法。

为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：

一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制装置，包括轧机，所述轧机的上轧辊和下轧辊都为异形轧辊，且上轧辊和下轧辊的形状和尺寸均相同，在所述上轧辊和下轧辊上接有脉冲电流，上轧辊为负极，下轧辊为正极。

进一步，所述上轧辊和下轧辊的辊轴均通过万向联轴器连接至同一分束器，从而保证在轧制过程中上轧辊和下轧辊的转速相同。

再进一步，所述上轧辊和下轧辊都为整体式异形轧辊，且所述上轧辊和下轧辊的过渡性曲线可为直线型过渡曲线或双弧型过渡曲线。

一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制方法，包括以下步骤：

1)坯料加工：选取金属基板和金属复板，所述金属基板的变形抗力要求大于金属复板的变形抗力，清理金属基板和金属复板待复合面以见到金属基体；

2)变厚复合板制坯：将金属基板与金属复板按顺序叠装，将金属基板与金属复板固定好焊合并抽真空密封在一起制成变厚复合板坯料；

3)变厚复合板坯料加热：设定好加热炉的加热温度，将已准备好的变厚复合板坯料送入加热炉中；

4)变厚复合板轧制前准备：调整上轧辊和下轧辊之间的辊缝，根据变厚复合板的初始尺寸设计压下量，设定上轧辊和下轧辊的转速，为异形轧辊轧机的上轧辊和下轧辊通入脉冲电流；

5)变厚复合板轧制：将加热完成的变厚复合板坯料送入异形轧辊轧机进行脉冲电流辅助轧制，得到所需的变厚复合板。

进一步，所述步骤4)中脉冲电流的参数设置范围为电流密度0-400a/mm²，频率为0-1000hz，占空比为0-100％。

再进一步，所述步骤4)还包括转动上轧辊和下轧辊，使上轧辊和下轧辊关于轧制中心线对称，并使上轧辊和下轧辊的直径最小区域靠近轧制中心线，以保证轧制出的变厚复合板上下面相互对称，同时保证上轧辊和下轧辊的直径最小区域先与坯料接触。

更进一步，所述步骤4)中设定的上轧辊和下轧辊的转速为0.1-1m/s，压下量为所述复合板初始厚度的40％-65％。

更进一步，所述步骤4)还包括在轧制前将变厚复合板坯料前端打磨出倾斜的坡口，以便于轧辊的咬入。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

本发明利用变厚复合板的轧制对坯料厚度规格不进行具体限定的特性，运用整体式异形轧辊轧制钛和不锈钢变厚复合板，在轧制过程中向上轧辊和下轧辊通入脉冲电流进行辅助轧制，使用异形轧辊轧制变厚复合板，板材的连接强度高、无焊缝，同时在轧制过程中无轧制力的突变，对装置及板材损耗小；因为上轧辊和下轧辊的形状相同，且转速相同，可以保证上下轧辊的线速度相等，复合强度高；另外，在轧制时通入脉冲电流可以使变厚复合板变形能力提高、抑制复合材料边裂情况、使变形抗力下降，使复合材料组织细化。

附图说明

图1为本发明上轧辊和下轧辊的装配图；

图2为本发明钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制流程图；

图3为轧制出来的变厚复合板；

图中，1-钛板材，2-不锈钢板材，3-异形轧辊，4-脉冲电源，5-导线，6-导线接头。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

如图1至图3所示，一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制装置，包括轧机，所述轧机的上轧辊和下轧辊都为异形轧辊，且上轧辊和下轧辊的形状和尺寸均相同，所述上轧辊和下轧辊都为整体式异形轧辊，且所述上轧辊和下轧辊的过渡性曲线为直线型过渡曲线。所述上轧辊和下轧辊的辊轴均通过万向联轴器连接至同一分束器，从而保证在轧制过程中上轧辊和下轧辊的转速相同；在所述上轧辊和下轧辊上接有脉冲电流，上轧辊为负极，下轧辊为正极。

一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制方法，包括以下步骤：

1)坯料加工：选取不锈钢板为基板和钛板为复板，将钛板和不锈钢板切成尺寸为300mm*100mm*2mm的长方体板材，先用丙醇清洗去除材料表面油脂和污渍，然后用电动钢刷打磨钛板和不锈钢板待复合面上的氧化膜以见到金属基体，最后用酒精彻底清洗板材表面；

2)变厚复合板制坯：将钛板和不锈钢板按钛板在上、不锈钢在下的顺序叠装，将钛板和不锈钢板固定好焊合并抽真空密封在一起制成变厚复合板坯料；

3)变厚复合板坯料加热：将加热炉的加热温度设定为1260℃，将已准备好的变厚复合板坯料送入加热炉中，待加热到1260℃后，保温2h；

4)变厚复合板轧制前准备：在轧制前将变厚复合板坯料前端打磨出倾斜的坡口，以便于轧辊的咬入；转动上轧辊和下轧辊，使上轧辊和下轧辊关于轧制中心线对称，并使上轧辊和下轧辊的直径最小区域靠近轧制中心线，以保证轧制出的变厚复合板上下面相互对称，同时保证上轧辊和下轧辊的直径最小区域先与坯料接触；调整上轧辊和下轧辊之间的辊缝，根据变厚复合板的初始尺寸设计压下量为50％，设定上轧辊和下轧辊的转速为0.5m/s，设定脉冲电流的参数设置范围为电流密度200a/mm²，频率为500hz，占空比为50％，为异形轧辊轧机的上轧辊和下轧辊通入脉冲电流；

5)变厚复合板轧制：将加热完成的复合板坯，经空冷后放置在二辊异形轧辊轧机的入口处，启动轧机开关和脉冲电流开关，复合板随异形轧辊的转动进行脉冲电流辅助轧制，得到所需的变厚复合板。

实施例2

如图1至图3所示，一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制装置，包括轧机，所述轧机的上轧辊和下轧辊都为异形轧辊，且上轧辊和下轧辊的形状和尺寸均相同，所述上轧辊和下轧辊都为整体式异形轧辊，且所述上轧辊和下轧辊的过渡性曲线为双弧型过渡曲线。所述上轧辊和下轧辊的辊轴均通过万向联轴器连接至同一分束器，从而保证在轧制过程中上轧辊和下轧辊的转速相同；在所述上轧辊和下轧辊上接有脉冲电流，上轧辊为负极，下轧辊为正极。

一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制方法，包括以下步骤：

1)坯料加工：选取不锈钢板为基板和钛板为复板，将钛板和不锈钢板切成尺寸为300mm*100mm*2mm的长方体板材，先用丙醇清洗去除材料表面油脂和污渍，然后用电动钢刷打磨钛板和不锈钢板待复合面上的氧化膜以见到金属基体，最后用酒精彻底清洗板材表面；

2)变厚复合板制坯：将钛板和不锈钢板按照钛/不锈钢/钛的顺序叠装，将钛/不锈钢/钛复合板固定好焊合并抽真空密封在一起制成变厚复合板坯料；

3)变厚复合板坯料加热：将加热炉的加热温度设定为1260℃，将已准备好的变厚复合板坯料送入加热炉中，待加热到1260℃后，保温2h；

4)变厚复合板轧制前准备：在轧制前将变厚复合板坯料前端打磨出倾斜的坡口，以便于轧辊的咬入；转动上轧辊和下轧辊，使上轧辊和下轧辊关于轧制中心线对称，并使上轧辊和下轧辊的直径最小区域靠近轧制中心线，以保证轧制出的变厚复合板上下面相互对称，同时保证上轧辊和下轧辊的直径最小区域先与坯料接触；调整上轧辊和下轧辊之间的辊缝，根据变厚复合板的初始尺寸设计压下量为50％，设定上轧辊和下轧辊的转速为0.5m/s，设定脉冲电流的参数设置范围为电流密度200a/mm²，频率为500hz，占空比为50％，为异形轧辊轧机的上轧辊和下轧辊通入脉冲电流；

5)变厚复合板轧制：将加热完成的复合板坯，经空冷后放置在二辊异形轧辊轧机的入口处，启动轧机开关和脉冲电流开关，复合板随异形轧辊的转动进行脉冲电流辅助轧制，得到所需的变厚复合板。

实施例3

如图1至图3所示，一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制装置，包括轧机，所述轧机的上轧辊和下轧辊都为异形轧辊，且上轧辊和下轧辊的形状和尺寸均相同，所述上轧辊和下轧辊都为整体式异形轧辊，且所述上轧辊和下轧辊的过渡性曲线为直线型过渡曲线。所述上轧辊和下轧辊的辊轴均通过万向联轴器连接至同一分束器，从而保证在轧制过程中上轧辊和下轧辊的转速相同；在所述上轧辊和下轧辊上接有脉冲电流，上轧辊为负极，下轧辊为正极。

一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制方法，包括以下步骤：

1)坯料加工：选取不锈钢板为基板和钛板为复板，将钛板和不锈钢板切成尺寸为300mm*100mm*2mm的长方体板材，先用丙醇清洗去除材料表面油脂和污渍，然后用电动钢刷打磨钛板和不锈钢板待复合面上的氧化膜以见到金属基体，最后用酒精彻底清洗板材表面；

2)变厚复合板制坯：将钛板和不锈钢板按钛板在上、不锈钢在下的顺序叠装，将钛板和不锈钢板固定好焊合并抽真空密封在一起制成变厚复合板坯料；

3)变厚复合板坯料加热：将加热炉的加热温度设定为1260℃，将已准备好的变厚复合板坯料送入加热炉中，待加热到1260℃后，保温2h；

4)变厚复合板轧制前准备：在轧制前将变厚复合板坯料前端打磨出倾斜的坡口，以便于轧辊的咬入；转动上轧辊和下轧辊，使上轧辊和下轧辊关于轧制中心线对称，并使上轧辊和下轧辊的直径最小区域靠近轧制中心线，以保证轧制出的变厚复合板上下面相互对称，同时保证上轧辊和下轧辊的直径最小区域先与坯料接触；调整上轧辊和下轧辊之间的辊缝，根据变厚复合板的初始尺寸设计压下量为65％，设定上轧辊和下轧辊的转速为0.1m/s，设定脉冲电流的参数设置范围为电流密度0a/mm²，频率为1000hz，占空比为100％，为异形轧辊轧机的上轧辊和下轧辊通入脉冲电流；

5)变厚复合板轧制：将加热完成的复合板坯，经空冷后放置在二辊异形轧辊轧机的入口处，启动轧机开关和脉冲电流开关，复合板随异形轧辊的转动进行脉冲电流辅助轧制，得到所需的变厚复合板。

实施例4

如图1至图3所示，一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制装置，包括轧机，所述轧机的上轧辊和下轧辊都为异形轧辊，且上轧辊和下轧辊的形状和尺寸均相同，所述上轧辊和下轧辊都为整体式异形轧辊，且所述上轧辊和下轧辊的过渡性曲线为直线型过渡曲线。所述上轧辊和下轧辊的辊轴均通过万向联轴器连接至同一分束器，从而保证在轧制过程中上轧辊和下轧辊的转速相同；在所述上轧辊和下轧辊上接有脉冲电流，上轧辊为负极，下轧辊为正极。

一种钛和不锈钢变厚复合板脉冲电流辅助轧制方法，包括以下步骤：

1)坯料加工：选取不锈钢板为基板和钛板为复板，将钛板和不锈钢板切成尺寸为300mm*100mm*2mm的长方体板材，先用丙醇清洗去除材料表面油脂和污渍，然后用电动钢刷打磨钛板和不锈钢板待复合面上的氧化膜以见到金属基体，最后用酒精彻底清洗板材表面；

2)变厚复合板制坯：将钛板和不锈钢板按钛板在上、不锈钢在下的顺序叠装，将钛板和不锈钢板固定好焊合并抽真空密封在一起制成变厚复合板坯料；

3)变厚复合板坯料加热：将加热炉的加热温度设定为1260℃，将已准备好的变厚复合板坯料送入加热炉中，待加热到1260℃后，保温2h；

4)变厚复合板轧制前准备：在轧制前将变厚复合板坯料前端打磨出倾斜的坡口，以便于轧辊的咬入；转动上轧辊和下轧辊，使上轧辊和下轧辊关于轧制中心线对称，并使上轧辊和下轧辊的直径最小区域靠近轧制中心线，以保证轧制出的变厚复合板上下面相互对称，同时保证上轧辊和下轧辊的直径最小区域先与坯料接触；调整上轧辊和下轧辊之间的辊缝，根据变厚复合板的初始尺寸设计压下量为40％，设定上轧辊和下轧辊的转速为1m/s，设定脉冲电流的参数设置范围为电流密度400a/mm²，频率为0hz，占空比为0％，为异形轧辊轧机的上轧辊和下轧辊通入脉冲电流；

5)变厚复合板轧制：将加热完成的复合板坯，经空冷后放置在二辊异形轧辊轧机的入口处，启动轧机开关和脉冲电流开关，复合板随异形轧辊的转动进行脉冲电流辅助轧制，得到所需的变厚复合板。

以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。