[发明专利]一种铝合金连续铸轧用复合材料辊套及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及铝加工设备技术领域，具体涉及一种铝合金连续铸轧用复合材料辊套及其制造工艺。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金板带结构件的需求日益增多，随着需求量的不断增大，竞争加剧，降低生产成本的创新将肯定受到欢迎。目前，国内铝加工行业大约有1300-1500条连续铸轧生产线，每条钢质辊套的寿命为6个月，每个辊套每年需要更换2-3个，每年需要辊套6000-8000条，国内的大多数连续铸轧生产线用的辊套为钢质，钢棍套具有较高的强度和硬度，有较好的耐高温、抗热疲劳和抗热变形性能，但是使用钢辊套进行连续铸轧的速度较慢，铸轧过程中的实际运行速度大约为1m/min。

国外许多连续铸轧生产线用的辊套有使用铜合金辊套，以德国生产的铜辊套为例，铜质辊套的设计运行速度为1.5-2m/min，铜辊套每吨价格为26-30万元，每个辊套就需要40-60万元，使用成本较高。纯铜的导热系数为仅次于银的导热系数，是导热性能最好的金属之一，具有关报道，铜合金的导热系数与铜相比，相差较大，H80-H96型铜合金的导热系数为141-243.9W/M.K，说明铜材中加入其他金属后，可以优化其性能，但是，导热系数随之降低较多。使用铜辊套可以提高连续铸轧过程中铝板的生产速度，但是，由于铜的强度、硬度和抗疲劳性能均不如钢棍套，铜辊套的寿命低于钢棍套。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种铝合金连续铸轧用复合材料辊套及其制造工艺，不但具有较高的硬度和强度，较好的耐高温、抗热疲劳和抗热变形性能，使得辊套的使用寿命较长，而且还具有良好的导热性，能够使得液态铝合金快速结晶，提高辊套的运行速度和设备的生产能力。

本发明为解决上述技术问题，所提供的技术方案是：一种铝合金连续铸轧用复合材料辊套，包括复合的金属外套和铜质合金内套，所述金属外套为钢质外套或者铜合金外套。

作为本发明一种铝合金连续铸轧用复合材料辊套的进一步优化：铜钢复合材料辊套包括复合的钢质外套和铜质合金内套，钢质外套的厚度为10-30mm，铜质合金内套的厚度为20-40mm，其中，钢质外套材质的硬度为HB200-420，室温抗拉强度为300-1400MPa，600℃时抗拉强度为250-750MPa；铜质合金内套材质中Cu含量为80-99％，材质的导热系数100-420W/M·K。

所述钢质外套的材质为3MoV、32Cr3MoV、20Cr3MoWV、35CrMnMo、45MnMWV或CrNi3MoV。

作为本发明一种铝合金连续铸轧用复合材料辊套的另一种优化方案：铜钢复合材料辊套包括复合的铜合金外套和铜质合金内套，铜合金外套的厚度为10-30mm，铜质合金内套的厚度为20-40mm，其中，铜合金外套材质的硬度为HB200-420，室温抗拉强度为300-500MPa，600℃时抗拉强度为200-450MPa；铜质合金内套材质中Cu含量为80-99％，材质的导热系数100-420W/M·K。

一种铝合金连续铸轧用复合材料辊套的制造工艺：先制作圆筒状金属外套和圆柱状钢质内芯，钢质内芯置于金属外套内形成铜液浇铸模具，并在钢质内芯的外壁涂上脱模剂，然后将铜液浇入模具内，冷却后脱去钢质内芯，即得到复合材料辊套毛坯，经机械加工后得到辊套成品。

作为本发明一种铝合金连续铸轧用复合材料辊套的制造工艺的进一步优化，具体包括以下步骤：

1）、采用传统铸造工艺或者锻造工艺制作圆筒状金属外套毛坯，经过进一步机械加工，将金属外套毛坯加工成满足设计尺寸的金属外套，将金属外套经过清洗、干燥，作为模具外套，备用；

2）、制作圆柱状钢质内芯，经过机械加工，使钢质内芯的直径满足辊套内壁的设计尺寸，作为模具内芯使用，在钢质内芯的外壁涂上脱模剂，将金属外套和钢质内芯放置在制作好的铸铜夹具上，再将模具上部固定好，组合成铜液浇注模具，备用。

3）、将铜液浇注模具放进真空罐内，预留真空抽气管和浇注口，真空管与真空泵相连用于抽真空，浇注口与真空炉相连用于倒进铜液，然后开启真空泵和真空熔炼炉，达到设定温度后，将铜液经过浇注口自动倒进模具内，经自然冷却，脱去钢质内芯，即制得铜钢复合材料辊套毛坯，进一步经过热处理工艺和时效处理，得到符合质量要求的铜钢复合材料辊套毛坯，最后经过机械加工工艺，制作成铜钢复合材料辊套成品。

所述铜液浇注温度为1180-1250℃。