不同制坯工艺对不锈钢复合板坯料轧制的影响研究

不锈钢复合板生产可以采用坯料非对称真空复合、爆炸复合和对称焊接复合等工艺制坯。针对以上三种制坯方式以及相应不锈钢复合板坯料轧制工艺展开研究、对比分析,确定不同组坯方式对复合板轧制的影响,从而设计出合理的制坯工艺。     

轧制钛钢复合板的制造方法

钛钢复合板的制造方法有轧制法、爆炸法和浇注法,现在,日本主要采用轧制法和爆炸法来生产.轧制法的优点在于,它可以利用厚板轧机来生产,所以可以批量地生产大型的复合钢板,但采用这种方法,板坯的复合工序复杂.轧制钛钢复合板的复合方式大致可分为夹层方式、半夹层方式和空夹层方式.其中空夹层方式存在着表面氧化的问题.在空夹层或半夹层复合方式中,母材和覆材由于材质的不同,会产生板弯曲的现象;而在夹层复合方式中,不能将覆材相互分开,只是进行适当的隔离.而且,在轧制法中,由于钛与母材碳素钢的变形抗力相差很大,轧制中,只是覆材延展.目前在接合强度和所规定的板厚度的控制方面还存在问题.     

铁钴镍合金配比对层间真空涂覆流动性的影响

在复合板基层与复层中间添加金属夹层可以阻隔界面间发生的元素扩散，但传统的真空热轧法因界面真空度不易保证，在夹层与复合板结合界面处极易出现氧化物和杂质。因此，采用熔融态夹层添加方法，选取流动性较好的铁钴镍合金作为夹层材料，从提升合金熔体流动性角度出发，基于流体力学控制定律以及合金凝固理论，考虑及合金熔体剪切力和表面压力对涂覆过程的影响，建立了不同合金配比影响下的半定量熔体层间涂覆数学模型；运用JMatPro软件分析了铁、钴、镍各元素质量分数变化对合金热物性参数的影响规律，以流动距离为指标，进行不同合金配比下的2因素3水平正交试验，通过直观分析法确定涂覆率较高的合金配比方案；根据课题组前期研究结果，确定初始涂覆温度为1 650℃,涂覆压差为85 kPa,吸口直径为8 mm和夹层宽度为16 mm的涂覆工艺参数，依靠锭模旋转式真空电弧熔炼/吸铸系统，进行不锈钢复合板坯层间真空涂覆试验，并对比不同合金配比下层间涂覆情况，结果表明，铁钴镍合金在铁质量分数较小及镍质量分数较大时夹层涂覆率相对较高；选用Ni₈₀Co₁₅Fe₅合金，成功制...     

层间残余应力对带夹层复合板组织性能影响

利用层间真空涂覆技术在不锈钢复合板间添加充型夹层会产生层间残余应力,在后续热轧成形过程中可能受层间残余应力影响导致复合板组织与力学性能发生变化。不锈钢复合板层间残余应力由充型夹层凝固过程中层间热应力与相变应力共同作用产生,拟通过轧前热处理对层间残余应力进行消除,采用数值模拟与试验验证相结合的方法制定轧前热处理工艺,通过层间真空压差涂覆、轧前热处理及热轧试验制备消除与未消除层间残余应力的2种不锈钢复合板,利用金相观测、硬度测试、界面能谱扫描及拉伸、剪切等表征及性能测试试验分析层间残余应力对复合板组织性能的影响。研究结果表明,在保证基层、夹层、复层组织不变的情况下,消除层间残余应力的轧前处理工艺为加热至400℃,保温3.5 h,缓慢冷却;经过轧前处理,层间残余应力消减了96.3%;相较于未消除层间残余应力的复合板,消除层间残余应力复合板轧后夹层应力显著增强,晶粒细化81.7%,同时,消除层间残余应力能够提升复合板剪切强度13.3%、拉伸强度3.9%、断后伸长率4%及夹层界面显微硬度3.5%。研究内容通过消除层间残余应力提升了带充型夹层复合板的整体性能,可为相关铸造成型构件性能的提升提供理论...     

真空制坯热轧钛/钢复合板工艺及性能

钛/钢复合板的需求量日益增多，真空制坯热轧复合法（VRC）是制备高性能钛/钢复合板的有效工艺。介绍了钛/钢复合板制备工艺的国内外现状和工艺特点。依托863重点项目“钛/钢复合板研究与生产技术开发”和十三五重大课题“容器板轧制复合原理与关键技术”，利用真空制坯热轧复合法（VRC）在实验室和钢厂进行了一系列钛/钢复合板的轧制试验，对复合板的界面组织与力学性能进行了分析。实验室制备的钛/钢复合板，界面生成了明显的TiC层，未发现氧化物等杂质，断口有大量韧窝生成，复合界面平均拉剪强度达到了230MPa。钢厂试生产的钛/钢复合板，宽幅达到3500mm，界面生成连续的β- Ti层，拉剪断口未检测到氧化物，拉伸、冲击、弯曲等力学性能均满足国家标准，剪切强度均在196MPa以上，已达国内领先水平。     

热轧不锈钢复合板复合率和复合强度的研究

结合热轧复合工艺原理,分析了不锈钢复合板热轧复合过程中表面洁净度、复合坯压缩比、真空度、复合坯加热、轧制等工序对复合率和复合强度的影响,通过工艺参数的优化和应用,在实际生产中大幅度提高了不锈钢复合板的复合率和复合强度,并稳定了热轧复合工艺.     

感应加热温度对冷?热轧制成形钛/钢复合板界面的影响

对钛/钢组坯进行冷轧预复合成形,将钛/钢预复合板感应加热至热轧温度后单道次热轧成形制备了钛/钢复合板,研究了感应加热温度对钛/钢复合板的界面组织和界面结合性能的影响。结果表明,冷?热轧制复合法制备的钛/钢复合板的界面结合紧密,没有孔洞和间隙。钛/钢复合板由于感应加热和热轧的时间较短（<5 s）,钛/钢界面仅有少量硬化层碎块,没有金属间化合物析出。钛/钢复合板的界面Ti和Fe元素扩散层宽度随感应加热温度增大而增大,950 ℃时界面扩散层宽度达到8 μm。在感应加热温度为750 ~ 950 ℃的条件下,钛/钢复合板的界面结合良好。      

双覆层钛复合板的制备方法

南京钢铁股份有限公司开发并提供了一种双覆层钛钢复合板的制备方法,具体包括以下步骤:(1)选用无缺陷的双覆层爆炸复合坯,其上、下层均为钛板,中间层为钢板;(2)对所选复合坯表面进行处理;(3)将表面清理后的复合坯料置于步进式加热炉内加热,重点控制炉膛烧嘴的火焰长度;(4)将均热后的复合坯送至轧机除鳞,并进行多道次轧制;(5)轧制完成后复合板空冷,并进行矫直处理.     

TA2/Q345B钛钢复合板复合界面缺陷分析

采用真空复合组坯+热轧技术制备了TA2/Q345B钛钢复合板,并通过光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机和弯曲试验机等对其微观组织和力学性能进行了观察、检验,研究分析了钛钢复合界面易产生的缺陷及其形成原因。结果表明,TA2复层和Q345B基层之间形成了冶金结合,整体结合良好,钛钢复合界面平整连续。但由于材料及工艺限制,钛钢复合板复合界面处易出现两种类型缺陷,这两种缺陷在钛钢复合板受力过程中均可作为裂纹源,对其界面的剪切和弯曲性能影响较大。     

轧制温度对TA1/Q345复合板性能的影响

相对于爆炸复合法和爆炸轧制复合法而言,采用真空-轧制生产钛钢复合板的方法更加适应大规模生产需要.本实验将TA1钛材置于两块Q345钢材中间组成组合坯,组合坯经抽真空至0.1 Pa后密封,在840~930℃下进行加热轧制,对轧制复合样进行力学性能检测,并利用扫描电镜、X射线衍射分析及显微硬度仪对组织与界面结合度进行分析.在该实验条件下,钛钢复合板剪切强度在159 MPa以上,达到了1类复合板标准要求,870℃轧制复合板性能较优.900和930℃轧制时,钛发生相变,同时在界面处生成了较多的金属问化合物,钛和钢的变形抗力相差过大和变形不协调导致界面附近的内应力变大,这些因素都降低了界面的剪切强度.840℃轧制后剪切强度低的原因是由于温度过低影响了界面附近元素的扩散.     

采用铁钴镍合金夹层的316L/EH40复合板界面特征

 为了提高带夹层不锈钢复合板层间真空度,提出采用熔融态金属制备夹层的方法。基于真空吸铸成型原理,选取等原子比配比的铁、钴、镍合金作为夹层材料,加热至熔融状态,在真空压力差作用下向复合坯料充型夹层。采用数值模拟方法确定充型工艺参数,对充型样件进行热轧成形试验,通过光学显微镜、扫描电子显微镜等仪器表征分析了复合板的界面形貌特征。结果表明,夹层填充完整且充型率达到100%,拉伸强度和拉剪强度分别为490和319 MPa,铁钴镍合金与不锈钢和碳钢结合界面平直,复合状态良好且洁净无氧化物,热轧后夹层厚度大于碳和铬元素的扩散距离,能够避免铬的碳化物生成。     

不锈钢/碳钢耐蚀海水带肋钢筋轧制复合工艺

摘要：海洋工程用带肋钢筋要求有耐氯离子腐蚀能力，但选用双相不锈钢生产成本过高，不锈钢 碳钢轧制复合钢筋则可兼顾耐蚀性和低成本。覆层采用2205不锈钢，基材为低合金钢20MnSi，用有限元方法模拟钢筋的热轧复合过程，分析轧制过程尤其是成品孔中轧件的变形规律。有限元仿真发现，矩形组合坯料无孔型轧制时，其角部复合困难，而成品孔轧制时，钢筋横肋根部的应变最大，覆层在此位置减薄显著，应选择合适的复合坯覆层厚度。在实验室采用焊接、真空处理和热轧方法制备了直径为16mm的复合钢筋，屈服强度为485MPa，抗拉强度为701MPa，断后伸长率约为37.1%，复合界面剪切强度为317.5MPa。复合钢筋呈良好的冶金结合，Fe和Cr的扩散层厚度约为40μm。该工艺生产的复合带肋钢筋成本较不锈钢降低50%以上。     

Effect of thermal spray on the microstructure and adhesive strength of high-velocity oxy-fuel-sprayed Ni-Cr coatings on 9Cr-1Mo steel

Coatings of 80Ni-20Cr and 50Ni-50Cr on a 9Cr-1Mo steel substrate were produced by high-velocity oxy-fuel (HVOF) spraying to protect the steel against steam oxidation in ultrasupercritical (USC) boilers. The oxidation studies on the coated specimens showed good protection against the scale growth on the steel substrate. Both the 80Ni-20Cr and 50Ni-50Cr coatings formed a thin protective oxide film on the coating surface. The 80Ni-20Cr coating showed Fe diffusion from the substrate to the coating and nickel diffusion from the coating to the substrate during the oxidation process. In the case of 50Ni-50Cr coatings, the diffusion process was reduced, but a continuous layer of chromium carbide was observed at the coating/substrate interface during the oxidation. The adhesive/cohesive strength of these coatings was evaluated on aged specimens at 750 °C by using a simple tensile test. The results of the as-coated 80Ni-20Cr specimens showed an adhesive-strength value of 68 MPa. On extended aging, the strength of the coating increased beyond the detection limit of the resin. The nickel diffusion from the coating to the substrate and the iron diffusion from the substrate to the coating caused the increased adhesive strength. In the case of 50Ni-50Cr, the as-coated specimens showed an average adhesive strength of 76 MPa and showed a decreasing trend on the aged specimens. The formation of chromium carbide at the interface caused inferior values in the adhesive/cohesive strength of the 50Ni-50Cr coatings. The chromium carbide formed on the coating/substrate interface was identified as M₂₃C₆-type carbide.     

马氏体-奥氏体复合钢复合层数对组织性能的影响

开发更高性能的钢铁材料是促进“双碳”目标达成的有效途径之一。引入碳扩散是制备超高强度-高塑性复合钢的有效方法。在课题组前期研究基础上,利用真空热轧的方式制备不同层数的复合钢。通过增加层数,减小了复合钢内各层的厚度,复合钢在1 150℃热轧复合后继续保温过程,实现碳元素从高碳层向低碳层的扩散。利用扫描电子显微镜、FEI-透射电子显微镜及X射线衍射仪对组织及相组成进行了分析,利用电子探针显微分析仪测量了元素分配情况,并进行了硬度和拉伸性能测试。结果表明,随着层数的增加,复合钢内碳元素分布发生了明显的变化,马氏体层内部的碳含量逐渐升高,奥氏体层内部的碳含量逐渐降低,碳元素浓度差逐渐降低。同时,复合钢的屈服强度、抗拉强度和总伸长率呈现出先增加后降低的趋势。当复合钢内层数为9、11层时,其强度和塑性均超过单层马氏体钢;均匀伸长率随复合钢层数的增加而逐渐提高,15层复合钢取得了最大值(约10.1%)。9层复合钢获得了最佳的强度和塑性组合,与单层马氏体钢相比,抗拉强度(1 733 MPa)和伸长率(23.6%)分别提高了60 MPa和7.1%;同时其塑性也超过了单层奥氏体钢。此外,随着层数的增加,也...     

纯铁中间层对热轧不锈钢复合板性能的影响

 为了减少不锈钢和碳钢热轧复合时结合界面形成脆性化合物,提高复合板的力学性能,在轧制温度为1 000、1 100及1 200 ℃,压下量约为70%的条件下,进行了添加不同厚度纯铁中间层的真空热轧复合试验。通过光学显微镜、SEM观察以及拉伸试验等,研究了纯铁中间层对复合板界面微观组织和拉伸性能的影响。结果表明,当加入不同厚度纯铁中间层时,同温度下不锈钢/碳钢复合板拉伸性能都有不同程度的提高。并且在小于70%压下量下,2 mm厚度的纯铁中间层可以完全阻止碳钢中的碳元素向不锈钢侧扩散,避免了碳铬化合物的形成,使结合界面的组织得到改善,力学性能得到提高。     

镍夹层厚度对316L/EH40复合界面特性影响

为了探究夹层厚度对复合材料组织及性能的影响规律,设定了4种带不同厚度镍夹层(0.05、0.10、0.15、0.20 mm)的复合试样,在相同条件下进行相同厚度试件的热压缩试验,通过金相显微分析技术对压缩后样件结合界面的微观组织进行分析、通过能谱分析对结合界面元素扩散情况进行分析,通过显微硬度测试对结合界面力学性能进行测...     

以Nb为中间层AgCuTi为钎料连接炭/炭复合材料与不锈钢

在连接温度为900℃、保温时间10 min的条件下,以Nb为中间层,采用AgCuTi钎料对炭/炭复合材料与不锈钢进行连接.利用扫描电镜和X射线衍射对接头界面组织进行分析.实验结果表明,以Nb为中间层、AgCuTi为钎料能很好地连接炭/炭复合材料与不锈钢;连接过程中,钎料中的Ti向炭/炭复合材料界面区聚集并形成含TiC的...     

硼和钛对低碳铝镇静钢组织和性能的影响

 研究了低碳铝镇静钢08Al中单独添加硼、钛和同时添加硼、钛对其组织和力学性能的影响,结果显示,在相同控轧控冷工艺条件下,单独添加微量硼对盘条的屈服强度和抗拉强度影响不大,单独添加质量分数0.057%的钛可使盘条屈服强度和抗拉强度升高约20 MPa,同时添加质量分数为0.004 8%的硼和质量分数为0.07%的钛可使盘条屈服强度和抗拉强度显著提高,试验中,屈服强度由260升高到316 MPa,提高了56 MPa,抗拉强度由363升高到463 MPa,提高了100 MPa。同时添加硼和钛使强度提高的原因主要是由于获得了具有高位错密度的不规则的准多边形铁素体,同时细片层珠光体相变强化对该钢强度的升高也有一定贡献。     

铝热-离心法制备不锈钢内衬复合钢管残余应力有限元分析

用有限元方法计算了铝热离心法制备不锈钢内衬复合钢管过程中的残余热应力分布。分析了钢管壁厚、复合钢管半径及冷却条件对残余热应力分布的影响。结果表明,缓慢冷却到室温后,不锈钢层中有很大的周向残余拉应力,已超过不锈钢的抗拉强度。钢管壁厚及复合钢管半径对残余周向热应力分布的影响不明显。复合钢管半径地径向残余热应力的影响较明显,复合钢管半径越大,径向残余压力越小。复合钢管制备时,在高温状态下直接在复合钢管外表面喷水能在不锈钢层表面造成压应力状态,有利于防止裂纹生成。     

500 MPa级高延性方管用钢的开发及加工硬化行为

 为了开发满足二次加工性能要求的500 MPa级高延性方管用钢,采用OM、SEM和TEM等对500 MPa级高延性方管用钢制管前后的组织与性能进行分析,研究了其强化机制与加工硬化机理。结果表明,两种试验钢的组织均由铁素体和少量珠光体组成,低C-低Mn-Nb、Ti微合金化试验钢铁素体晶粒与珠光体球团尺寸更加细小,第二相析出物尺寸稍大,位错密度相似。两种试验钢制管前力学性能相似,低C-低Mn-Nb、Ti微合金化试验钢屈强比较高;制管后低C-低Mn-Nb、Ti微合金化试验钢加工硬化程度显著,屈服强度、抗拉强度分别增加了45与26 MPa,伸长率降低6.0%,高C-高Mn-Nb微合金化试验钢屈服强度、抗拉强度分别增加了22与10 MPa,伸长率降低4.0%。固溶强化与细晶强化是两种试验钢最主要的强化机制,由晶粒细化引起的强度增量占总强度的52.9%~61.8%,由固溶强化引起的强度增量占总强度的17.2%~25.3%;析出强化与位错强化对强度的贡献较小。制管后低C-低Mn-Nb、Ti微合金化试验钢位错强化增加显著,达到了82 MPa,明显高于高C-高Mn-Nb微合金化试验钢位错强化的贡献(65 MPa);对于制管用途而言,高C-高Mn-Nb微合金化试验钢制管后综合力学性能更加优异。