加热工艺对冷拔-钎焊不锈钢/碳钢复合钢筋界面性能的影响

Φ22 mm×2 mm 304不锈钢管-0.1 mm铜箔-Φ17.2 mm Q195钢筋经10%减径冷拔使3层金属紧密结合,再经1150℃加热钎焊得到不锈钢/碳钢复合钢筋。研究了1 100~1 225℃保温1 h和1150℃的保温时间(0.5~4 h)对复合钢筋结合界面组织性能的影响。结果表明,1150℃加热后钎焊金属界面强度最大为296 MPa,铜箔作为钎焊层可以有效的实现不锈钢层和碳钢层的冶金结合;随1 150℃保温时间增加,不锈钢和碳钢之间的元素扩散距离和浓度增加,保温2 h,碳钢侧的Fe扩散到铜层约80μm,不锈钢侧的Cr和Ni扩散到碳钢内部约60μm,铜钎焊层出现含Cr、Ni的气泡状铁基固溶体并变大变多;界面区域的剪切强度和显微硬度随保温时间呈先增大后减小的趋势,保温2 h后达到最大值,分别为301 MPa和HV423。     

不锈钢复合板界面组织形貌

界面微观组织形貌严重影响不锈钢复合板的界面结合强度及其抗蚀性能,为此,采用氩气保护轧制复合法制备了SUS304不锈钢/普碳钢复合板,对复合板界面区显微组织、元素扩散以及嵌合现象进行了观察分析。结果表明,不锈钢/普碳钢两种金属在界面区域发生了不同程度的相互嵌合,随着轧制道次增加,嵌合程度加深,界面孔洞减少,界面结合强度提高。在界面附近,碳元素穿越界面向不锈钢侧发生扩散,碳化物相主要分布在晶界上,XRD及TEM检测结果表明,富铬碳化物相为M23C6型碳化物。不锈钢复合板剪切强度随压下率增加而增大,经过总压下率为74.5%的轧制后,剪切强度达到361 MPa。     

推/张力轧制不锈钢/碳钢复合钢筋的有限元模拟与实验研究

为了研究推/张力(0～15 MPa)对不锈钢(Cr18Ni8,2 mm壁厚管)/碳钢(0.06%～0.12%C,Φ16 mm,圆棒)复合钢筋轧制过程的影响,应用有限元软件Msc.Marc建立了复合钢筋轧制过程的有限元模型。通过模拟考察了推/张力对不锈钢/碳钢复合钢筋的宽展变形,结合面的接触应力和不锈钢圆周壁厚的影响,重点通过实验考察了推力轧制对两金属结合强度的影响。结果表明,施加张力后轧件宽展量减小,而施加推力后其值增加;不锈钢壳与碳钢芯间的接触应力随推力的增加、张力的降低而增大。推力轧制有利于两金属的复合,可以提高复合不锈钢和碳钢芯的结合强度。     

316L/Q345R热轧复合板界面组织演变及性能

利用扫描电子显微技术结合能谱分析对316L/Q345R热轧复合板结合界面组织及元素扩散情况进行了检测,通过热力学计算分析了界面附近碳的分布规律,并测量了结合界面的显微硬度与剪切强度。结果表明,结合界面碳钢一侧存在约50μm的铁素体带,而不锈钢侧存在约100μm的元素扩散影响区;不锈钢中铬、镍等元素向碳钢中扩散,碳钢中碳元素向不锈钢中扩散;复合板界面剪切强度为373 MPa,明显高于标准规定的210 MPa,略低于Q345R与316L剪切强度和的1/2(379 MPa)。     

碳钢/不锈钢液固浇铸复合界面特性研究

界面特性对于碳钢/不锈钢双金属复合材料的质量控制至关重要。基于碳钢/不锈钢液-固复合新材料与工艺开发需要，对Q235/304液-固浇铸复合工艺进行了凝固模拟分析，并利用浇铸实验与剪切实验研究了液-固复合界面的组织与成分变化行为及其对后续轧材力学性能的影响。研究表明，不锈钢基板结合面凹槽化预处理有助于提高整体浇铸复合效果；实现有效冶金复合的温度与界面重要条件则为较高的碳钢过热钢液与不锈钢基板预热温度。其中，液-固复合工艺实现2钢种界面冶金复合的主要特征是：基板界面侧产生有一定厚度的重熔层；复合界面具有一定厚度的合金元素扩散层。据此，获得的液-固复合界面热轧态剪切强度达400 MPa以上，远高于国标210 MPa的门槛值，有望更好地提高这类双金属复合材料的服役性能。     

碳扩散对SUS304+Q235B复合板卷轧制结合性能的影响

介绍了碳扩散对SUS304+Q235B复合板卷轧制结合性能的影响。热轧过程中SUS304+Q235B不锈钢复合板卷基覆层间碳扩散,主要发生在卷取后较长时间的缓慢冷却过程中。结合界面碳元素的大量扩散,使界面不锈钢侧碳含量大幅度提高,增加了在敏化温度下铬的碳化物析出,导致覆层侧不锈钢塑性降低和脆性增加。基层侧碳钢脱碳后,结合面基层侧的铁素体数量增加,塑性改善增强,使结合面附近基层与覆层的塑性变形能力差距增大,破坏基层与覆层间结合界面变形协调性,减弱结合面的结合强度。退火加速基覆层间碳的扩散,但固溶处理方式可以继续保持热轧态的基覆层间碳扩散的状况。     

Q235/304碳钢-不锈钢复合板界面结合的有限元模拟

应用MARC软件对304不锈钢(%:17～19Cr、8～11Ni)/Q235碳钢(%:0.14～0.22C)复合板前5道次往复热轧过程(变形率%:3.4、10.4、25.0、37.8、49.4)进行有限元模拟,得出Q235钢和304不锈钢在界面处的应力和应变分布。模拟结果表明,在两种材料都进入塑性变形状态时,界面处法向应力值达到或超过304不锈钢界面温度下的变形抗力,且两种材料应变平均值的差值≤0.01时即可复合,该模拟结果与生产试验结果一致;这说明使用小的单道次变形率,大的累积变形率可获得结合良好的碳钢/不锈钢复合板。     

轧制法生产不锈钢复合板工艺研究及应用

介绍了轧制法生产不锈钢复合板的技术,并以304不锈钢和Q345R两者复合轧制为例,分析了采用该方法生产复合钢板的力学性能及复合界面组织形貌结构特征。结果表明,采用轧制法生产不锈钢复合钢板结合面无锯齿形,基层、复层组织均良好,板材拉伸断口无分层及白斑,力学性能完全满足不锈钢复合板的要求。     

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。     

非对称热轧单面不锈钢-碳钢复合板生产工艺研究

釆用“电子束真空焊接制坯+热轧”的工艺在钢厂热连轧生产线上进行了“316L不锈钢+Q345C碳 钢”的单面不锈钢复合板热轧生产。采用非对称制坯及异步轧制的手段生产出了高品质单面不锈钢复合板,所生 产的不锈钢复合板界面剪切强度大于320 MPa、屈服强度大于370 MPa、抗拉强度大于520 MPa、断后伸长率大于 30%,各项指标均达到GB/T8165-2008的要求。不锈钢层和碳钢层结合度良好,复合界面平直,无明显缺陷,不锈 钢与碳钢之间实现了良好的冶金结合,结合率达100% 。     

冷轧不锈钢-碳钢复合板弯曲裂纹的分析

通过“爆炸+轧制”法生产的0.80～1.20mm的304不锈钢碳钢(Q235A,08Al)304不锈钢复合板的厚度比例为1∶10∶1,该板在建筑门窗幕墙和日用炊具领域有广泛应用前景。冷弯试样产生裂纹的分析结果表明,基板含碳量高的Q235A钢(0.16%C)比基板含碳量低的08Al钢(0.06%C)出现裂纹的几率大,并且钢中夹杂物、钢的晶粒度和热处理工艺均影响冷轧复合板的弯曲性能。通过选择08Al钢为基层板,控制1050℃热处理工艺,使晶粒度级别≤8级,可明显改善冷轧复合钢板的弯曲性能。     

真空热轧法制备不锈钢复合板组织和力学性能

 为了研究轧制温度对复合板界面结合强度的影响,采用真空热轧法制备了不锈钢复合板,利用OM、EPMA观察分析了不锈钢复合板界面组织和合金元素扩散。结果表明,碳钢中碳、铁元素向不锈钢扩散,不锈钢中铬、镍等元素向碳钢扩散,界面处出现Si-Mn-O三元化合物,合金元素扩散随轧制温度的升高而趋于严重。远离界面碳钢的组织为铁素体和珠光体组织,靠近界面碳钢的组织为铁素体组织。碳钢至界面处硬度先减小后升高,界面至不锈钢内部硬度先升高后下降,距界面约40 μm碳钢侧的维氏硬度值最低约为121.8HV,距界面约20 μm不锈钢侧的维氏硬度值最高约为245.5HV。从1 100到1 300 ℃,剪切强度随轧制温度的升高而升高,1 300 ℃轧制获得的界面剪切强度为463 MPa,远远超过基体的剪切强度。     

4不锈钢-碳钢复合板多道次小变形轧制温度场的数值模拟

基于弹塑性热力耦合有限元法研究了72mm Q235钢基板和14mm 304不锈钢复板11道次变形至12mm复合板的热轧过程,并应用有限元MARC软件二次开发技术建立了温度场模型。模拟结果表明,变形区内,复合板表面温度持续下降,界面温度略有升高;变形区外,表面温度有所回升;随轧制过程进行,轧件高度方向温度梯度逐渐减小;界面处温度呈“S”形,变形区温度变化显著,且随轧制速度提高,升温明显。     

不锈钢-碳钢复合板多道次小变形轧制温度场的数值模拟

基于弹塑性热力耦合有限元法研究了72 mm Q235钢基板和14 mm 304不锈钢复板11道次变形至12 mm复合板的热轧过程,并应用有限元MARC软件二次开发技术建立了温度场模型。模拟结果表明,变形区内,复合板表面温度持续下降,界面温度略有升高;变形区外,表面温度有所回升;随轧制过程进行,轧件高度方向温度梯度逐渐减小;界面处温度呈“S”形,变形区温度变化显著,且随轧制速度提高,升温明显。     

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.      

初始板厚和压下量对热轧复合钢板复合厚度比的影响

通过二辊可逆轧机试验研究了45钢、NM360耐磨钢、310S和316不锈钢,初始复层5.1~15.2 mm板和Q345碳素钢初始基层82.7~90.0 mm板(初始复合厚度比5.40%~15.53%)以及总压下量35%~75%对在1150~1000℃热轧的复合钢板复合厚度比的影响。结果表明,当复层板(316和310S钢)变形抗力大于基层板(Q345钢)时,随压下量增加,钢板复合厚度比增加,并且初始复合厚度比越大,热轧后复合厚度比增加越明显;当复层板(45钢和NM360钢)变形抗力小于基层板(Q345钢)时随压下量增加,钢板复合厚度比减小;拟合的复合厚度比相对压下量的变化率Y与强度差S_d的关系式为:Y=(-0.12±0.17)+(0.068±0.004)S_d。