RAL國家重點實驗室在鋼材產品研究開發(fā)過程針對所涉及到的析出理論問題的研究工作的總結，技術先進。本書可供有關科研人員、工程技術人員參考。RAL國家重點實驗室在鋼材產品研究開發(fā)過程針對所涉及到的析出理論問題的研究工作的總結，技術先進。本書可供有關科研人員、工程技術人員參考。RAL國家重點實驗室在鋼材產品研究開發(fā)過程針對所涉及到的析出理論問題的研究工作的總結，技術先進。本書可供有關科研人員、工程技術人員參考。
鋼鐵行業(yè)技術人員、研究人員、工作者
駱宗安，男，1967年生，博士，副教授。主要研究領域為復合板成形工藝與裝備、加工領域實驗設備研發(fā)與控制等方面的研究。1990年7月畢業(yè)于東北工學院塑性加工專業(yè)，1993年3月獲得東北大學塑性加工專業(yè)碩士學位；2006年3月獲得東北大學材料加工工程專業(yè)博士學位。1993年5月~2000年9月在鞍鋼工作，歷任技術員、工程師；2002年5月至今于東北大學任教，歷任講師，副教授。參加承擔了11項國家重大基礎研究規(guī)劃項目(973)、高技術項目(863)、國家自然科學基金重大項目、國家自然科學基金面上項目等，取得了有創(chuàng)新性的成果。1995~1997年第五屆鞍山市科技工作者，1999年鞍鋼先進生產者，2006年遼寧省普通高等學校青年骨干教師。2003年獲遼寧省科技進步一等獎1項，2004年獲沈陽市科技進步一等獎1項，2010年遼寧省科技進步一等獎1項，2011年和2013年獲冶金科技進步二等獎各1項。申請專利23項，獲得授權專利19項。結合科研近年在國內外學術刊物上發(fā)論文30余篇
一 真空制坯復合軋制技術開發(fā)的背景與理論基礎 1
1.1 前言 1
1.2 金屬復合板的生產方法 1
1.2.1 爆炸復合法 1
1.2.2 擴散焊接復合法 3
1.2.3 釬焊熱軋法 3
1.2.4 軋制復合法 4
1.2.4.1 冷軋復合法 4
1.2.4.2 直接熱軋復合法 4
1.2.4.3 真空熱軋復合法 4
1.3 國內外熱軋復合鋼板的生產及研究現(xiàn)狀 7
1.3.1 特厚復合鋼板 7
1.3.2 不銹鋼復合板 9
1.3.3 鈦鋼復合板 10
1.4真空電子束焊接(EBW) 11
1.5 復合軋制的理論基礎——雙金屬固相復合機理 12
二 真空制坯復合軋制特厚鋼板的技術與工藝 15
2.1鋼坯表面清理方式對復合效果的影響研究報告 15
2.1.1化學處理法 15
2.1.2 角向鋼絲刷打磨法 18
2.1.3 磨床加工處理法 20
2.1.4 直向鋼絲刷打磨法 21
2.1.5 結論 22
2.2焊接方法對復合板界面的影響研究報告 22
2.2.1電弧焊接加機械泵抽真空對復合界面的影響 22
2.2.2 電弧焊接加機械泵和分子泵兩級抽真空對復合界面的影響 28
2.2.3 真空電子束焊接對復合界面的影響 35
2.2.4 結論 36
2.3電子束焊接工藝研究 37
2.3.1.1 焊接參數(shù)對焊縫影響規(guī)律實驗方案 38
2.3.1.2 間隙0.5mm工件的焊接工藝選擇實驗 39
2.3.2 焊縫組織及力學性能分析 39
2.3.2.1 焊縫組織 39
2.3.2.2 焊接參數(shù)對焊縫的影響 42
2.3.3 間隙為0.5mm工件的焊接工藝 45
2.3.4 結論 47
2.4軋制工藝對特厚復合鋼板性能的影響規(guī)律 48
2.4.1 軋制道次對等厚度復合板組織性能的影響 48
2.4.2. 總壓下率對連鑄坯復合鋼板復合的影響規(guī)律 60
2.4.2.1 實驗方案 60
2.4.2.2 總壓下率對復合界面微觀組織的影響 61
2.4.2.3 總壓下率對連鑄坯復合鋼板力學性能的影響 68
2.4.3 結論 70
三 真空制坯復合軋制不銹鋼復合板的技術與工藝 71
3.1表面處理方式對不銹鋼/碳鋼復合板界面夾雜物的影響 71
3.1.1 不同表面處理方式的不銹鋼表面微觀組織分析 71
3.1.1.1 電動鋼刷打磨后不銹鋼表面的微觀組織分析 71
3.1.1.2 酸洗后不銹鋼表面的微觀組織分析 73
3.1.2 不同表面處理方式板坯表面高溫氧化產物分析 74
3.1.2.1 電動鋼刷打磨后坯料表面高溫氧化產物分析 74
3.1.2.2 酸洗后坯料表面高溫氧化產物分析 77
3.1.3 不同表面處理方式的復合板界面夾雜物顯微組織分析 80
3.1.3.1 電動鋼刷打磨后復合板界面夾雜物顯微組織分析 80
3.1.3.2 酸洗后復合板界面夾雜物顯微組織分析 84
3.1.4 結論 88
3.2 加熱溫度對復合界面的影響 88
3.2.1 不同加熱溫度下的復合界面的微觀組織 89
3.2.2 不同加熱溫度下的復合界面的力學性能 93
3.2.3 結論 94
3.3 壓下率對復合界面的影響 94
3.3.1 不同軋制壓下率下的復合界面的微觀組織 94
3.3.2 不同軋制壓下率下的復合界面的力學性能 98
3.3.3 結論 99
3.4 擴散退火對復合界面的影響 99
3.4.1 退火后復合界面的微觀組織 100
3.4.2 退火后復合界面的力學性能 101
3.4.3 結論 102
四 真空制坯復合軋制鈦鋼復合板的技術與工藝 103
4.1實驗材料與工藝 104
4.1.1 實驗材料 104
4.2.2 實驗方法 104
4.2真空熱軋復合法制備鈦/碳鋼復合板 105
4.2.1不同加熱溫度下復合界面的微觀組織 105
4.2.2 不同加熱溫度下復合界面的機械性能性能 115
4.2.2.1 顯微硬度測試 115
4.2.2.2 剪切強度測試 117
4.2.2.3 剪切斷口分析 118
4.2.2.4 彎曲性能測試 121
4.2.3 結論 122
4.3真空熱軋復合法制備鈦/不銹鋼復合板 123
4.3.1.直接軋制復合 123
4.3.1.1 復合界面的組織形貌 123
4.3.1.2 力學性能測試 124
4.3.1.3 壓下率對復合界面的影響 125
4.3.2 添加鎳夾層的鈦/不銹鋼直接軋制板的組織和性能 127
4.3.2.1 軋制復合時界面的元素擴散行為與組織分析 127
4.3.2.2 力學性能測試 129
4.3.2.3 壓下率對帶Ni夾層復合界面的影響 130
4.3.3 添加鈮夾層的鈦/不銹鋼直接軋制板的組織和性能 132
4.3.3.1 復合界面元素擴散行為與組織分析 132
4.3.3.2 力學性能測試 134
4.3.3.3 壓下率對帶Nb夾層復合界面的影響 135
4.3.4 鈦/不銹鋼復合板熱處理工藝分析與制定 136
4.3.5 結論 138
五 熱軋復合界面復合機理及夾雜物工藝控制原理分析 140
5.1 前言 140
5.2 組坯過程中的界面特征 140
5.3 加熱過程中夾雜物的生成及界面的演變 144
5.4 軋制復合過程中夾雜物的演變與界面的結合 147
5.5 界面的擴散與再結晶過程 150
5.6 結論 154
參考文獻 155
目前，國內異種金屬復合板主要采用爆炸復合法、擴散復合法以及軋制復合法制備。爆炸復合法是國內應用最廣的復合技術，但其界面結合率低、界面結合強度不均勻以及易產生縮孔、裂紋和氣孔等缺陷，此外還存在嚴重的環(huán)境污染。擴散復合法由于具有長擴散時間、有限的產品尺寸以及較低的界面結合強度等缺點，不適用于大尺寸復合板的工業(yè)化生產。目前熱軋復合法是復合板制造的發(fā)展趨勢，復合板具有良好的板形、較高的生產效率、低污染、低能耗，尤其是可以生產寬幅復合板。然而，熱軋過程中的界面氧化很難避免，很容易削弱復合板的界面結合強度。上世紀末，日本川崎重工發(fā)明了真空制坯軋制復合技術，該技術在高真空條件下對復合界面四周進行電子束焊接封裝，然后經熱軋得到復合板。該技術可以用于生產同種的特厚復合鋼板和異種的金屬復合板。電子束焊接封裝能確保復合界面維持高真空，防止熱軋過程中復合界面的氧化，以實現(xiàn)復合界面兩側金屬的優(yōu)異冶金結合。真空制坯軋制復合技術的生產過程具有低成本、高成材率和高生產效率的優(yōu)點，特別是在特厚鋼板生產中采用了來源廣泛的普通連鑄坯為原料，生產流程十分便捷。目前，日本JFE公司采用真空制坯軋制復合技術已量產了特厚復合鋼板、不銹鋼/鋼以及鈦/鋼復合板，生產出了厚度分別達到240和360mm的高性能特厚鋼板，不銹鋼復合板較大板幅和厚度達到4200mm和120mm，鈦復合板較大板幅和厚度達到3900mm和72mm。因此真空制坯軋制復合技術是一種綠色高效的復合板制備技術，在復合板工業(yè)生產應用中將產生顯著的經濟和社會效益。
目前關于真空制坯軋制復合技術的相關報道很少，東北大學RAL實驗室對該技術進行了大量的研究工作，成功應用真空制坯軋制復合技術開發(fā)出了具有優(yōu)異性能的特厚鋼板、不銹鋼/鋼和鈦/鋼異種金屬復合板，形成了比較完整的真空制坯軋制復合技術工藝及裝備。主要研究工作和成果如下：
(1)開展了真空制坯復合軋制特厚鋼板的技術與工藝研究，主要包括：鋼坯表面清理方式對復合效果的影響研究、焊接方法對復合板界面的影響研究、電子束焊接工藝研究、軋制工藝對特厚復合鋼板性能的影響規(guī)律。通過現(xiàn)場生產實踐的檢驗表明，可開發(fā)出Q235、Q345、Q460、45#、E690等不同碳當量和合金含量的高性能特厚復合板，特厚板的Z向性能測試顯示斷裂均發(fā)生在基材，呈現(xiàn)明顯的韌性斷裂特征，為真空制坯軋制復合技術在特厚鋼板制備領域的應用找到了新的途徑。
(2)開展了真空制坯軋制復合不銹鋼/鋼復合板的開發(fā)研究，主要包括：不銹鋼板的酸洗和鋼板的機械加工的表面清理技術、不銹鋼板和鋼板的組坯技術、組合坯在真空室內的隨動裝夾技術、真空電子束焊接制坯技術、界面氧化物控制技術、C、Cr、Ni元素的界面擴散控制技術、不銹鋼復合板的熱軋技術、復合界面變形和再結晶的控制技術、復合板的軋后熱處理技術。通過現(xiàn)場生產實踐的檢驗表明，可以獲得奧氏體不銹鋼/低合金鋼、鐵素體不銹鋼/低合金鋼、雙相不銹鋼/低合金鋼的高性能不銹鋼復合板，界面剪切強度超過450MPa，遠超過國標規(guī)定的140MPa，為真空制坯軋制復合技術在不銹鋼復合板制備領域的應用找到了新的途徑。
(3)開展了真空制坯軋制復合純鈦/鋼復合板的開發(fā)研究，主要包括：純鈦的酸洗和鋼板的機械加工的表面清理技術、鈦與鋼之間的界面隔離層控制技術、鈦板和鋼板的組坯技術、真空電子束焊接制坯技術、界面Ti-Fe金屬間化合物控制技術、界面的TiC層生成控制技術、鈦復合板的熱軋技術、復合界面變形和再結晶的控制技術、復合板的軋后退火技術、復合板的冷軋技術。通過現(xiàn)場生產實踐的檢驗表明，可以獲得純鈦/Q235、純鈦/Q345、純鈦/X60管線鋼的高性能鈦/鋼復合板，界面剪切強度超過300MPa，遠超過國標規(guī)定的196MPa。
(4)對熱軋復合界面復合機理及夾雜物工藝控制原理進行了分析，主要包括：組坯過程中的界面特征、加熱過程中夾雜物的生成及界面的演變規(guī)律、軋制復合過程中夾雜物的演變與界面的結合機理、界面的擴散與再結晶過程。
本研究所形成的特厚板以及異種金屬復合板的制造技術及其配套的裝備已受到國內鋼鐵企業(yè)的廣泛關注，在特厚板、不銹鋼復合板、鈦/鋼復合板等領域展現(xiàn)出很好的推廣應用前景。
關鍵詞：金屬復合板；電子束焊接；真空制坯；特厚鋼板；不銹鋼復合板；鈦/鋼復合板；Z向性能；界面氧化物；界面金屬間化合物
