第24卷第4期宽厚板Vol. 24，No. 4
2018 年 8 月WIDE AND HEAVY PLATE August 2018 • 15 •
轧制压下率对大厚度同材质复合板复合层影响的研究
牛会蚊李常牛刘丹王青付冬阳
(河钢集团舞钢公司）
摘要舞钢通过真空焊接制坯+复合轧制技术，生产150 rrnn以上厚度、20 t以上单重复合钢板。在轧 制过程中，发现单道次乳制压下率对复合板的复合层界面结合能力有显著影响。当单道次乳制压下率<8%时，复合层结合能力弱，存在中线现象，按照ASTM A435/A435M标准探伤不合格；当有2个以上单道次轧制压
下率在8% ~ 15%时，复合层组织上存在较少的氧化物质点，结合层剪切强度在240 M P a附近；当有2个以上单 道次轧制压下率> 15%时，复合层结合能力强，结合层剪切强度在350 M P a以上。
关键词复合乳制乳制压下率复合层结合能力
Studying the Effect of Rolling Reduction Ratio on Composite
Layer of Large Thickness Clad Plate with Same Material
Niu Huijiao,Li Changniu,Liu Dan,Wang Qing and Fu Dongyang
(HBIS Group Wusteel Company)
Abstract During production of clad steel plate over 150 mm thickness and 20 t single piece weight by vacuum welding composite slab and composite rolling technology in W ugang,it is found out that the rolling reduction ratio of single pass has apparent effect on the binding force at bonding interface of clad plate. When the rolling reduction ratio of single pass is less than 8% , the composite layer has weak bonding capacity and exists centerline defect,which is ultra-sonically disqualified in accordance with ASTM A435/A435M standard. When the rolling reduction ratio of more than 2 single pass is between 8% and 15% ,less oxide particles exist in composite layer microstructure, shear strength at bonding interface is around 240 MPa. When the rolling reduction ratio of more than 2 single pass is over 15% ,the bonding capacity at bonding interface is higher,the shear strength of composite layer is over 350 MPa.
Keywords Composite rolling, Rolling reduction ratio, Binding capacity of composite layer
〇前言
真空轧制复合法是将两种表面洁净的钢坯通 过真空焊接制坯，然后通过加热和塑性变形使原 子间高度扩散而达到连续冶金结合的复合方法。其基本原理是在轧机的强大压力条件下，使组元 层表面氧化皮破碎，并在整个金属截面内产生塑 性变形，在破碎后露出的新鲜金属表面处形成组 元层间的原子间结合[1]。真空焊接技术源于日本 JFE公司利用真空电子束焊接技术（VEBW)开发 的一种特厚板生产新工艺[2]。
堵塞的读音采用连铸坯生产复合板时，因现有连铸坯原 始厚度及压缩比的限制，无法生产150 mm以上 厚度的国标探伤复合钢板；而采用钢锭生产复合板时，成材率低且无法生产250 mm以上厚度的 国标探伤复合钢板。将2块或2块以上连铸坯通 过轧制复合成特厚板，既能满足某些行业对大厚 度钢板的需求，也能大大降低生产成本。目前舞 钢主要采用该技术生产200 mm以上厚度的国标 探伤钢板，以代替以往由电渣锭生产复合钢板的 工艺。
1试验内容
选择 2 块 249 m m X 2 400 m m X 3 000 m m规 格Q345B钢坯，利用真空复合技术制备成复合 坯，在舞钢4 100 mm轧机乳制成规格为（180, 200,250) m m X2 600 mmx实长的钢板。
分别以单道次压下率矣8%、压下率8%~
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实验室安全隐患
15%、压下率>15%进行轧制试验。其中压下率 矣8%表示每个道次压下率均低于8%。压下率 8% ~ 15%或压下率> 15%表示粗轧后期有2个以上道次满足压下率8% ~ 15%或> 15%的要 求，其他道次的压下量按照5 ~ 15 mm设计执行。Q345B钢的熔炼成分见表1。
表1 Q345B钢的熔炼成分（质量分数）％钢种C Si Mn P S A1Cr,Nb,V,Mo Ceq
标准矣0.20矣0.50矣1.70矣0.035矣0.035苫0.015适量
Q345B0.160.32 1.530.0140.0020.029残余0.424 j±：Ceq= C+ Mn/6 + (Cr+ Mo+ V)/5 + (Ni+ Cu)/15
乳制后钢板堆垛60 h，在性能检验时按照
GB/T6396 _2〇09《复合钢板力学及工艺性能试
验方法》标准检验钢板复合层的剪切强度，并且
通过光学显微镜、电镜观测复合层组织以及附近
的氧化物颗粒分布情况。
制备复合坯时，首先通过机械清理等方式将 待复合材料表面的氧化铁皮去除；将坯料组合后 放人大
型真空室，开始抽真空，当真空度矣HT3 Pa时，用电子束将接合缝焊接密封，确保复合坯 的结合性，制坯工艺见图1。
2试验结果与分析
2.1单道次压下率对钢板复合层性能的影响
诡案组小说
当单道次乳制压下率< 8%时，250 mm厚钢
表面清理组坯 真空电子束焊接
图1复合板制坯生产流程
板切开后有中线形貌，该形貌接近裂纹缺陷，且贯 穿整板板厚1/2(复合层）；200 mm厚钢板有少量 的中线现象，180 mm厚钢板的中线缺陷很少，如 图2所示。钢板剪切强度在50 MPa以下，结合率 < 30%，对钢板复合层进行探伤检测，结果未达到 ASTM A435/A435M 标准。
(a)250mm厚钢板（b)200 mm厚钢板（c)〗80mm厚钢板
图2单道次压下率<8%时钢板切割面照片
当单道次轧制压下率為8%时，钢板切开后无 复合层缺陷。随着单道次压下率的增加，钢板结 合率呈曲线式递增至100%，剪切强度从240 M Pa 增加到470 MPa后不再发生变化。详细结果如图 3所示。
2.2单道次轧制压下率对钢板复合层组织的影 响
当单道次乳制压下率< 8%时，从图4所示钢 板复合界面微观组织来看，3块钢板复合层处的组织类型与母板组织没有明显的区别，组织为珠 光体+铁素体，复合界面被新形成的再结晶晶粒 所取代，界面存在一定量的细小夹杂物。250 mm 厚钢板心部组织存在一条连续氧化物条带，宽度 约0. 11 mm并贯穿整个复合层长度。200 mm和 180 mm厚钢板只在个别地方出现不连续的界面 夹杂物，在轧制过程中变形，这些氧化物粒子成为 形核点，使得周围F组织细化，消失的界面处形
成两侧金属共有的晶粒。
第4期
牛会蚊，等：乳制压下率对大厚度同材质复合板复合层影响的研究
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(a)钢板剪切强度分布 （b )钢板结合率分布
图3不M 单道次)1(丨、'韦丨、'钢板剪切强度及结合率分布
重
20 .u m
__
20 >11"
(a )钢板厚度250 i
!l ')；l <l te |ll '^：2()() mm
图4单道次压下率< 8%时的显微组织
(c )钢板厚度180 i
图5为压下率为8%时250 mm 厚钢板的界 面SEM 分析。从图5(a )中可以发现明显的界 面，界面处密集分布大量缺陷，尺寸较大，形态多 为长条状和大颗粒状，界面处缺陷较少的地方已
经形成新的晶粒，尺寸较大处缺陷阻碍了晶界的 形成，表现为在缺陷两侧形成两个不同的晶粒度。
从图5(b )分析结果看出，界面夹杂物中含有大量 〇，成分为Fe ，Al ，Si ，Mn 的氧化物。
.巧
junm
生闷气⑷谱图
缺陷部位成分分析（质量分数）
%
谱图0Si
A 1
配煤Mn
Fe
总计
谱图143.3218.45 3.510.2634.46100谱图228.9126.14 4.730.8739.35100谱W 335.0811.24 5.390.914738100谱图435.6114.86 4.460.5344.54100谱阁551.5716.85 2.970.3528.26100谱图642.7120.20 1.980.1434.97100谱图735.0219.880.660.9243.52100谱图833.2030.939.230.7025.941
00谱图9
32.81
26.12
0.73
1.21
39.13
珍惜时间100
(b )缺陷部位成分分析
图5
250 m m 厚钢板SEM 分析
粗乳后期有2个以上道次满足8% ~ 15%压 下率时，3种厚度规格的钢板切面无缺陷。从图6 中显微组织看出界面消失，界面被新的再结晶晶
粒取代，200 mm 厚、180 mm 厚钢板结合层界面的 晶粒内不存在连续夹杂物。250 mm 厚钢板结合 层界面的晶粒内有少量连续夹杂物。粗轧后期有 2个以上道次满足压下率> 15%条件时，钢板切 面无缺陷，从图7中显微组织看出界面消失，晶粒
内不存在不连续夹杂物。
根据以上观察、分析发现：（1)当单道次压下
率< 8%时，复合层界面连续、清晰可见，复合层未 能在大范围内产生复合。界面处大范围的夹杂物 是表面在加工和打磨过程中未能去掉的微量氧化 物以及空隙处自由能较低导致析出物聚集而产生 的夹杂。（2)随压下率增加，界面处发生一定的 塑性变形，并产生一定量的位移，由此对之前产生
1
3 0
w o
0. o T 43 2
1
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宽厚板
第24卷
(a )钢板厚度250 mm (h )钢板厚度200 mm (<i )钢板厚度丨80 mm
图7单道次压下率> 15%时的显微组织
的夹杂物形成碾压，使结合面处的界面成断续状 分布，两层金属发生复合。当钢板轧制压缩比较 低时，以轧制250 mm 厚钢板为例，由于碾压不充 分，结合层处的夹杂只能增加复合面结合点的数 量，局部复合面的结合能力较弱。（3)当单道次 压下率& 15%时，钢板复合层单元开始产生塑性 应变，应变速率与表面金属趋于一致，达到协调变 形的状态。在该过程中，金相图中已经不再有明 显的界面存在，界面处夹杂物受到的碾压作用明 显增加，使之前分布有明显取向的夹杂物开始进 人弥散分布状态，大大削弱了夹杂物对金属复合 的阻碍作用，形成更多晶粒，复合效果逐渐好转。3
结论
舞钢利用轧制法生产同材料复合板，在前期 生产时发现小压下率轧制钢板产生切割中线缺 陷，且位于复合层区域，属于危害性缺陷，为此进 行了系列单道次压下率轧制试验。
(1) 随着道次压下率的增加，导致出现复合优秀个人简历模板
界面夹杂物。当压下率<8%时，钢板出现中线裂 纹，界面夹杂物中含有大量〇，成分为Fe 、Al 、Si 、
Mn 〇
(2) 随着压下率增大，复合板界面的结合能
力增大至100%，剪切强度从240 MPa 递增到470
MPa 后不再发生变化。
(3)
随着压下率的增加，钢板复合界面处的
缺陷尺寸越来越小，数量也有所减少，界面缺陷的 形态由最初的长条状逐渐变为尺寸较小的颗粒 状。压下率较小时界面的塑性很差，强度较低，界 面脆断。
(4)
在单道次压下率< 8%时，界面产生连续
不断的氧化夹杂物；压下率增大到15%以上时， 界面夹杂物被压碎，界面形成优良结合。界面夹 杂物多由界面氧化层和加热扩散产生的氧化物组 成，夹杂物随压下率增大被不断压碎减小，最终达 到
不再对界面性能产生影响的尺寸。
参考文献
1
张国定，赵昌正.金属基复合材料[M ].上海：上海交通大学出 版社，1996:121.
2 Nishida S,Matsuoka T,Wada T . Technologies and products of 3
steel plate mills in JEF [ J ] , Steel . JFE C 1H 0,2004,8(5) ： 1.
牛会蛟，男，2009年毕业于河北理工大学材料成型及控 制工程专业，工程师。
孩子几个月会爬收稿日期:2018 - 07 -
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