D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2000.02.005 第22卷第2期 北京科技大学学报 Vol.22 No.2 2000年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing ApE.2000 反向凝固1Cr18N9/15F复合铸带微观组织 特征和界面剪切强度 张建 王新华王万军张立君 许中波 北京科技大学治金学院，北京100083 摘要采用反向凝固法在实验室条件下研究奥氏体不锈钢复合带制取的工艺过程，通过对 复合铸带试样的金相和扫描电镜研究，发现了复合铸带由具有不同微观组织特征的3个区域 组成，即碳素钢母带区、不锈钢新相层和界面过渡区.复合铸带界面剪切强度试验的结果表明， 反向凝固奥氏体不锈钢复合铸带的界面结合性能完全达到国标的要求. 关键词反向凝固；复合薄带；奥氏体不锈钢；微观组织；界面剪切强度 分类号TF777 反向凝固薄带连铸技术的思想由德国的治 择18-8型奥氏体不锈钢作为新相层材料，将厚 金工作者于80代末首次提出，其工艺原理见文 度分别为1.2,2mm的15F热轧碳素结构钢薄 献[1]. 板裁成250mm×20mm的窄条用作母带.实验材 该工艺将一定厚度的热轧或冷轧钢带作为 料参数列入表1.实验前预先对母带进行碱洗、 母带，低温母带以一定速度由下而上穿过凝固 酸洗以及其他表面处理，实验过程中，在N2保 器中一定高度的钢液：钢液在低温母带的两个 护气氛下，将3kg典型奥氏体不锈钢1Cr18Ni9 表面凝固生长，形成新生相凝固层（简称新相 试料置于刚玉坩埚中，在功率为50kW碳管炉 层)：钢带离开凝固器钢液表面时，新相层和母 内加热熔化，实验装置如图1所示.碳管炉炉温 带牢固地结合在一起，形成数倍于原母带厚度 由WRe,-WRes热电偶测量，并通过可控硅温度 的铸带；刚刚离开凝固器的铸带表面还处于半 控制器进行调节：将PtRhio-Pt热电偶间断地插 凝固状态，置于凝固器上部的平整轧辊对此铸 入熔池钢液中直接测量钢液温度，以校正钢液 带进行平整初轧从而得到表面平整、厚度均匀 温度.钢液加热到预定的实验温度后，将预先制 的薄带.该工艺突破了传统的连铸和轧制模式， 备的母带从炉口上方插入坩埚熔池中，在一定 其原理简单，设计流程简洁紧凑，能耗和生产成 的浸渍时间后从熔池中取出，获得凝固铸带.将 本低，已受到广泛的重视.此外，采用反向凝固 铸带制成金相试样，采用金相、SEM方法分析复 连铸技术还可以方便、连续地生产经济型复合 合铸带的组织构成、微观组织特征，并在万能力 薄带，它有别于目前复合板带的主要生产方法 学性能试验机上进行复合铸带界面结合强度的 如热压轧制法、爆炸法、爆炸轧制法、焊接法及 测试. 浇铸轧制法等四，具有一定的工艺优势 表1实验材料基本参数 本文在试验研究的基础上对反向凝固复合 Table 1 Basic parameters of experiment materials 奥氏体不锈钢带的微观组织特征和界面结合性 长×宽×厚/ 能等进行了探讨. 材料 钢种 w,/% 4/℃。/℃ mm C0.15 1实验方案 母带 15F 250×20× Mn0.41 15211481 S0.027 (12,2) 以制备复合奥氏体不锈钢铸带为目的，选 C0.043 1999-09-20收稿张建，男，32岁，博士生 新相层1Cr18Ni9 Cr17.7 14401330 *国家自然科学基金资助课题(No.59634130) Ni9.39
第 2 2 卷 第 2 期 2 0 0 0 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e rs ity o f S e i e n e e a n d Te e h n o l o gy B e ij i n g V b l . 22 N 0 . 2 A P r. 20 0 0 反 向凝 固 I C r1 8N i 9/ 1 5 F 复合铸带微观组织 特征 和界面剪切 强度 张 建 王新华 王 万 军 张立君 许 中波 北京科技大学冶金学院 , 北京 一0 0 0 83 摘 要 采用 反 向凝 固法 在实 验 室条件 下研 究 奥 氏 体不 锈钢 复合 带制 取 的工 艺过程 , 通过 对 复 合铸 带试 样的 金相 和扫 描 电镜研 究 , 发现 了 复合铸 带 由具有 不 同微 观组织 特 征的 3 个 区 域 组成 , 即碳 素钢 母带 区 、 不锈 钢新 相层 和界 面过渡 区 . 复 合铸 带界 面剪切 强度 试验 的结果表 明 , 反 向凝 固奥 氏体 不锈 钢 复合 铸带 的界 面结 合性 能完 全达 到 国标 的要求 . 关键 词 反 向凝 固 ; 复合 薄带 ; 奥 氏体 不锈 钢 ; 微 观 组织 ; 界 面剪 切强 度 分 类号 T F 7 7 7 反 向凝 固薄带连铸技术 的 思 想 由德 国 的冶 金 工 作者 于 80 代 末首次提 出 , 其 工 艺 原理见 文 献 [ l ] . 该工 艺 将 一 定 厚度 的热 轧 或冷轧钢带作为 母带 , 低温母 带 以一 定 速度 由下 而 上 穿过凝 固 器 中一 定 高度 的 钢 液 ; 钢液在 低温母 带的两 个 表面凝 固生 长 , 形成新 生 相凝 固 层 ( 简称 新相 层 ) ; 钢 带离 开 凝 固器钢 液表面 时 , 新相 层 和 母 带牢 固地 结合在 一 起 , 形成数 倍于 原母 带厚度 的铸 带 ; 刚刚离开 凝 固 器 的铸 带 表面 还 处 于 半 凝 固状 态 , 置 于 凝 固器 上部 的 平 整轧 辊对 此铸 带进行平 整初轧 从而 得 到表面平 整 、 厚 度均匀 的薄带 . 该 工 艺 突破 了传统 的连铸和 轧制模式 , 其原理简单 , 设 计流程简洁紧凑 , 能 耗和 生 产成 本低 , 已 受到 广 泛 的重 视 . 此外 , 采用 反 向凝 固 连铸技术 还可 以 方便 、 连续地 生 产经 济 型 复合 薄带 , 它有 别于 目前 复合板 带的主 要 生产 方法 如热压 轧制法 、 爆炸法 、 爆炸轧 制法 、 焊接 法及 浇铸轧制 法等 `2] , 具 有一 定 的 工 艺 优 势 . 本文在试 验研 究 的基础上对 反 向凝 固复合 奥 氏体不 锈钢 带 的微观 组织特 征 和 界面结合性 能等进行 了探 讨 . 择 18 一 8 型奥 氏 体不 锈钢 作 为新相 层 材 料 , 将厚 度 分别 为 1 . 2 , Z m m 的 1 5 F 热 轧 碳素 结构钢 薄 板裁成 2 50 m m “ 2 0 m m 的窄条用 作母 带 . 实验材 料 参数列入 表 1 . 实验前 预先对母 带进 行碱洗 、 酸 洗 以及 其他表 面 处 理 . 实验过程 中 , 在 N Z 保 护 气氛下 , 将 3 kg 典型奥 氏体 不 锈钢 I C r 18N ig 试 料置于 刚 玉柑锅 中 , 在 功率为 50 kw 碳 管炉 内加热熔化 , 实验装置 如图 l 所示 . 碳 管炉炉 温 由 w R e 3一 w R e Z , 热 电偶测量 , 并通过可 控 硅 温度 控 制器进 行调 节 ; 将 R 助 10一 tP 热 电偶 间 断地插 入熔 池钢 液 中直接测 量钢 液温度 , 以校 正 钢 液 温度 . 钢液加 热 到预定 的实验温度后 , 将预先制 备 的母带 从 炉 口 上方 插入柑锅熔 池 中 , 在 一 定 的浸渍 时 间 后从熔 池中取 出 , 获得凝 固铸带 . 将 铸 带制成 金 相试样 , 采用金相 、 S E M 方 法分析复 合铸 带的组 织构成 、 微观 组织特 征 , 并在万 能力 学性能试 验机上 进行复合铸带界面结合强度 的 测 试 . 表 1 实验 材料 基本 参数 aT b l e 1 B a s i e P a r a m e t e r s o f e x P e r i m e n t m a t e r i a l s 材料 钢种 w 洲% t,/ ℃ 酬℃ 长喷 x 厚 / 1 实验 方案 以制备 复合奥 氏体不 锈 钢 铸带 为 目的 , 选 1 99 9 一 0 9 一 2 0 收稿 张 建 , 男 , 3 2 岁 , 博士 生 * 国家 自然科 学基 金 资助课 题 (N o . 5 96 34 1 3 0 ) 母带 巧 F C 0 . 1 5 M n 0 . 4 1 1 5 2 1 1 4 8 1 2 5 0 x 2 0 x 5 0 . 0 2 7 C 0 . 0 4 3 新相层 I C r l 8N i g C r 1 7 . 7 1 4 4 0 1 3 3 0 N i 9 . 39 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 02. 005
·114· 北京科技大学学报 2000年第2期 母带 枝晶的方式生长的δ铁素体：二是柱状枝晶的生 长具有明显的方向性，总体上其枝晶的长轴方 单铂铑热电偶 向与热流方向保持一致：另外，柱状枝晶在生长 不锈钢液 方向上具有择优取向的现象，以致于相邻的枝 晶簇之间常存在微小的夹角.而在垂直于热流 刚玉坩埚 方向的Z向面上（图3(b),白色奥氏体基体上 铁素体枝晶的生长没有一致的方向性，相邻的 碳管炉一 初生晶粒间枝晶干互成不同的角度，值得注意 的是，在每个初生晶粒的范围内，方向不同的各 钨铼热电偶 ←N 枝晶干之间多近似垂直，但是由于并不是所有 图1反向凝固模拟实验装置简图 的柱状枝晶的长轴都精确地垂直于观察的Z向 Fig.1 Schematics of inversion casting experiment 面，那些与观察面斜交的柱状晶其Z向面上初 2复合铸带的微观组织特征 生晶粒中的枝晶干间呈不同的角度分布， 2.4过渡区组织 2.1复合铸带的组织构成 反向凝固工艺过程中，钢水在母带表面凝 从微观组织的角度看，采用反向凝固法制 固形成新相层时，母带表面的薄层在数秒钟之 得的奥氏体不锈钢复合铸带由3个区域组成， 内即可被高温钢水加热到1400℃以上，根据工 即碳素钢母带区、奥氏体不锈钢新相层和界面 艺条件的不同母带表面的薄层区有可能达到半 过渡区.在3个区域内，不同的材料物性和特定 凝固状态，这样在两相接触的界面处形成了有 的工艺过程决定了其表现出不同的组织状态， 利于母带相和新生相进行物质交换和相互扩散 其中界面过渡区只是一个大致的范围，难以划 的条件.两相物质交换的结果是在界面附近形 定一个明确的界限，因为在不同区域的交界处 成了具有一定厚度的成分和组织呈梯度分布的 材料的成分和微观组织都是呈梯度分布的. 区域，这个区域就是界面过渡区， 2.2母带区的组织特征 界面过渡区虽然很薄，但是它连接母带区 如图2(a)和(b)所示，由反向凝固工艺获得 和新相层，是影响复合铸带和薄带中两相结合 的复合铸带中母带区组织具有如下共性：晶粒 的关键区域，也是最终影响铸带内部质量的限 粗大，尺寸约为100~400m,平均为200m左 制性环节之一， 右；母带区中心部位晶粒较粗尺寸在300~400μ 从图4(a),(b),(d)中可以看出，在金相显 m,而靠近界面处则相对较小.从组织上看，沿 微镜下母带与不锈钢两相交界面并不是平直形 原奥氏体晶界析出有白色的粗片状先共析铁素 状，而是在一定尺度内互相交错，部分不锈钢相 体和少量块状先共析铁素体成网状分布特征： 插入母带区中，反之也有部分母带的碳素钢相 此外从晶界先共析铁素体处出发与基体保持一 插入不锈钢新相之中，呈现出不规则波浪形状. 定的位向关系成束向晶内生长有大量稍细的铁 不锈钢复合铸带中界面处两相“犬牙交错” 素体，构成魏氏组织形态，即魏氏组织铁素体： 相互接合的特性为复合带获得良好的界面力学 晶内黑色区域为珠光体型组织区：少量的黑色 性能打下了基础.4(d)是复合铸带界面处放大 粒状贝氏体散布于晶粒内部. 6000倍的扫描电镜二次电子像，从中可以看出 总之，对于相同材质的碳素钢母带，在空冷 界面无缺陷的紧密结合，界面过渡区内，由于两 条件下，反向凝固铸带中母带区的组织成分大 相掺混和扩散，化学成分呈不均匀分布，从不锈 体相同，只有量的变化，没有本质的差异 钢新相层到母带区，Cr,Ni质量分数分别从 2.3复合铸带新相层的组织特征 17.7%,9.35%梯度递减至零，而碳则从0.043%梯 复合铸带中新相层的微观组织决定于新相 度递增至0.15%.从图4(c)看出了界面处Ni元 层材料、反向凝固工艺参数以及铸带形成后的 素的梯度分布情况.狭窄的过渡区内组织从靠 冷却条件.如图3(a)所示，1Crl8Ni9奥氏体不锈 近母带区的铁素体逐渐过渡到靠近新相层的奥 钢复合铸带中新相层呈现出如下明显的组织特 氏体. 征：一是在白色的奥氏体基体上分布有以柱状 两相界面的靠近母带区一侧存在明显的脱
北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 0 年 第 2 期 母带 单铂铭热电偶 不锈钢液 刚玉柑祸 碳管炉 钨锌热电偶 矗 图 1 反 向凝 固模 拟 实验 装置 简 图 F ig · 1 S e h e m a t i c s o f i n v e r s i o n e a s ti n g e x P e r im e n t 2 复合铸带 的微观组织特征 2 . 1 复合铸带的组织构成 从微观 组织 的 角度看 , 采用 反 向凝 固法制 得 的奥 氏体不 锈钢 复合铸 带 由 3 个 区域 组 成 , 即 碳素钢 母 带 区 、 奥 氏 体不 锈钢 新相层 和 界 面 过渡区 . 在 3 个 区 域 内 , 不 同 的材料 物性和 特定 的 工 艺 过程 决定 了 其表现 出 不 同 的组 织状态 , 其 中界 面 过渡 区 只 是 一 个大 致 的范 围 , 难 以划 定 一 个 明 确 的 界 限 , 因 为在不 同区 域 的交界 处 材料 的 成 分和 微观组 织都是 呈 梯 度分布 的 . 2 . 2 母 带区 的组织特征 如 图 2( a) 和 ( b) 所示 , 由反 向凝 固工 艺 获得 的复合 铸带 中母带 区 组 织具 有如 下 共 性 : 晶粒 粗大 , 尺 寸约为 10 0一 4 0 卿 , 平 均为 2 0 0 卿 左 右 ;母带 区 中心部 位 晶粒较粗 尺寸在 3 0 一4 0 林 m , 而 靠近 界 面处 则相 对较 小 . 从组 织上 看 , 沿 原奥 氏体 晶 界 析 出有 白色 的粗 片状 先共 析铁素 体 和 少 量 块状先 共 析铁 素体 成 网状 分布特 征 ; 此外 从 晶 界先 共析铁素 体 处 出 发与基体保持一 定的位 向关系成束 向晶 内生长有 大量稍细 的 铁 素体 , 构 成魏 氏 组织形 态 , 即魏 氏组织 铁素体 ; 晶 内黑 色 区 域为珠 光体 型 组 织 区 ; 少 量 的黑 色 粒状 贝 氏体散布 于 晶粒 内部 . 总 之 , 对于 相 同材质 的碳素 钢 母 带 , 在空 冷 条件下 , 反 向凝 固铸 带 中母 带区 的组 织 成分 大 体相 同 , 只 有量 的 变化 , 没 有本质 的差异 . 2 . 3 复合铸带 新相 层 的组织特征 复 合铸 带 中新相 层 的微观 组织决定 于 新相 层 材料 、 反 向凝 固工 艺 参数 以及铸 带形 成后 的 冷却 条件 . 如图 3 ( a ) 所示 , I C r l 8N i g 奥 氏 体不 锈 钢 复合铸带 中新相 层呈现 出如 下 明显 的组织特 征 : 一 是在 白色 的奥 氏体基 体上 分 布有 以柱状 枝 晶 的方式生 长 的5铁素体 ; 二 是柱状枝 晶 的生 长具 有 明 显 的方 向性 , 总 体上 其 枝晶 的长轴方 向与热流方 向保持一 致 ; 另外 , 柱状枝晶在 生长 方 向上 具 有择优 取 向 的现 象 , 以 致于 相 邻 的枝 晶簇之 间 常存 在微小 的 夹角 . 而 在垂 直于 热 流 方 向的 Z 向面上 ( 图 3 (b) ) , 白色 奥 氏体基体上 铁素体 枝 晶 的 生 长没 有 一致 的方 向性 , 相 邻 的 初 生 晶 粒 间枝晶 干互成 不 同 的角度 . 值得注 意 的是 , 在每个初生 晶粒 的范 围内 , 方 向不 同的各 枝 晶 干之 间 多近似垂 直 , 但 是 由于 并不 是 所 有 的柱状 枝 晶 的长轴都精确地 垂 直于 观察 的Z 向 面 , 那 些 与观察面 斜交 的柱 状晶 其 Z 向面 上 初 生 晶 粒 中的 枝 晶干 间 呈 不 同 的角度分布 . 2 . 4 过渡 区组织 反 向凝 固 工 艺 过 程 中 , 钢 水 在母 带表 面凝 固 形成新相 层 时 , 母带表面 的薄层在 数秒 钟之 内即 可被 高温钢 水加热 到 1 4 0 0℃ 以上 , 根据工 艺 条件的不 同母带表面 的薄层 区有可 能达到半 凝 固状态 , 这样 在两相 接触 的界 面 处 形成 了有 利于 母带相 和 新生 相 进行物质交换和 相 互扩 散 的条件 . 两 相物 质交换 的结果 是在 界面 附近形 成 了具 有一 定厚 度 的成分和 组 织 呈梯度分布 的 区 域 , 这 个 区 域 就是 界 面 过渡 区 . 界 面 过渡 区 虽 然很薄 , 但是 它 连接母带 区 和 新相 层 , 是 影 响 复合 铸带和 薄 带中两 相 结合 的关键 区 域 , 也 是 最 终影 响铸带 内部 质量 的限 制性环 节之一 从 图 4 ( a ) , (b ) , ( d ) 中可 以看 出 , 在金相 显 微镜下 母带 与不 锈钢 两相 交界面并不 是 平直 形 状 , 而是 在一 定 尺 度 内互 相 交错 , 部 分不 锈钢 相 插 入母带 区 中 , 反之 也 有部 分母 带的 碳素钢 相 插入 不 锈钢 新相之中 , 呈 现 出不 规则波浪形状 . 不锈 钢复合 铸带 中界 面处 两相 “ 犬牙 交错 ” 相 互接合 的 特性为 复合带获得 良好的 界 面力学 性 能 打 下 了 基础 . 4 d( ) 是 复 合铸 带界 面处 放 大 6 0 0 0 倍 的扫 描 电镜二 次 电子 像 , 从 中可 以看 出 界 面 无缺 陷的 紧密结合 . 界面过 渡 区 内 , 由于 两 相 掺混和 扩散 , 化学成分呈 不 均匀分布 , 从不 锈 钢 新 相 层 到 母 带 区 , C r, N i 质 量 分 数 分 别 从 1.7 7% ,9 . 35 % 梯度递减至 零 , 而碳则 从 .0 0 43 % 梯 度递增 至 0 . 巧% . 从 图 4 ( c) 看 出 了界 面 处 N i 元 素 的梯度 分布情 况 . 狭 窄的过渡 区 内组 织从靠 近母带区 的铁素体逐渐过渡到 靠近新相 层 的奥 氏体 . 两 相 界 面 的 靠近母带区 一 侧存在 明显的脱
Vol.22 No.2 张健等：反向凝固1Cr19N9/15F复合铸港微观组织特征和界面剪切强度 115 a) (b) 图2铸带母带区的特征组织，(a)硝酸酒精浸蚀，()苦味酸酒精漫蚀 Fig.2 Typical structure of mother sheel (b) 100# 图3铸带新相层的特征组织，(a)横戴面，10%CO,水溶液电解浸蚀(b)Z向面.10%CrO,水溶液电解漫蚀 Fig.3 Typical structure of newly solidified layer b 1G9 过程官 017 图4铸带界面过渡区的组织特征(a)两步电解法，(b)两步电解法，（©）Ni元素面分布，(d)界面二次电子像 Flg.4 Typical structure of transition area 碳层（如图4(b)),脱碳层内由于含碳量的减少 组织区到界面处就形成了铁素体/珠光体组织 微观金相组织以白色的铁素体为主，黑色的珠 含量的梯度分布，紧靠界面的新相层一侧有一 光体组织大大减少，这样从母带区中间的特征 条宽约150山m的白色条带，经过10%铬酸溶液
·116· 北京科技大学学报 2000年第2期 电解后显示出该部分组织为粗大的等轴奥氏体 剪切强度t,为235.9MPa,远大于GB8165一87规 晶粒，晶粒尺寸约为40-100μum,个别大的奥氏 定的不锈钢复合钢板的最低界面剪切强度147 体晶粒中有孪晶，其中紧靠界面处的奥氏体晶 MPa.结果表明，采用反向凝固技术制备的奥氏 粒沿界面走向呈长条状，长条尺度达200μm.远 体复合薄带完全可以实现良好的界面接合， 离界面方向白色条带区连接于新相层的特征组 织—即白色奥氏体基体上分布有呈方向性的 4结论 树枝状铁素体组织，这样在界面的新相层一侧 (1)按微观组织的不同特征，奥氏体不锈钢 也形成了不同奥氏体组织形态的梯度分布， 复合铸带可以分成3个区域：碳素钢母带区、不 锈钢新相层和界面过渡区. 3复合铸带的界面结合性能 (2)母带区的特征组织为：网状分布的白色 粗片状或块状先共析铁素体，从晶界先共析铁 复合铸带的界面结合性能反映了复合钢带 素体处出发向晶内生长的魏氏组织铁素体，以及 中母带与新相层接合的牢固程度，是判定复合 晶内黑色珠光体 铸带质量的重要指标.为了准确地表示复合带 (3)在新相层区内，白色的奥氏体基体上分 的界面结合性能，参照国标GB8165一87和GB 布有以柱状枝晶的方式生长的δ铁素体，柱状枝 6396一86，测试复合铸带界面的剪切强度，即复 晶的长轴方向近似垂直于两相界面，与热流方 合铸带试样界面上所能承受的最大剪切力.铸 向基本平行， 带的剪切试样、剪切试验用夹具以及剪切试验 (4)复合铸带的两相界面相互交错成不规 原理如图5所示 则的波浪状，界面过渡区内化学成分梯度分布， 剪切试验测定得到奥氏体复合铸带的界面 由此决定了过渡区及其附近的微观组织亦呈梯 荷重 度分布. (5)实际测量得到的奥氏体复合铸带的界 试样 试样 面剪切强度达到235.9MPa,符合国家标准对不 锈钢复合钢板的要求. 参考文献 夹具 夹具 1 Pleschiutschnigg FP,Hagen IV,Gammal TE,et al.In- versionsgieben-ein neues Verfahren zur Herstellung Enda- bmessungsnah Gegossener Bander.Stahl und Eisen,1994, H0.01-0.15) 114(2):47 殷瑞钰.钢的质量现代进展.北京：冶金工业出版社， 图5剪切强度试验用夹具和试样放置示意图 1995.424 Fig.6 Schematics of shearing strength experiment Investigation of Microstructure and Interface Shear Strength of Austenitic Stainless Steel Composite Strip Produced with Inversion Casting Method ZHANG Jian,WANG Xinghua,WANG Wanjun,ZHANG Lijun,XU Zhongbo Metallurgy School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Austenitic stainless steel composite strips 302/C1 015 were made by using inversion casting method in laboratorial experiments.It was observed in metallographic examination and SEM investigation that the composite strips consisted of three different parts each with different microstructures,i.e.the zone of mother sheet of carbon steel,newly crystallized layers of austenitic stainless steel and transition area be- tween mother sheet and the newly solidified layer.The results of shearing test on the composite strip show that the interfacial shearing intensity can meet the demands of national criterion. KEY WORDS inversion casting;composite strip;austenitic stainless steel;microstructure;interfacial shear strength
北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 0年 第 2 期 电解后 显示 出 该部分组织为 粗大 的 等轴奥 氏体 晶粒 , 晶 粒尺寸 约 为 40 一 10 0 林m , 个 别大 的奥 氏 体 晶 粒 中有 孪 晶 , 其 中紧 靠界 面 处 的奥 氏体 晶 粒沿 界面走 向呈长条状 , 长条尺度达 2 0 卿 . 远 离界 面方 向白色条 带 区连 接于 新相 层 的特征 组 织— 即 白色奥 氏体基 体上分布有呈 方 向性 的 树枝状铁 素体 组 织 , 这样在 界 面 的 新相 层一 侧 也 形 成 了不 同 奥 氏体 组织形 态 的梯 度分布 . 剪切 强度瓦 为 2 3 5 . 9 M P a , 远大于 G B 8 16 5一8 7 规 定 的不 锈钢 复合 钢板 的 最低界面 剪切 强 度 14 7 M P a . 结 果 表 明 , 采用 反 向凝 固技 术制备 的 奥 氏 体 复合薄带完 全可 以 实现 良好 的界面接合 . 3 复合铸带 的界面结合性能 复合铸带 的 界 面结合性 能反 映 了复合钢 带 中母带 与新 相 层 接合 的牢固 程度 , 是 判定 复合 铸带质 量 的重 要 指标 . 为 了准 确地表 示 复合 带 的 界面 结合性 能 , 参照 国 标 G B 8 1 65 一 87 和 G B 6 3 9 6一86 , 测 试 复合铸 带界 面 的剪切 强 度 , 即 复 合铸 带试样 界 面上 所能承 受 的最 大剪切 力 . 铸 带 的剪切 试 样 、 剪切 试验 用 夹 具 以及 剪 切 试验 原理如 图 5 所示 . 剪切 试验测 定 得到 奥 氏 体复合 铸带 的界面 试样 夹具 . 夹具 , , 图 5 剪切 强度 试验 用 夹具 和试 样放 置 示意 图 Fi g . 6 S e h e m a ti e s o f s h e a r i n g s t er n gt h e x P e r i m e n t 4 结论 ( l) 按 微观组织 的不 同特 征 , 奥 氏 体不 锈钢 复合铸 带可 以分成 3 个 区域 : 碳 素钢 母 带 区 、 不 锈钢 新相 层 和 界 面过渡 区 . (2 ) 母带 区 的特 征组织 为 : 网 状分布 的 白色 粗 片状或块状 先共析铁 素体 , 从 晶 界 先 共析铁 素体处 出发 向晶 内生长 的魏 氏组织铁素体 , 以及 晶 内黑 色珠 光 体 . (3 ) 在 新相 层 区 内 , 白 色 的奥 氏体基 体上 分 布有 以柱状枝 晶 的 方式生 长 的6铁素体 , 柱状枝 晶 的长 轴方 向近似 垂 直于 两 相界 面 , 与热 流方 向基 本平行 . (4 ) 复合铸 带 的两 相 界 面相 互 交错 成不 规 则 的波浪状 , 界 面 过渡 区 内化 学 成分梯度分布 , 由此决定 了过渡 区及 其附 近 的微观 组 织亦 呈梯 度分布 . (5 ) 实 际测 量得到 的 奥 氏体 复合铸 带的界 面剪切 强 度达 到 2 35 . 9 M P a , 符合 国 家标准对不 锈钢 复合钢板 的要求 . 参 考 文 献 1 P l e s c h i u t s e h n ig g F P , H a g e n I V , G a m m a l T E , e t a l . I n - v e r s i o n s g i e b e n 一 e i n n e u e s Ve r af h er n z u r H e r s et ll u n g E n d a - b m e s s u n g s n ah G e g o s s e n e r B a n d e .r Sat h l u n d E i s e n , 1 9 9 4 , 1 14 ( 2 ) : 4 7 2 殷瑞 钮 . 钢 的质量 现代 进展 . 北 京 : 冶金 工业 出版 社 , 1 9 9 5 . 4 2 4 I n v e s t i g a t i o n o f M i e r o s t r u e t u r e a n d I n t e r fa e e S h e a r S t r e n g t h o f A u s t e n i t i c S t a i n l e s s S t e e l C o m P 0 s i t e S t r i P P r o d u e e d w i t h I n v e r s i o n C a s t i n g M e t h o d Z 子侧刃G iJ an , 环乞刃G Xi n沙 u a, 恻刀 G 肠’nj u n, 乙队 4 N G L扩un , 尤 U hZ o ” g b o M e at ll u r gy S e h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T A u s te n it i e s t a i n l e s s s t e e l e o m Po s it e s itr Ps 3 0 2C/ 1 0 15 w e r e m a d e 妙 u s i n g i n v e r s i o n e a s t i n g m e ht o d i n lab o r a t o r i a l e xP e r im e nt s . It w a s o b s e vr e d i n m e t a ll o gr ap h i e e x am in at i o n an d S E M ivn e s t i g at i o n ht at ht e e o m P o s it e s tr iPs e o n s i s t e d o f ht r e e id fe r e n t P art s e a c h w iht d i fe r e n t m i e r o s trU e tur e s , 1 . e . ht e z o n e o f m o ht e r s h e e t o f e a br o n s t e e l , n e w l y e yr s t a lli z e d lay e r s o f a u s t e n it i e s at i n l e s s s t e e l an d tr an s it i o n ar e a b e - wt e e n m o ht er s h e e t a n d t h e n e w ly s o lid iif e d lay e r . T h e r e s u lt s o f s h e ar i n g t e s t o n ht e e o m P o s it e s tr iP s h ow ht at ht e in t e r fa e i a l s h e ar i n g int e n s iyt e an m e e t ht e d e m a n d s o f n at i o n a l e ir t e r ion . K E Y W O R D S ivn e r s i o n e a s t i n g ; e o m P o s it e s itr P ; au s t e n it i e s t a i n l e s s st e e l ; m i e r o s trU e t ur e ; iin e r fa e i a l hs e ar s tr e n hgt