188 北京科技大学学报 第31卷 320 热轧复合时，轧制温度主要从以下两个方面影响轧 -。-950℃ 制复合过程：一是温度对裂口作用机制的影响.因 ·1000℃ 300 4-1050℃ 为温度升高，金属的屈服极限及变形抗力降低，新鲜 1100℃ 是280 金属更易于从覆盖层的裂缝中挤出而实现相互结 合.二是温度引发了再结晶机制.因为较高的温度 增加了原子的能量，界面原子的运动更活跃，有利于 界面上新晶核的生长和再结晶的进行，从而使界面 240 两侧本来不一致的结晶取向得以重新排列，形成共 晶面而结合在一起.上述两方面作用是提高轧制温 220L 50 55 60 65 压下量% 度导致最大压下量减小、结合强度增加的主要原因. 25Cr5MoA钢、微合金钢和Q235钢这三种材料 图3复合板结合界面的剪切强度与压下量的关系 在性能上差异较大.在轧制变形过程中，金属的屈 Fig.3 Relation of interfacial shear strength to pass reduction of clad 服强度上的差异导致各层金属的塑性流动速度上的 phate specimens 差异，这种不均匀的塑性变形在各层金属间的结合 影响不明显，剪切强度值较小，说明在950℃轧制不 界面上形成了残余应力，残余应力随着复合轧制变 利于25Cr5MoA钢/微合金钢/Q235钢的复合.轧 形量的增加而增加1，对界面结合强度造成不良影 制温度为1000~1100℃时，界面的剪切强度均高 响.这可以解释25C5MoA钢/微合金钢/Q235钢 于Q235基体的强度；在不同的压下量条件下，轧制 热轧复合板的界面结合强度随着压下量增加而降低 温度为1100℃时，界面的剪切强度值均达到最大 的原因. 值，其中压下量为50%时剪切强度达到313MPa. 2.2界面的微观组织 图3为剪切强度与首道次压下量关系曲线.由 对于复合板，界面的显微组织也是衡量结合性 图3中可以看出：在相同的轧制温度条件下，随着压 能好坏的一个重要的标准，界面是否干净，界面周 下量的增大，复合板的结合界面剪切强度总体呈逐 围的组织形态等都是观察的重点， 渐减小的趋势.此结果说明：在本实验中50%的压 图4和图5显示了在压下量为50%时.轧制温 下量是25Cr5MoA钢/微合金钢/Q235钢热轧复合 度对界面结构的影响：图6和图7显示了轧制温度 的最大变形量；相同的轧制温度下，当道次压下量大 为1100Q时，道次压下量对界面结构的影响. 于50%时，随着压下量的增大复合板的界面结合强 由图4和图5可以看出：结合界面上的微合金 度减小 钢侧和Q235钢侧主要由铁素体等轴晶和少量的碳 上述分析表明，轧制温度和压下量是影响 化物组成，25C5MoA钢侧的组织不明显，结合界面 25Cr5MoA钢/微合金钢/Q235钢复合的重要因素， 呈细条状，随着轧制温度的升高，结合界面上由金属 提高轧制温度可以降低道次压下量，使界面得到较 间化合物形成的带状组织逐渐减少并且变得不连 好的结合，从而在工艺上有效降低轧制负荷.在本 续.由图4a)和图5(a)发现结合界面两侧的组织 实验中，在轧制温度1100℃和压下量50%的工艺 与界面尚未形成明显的界面组织过渡区，说明在 条件下界面的结合强度最高 950℃轧制时，由于温度过低，复合金属界面上的塑 轧制复合时金属界面结合作用机制主要是裂口 性变形、两侧元素的扩散以及界面上的再结晶进行 作用机制10.该机制认为，复合金属表面在表面 得不充分，未能形成良好的结合界面组织.随着温 处理过程中会形成一层加工硬化层，轧制复合时在 度的升高，合金元素在界面上的扩散增加（元素在结 整个金属截面内产生塑性变形，比基体金属塑性差 合界面上的扩散情况如图6所示)，促进了界面上新 的界面硬化层将破裂，并导致底层新鲜金属暴露，界 晶核的生长和再结晶的进行，界面结合得更充分， 面两侧的新鲜金属在正压力作用下通过硬化层的裂 1100℃时，界面上由金属间化合物形成的连续的带 缝挤出并互相接触使复合金属表面间距在轧制复合 状组织变薄或者变得不连续甚至消失，界面两侧的 时达到原子间距尺寸，产生足够的结合力克服金属 组织在再结晶的作用下形成共晶面和间隙固溶体结 间的界面势能，从而形成牢固的治金结合 合在一起刀，在界面上可观察到再结晶组织的存 在本实验中，25C5MoA钢/微合金钢Q235钢 在，这使得界面结合强度大大提高.图 3 复合板结合界面的剪切强度与压下量的关系 Fig.3 Relation of interfaci al shear strength to pass reduction of clad plate specimens 影响不明显, 剪切强度值较小, 说明在 950 ℃轧制不 利于 25Cr5MoA 钢/微合金钢/Q235 钢的复合.轧 制温度为 1 000 ～ 1 100 ℃时, 界面的剪切强度均高 于 Q235 基体的强度;在不同的压下量条件下, 轧制 温度为 1 100 ℃时, 界面的剪切强度值均达到最大 值, 其中压下量为 50 %时剪切强度达到 313 M Pa. 图 3 为剪切强度与首道次压下量关系曲线 .由 图 3 中可以看出 :在相同的轧制温度条件下, 随着压 下量的增大, 复合板的结合界面剪切强度总体呈逐 渐减小的趋势.此结果说明 :在本实验中 50 %的压 下量是 25Cr5MoA 钢/微合金钢/Q235 钢热轧复合 的最大变形量;相同的轧制温度下, 当道次压下量大 于 50 %时, 随着压下量的增大复合板的界面结合强 度减小. 上述分析表明, 轧 制温度和 压下量是影 响 25Cr5MoA 钢/微合金钢/Q235 钢复合的重要因素, 提高轧制温度可以降低道次压下量, 使界面得到较 好的结合, 从而在工艺上有效降低轧制负荷.在本 实验中, 在轧制温度 1 100 ℃和压下量 50 %的工艺 条件下界面的结合强度最高. 轧制复合时金属界面结合作用机制主要是裂口 作用机制 [ 10-11] .该机制认为, 复合金属表面在表面 处理过程中会形成一层加工硬化层, 轧制复合时在 整个金属截面内产生塑性变形, 比基体金属塑性差 的界面硬化层将破裂, 并导致底层新鲜金属暴露, 界 面两侧的新鲜金属在正压力作用下通过硬化层的裂 缝挤出并互相接触使复合金属表面间距在轧制复合 时达到原子间距尺寸, 产生足够的结合力克服金属 间的界面势能, 从而形成牢固的冶金结合. 在本实验中, 25C r5M oA 钢/微合金钢/Q235 钢 热轧复合时, 轧制温度主要从以下两个方面影响轧 制复合过程:一是温度对裂口作用机制的影响 .因 为温度升高, 金属的屈服极限及变形抗力降低, 新鲜 金属更易于从覆盖层的裂缝中挤出而实现相互结 合 .二是温度引发了再结晶机制.因为较高的温度 增加了原子的能量, 界面原子的运动更活跃, 有利于 界面上新晶核的生长和再结晶的进行, 从而使界面 两侧本来不一致的结晶取向得以重新排列, 形成共 晶面而结合在一起 .上述两方面作用是提高轧制温 度导致最大压下量减小 、结合强度增加的主要原因. 25Cr5MoA 钢 、微合金钢和Q235 钢这三种材料 在性能上差异较大 .在轧制变形过程中, 金属的屈 服强度上的差异导致各层金属的塑性流动速度上的 差异, 这种不均匀的塑性变形在各层金属间的结合 界面上形成了残余应力, 残余应力随着复合轧制变 形量的增加而增加[ 12] , 对界面结合强度造成不良影 响 .这可以解释 25Cr5MoA 钢/微合金钢/Q235 钢 热轧复合板的界面结合强度随着压下量增加而降低 的原因 . 2.2 界面的微观组织 对于复合板, 界面的显微组织也是衡量结合性 能好坏的一个重要的标准 .界面是否干净, 界面周 围的组织形态等都是观察的重点 . 图 4 和图 5 显示了在压下量为 50 %时, 轧制温 度对界面结构的影响 ;图 6 和图 7 显示了轧制温度 为 1 100 ℃时, 道次压下量对界面结构的影响. 由图 4 和图 5 可以看出:结合界面上的微合金 钢侧和 Q235 钢侧主要由铁素体等轴晶和少量的碳 化物组成, 25Cr5M oA 钢侧的组织不明显, 结合界面 呈细条状, 随着轧制温度的升高, 结合界面上由金属 间化合物形成的带状组织逐渐减少并且变得不连 续 .由图 4( a) 和图 5( a) 发现结合界面两侧的组织 与界面尚未形成明显的界面组织过渡区, 说明在 950 ℃轧制时, 由于温度过低, 复合金属界面上的塑 性变形、两侧元素的扩散以及界面上的再结晶进行 得不充分, 未能形成良好的结合界面组织 .随着温 度的升高, 合金元素在界面上的扩散增加( 元素在结 合界面上的扩散情况如图 6 所示) , 促进了界面上新 晶核的生长和再结晶的进行, 界面结合得更充分. 1 100 ℃时, 界面上由金属间化合物形成的连续的带 状组织变薄或者变得不连续甚至消失, 界面两侧的 组织在再结晶的作用下形成共晶面和间隙固溶体结 合在一起[ 7] , 在界面上可观察到再结晶组织的存 在, 这使得界面结合强度大大提高. · 188 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷