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第3期 董成文等：TA1/Q235钢复合板累积叠轧焊界面特性 .253. 的升高，晶粒带逐渐加宽.这是因为钛作为强碳化 主要有等轴α组织和魏氏α组织 物形成元素，化学活性高，易与扩散到界面处的碳元 (4)综合考虑轧制温度对钛与Q235钢组织与 素结合形成TC,随着TC生成量的增多，使界面附 界面结合性能的影响，累积叠轧温度应控制在800~ 近的Q235钢出现C元素贫化区；当母材发生相变 850℃之间. 时，C元素的缺乏，会促进铁素体的形核和长大，所 以在界面附近出现铁素体晶带区，随温度的升高，脱 参考文献 碳现象严重，铁素体晶粒随之粗大，在900和950℃ [1]Staito Y,Utsunomiya H.Novel ultra-high straining process for bulk materials-development of the accumulative roll-bonding 轧制，其终轧温度高于再结晶温度，由于冷却过程中 (ARB)process.Acta Mater.1999,47(2):579 再结晶的作用，钢侧显微组织呈等轴状， [2]Tsuji N.Ultra fine grained bulk steel produced by accumulative 图6给出了不同温度轧制后钛的显微组织，从 roll-bonding(ARB)process.Scripta Mater,1999.40(7):795 图6中可以看出，在α相区轧制空冷后，α相呈等轴 [3]Xu R C.Tang D.Ren X P.et al.Mechanics properties of metal 状，组织相对细小，类似于钛材完全退火得到的等轴 materials strengthened by accumulative roll bonding process.U- 晶粒组织，由于Fe是B一Ti稳定元素，所以界面附 niv Sci Technol Beijing.2007.29(3):310 (许荣昌，唐获，任学平，等.累积叠轧焊强化金属材料的力学 近的a一Ti在溶入一定的Fe后会转变为P一Ti,导致 性能.北京科技大学学报，2007,29(3)：310) 界面附近的室温组织相对粗大.而从900和950℃ [4]Xu R C.Tang D,Ren X P,et al.Improvement of the quality 即B相区轧后空冷得到的α相以集束片状形式沿B and mechanical properties of a plain carbon steel by accumulative 晶界和晶内有规则地析出，此类形态称魏氏α组织， roll-bonding-J Univ Sci Technol Beijing.2005.27(4):448 晶粒较粗大，等轴组织在屈服强度、拉伸塑性及常 (许荣昌，唐获，任学平，等.累积叠轧焊工艺改善普碳钢材料 性能特征.北京科技大学学报，2005,27(4)：448) 规疲劳性能方面较好；而魏氏组织的蠕变性能和断 [5]Gilbreath W P.Definition and evaluation of parameters which in 裂韧性则较高12] fluence adhesion of metals//Adhesion or Cold Welding of Mate 因此生产钛碳钢复合板的过程中还要考虑轧制 rials in Space Environments.ASTM STP 431,1967:128 温度和冷却速度对钛与碳钢组织与结合性能的影 [6]Krallics G.An examination of the accumulative roll-bonding pro- 响，以期获得综合性能优异的复合板材.显然，为避 cess.J Mater Process Technol,2004,152:154 [7]Kundu S.Interfacial microstructure and mechanical properties of 免带状组织的不良影响，应避免在800℃以下热轧， diffusion-bonded titanium-stainless steel joints using a nickel inter- 3结论 layer.Mater Sci Eng:2006,A425:107 [8]MaZ X.Study results and production status of the metal clad (1)与传统热轧方法相比，采用累积叠轧的方 plates-Chin J Rare Met.2003,27(6),799 法生产钛碳钢复合板能大幅度提高其结合强度.在 (马志新·层状金属复合板的研究和生产现状.稀有金属，2003， 27(6):799) 用累积叠轧的方法生产钛/Q235钢复合板的过程 [9]Yang S W.Analysis of the titanium alloys'surface cleaning 中，为获得较好的结合强度，应尽可能提高其累积变 skills.Corros Prot,2003.24(2):64 形量和首道次变形量：当叠轧次数较少时轧制温度 (杨世伟.钛合金表面清理技术分析.腐蚀与防护，2003,24 可以选在800~900℃之间，但是当叠轧达到4道次 (2):64) 或更多时最佳热轧温度为800℃. [10]Shen G L.Applications of sandblasting skills in the aviation and automobile fields.Decorate Skills,2003,41(2):22 (2)基复板的表面处理以及后续轧制过程中的 (沈国良.喷丸清理技术在航空工业和汽车工业等领域的应 叠加方式也是影响结合强度的重要因素，经磨床打 用.装涂工艺，2003,41(2)：22) 磨与喷丸处理获得洁净、新鲜并具有一定加工硬化 [11]Aronsson B O.Hydrogen desorption from sand-blasted and 程度的结合界面，叠加过程中采用对称的叠加方式， acidetched titanium surfaces after glow-discharge treatment.J 都会促进复合板结合强度的提高， Biomed Mater Res.2001,54:20 (3)800℃以下热轧后，Q235钢的组织呈明显 [12]Tan SS.Science of Nonferrous Metals.Beijing:Metallurgical 的条带状；而850℃以上热轧后，条带状变形组织逐 Industry Press.1993:76 (谭树松，有色金属材料学，北京：冶金工业出版社，1993： 渐转化为等轴状，界面两侧的Q235钢脱碳，出现明 76) 显的排列整齐且粗大的铁素体晶粒带，钛侧的组织的升高晶粒带逐渐加宽．这是因为钛作为强碳化 物形成元素化学活性高易与扩散到界面处的碳元 素结合形成 TiC随着 TiC 生成量的增多使界面附 近的 Q235钢出现 C 元素贫化区；当母材发生相变 时C 元素的缺乏会促进铁素体的形核和长大．所 以在界面附近出现铁素体晶带区随温度的升高脱 碳现象严重铁素体晶粒随之粗大．在900和950℃ 轧制其终轧温度高于再结晶温度由于冷却过程中 再结晶的作用钢侧显微组织呈等轴状． 图6给出了不同温度轧制后钛的显微组织．从 图6中可以看出在α相区轧制空冷后α相呈等轴 状组织相对细小类似于钛材完全退火得到的等轴 晶粒组织．由于 Fe 是β—Ti 稳定元素所以界面附 近的α—Ti 在溶入一定的 Fe 后会转变为β—Ti导致 界面附近的室温组织相对粗大．而从900和950℃ 即β相区轧后空冷得到的α相以集束片状形式沿β 晶界和晶内有规则地析出此类形态称魏氏α组织 晶粒较粗大．等轴组织在屈服强度、拉伸塑性及常 规疲劳性能方面较好；而魏氏组织的蠕变性能和断 裂韧性则较高［12］． 因此生产钛碳钢复合板的过程中还要考虑轧制 温度和冷却速度对钛与碳钢组织与结合性能的影 响以期获得综合性能优异的复合板材．显然为避 免带状组织的不良影响应避免在800℃以下热轧． 3 结论 （1） 与传统热轧方法相比采用累积叠轧的方 法生产钛碳钢复合板能大幅度提高其结合强度．在 用累积叠轧的方法生产钛／Q235钢复合板的过程 中为获得较好的结合强度应尽可能提高其累积变 形量和首道次变形量；当叠轧次数较少时轧制温度 可以选在800～900℃之间但是当叠轧达到4道次 或更多时最佳热轧温度为800℃． （2） 基复板的表面处理以及后续轧制过程中的 叠加方式也是影响结合强度的重要因素．经磨床打 磨与喷丸处理获得洁净、新鲜并具有一定加工硬化 程度的结合界面叠加过程中采用对称的叠加方式 都会促进复合板结合强度的提高． （3）800℃以下热轧后Q235钢的组织呈明显 的条带状；而850℃以上热轧后条带状变形组织逐 渐转化为等轴状界面两侧的 Q235钢脱碳出现明 显的排列整齐且粗大的铁素体晶粒带．钛侧的组织 主要有等轴α组织和魏氏α组织． （4） 综合考虑轧制温度对钛与 Q235钢组织与 界面结合性能的影响累积叠轧温度应控制在800～ 850℃之间． 参 考 文 献 ［1］ Staito YUtsunomiya H．Novel ultra-high straining process for bulk materials-development of the accumulative rol-l bonding （ARB） process．Acta Mater199947（2）：579 ［2］ Tsuji N．Ultra-fine grained bulk steel produced by accumulative rol-l bonding （ARB） process．Scripta Mater199940（7）：795 ［3］ Xu R CTang DRen X Pet al．Mechanics properties of metal materials strengthened by accumulative roll bonding process．J Univ Sci Technol Beijing200729（3）：310 （许荣昌唐荻任学平等．累积叠轧焊强化金属材料的力学 性能．北京科技大学学报200729（3）：310） ［4］ Xu R CTang DRen X Pet al．Improvement of the quality and mechanical properties of a plain carbon steel by accumulative rol-l bonding．J Univ Sci Technol Beijing200527（4）：448 （许荣昌唐荻任学平等．累积叠轧焊工艺改善普碳钢材料 性能特征．北京科技大学学报200527（4）：448） ［5］ Gilbreath W P．Definition and evaluation of parameters which influence adhesion of metals∥ A dhesion or Cold Welding of Materials in Space Environments．AST M STP 4311967：128 ［6］ Krallics G．An examination of the accumulative rol-l bonding process．J Mater Process Technol2004152：154 ［7］ Kundu S．Interfacial microstructure and mechanical properties of diffusion-bonded titanium-stainless steel joints using a nickel interlayer．Mater Sci Eng2006A425：107 ［8］ Ma Z X．Study results and production status of the metal clad plates．Chin J Rare Met200327（6）：799 （马志新．层状金属复合板的研究和生产现状．稀有金属2003 27（6）：799） ［9］ Yang S W．Analysis of the titanium alloys’ surface cleaning skills．Corros Prot200324（2）：64 （杨世伟．钛合金表面清理技术分析．腐蚀与防护200324 （2）：64） ［10］ Shen G L．Applications of sandblasting skills in the aviation and automobile fields．Decorate Skills200341（2）：22 （沈国良．喷丸清理技术在航空工业和汽车工业等领域的应 用．装涂工艺200341（2）：22） ［11］ Aronsson B O． Hydrogen desorption from sand-blasted and acidetched titanium surfaces after glow-discharge treatment． J Biomed Mater Res200154：20 ［12］ Tan S S．Science of Nonferrous Metals．Beijing：Metallurgical Industry Press1993：76 （谭树松．有色金属材料学．北京：冶金工业出版社1993： 76） 第3期 董成文等： TA1／Q235钢复合板累积叠轧焊界面特性 ·253·