论文摘要
层状金属复合板既可以兼备多种材料的优良性能,又可以节约稀贵材料降低成本,应用非常广泛。热轧复合法逐渐取代爆炸复合法成为金属复合板生产的主要方法。作为热轧复合法的一种,真空热轧复合法既解决了传统的爆炸复合法效率低、污染大、产品尺寸小等问题,又避免了直接热轧复合界面氧化严重的缺点,因而成为宽幅高品质复合板生产的重要方法。界面夹杂物是影响真空热轧复合界面性能的关键因素,基于此,本论文利用真空热轧复合法制备了特厚复合钢板、不锈钢复合板及钛/不锈钢复合板,并以此为研究对象,针对界面夹杂物的生成及演变机理、界面夹杂物对复合性能的影响及各复合工艺对界面夹杂物的影响等进行了深入系统的研究。本论文的主要工作及研究成果如下：（1）利用真空热轧复合法制备特厚复合钢板,研究分析复合界面夹杂物的生成机理。结果表明：特厚钢板复合界面处存在的氧化物生成于加热过程中,为碳钢基体内氧亲和力高的合金元素与界面残余氧发生反应生成的选择性氧化物及内氧化物。（2）研究组坯真空度、轧制压下率对特厚复合钢板界面夹杂物的影响,分析界面夹杂物形态对界面复合性能的影响。研究表明：组坯真空度直接影响复合界面夹杂物的生成数量及尺寸,真空度越高,界面氧化物生成量越少,尺寸越小,复合界面的结合强度越高,韧性越好；轧制过程中界面夹杂物被粉碎、弥散,轧制压下率越大,界面夹杂物被粉碎的越厉害,分布越弥散,对结合性能的影响越小；高真空组坯,压下率达到50%后,特厚复合钢板界面性能可以达到与基体相当的水平。（3）利用真空热轧复合法制备不锈钢复合板,研究分析复合界面夹杂物的生成机理。结果表明：加热过程中,界面夹杂物多生成于不锈钢侧,不锈钢侧Cr与O结合生成Cr203,后被Al、Si、Mn等对应氧化物稳定性更高的元素置换出来,形成混合氧化物。（4）研究组坯真空度、轧制压下率对不锈钢复合板界面夹杂物的影响,分析界面夹杂物对界面复合性能的影响规律。研究表明：组坯真空度越高,界面氧化物生成量越少,尺寸越小,界面剪切强度越高,韧性越好,低真空及高真空下组坯界面性能均达国标要求；轧制压下率越大,界面夹杂物粉碎越厉害,分布越弥散,界面剪切强度越高,压下率高于20%,界面强度便可达国标要求。（5）利用真空热轧复合法制备钛/不锈钢复合板,研究不加中间层界面金属间化合物（Intermetallic Compounds, IMC）的生成规律,研究复合温度对IMC生成的影响,研究IMC对复合性能的影响。结果表明：界面处生成Fe2Ti、FeTi、Cr2Ti和NiTi2等多种脆性IMC；随复合温度升高IMC厚度增大,界面剪切强度下降；800-950℃复合温度范围内,界面强度均不能满足国标要求。（6）加入Ni中间层,制备真空热轧复合钛/不锈钢复合板,研究Ni中间层对真空热轧复合钛/不锈钢复合板界面IMC生成的影响,研究复合温度对加入Ni中间层后的界面IMC的影响。研究表明：Ni中间层能有效阻止钛与不锈钢间的扩散,并抑制钛与不锈钢生成IMC；Ni与不锈钢间不生成IMC,Ti-Ni界面生成Ti2Ni、TiNi及TiNi3等脆性IMC；复合温度越高,IMC厚度越大,界面剪切强度随之降低；Ni中间层的加入有效的提高了界面结合强度,复合温度不高于900℃时,界面剪切强度可以满足国标要求。（7）加入Nb中间层,制备真空热轧复合钛/不锈钢复合板,研究Nb中间层对真空热轧复合钛/不锈钢复合板界面IMC生成的影响,研究复合温度对加入Nb中间层后的界面IMC的影响。结果表明：Nb中间层能有效阻止钛与不锈钢间的扩散,并抑制钛与不锈钢生成IMC;Ti-Nb界面不生成IMC,温度不高于900℃时,Nb与不锈钢不生成IMC,温度高于900℃后Nb与不锈钢界面生成FeNb脆性IMC,并造成界面强度降低；850-1000℃范围内,加Nb中间层钛/不锈钢复合板界面结合强度均满足国标要求,900℃时界面强度达到最高值为397MPa。（8）分析真空热轧复合界面的结合机理及工艺控制原理。界面结合过程为：组坯后复合界面处存在大量间隙并残余微量气体；加热过程中,部分界面形成初始结合点；轧制过程,界面间隙闭合,界面形成大面积实际物理接触,界面原子被激活形成金属键连接；轧制及冷却过程界面发生扩散及再结晶形成牢固冶金结合。工艺控制原理为：加热过程中,部分金属界面与氧反应生成界面氧化物,真空度越高,氧化越弱；轧制过程,界面氧化物被包容进基体金属并被粉碎、弥散,压下率越大,粉碎越厉害,分布越弥散；扩散使界面形成冶金结合也导致部分金属间生成金属间化合物或kirkendall孔洞而削弱界面结合强度,通过控制复合温度和加入中间层可以调整界面扩散,从而弱化IMC和kirkendall孔洞等对界面强度的削弱作用。