第12卷 第2期2004年4月
材 料 科 学 与 工 艺MATERI A LS SCIE NCE &TECH NO LOGY
V ol 112N o 12Apr.,2004
史长根1,2，王耀华2，李子全1
(1.南京航空航天大学材料科学与技术学院，江苏南京210000,E 2mail :shichanggen @263 ;
2.解放军理工大学工程兵工程学院，江苏南京210007)
摘 要：为了研究在不同爆炸焊接工艺条件下获得的复合板的轧制效果，本文对大波、小波、微波状3种界面的1Cr18Ni9T i/20G 复合板进行轧制实验研究.实验表明：只有用下限获得的微小波状界面的爆炸焊接复合板，才能实现成功轧制，而大波状复合板界面存在一定的缝隙、空洞等微观缺陷，在轧制时由于分层会使轧制失效.爆炸焊接+轧制工艺获得的复合板结合界面的组织、强度和性能的测试结果表明：轧制复合板结合界面的剪切和分离强度虽比爆炸态略低，但延伸率、冲击韧性都大大增强，轧制复合板的耐蚀性能也未降低.关键词：爆炸焊接；轧制；结合界面；微波状；小波状；大波状中图分类号:TG 45616 文献标识码:A
文章编号:1005-0299(2004)02-0193-03
Study on explosive w elding and rolling technology of 1Cr 18Ni 9Ti/20G
SHI Chang 2gen 1
,2
,W ANG Y ao 2hua 2,LI Z i 2quan 1
酚醛胶
(1.Materials Science and T echnology Institute ,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ,Nanjing 210016,China ,
E 2mail :shichanggen @263 ;2.Engineering Institute of Engineering C orps ,P LAUST ,Nanjing 210007,China )
Abstract :T o study the rolling effects of the cladding plates which are obtained in different explosive welding param 2eters ,three kinds of cladding plates (big ,small and micro wavy interface )of 1Cr18N
i9T i -20G are rolled.The cladding plate with micro and small wavy interface obtained by low limit explosive can be rolled success fully ,and the one with a big wavy interface will be detached in rolling.The rolling failure is due to microcosmic defects such as seam and hole in the interface.The microstructure ,strength and property of the bonding interface are im proved after rolling.
K ey w ords :explosive welding ;rolling ;bonding interface ;big wavy ;small wavy ;micro wavy
收稿日期:2002-04-22.
基金项目：江苏应用基础基金资助项目(B J97096).作者简介：史长根(1971-)，男，博士后.
超大面积复合板的爆炸焊接虽然在技术上具有可能性，但由于受爆炸场地、爆轰冲击波以及大面积薄板挠度的制约，使得超大面积复合板的爆炸焊接难以实现.如果将爆炸焊接和轧制相联合，即先用爆炸焊接方法生产出小面积大厚度的复合板坯，然后再进行轧制，可获得大面积和所需厚度的复合板.这为复合材料批量化生产以及提高生产效率创造了条件.
目前，爆炸焊接+轧制生产复合板材的技术还不十分成熟，在这一领域，广东鹤山新技术应用
研究所做了很多工作[1～3]；太原钢铁集团有限公司白云复合材料厂也已生产出016～310mm 的冷轧不锈钢复合薄板.由于爆炸焊接生产工艺的特点，使得复合板的焊合面积一般很难达到100%，即使焊
合率达到100%，但由于界面形式的不同，其轧制效果也大不相同，为此，本文将研究不同爆炸焊接工艺及其结合后界面的特征对轧制工艺的影响，这对于提高爆炸焊接轧制生产复合板的质量具有十分重要的意义.
生发梳1 爆炸焊接工艺及轧制实验
爆炸焊接上限会形成过熔的大波状结合，而焊接下限可获得无熔化的微小波状良好界面[4].由此，本文选择3种不同装药量对同种材料
1Cr18Ni9T i/20G 进行爆炸焊接，然后对爆炸复合
板进行轧制，其实验参数及轧制结果列于表1.
试样1，在爆炸焊接时采用下限参数，从起爆端到末端依次是微波状和小波状界面，由于微小波状界面的结合强度介于两种基体材料的强度之间，因此爆炸复合板在轧制时无分层开裂，轧制是
成功的.而试样2、3在爆炸焊接时采用焊接窗口的中限和上限，在复合板的末端会存在一定的大波状界面，而大波状界面的强度均比两种基体材料的强度低，因此爆炸复合板在轧制时末端出现开裂现象，轧制失败，见图1.
表
1 爆炸焊接+轧制参数及实验结果
试 样
材 料
复板规格/mm
(长×宽×高)药量/kg
复合效果
轧制效果
试样11Cr18Ni9T i/20G 1250×880×1235100%100%
试样21Cr18Ni9T i/20G 1250×880×1239100%末端开裂试样31Cr18Ni9T i/20G
1250×880×12
42
100%
末端开裂
图1 3种爆炸复合板的轧制效果
2 爆炸焊接轧制复合板的结合界面
图2(a )是轧制复合板基材20G 的金相组织,
黑的是珠光体组织，白的为铁素体组织，晶粒度7～8级；图2(
b )是轧制复合板的结合界面，结合面无变形，基材20G 靠近界面处脱碳；图2(
c )是复材1Cr18Ni9T i 的金相组织，由形变的奥氏体和条状铁素体以及点状碳合物组成，晶粒
度为7～8级.由于塑性变形，原来波状的结合界面随着变形率的增大而变得扁平，当变形率增大到50%以上，波形趋于消失，此时结合界面变得平直.通过轧制加工，界面两侧的基体金属的晶粒呈纤维状，原来波状前端旋涡区中的熔化块破碎了，这些物质在切取和磨制金相样品时将脱落而在该处形成孔洞.由于加热，有的界面两侧的基体金属还会进行一定程度的回复和再结晶.
图2 1Cr18Ni9T i -20G 轧制复合板的结合界面
图3是1Cr18Ni9T i -20G 轧制复合板结合界
面的成分(C OMP )像，界面左侧是1Cr18Ni9T i ，右侧是20G.图4是结合界面Fe 元素和Cr 元素的面扫描图，界面上方是20G，下方是1Cr18Ni9T i ，左侧
是Fe 元素扫描图，右侧是Cr 元素面扫描图；右侧标尺的颜深浅表示元素含量的高低.由图4可以看出:20G 中Fe 元素含量为98%左右,Cr 元素含量约为0;1Cr18Ni9T i 中Fe 元素含量为70%左
・491・材 料 科 学 与 工 艺 第12卷
右,Cr 元素含量约为18%；其界面是由10μm 的窄过渡区域组成，其中包含Fe 、Cr 两种元素，在复材靠近界面处,Cr 元素的含量稍低，这是由于部分Cr 元素扩散到过渡区域和基材中的缘故.此外用电子探针定点测试可知：在碳素钢靠近界面处，铁和碳含量均降低，证实为碳钢一侧的脱碳区
.
图3 试样1轧制复合板界面的C OMP
像
图4Fe 、Cr 二元素的面扫描图
3 轧制复合板界面性能测试
根据G B6396-87、G B8186-87测定了不同状态
和不同厚度复合板结合界面的各种物理力学性能.311 结合区显微硬度分布
图5为不同状态下复合板结合区的显微硬度与离开界面距离(x )的关系曲线.由图5可见，爆炸态下界面处的硬度最高，这是因该位置的金属由于受爆炸载荷作用而发生了严重的塑性变形.离开界面后，变形程度减弱，硬度迅速下降.但因爆炸硬化，两基体的硬度仍相应地高于各自供货态的硬度.不锈钢的原始硬度高，其硬化趋势大.热轧后，两基体因塑性变形也使硬度升高.由于热轧加热、中间退火和固溶处理等，使其对应状态下结合区的硬度逐渐降低，且有一宽度逐渐加大的低硬度区，这就是图2(b )界面附近的脱碳区.312 界面力学性能
不同状态和不同厚度的复合板的力学性能列
于表2和表3.在两种状态下，复板和基板间的结
合强度远远超过规定值(147MPa ).抗拉强度也远超过20G.由于爆炸硬化，爆炸态下塑性降低，但可通过热处理来恢复基材的原始性能，弯曲性能良好
.
1-供货态;2-热轧态;3-爆炸态
图5 爆炸+轧制复合板结合区显微硬度分布
表2 1Cr18Ni9Ti -20G 爆炸复合板坯的力学性能
试样剪切强度
/MPa 分离强度
/MPa σb
/MPa σs
/MPa δ/%
弯曲角
/(°)冲击功/(J ・cm -2)
试样133742252850516101809015试样235943153651215151808011试样337645755352514101807513平均
357
437
539
514
1512
180
8210
表3 1Cr18Ni9Ti -20G 爆炸+热轧复合中板的力学性能
试样剪切强度
/MPa 分离强度
/MPa σb
/MPa σs
/MPa δ/%
弯曲角
/(°)冲击功
/
(J ・cm -2)
试样12853174333253610180162试样23083294573593415180158试样33153434813763216180150平均
303
330
457
353
3414
180
157
(下转第198页)
・
591・第2期史长根，等:1Cr18Ni9T i -20G 爆炸焊接+轧制工艺研究
及温度的变化关系研制出钢轨应力测试仪，则能
够在不同温度条件下给出在线钢轨纵向应力值
.
图3 BN
信号与应力的变化关系
图4 BN 信号与温度变化关系
5 结 论
1)BN 信号随拉应力的增加而增加，随压应
力的增加而减小; 2)在钢轨温度变化范围内,BN 信号随温度变化呈线性关系;
3)监测无缝线路固定区内的BN 信号和温度值可作为评价其是否存在超标应力的一种新方法.
参考文献:
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制[D].武汉大学1990.
(编辑 张积滨)
(上接第195页)
313 热轧复合板复层的耐蚀性能
除结合区外，爆炸焊接过程不改变不锈钢的化学组成和组织状态，热轧后不锈钢的主要化学成分和组织没有明显变化.常化和固溶处理后，不锈钢又恢复到原始供货态组织.由图6可以看到，采用爆炸+轧制工艺生产的复合板不锈钢复层的耐蚀性能不会降低
.
图6 爆炸态和热轧态复合板不锈钢耐蚀试样
喉管4 结 论
光纤熔接示意图1)并不是所有爆炸焊接复合率达到100%的
复合板都能实现成功轧制，只有采用装药下限获得的微小波状界面的爆炸焊接复合板，才能实现
成功轧制，而大波状复合板界面存在一定的缝隙、空洞物等微观缺陷，在轧制时由于分层会使轧制
失败;
2)爆炸焊接轧制复合板结合界面由窄过渡区域组成，界面中含有基复材基体中的元素，表明界面强度介于基复材二者之间;
3)爆炸焊接及轧制复合板的硬度、剪切和分离强度虽比爆炸态略低，但延伸率、冲击韧性都大大增强，轧制复合板也具有优良的耐蚀性能.
声音定位
参考文献:
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(编辑 吕雪梅)
・891・材 料 科 学 与 工 艺 第12卷
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