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不锈钢复合板知识
21世纪的今天，科学和工业的不断发展，普通的合金或是单一的某种金属已经很难满足工业发展对材料综合性能的要求，复合板就应用而生，选取两种或两种以上的金属材料采用不同的工艺制作的而成复合板刚好满足了特殊的综合性能要求，江苏高远复合材料厂是选用制作工艺的一种，热轧不锈钢复合板，也就是不锈钢于普通碳钢通过还原轧制复合结合成一体而之辈的双面不同材质的复合板，是一种具备不锈钢与碳钢各自优点的材料。
不锈钢顾名思义是因其有良好的不锈性能（像废话）和防腐性能而得到广泛的应用，但是不锈钢中含有诸如镍，铬等稀贵金属元素而使其价格居高不下。这种情况下，不锈钢复合板工艺的先进性和材料本身的特性使得不锈钢复合板具有了单一金属材料不可比拟的优点，是的，不可比拟的优点：首先，复合板结构中，不锈钢占1/3-1/10左右，基层，覆层比例较大，1吨不锈钢可生产5-10吨不锈钢复合板，大大的节约的贵重金属的使用，使企业成本降低。其次，普碳钢的的强度在金属材料里面的带头大哥型的，在弱腐蚀行业不锈钢复合板的应用既能解决材料的耐蚀性有解决了设计强度的要求，一举多得。
综上所述，不锈钢复合板在设计合理的应用领域里，是既经济又实用的新型能源材料，符合现代社会里的经济理念，既要能赚钱也要能省钱，这样才能让财富是持久。
不锈钢复合板就像其他所有新型事物一样，有他独有发展历史，不锈钢复合板的前世今生说来也和有戏剧性，早在一战期间，德军的一颗炮弹炸到盟军的坦克盖上，一声巨响后，只见铜制的弹片牢牢附着在坦克盖上，任凭盟军的兄弟用工具也不能将它们分开，没错，这是最早期的复合板。到了1860年美国人开始研究金属复合板，这个过程也非常漫长的一短时间，历史往往就是这样，为了一件巧合的事件却要费上几代人的智慧去研究，20世纪30年，我们祖国还在与小日本抗争，美国人已经为了降低成本，同时提高结合强度，已经在工业上生产并使用镍钢复合板了，同一时间，苏联人采用直接轧制法，铸造法，爆炸发，扩散焊接法等工艺，研究铝、锡、钢等金属的基材与合金覆材的轧制复合。小日本虽然在钓鱼岛上德问题很可恶，但就不锈钢复合板而言，小日本的技术还是领先了我们很多，在起步比较晚的条件下，他们还是取得了对不锈钢/铝复合材料的多项专利。到了上世纪60年代初，我们伟大的祖国也开始研究不锈钢复合板了，其中有很多国内的名校做出了伟大的贡献，像上海钢铁研究所，北京科技大学，东北大学，长沙矿业研究院，武汉科技大学等学校，目前不锈钢复合板生产厂商有：太钢复合材料厂，济钢旗下的安徽鲍德，以及安徽金元素复合材料有限公司等，经过一百多年的发展，不锈钢复合板生产技术提高，在现在社会的我们也开始着眼于这种经济适用的新能源材料，当然，好的东西一定会流传下去，不锈钢复合板也会逐步发扬光大下去的。
不锈钢复合板的生产技术可谓是百年来不停的进步的一项技术，就目前而言，不锈钢复合板制备技术分以下几种：轧制复合法，爆炸复合法，爆炸+轧制复合法、扩散复合法，其中爆炸结合技术最为成熟，在日益成熟的工艺和对社会环境的保护，轧制结合法还开始展露头脚，至于爆炸+轧制焊接法成材率低，生产成本高，妨碍了不锈钢复合板的广泛应用。先介绍第一种，也就是安徽金元素复合材料有限公司主推的一种复合板生产技术。
热轧不锈钢复合板轧制复合法：
轧制复合法包含热轧和冷轧复合法，热轧复合法是将覆层和基层金属事先组坯，为防止在加热过程中界面氧化，将组坯周边预先焊接。将组坯加热后，在轧机大压量的作用下，将覆层和基层牢固的复合在一起。热轧复合法的优点有：工艺简单、界面结合强度高、环保无污染、轧制力较小，轧机的承载能力较低，交货速度快，不受天气空气介质影响。冷轧复合法是在轧机的压力作用下是金属复合，复合时普碳钢侧的碳元素不会像不锈钢侧扩散，可以实现多种组元的结合尺寸精确，效率高，但该生产方法需要较大的临界变形量，较高的轧制设备的承载能力。所以，目前国内外广泛应用热轧复合法。
目前全球生产的复合板材中，有80%是采用热轧复合法生产的，采用此方法制备复合板优点包括：1、能生产规格较大的产品；2、能够减少非金属杂质对界面的污染。
爆炸符合法：
炸药爆炸时产生的爆轰波，在微秒级时间内，在碰撞点附近产生高达10的6次方--10的7次方的应变速率和10的4次方MPa的高压，从而实现待复合金属的焊接成功，爆炸复合工艺流程是：洗坯-板坯准备-爆炸-热处理-矫平-酸洗-切边;爆炸复合结合法有以下几方面优点：1、可实现如：铝/铜、铅/钢等熔点、强度、热膨胀系数等性能差异悬殊的金属成功复合；2、此种方式作用时间极为短暂，其复合界面几乎来不及扩散或者仅有很小程度的扩散，因而脆性金属化合物难以生成，可复合诸如钛/钢、铝/钢、、钽/钢等金属；3、可以复合异形件，但对外包与内包金属管材复合时，可以实现一次多层复合等；4、此方法生产的复合材料，其结合强度比其他方法要高，且速度快。爆炸复合结合法也有局限性，就是在射流作用下，复合界面呈现波浪形，有时在界面外还会产生未复合区；生产效率低，不适合大批量、自动化生产;生产过程中噪声大；生产安全性差，这些弊端使得该方法很难被推广使用。目前，在国内多为科学家的努力下，爆炸复合技术发展比较完备，在石化，制盐、电力、冶金等工业工程领域广泛应用。在我国大多数的复合板生产厂都是使用爆炸复合方法生产不锈钢复合板的。
爆炸焊接+热轧法是是热轧经爆炸焊合的复合板，最终获得大幅面的复合板、带的方法，兼备了爆炸焊接法、热轧法的优点。生产的灵活性提高了。但是产量、生产率及成材率都很低，产品质量差，尺寸精度低。作为爆炸焊接技术的延伸和发展，爆炸焊接+热轧法（轧制、冲压、锻压、拉拔等）是复合板的性能有很大的改善，特别是复合界面力学性能得到明显的提高。在复合板开发研制中，许多单位不仅对生产工艺进行了研究，而且对复合界面成分，组织结构的变化及多性能的影响也进行了研究。我国已经有太钢，宝鸡有色金属加工厂等厂家采用此方法生产出不锈钢复合板。
扩散复合焊接法总体来说是一种常用的复合方法，同种金属或不同种金属均可以运用这一方法进行复合。温度升高至基层熔点的0.5--0.7贝，在尽量使基本不变形的程度下加压，使覆材与基材紧密接触，利用界面原子扩散，实现结合的方法。现在国内生产复合板已经普遍不适用这种方法了，只有遇到一些难焊的高温合金，特别是铸造高温合金，利用这种方法可获得与基体性能一致的接头性能，不出现宏观变形，接头残余应力小，但界面的力学性能较差，且对生产设备的要求也较高。热轧之魂
将不同材质两种金属在低于其熔点的温度下轧制，可以控制脆性界面化合物的生成。待复合金属在轧制压力的作用下，发生弹塑性变形，界面原子活化并结合。但双金属复合激励十分复杂，尽管长期以来专家对此作了大量研究，但迄今为止，很多机理仍未被解释清楚。许多学者提出了不同的结合机理，这些都促进了复合材料的发展，当然了，要一个一个的说。热轧（轧制）复合的机械作用机制
经过许多先驱的大量试验结果表明，双金属轧制复合时，界面作用机制为裂口作用与挤塞和镶嵌作用。
1、裂口作用:裂口作用机制是室温固相复合时，金属界面最初的结合方式。当受轧制力作用时，金属发生塑形变形，晶粒彼此相对移动的阻力不足以抵抗沿晶界所产生的切应力，金属晶粒会发生移动和转动，造成晶粒间相互作用的破坏，这样晶体会出现显微破裂。继续施加轧制力，金属界面的破裂，为不同材质晶粒的接触提供机会，使得原子互相迁移。
2、挤塞和镶嵌作用：在压力的作用下，界面上出现的裂口和不平整，在金属的流动下，填充空隙形成进一步的结合。在较高温度下轧制时，适当的加热对这种复合方式极为有利。但当加热温度过高时，会由于金属表面被氧化而降低与基体的结合强度。热轧（轧制）复合的摩擦作用机制
轧制不同材质与轧制单一材质金属的显著区别是前者轧制时未连接，界面存在滑动，除轧件与轧辊间表面出现滑动外，连接界面处也有十分复杂的摩擦现象。
1、轧制成形中的摩擦种类
摩擦分为内摩擦与外摩擦。前者是指待复合金属界面上或晶内滑移面上产生的摩擦。后者是指组坯和轧辊之间的摩擦。
根据轧件与轧辊表面状态的不同，可把轧制成形中的摩擦分为干摩擦，边界摩擦和流体摩擦，上诉三种类型，还可以派生出混合型摩擦。
2、摩擦作用机制
塑性变形过程中的摩擦性质很复杂，目前关于摩擦产生的机制有两种学说。（1）表面凹凸引起摩擦。因为轧件和轧辊表面不是绝对光滑，都有一定程度的微观凹凸不平。当凹凸不平的复合表面相互接触，在轧制力的作用下，一个表面的凸牙可能插入另一个表面的凹坑，产生机械咬合。咬合表面的相对运动时，相互咬合的凸牙会产生剪切变形甚至被切断。此时摩擦力表现为这些凸牙被切断或产生剪切变形时的阻力。（2）分子吸附学说，此学说认为分子之间存在吸引力从而产生摩擦。待复合金属表面粗糙度越小，增大接触面，分子吸附力就越大，则摩擦力也就越大，用表面凹凸学说无法解释这一现象
3、轧制双金属中的摩擦分析
轧制复合时，待复合金属表面发生摩擦，产生变形热，摩擦热，从而使金属表面温度升高，促进金属间的结合。轧后，由于不锈钢和碳钢的线膨胀系数不同与发生弹塑性变形的部位恢复，这样界面上存在静摩擦。静摩擦力的存在使不锈钢和普碳钢结合强度更高。
在加热金属时，会增加表面凸台，使表面变得更加粗糙，凸台的侧壁也就暴露到表面，这样就增加了金属的接触表面积。另外，凸台的侧壁由暴露的处于金属键不饱和状态的新鲜金属原子组成并相互有效接触实现界面良好结合。但如果加热温度过高，氧化严重，氧化层与基体结合能力弱从而使结合强度降低。热轧(轧制）复合扩散作用机理
有时一个拗口的名词，不要紧，在化学课本里就叫分子或原子之间串门联姻，扩散机制是在一定的温度压力下，讲清洁金属表面有效接触，界面原子相互扩撒形成一层很薄的过渡扩散成，实现界面的良好的结合。
目前已发现和提出的扩散机制包括空位机制、间隙机制、交换机制和环形机制等。对于具体扩散，往往是多种扩散机制共同起作用。
一定的温度和压力作用下轧制双金属时，待复合金属界面相互接触，通过微观塑性变形而扩大待连接表面的物理接触，通过原子间相互扩散，形成整体的可靠结合。经过大量试验检测，在轧制中，界面两侧原子会越过界面向另一方扩散形成扩散层。扩撒层的厚度和浓度与轧制连接的时间和轧制温度有关，延长轧制力时间，升高轧制温度金属原子间的扩散也就越充分。
轧制双金属过程中，界面结合可分为三个阶段：第一阶段为物理接触阶段，微观凹凸不平的表面在外加压力的作用下，一些点先达到塑性变形，在持续压力的作用下，接触面积逐渐扩大，这就是前述的机械作用界面结合机制；第二阶段是接触界面原子间的相互扩散，形成牢固的结合层；第三阶段是接触部分形成的结合层逐渐向体积方向扩散发展，使大多数缺陷消失，在接触处形成共同的晶粒，并导致内应力松弛，形成可靠地连接接头。当然，这三个过程不是截然分开的。而是相互交叉进行。这几章是热轧复合板的核心因数，一般来说是密不外传的，当然了，这只是夸张的去说，不能写出来我也不会写，能写出来的也不止我一个人写，好了，言归正传，这一大章主要是讲热轧（轧制）复合的主要影响因数受影响因数一 ：轧制力
前几章讲的三种轧制连接机理中，作用在轧件上的轧制力起了十分重要的作用，主要体现在三个方面。1、影响金属的塑性变形：轧制不同屈服强度的双金属，在相同的轧制力的作用下产生不同步的塑性变形，形成界面上下层金属的不同步流动。2、影响界面原子的扩散。在轧制力的作用下，界面两侧金属元素产生化学键的结合，从而实现复合。3、影响摩擦作用机理。轧制力的变化，影响摩擦作用机理的变化，轧制区间不同，摩擦特征不同，形成了十分复杂的混合摩擦模型。
影响轧制力的因数有变形率、摩擦系数、张力。前两者增大轧制力增大。而采用后者轧制，轧制力显著降低。受影响因数二：界面摩擦系数
轧制结合质量受界面表面状态直接影响。影响界面的摩擦系数的因素包括：1、界面状态：界面表面的粗糙度越大摩擦系数越大。2、金属材质3、加工温度4、加工速度：轧制速率增大，摩擦系数降低。5、压下率：压下率大，新生接触面增大，摩擦系数增大。受影响因数三：温度
影响轧制复合的因数前面已经说过两章了，但是还没完呢，有的客户老是说你的不锈钢复合板怎么比碳钢加上不锈钢的总价还要贵，历不锈钢复合板从原材料进厂到成品出厂要经过17到程序，中间每个环节都要注意，所以价格不高，言归正传，所谓温度是指轧制温度，主要是指轧件轧制的初始温度。在确保金属未熔融，金属表面氧化不严重的情况下，升高轧制温度促进待复合金属结和。
在适当的温度范围内，温度升高，材料塑性增强，扩散加快，所获得的结合强度升高。因此需要选择合适的轧制温度，通常轧制温度为0.6-0.8Tm（Tm为待连接基材熔点，一般取熔点比较低的基材）。（1）温度对金属塑性的影响
大多数金属温度升高，塑性增加。但这种增加并非简单的线性上升。在加热过程的某些区间，往往由于相态或晶粒边界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。在塑性加工中，应避开脆性区。
温度升高使金属塑性增加，主要原因是：1、回复、再结晶，再回复阶段金属软化，再结晶可消除加工硬化。2、原子能量增大，位错，滑移系增多，晶粒更容易发生变形。3、组织构织，结构发生变化，可能由多相组织转变为单相组织，也可能由塑性变形不利的晶格转变为有利的晶格。4、扩散，发生空位移动，晶内扩散和晶界扩散。（2）温度对轧制复合的影响
在轧制力的作用下，复合板的结合性能主要取决于塑性变形，表面氧化层，原子的扩散及结合面残留宇应力的作用等因素。不同的复合温度下，这些因数的作用会发生相应的变化，进而可导致结合面连接强度的变化。轧制复合板的试验思路
每个新产品的产生都只有一个目的，不管我的老板还是你的老板都一样，创新是为了盈利，可是不是每个新产品都能被市场接受，不锈钢复合板的路走了很久，很久很久，直到现在在工业应用上还是对轧制复合板存有偏见，80%的不锈钢复合板用户还是倾向爆炸复合板，还好，20%的用户足以支持我们把轧制复合板做下去，不知道哪个名人说过，好的就是好的，一定会代替还不够好的，今年是2013年，我有很多以前用爆炸复合板的客户也开始尝试用轧制复合板，更高的复合强度，更短的交货周期，更环保的生产方式，更大的板幅，更低的价格，轧制复合板已经成为生产复合板的一种趋势。这次试验叫热轧不锈钢复合板还原轧制复合技术，从最根本的源头剖析热轧复合板的性能优劣。热轧复合时，要保证复合金属表面的洁净，采用氢气还原普碳钢表面氧化铁皮。为了保证复合板的结合强度达到标准要求;首道次压下率早25%左右。（1）氢气还原氧化铁皮
试验开始时，使用箱式加热炉将温度升到700度--900度，向炉膛内通入一段时间氩气后，将管内的空气排干净，然后向管内通入高纯氢（99.999%），调节气体流量为30L/h-100L/h，还原1min-7min。氢气还原氧化铁皮石质量减少的过程，所以可用试样单位面积减重Δw来衡量还原反应进行的程度。（2）轧制复合
将上诉还原后的普碳钢与经过表面处理的不锈钢端部焊接，然后在950度-1050度轧制温度范围内进行第一道次轧制复合，为了提高复合板界面处的结合强度，对复合板进行2-6道次的轧制，美道次轧制后取样进行性能测试。热轧不锈钢复合板界面氧化物夹杂的形成原因　　在不锈钢复合板制造过程中，清洁的钢板表面状态是获得良好界面结合的一个重要前提。复合界面是不锈钢复合板重要的组成部分，界面对材料内载荷的传递、微区应力和应变、残余应力、增强机制和断裂过程，以及导热等物理和力学性能有着极为重要的作用和影响。钢板表面沾附的灰尘、水气、氧化物等污染物会阻碍不锈钢复层与低碳或低合金钢基层的结合，因此在结合之前应对钢板进行表面处理，去掉表面的吸附层和氧化层。但由于热轧是在高温下进行，界面容易发生氧化，从而导致复合界面结合强度下降。通过降低界面的氧化可以提高复合板界面的结合强度。　　通过研究发现，不锈钢复合板界面处夹杂物主要为氧化物，其成分与复合界面处的真空度有关。在较低的真空度下(真空度大于15Pa)，氧化物夹杂的成分以硅为主，在较高的真空度下(真空度小于0.1Pa)，夹杂的成分以铝为主。界面氧化物夹杂主要是由于高温下钢中的Al、Si和Mn等元素向复合界面处扩散并被氧化形成的。由试验结果也可知，随着真空度的降低，界面氧化也变得更加明显，当真空度的值从0.1Pa增加到20Pa左右时，界面氧化物的体积分数从15%提高到了50%。
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