天津市山泰恒通钢铁贸易有限公司
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  • 中间夹层材料和保护气体对304不锈钢管一碳钢复合效果的影响
    • 来源:公司 时间:2014-4-25 14:15:37

      目前随着建筑装饰、结构框架、市政设施、轻工、车船制造业的迅速发展,304不锈钢管—碳钢复合板的使用范围不断扩大,需求量日益增加。在304不锈钢管—碳钢复合板的各种生产工艺中,采用传统的冷轧复合工艺需要在变形率达到50的情况下才能使304不锈钢管与碳钢之间实现初结合,而且强度较低。在真空条件下冷轧,变形率也要在25以上才能达到初结合。

      1实验材料及方法

      中间夹层材料采用自制的具有较好综合性能的银基助复合材料。主要成分(质量分数,)为:Ag30,Cu25,Zn35,Ni10。中间夹层材料的成分设计借鉴了钎焊的相关理论,即银对304不锈钢管表面具有良好的浸润性和焊接性;镍则可以有效地防止碳从碳钢一侧向304不锈钢管一侧扩散,避免发生影响复合强度的晶间腐蚀;而铜和锌也具有较好的焊接性能,并能够保证材料的经济性。

      主要工艺步骤:碳钢及304不锈钢管表面的清理(除油、除脂、机械清理)一碳钢表面涂镀中间夹层材料一将304不锈钢管与碳钢的一端点焊一热模拟实验。304不锈钢管在复合前的清理:首先用丙酮进行脱脂处理,然后用1O的HN0。溶液酸洗,用15%的NaOH溶液碱洗,烘干后进行手工机械清刷,这样就能够获得洁净、干燥、带有表面凸起的304不锈钢管板。对于碳钢表面的清理,主要有碱液除油、酸洗活化、钝化处理、机械打磨等工序。

      2实验结果及分析

      在实际生产中,采用传统的热轧工艺在压力较小的情况下不能使304不锈钢管与碳钢之间实现良好复合。在无夹层材料助复合的条件下,单位压力<40MPa时无法使两种母材复合在一起;当单位压力提高到60MPa时,虽然两种母材没有分离,但复合强度很低,用手即可撕开。采用添加中间夹层材料的工艺则可以使复合板的剪切强度有明显的提高,并且在较低的压力下就可以使304不锈钢管与碳钢之间实现良好的复合。

      中间夹层材料对复合效果的作用主要体现在扩散方面,这其中既包括两种母材向中间夹层的扩散,也包括中间夹层向两种母材的扩散。随着压力的增大,中间夹层材料逐渐变薄。在压力达到100MPa时,中间夹层材料几乎已经完全从复合板中挤出。这说明中间夹层材料主要是通过改善扩散情况来使复合板的强度得到明显提高。在实验中加压、加热和加中间夹层都是为了保证和促进扩散的充分进行,良好的扩散可以使母材之间形成牢固的冶金结合。

      在304不锈钢管与碳钢进行复合的过程中,去除覆盖在304不锈钢管表面上的致密氧化膜和防止加热过程中的再次氧化是**主要的两大难题。本实验采取在加热过程中通入足量纯净的氩气使这两个问题得到了较好的解决。在使用氩气作为保护气体的条件下,不仅复合板的剪切强度有所上升,同时复合板的表面还能够保持较好的光亮度。

      在一定的氧分压下,加热至一定温度后氧化物即可发生分解。但某些金属氧化物在大气中完全分解的数据表明,大多数金属氧化物在空气中完全分解的温度要高于其金属的熔点甚至沸点。因此,在实验中不能期望单纯依靠加热来使氧化物分解从而达到去除氧化膜的目的。在提高加热温度的同时,如果使系统内的氧分压减小,氧化物分解的可能性将相应地增大。在实验中采用惰性气体氩气进行保护,大大降低了氧分压。高温和低氧分压的条件会使母材表面的氧化物处于不稳定状态,或发生不完全分解,十分有利于去除氧化膜过程的进行。

      目前比较一致的看法是:在上述条件下变得不稳定的氧化膜,因受液态中间夹层材料的吸附作用而本身强度降低,再加上金属一氧化膜界面上的热应力作用而发生破碎,并伴随着母材或其组元向液态中间夹层中的溶解,**终从母材表面脱落而被去除。白色部分为氧元素。可以看到:氧元素呈弥散分布,并且数量很少。这说明304不锈钢管表面致密的氧化膜已经遭到破坏,并在轧制过程中被挤出,仅有极少的部分残存在复合面上。扫描电镜的分析显示:此时在304不锈钢管表面由于压力的作用形成了大量细小的裂口,新鲜的基体金属充分暴露,304不锈钢管与碳钢之间形成了非常理想的冶金结合。

      3结论

      (1)采用在304不锈钢管与碳钢之间添加中间夹层材料的工艺可以使两种母材在较低的压力下实现良好的复合,克服了单纯依靠冷轧工艺所存在的复合强度较低的缺点。

      (2)在加热过程中采用氩气保护,能够有效地克服传统热轧工艺所存在的母材严重氧化的弊端,同时有助于去除304不锈钢管表面氧化膜,提高复合板的剪切强度。


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