本文针对热轧碳素钢/不锈钢复合板材料,通过现代显微组织分析技术和宏观性能测试以及相应的理论计算方法,比较系统地研究了热轧工艺参数对复合板碳钢基板和不锈钢覆板及其结合界面处试样材料的微观组织和力学性能,得到如下几点主要研究结果:第一,基于轧制内应力作用的Clapeyron方程,分析了热轧复合板碳钢基板近结合界面侧的相变反应,发现内应力促进奥氏体向珠光体转变,珠光体数量随压下率增加而增多,铁素体数量变化趋势则与之相反;渗碳体层片厚度随压下率增加而减小,总压下率为55%时渗碳体层片厚度达到最小值。四层试样中小角度晶界在压下率为20%时所占比例是7.2%,而压下率为30%时,其数量激增至前者的5倍;两道次轧制总压下率为44%的试样中小角度晶界数量却略有降低。第二,考察了热轧参数对不锈钢覆板组织结构的影响。研究发现,(1)压下率为20%时,不锈钢覆板试样中直径5μm以下的小晶粒数量约为10%,直径为50μm的大晶粒数量仅占0.2%;随压下率增加30%以上时,试样中的晶粒细化明显,表明压下率对再结晶过程的影响较为显著。(2)不锈钢覆板中部光学显微组织为清晰细密、与轧向平行的条纹,其范围随压下率增加而增大,非结合界面侧为正常的奥氏体晶粒,近结合界面处奥氏体晶粒的晶界不甚清晰。(3)覆板中部有M2C型碳化物析出,随压下率升高,这类碳化物的数量增多。特别是,单道次轧制时M2C型碳化物主要集中在近界面处并且其含量由内向外减少,界面处未发现碳化物;然而第二道次轧制却使单道次轧制时生成的M2C型碳化物重新溶入奥氏体晶粒,仅发现少量该类型的碳化物颗粒。第三,轧制力是影响结合界面碳化物析出的主要因素,冷却梯度对碳化物层厚度的影响较小。(1)单道次轧制的复合板试样压下率由20%增加至30%,近界面侧碳钢基板的铁素体区厚度增加,主要归因于碳钢基体受到的轧制力较大,内部产生的内应力促使相变区域变大,碳原子向不锈钢侧的扩散能力增大;第二道次轧制时因基体硬度升高导致压下率较小,界面铁素体区厚度基本不再变化。(2)单道次轧制结合界面析出含有碳化物的薄层,随压下率增加,碳化物所在区域范围增大;第二道再次轧制后碳原子重新扩散,结合界面碳化物基本消失。(3)结合界面析出的不规则长条状M7C3型碳化物,其形成原因与轧制过程产生的组织缺陷吸引碳原子聚集有关。第四,三层复合板试样压下率从20%升高至44%时,抗拉强度由498.8MPa升高至586.6MPa,四层试样的抗拉强度由较低的470.2MPa升高至561.0MPa;碳钢基板内部析出的碳化物颗粒均匀细小,致使复合板抗拉强度较高。热轧碳钢/不锈钢复合板结合界面形成的片状碳化物M7C3,拉伸时界面碳化物层片存在应力集中容易断裂,断口呈纤维状。M7C3层片在拉应力作用下断裂为平直的小片;外力逐渐增大,层片不断产生裂纹断裂,最终成为颗粒。物质受力时滑移方向与拉伸方向不一致,拉长或碎裂的物质在垂直于拉伸方向上扩展;不锈钢板硬度最高,M7C3颗粒只有向铁素体内部扩展,导致结合界面厚度增加。而复合板结合界面由于片状M7C3型碳化物的存在,致使结合界面剪切强度较低,即便单道次轧制压下率达到30%,剪切强度也仅为200MPa左右;两道次轧制试样结合界面处碳化物较少,复合板剪切强度大幅提高,达到300MPa以上。