【摘 要】
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不锈钢/碳钢复合钢筋因兼具不锈钢优异的耐蚀性和良好的外形以及碳钢优良的力学性能和低廉的成本,逐渐成为材料学者和工程界的研究热点,并被认为是一种最具前景的新型建筑用复合材料。但是,目前国内对于不锈钢/碳钢复合钢筋的研究还处于起步阶段,有关轧制成形机制的研究还停留在高成本和低效率的实验室热轧复合法,普遍存在的覆层厚度分布不均和结合性能不稳定仍旧是制约不锈钢/碳钢复合钢筋广泛应用的关键因素,关于结合界面
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不锈钢/碳钢复合钢筋因兼具不锈钢优异的耐蚀性和良好的外形以及碳钢优良的力学性能和低廉的成本,逐渐成为材料学者和工程界的研究热点,并被认为是一种最具前景的新型建筑用复合材料。但是,目前国内对于不锈钢/碳钢复合钢筋的研究还处于起步阶段,有关轧制成形机制的研究还停留在高成本和低效率的实验室热轧复合法,普遍存在的覆层厚度分布不均和结合性能不稳定仍旧是制约不锈钢/碳钢复合钢筋广泛应用的关键因素,关于结合界面的微观结构,复合工艺等有待进一步研究。基于此,本文利用热模拟实验法模拟不锈钢/碳钢复合钢筋的轧制变形过程,但由于热模拟实验法研究的不锈钢复合钢筋尺寸较小,结合界面变形机理复杂,组织与性能分析缺少参考。而不锈钢复合板材应用较早,有关结合界面微观组织,界面生成物,元素扩散等研究较为成熟,能为不锈钢复合钢筋的研究工作提供参考。因此,以同种材料制备的不锈钢复合板结合界面组织与性能分析为指导,研究了变形程度,变形温度等工艺参数对不锈钢/碳钢复合钢筋组织和性能的影响规律,初步确定了不锈钢/碳钢复合钢筋最优工艺参数。主要结论如下:（1）在实验室条件下,采取真空热轧复合法制备不锈钢/碳钢复合板,研究了空冷和高温快冷+低温缓冷工艺对复合板结合界面组织与性能的影响规律。两种工艺下复合界面无未焊合区,均实现了良好的冶金结合。高温快冷+低温缓冷工艺下,由于冷速较快,碳钢侧生成贝氏体组织,晶粒得到细化;同时高温快冷缩短高温段冷却时间,Cr、Ni元素扩散减慢,导致界面附近铬的碳化物析出减少,有利于不锈钢耐蚀性的提高。两种工艺制备的不锈钢复合板剪切强度都远高于国标要求,结合性能优良,其中高温快冷+低温缓冷工艺由于细化了晶粒且生成贝氏体强韧相,力学性能优于空冷工艺。（2）研究了 50%和70%两种变形程度对不锈钢复合钢筋组织与性能的影响。发现随着变形程度的增大,碳钢侧珠光体含量增加,晶粒尺寸变小。界面附近夹杂越细小弥散,在高温大作用力下,有利于形成牢固的冶金结合。拉伸实验结果表明变形程度越大,不锈钢复合钢筋的抗拉强度和延伸率越大,说明变形程度为70%时材料的力学性能较好。（3）研究了 950℃和1050℃两种变形温度对不锈钢复合钢筋组织与性能的影响。发现随着变形温度的提高,碳钢侧生成贝氏体强韧相,晶粒尺寸增大。界面附近零星分布的夹杂在较高变形温度下促进了不锈钢和碳钢的牢固结合。拉伸实验结果表明不锈钢复合钢筋抗拉强度随着变形温度的提高而增大,延伸率随着变形温度的提高而减小,延伸率相差不大,说明在1050℃温度下生成的贝氏体强韧相有利于复合钢筋强度的提高。（4）研究了1℃/s、2℃/s、5℃/s和10℃/s四种冷却速度对不锈钢复合钢筋组织与性能的影响。发现随着冷却速度的增大,碳钢侧生成了较高含量的针状铁素体和贝氏体组织,晶粒尺寸逐渐减小。界面两侧Cr、Ni元素扩散减慢,使界面附近铬的碳化物析出减少,提高了不锈钢的耐蚀性。拉伸实验结果表明抗拉强度随着冷却速度的提高而增大,延伸率随着冷却速度的提高基本呈减小趋势。通过分析,采取2℃/s～5℃/s的冷却速度,组织为细小的针状铁素体、珠光体及贝氏体更能保证复合钢筋具有足够的强度和良好的塑韧性。
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