复合过程及热处理制度对电渣液态浇注复合轧辊界面组织的影响机理研究

This project will focus on the scientific problems of bonding interface during the preparation of bimetallic composite roll by electroslag casting with liquid metal. Systematic study about slag interface feasure, capacity of heat transmission, conduction and other properties will be done, which will illustrate the impact of various elements in slag on slag properties. Special slag for electroslag casting with liquid metal will be developed combined with its technological characteristics. Application of slag will benefit the quality of interface and surface for composite roll of a variety of different materials. Stress model of manufacturing bimetallic composite roll using electroslag casting with liquid metal will be developed. The effect of different material, length and thickness of composite layer on the stress distribution of composite roll will be investigated, which will help us to determine the necessity of heating and heat preservation for withdrawal part during producing composite roll. In addition, heat treatment process will be investigated after high qualtiy composite roll has been produced. Impact of heat treatment on the genetic evolution mchanics of interface structure, element diffusion, element transfer, precipitation and grow regularity of reaction product, mechanical property will be illustrated. The investigation of mechanical property will illustrate the influence of interface structure on the pproperties of composite roll. All the research work in this project will benefit to master the conditions of obtaining a good bonding interface during the manufacture of composite roll.

本项目将紧紧围绕双金属复合轧辊制备过程中复合界面的相关科学问题进行研究。对含氟渣系界面性质、导热能力及导电能力等内容的相关研究，将揭示渣系中各种组元对渣系性能的影响规律，结合电渣液态浇注技术特点，开发电渣液态浇注专用渣系。专用渣系的应用将有利于多种不同材质复合轧辊制备过程结合界面及轧辊表面质量的控制。复合轧辊制备过程界面应力分布数值模拟的研究，将揭示多种因素对界面应力分布的影响规律，将为已抽出导电结晶器的复合轧辊的保温与加热制度提供参考依据，以保证界面的结合质量。针对所制备的复合轧辊材质特点所开展的热处理方式、热处理制度等相关研究，将揭示热处理对界面组织遗传演变规律、界面过渡特征、元素的偏聚、迁移、扩散、结合界面反应产物析出及长大影响机制。复合界面力学性能的研究将揭示界面组织对复合轧辊性能的影响规律，所有的研究工作将有利于掌握复合轧辊制备过程中获得良好结合界面的条件。

辊芯与工作层材质不同的复合轧辊既能满足工作层红硬性的要求，又能满足辊芯强韧性的要求，是未来轧辊的发展方向。电渣液态浇注复合法为新型复合轧辊的制备提供了一种新的途径。本项目从渣系、数值模拟及实验研究相结合的方法开展了相关的研究工作。开展了电渣冶金用含氟渣系表面张力、界面张力等界面性质的研究，保证电渣液态浇注复合界面及复合层不出现夹渣、气孔等内部缺陷、同时进行渣系导热能力、导电能力等相关的研究，研发出电渣液态浇注的专用渣系。在电渣液态浇注复合轧辊温度场分析的基础上，建立了复合轧辊制备过程应力分析数学模型，研究了复合轧辊辊芯预热温度、双金属厚度、复合界面长度、材质、液态金属浇注温度、电渣液态浇注工艺等因素对结合界面热应力的影响规律，为复合轧辊制备过程的保温与加热制度提供指导。应用所研发专用渣系开展45号碳钢和球磨铸铁作为轧辊芯棒材质的复合轧辊制备的实验研究，深入研究了不同材料复合后结合界面几何特征、界面结构、界面缺陷、界面微区成分、界面反应产物形态等，深入揭示不同材质复合过程的界面结合机制。利用所制备的不同材质的典型复合轧辊，从热处理方式、退火温度、淬火温度、回火温度、冷却速度等角度开展复合轧辊热处理方法与热处理工艺制度的研究，研究不同热处理制度对复合轧辊组织，尤其是界面组织遗传演变机理、元素偏聚、扩散、固溶、反应产物析出及长大机制，并揭示界面组织对力学性能的影响机理，形成典型材质复合轧辊的热处理制度，为电渣液态浇注复合轧辊热处理制度的制定提供理论依据。本项目研究过程中发表高水平学术论文29篇，其中SCI检索论文14篇、EI检索论文16篇次、国内外会议论文10篇、专利6项，培养博士生1名、硕士生4名、本科生毕业设计论文1名。