金屬?gòu)?fù)合板兼具強(qiáng)韌性和耐蝕耐磨性，在橋梁、石化、容器、船舶等國(guó)家重點(diǎn)工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。項(xiàng)目之初，主要采用爆炸復(fù)合法生產(chǎn)，存在效能低、性能不均勻、環(huán)境污染等問(wèn)題，亟需開發(fā)高效、高質(zhì)量的軋制復(fù)合技術(shù)，但面臨復(fù)合板品種繁多、界面結(jié)合機(jī)理復(fù)雜、基復(fù)材協(xié)調(diào)變形及組織性能綜合調(diào)控難度大、復(fù)合板成形技術(shù)缺乏、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)限制等難題。鑒于此，東北大學(xué)聯(lián)合南鋼、湘鋼鞍鋼等企業(yè)，在國(guó)家863、十三五、十四五等重點(diǎn)項(xiàng)目持續(xù)資助下，經(jīng)二十余年的自主創(chuàng)新，揭示了復(fù)合板界面物理冶金原理，開發(fā)出界面及基復(fù)材組織性能協(xié)同調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)，解決了鋼鋼、鋼鎳、鋼鈦等材料復(fù)合的系列技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了50余種復(fù)合板的大工業(yè)流程生產(chǎn)和應(yīng)用。主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下：

創(chuàng)新點(diǎn)高真空高溫強(qiáng)變形多場(chǎng)耦合下的復(fù)合界面愈合機(jī)制。

提出了復(fù)合界面元素?cái)U(kuò)散的調(diào)控機(jī)制。通過(guò)優(yōu)化加熱溫度、壓下率等軋制窗口有效控制了界面擴(kuò)散和結(jié)合性能，通過(guò)調(diào)整軋后冷卻方式減少了析出相，實(shí)現(xiàn)了界面元素精準(zhǔn)擴(kuò)散與析出相控制，顯著提升復(fù)合板剪切強(qiáng)度。如圖316L/Q345不銹鋼復(fù)合板在1200C-60%總壓下率工藝下，界面結(jié)合強(qiáng)度≥433MPa，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)熱軋復(fù)合和國(guó)標(biāo)要求。

界面微觀組織和元素?cái)U(kuò)散行為和剪切性能

）揭示了不銹鋼復(fù)合板結(jié)合機(jī)理。不銹鋼復(fù)合板界面無(wú)明顯產(chǎn)物，通過(guò)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形成新的晶粒，GND密度低，利于基復(fù)材協(xié)調(diào)變形。界面兩側(cè)原子排列呈K-SN-W取向關(guān)系的半共格界面，如圖促進(jìn)界面冶金結(jié)合。

不銹鋼復(fù)合界面的高分辨透射表征

揭示了節(jié)鎳奧氏體不銹鋼復(fù)合板界面復(fù)合機(jī)理及氫脆抗性，半共格界面及穩(wěn)定的奧氏體狀態(tài)使復(fù)合板具有優(yōu)異的氫脆抗性，復(fù)合板長(zhǎng)時(shí)間充氫后延伸率損失低于15%，強(qiáng)度高于1.1Gpa優(yōu)于現(xiàn)有應(yīng)用的其他儲(chǔ)氫用金屬材料，性能對(duì)比如圖

儲(chǔ)氫用不銹鋼復(fù)合板與其它金屬材料的性能對(duì)比

首次揭示鈦鋼復(fù)合界面產(chǎn)物全流程演化機(jī)制。傳統(tǒng)爆炸工藝認(rèn)為界面形成Ti-Fe金屬間化合物利于復(fù)合。我們研究發(fā)現(xiàn)連續(xù)TiC薄層抑制Ti-Fe化合物生成，TiC顆粒形態(tài)和分布可控，其釘扎效應(yīng)提高了界面結(jié)合強(qiáng)度，如圖顛覆了傳統(tǒng)爆炸復(fù)合理論；復(fù)合板無(wú)中間層，界面剪切強(qiáng)度＞300 MPa。精準(zhǔn)控制元素?cái)U(kuò)散和TiC形成是實(shí)現(xiàn)鈦鋼復(fù)合板高強(qiáng)度結(jié)合的關(guān)鍵

鋼復(fù)合界面產(chǎn)物

創(chuàng)新點(diǎn)基復(fù)材協(xié)調(diào)變形下的多品種復(fù)合板高溫控軋及熱處理全流程生產(chǎn)技術(shù)。

開發(fā)了高溫控軋+TMCP+在線固溶組織性能一體化調(diào)控技術(shù)，通過(guò)高溫控軋實(shí)現(xiàn)界面結(jié)合性能，高溫控軋+TMCP提升基材力學(xué)性能，TMCP+在線固溶確保復(fù)材耐蝕性能，通過(guò)對(duì)控軋控冷綜合調(diào)控，形成了橋梁用、管線用、化學(xué)品船用復(fù)合板等50余種產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝規(guī)范，典型產(chǎn)品性能如圖

典型橋梁用、管線用、化學(xué)品船用復(fù)合板性能指標(biāo)

開發(fā)了非對(duì)稱組坯、對(duì)稱組坯復(fù)板邊條等差異化組坯封裝技術(shù)，如圖。針對(duì)基復(fù)材變形抗力差異顯著的鎳基合金復(fù)合板，通過(guò)邊條強(qiáng)約束增加難變形復(fù)板變形驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)變形。

組坯封裝工藝路線圖

開發(fā)了大小道次壓下率相結(jié)合的軋制規(guī)程再分配工藝。粗軋階段高溫大壓下實(shí)現(xiàn)界面結(jié)合，精軋階段低溫小壓下細(xì)化晶粒、提升性能。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)照片如圖所示。

復(fù)合板生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)及工藝參數(shù)

開發(fā)了復(fù)合板殘余應(yīng)力全流程調(diào)控技術(shù)。通過(guò)數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，調(diào)整優(yōu)化軋制規(guī)程、熱處理及矯直工藝，有效降低復(fù)合板殘余應(yīng)力。

基于界面真空度和焊接效率優(yōu)化復(fù)合板封裝工藝，通過(guò)多路徑封焊平衡生產(chǎn)需求。其中，通過(guò)真空電子束焊封裝獲得高性能產(chǎn)品，通過(guò)埋弧焊封裝實(shí)現(xiàn)低成本生產(chǎn)。兩者相結(jié)合，顯著提升生產(chǎn)效率。

創(chuàng)新點(diǎn)針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域特性要求的高品質(zhì)復(fù)合板成形技術(shù)。

開發(fā)了軋制復(fù)合板封頭沖壓、大板幅折彎等成形技術(shù)，確?；鶑?fù)層協(xié)同變形，解決了過(guò)度擠壓、層間結(jié)合性能下降等問(wèn)題，如圖

封頭成型工藝

大板幅不銹鋼復(fù)合板的應(yīng)用

開發(fā)出焊接界面元素?cái)U(kuò)散控制技術(shù)、高合金復(fù)層焊縫組織調(diào)控技術(shù)、薄規(guī)格復(fù)合板高效焊接技術(shù)和焊接裂紋敏感性評(píng)價(jià)技術(shù)，解決了焊道厚度把控困難、晶粒粗大、碳氮化合物析出導(dǎo)致耐蝕性下降等問(wèn)題。

焊接界面元素?cái)U(kuò)散控制技術(shù)應(yīng)用于500MPa級(jí)高強(qiáng)度S31603/Q500qE橋梁用不銹鋼復(fù)合板的焊接，如圖10

10 橋梁用復(fù)合板焊縫組織

高合金復(fù)層焊縫組織調(diào)控技術(shù)解決了鎳基合金管線復(fù)合板管復(fù)層晶間腐蝕及點(diǎn)腐蝕不易達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)S31603/L415M管線用復(fù)合板的焊接，如圖11

11 管線鋼復(fù)合板的焊接

采用薄規(guī)格復(fù)合板高效焊接技術(shù)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了化學(xué)品船用薄規(guī)格（2+6mm）雙相不銹鋼復(fù)合板的高效焊接，如圖12

12 雙相不銹鋼復(fù)合板焊接與應(yīng)用

可調(diào)剛性拘束復(fù)合板焊接裂紋敏感性評(píng)價(jià)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了S30403/Q345R容器用復(fù)合板的高效焊接，應(yīng)用于巴斯夫湛江一體化基地項(xiàng)目的聚合物反應(yīng)釜，如圖1314

13 可調(diào)剛性拘束復(fù)合板焊接裂紋敏感性評(píng)價(jià)

14 壓力容器復(fù)合板的焊接

項(xiàng)目的推廣與應(yīng)用

東北大學(xué)于2005年國(guó)內(nèi)最先開始真空軋制復(fù)合技術(shù)的研究和開發(fā)，2008年將該技術(shù)應(yīng)用于濟(jì)鋼生產(chǎn)特厚鋼板，2009年開始將該技術(shù)拓展到金屬?gòu)?fù)合板的研發(fā)。

2016年在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)軋制復(fù)合板在梅汕鐵路大橋的使用，并陸續(xù)開發(fā)了Q370qEQ420qEQ500qE等系列橋梁不銹鋼復(fù)合板。2017年后陸續(xù)應(yīng)用于五峰山長(zhǎng)江大橋、鳊魚洲長(zhǎng)江大橋、濰萊鐵路大橋、常泰長(zhǎng)江大橋等國(guó)內(nèi)重大工程，合計(jì)供貨超10萬(wàn)噸。其中，為世界最大跨度公鐵兩用斜拉橋常泰長(zhǎng)江大橋供貨6700噸復(fù)合板，是國(guó)際上首次應(yīng)用500MPa級(jí)高強(qiáng)度S31603/Q500qE橋梁不銹鋼復(fù)合板；另外，項(xiàng)目組為世界上最大跨度通水通航渡槽引江濟(jì)淮渡槽供貨3754S31603/Q345qD復(fù)合板，該項(xiàng)目獲2023年國(guó)際橋梁大會(huì)亞瑟海頓獎(jiǎng)（橋梁界的諾貝爾獎(jiǎng)），如圖15

15 橋梁用不銹鋼復(fù)合板的應(yīng)用

船用不銹鋼復(fù)合板在國(guó)內(nèi)船舶行業(yè)實(shí)現(xiàn)的首次應(yīng)用突破，供貨荷蘭Van Oord風(fēng)電安裝船、上海鼎衡6400DWT化學(xué)品船、菲律賓Marinelink Tankers 化學(xué)品船等，累計(jì)供貨超2000噸，如圖16。項(xiàng)目組供應(yīng)復(fù)合板建造的鼎衡30”成為國(guó)際首艘應(yīng)用雙相不銹鋼復(fù)合板建造的化學(xué)品船。

16 船用不銹鋼復(fù)合板的應(yīng)用

管線用復(fù)合板成功供貨順北油田塔里木河穿越工程、迪那氣田開發(fā)工程等石油輸送管道項(xiàng)目，如圖17；高附加值的鎳基合金管線鋼復(fù)合板N08825/X65QS也實(shí)現(xiàn)了批量供貨，由浙江久立、蘇州羅克萊等企業(yè)實(shí)現(xiàn)了石油輸送管道的良好應(yīng)用。

17 管線用不銹鋼復(fù)合板的應(yīng)用

容器用復(fù)合板成功供貨森松重工、張家港富瑞特種裝備、蘭石重裝等知名容器制造廠。所供的S30403/Q345R容器用不銹鋼復(fù)合板制作的聚合物反應(yīng)釜成功應(yīng)用于一帶一路巴斯夫湛江一體化基地項(xiàng)目。鎳基合金容器鋼復(fù)合板N06625/SA516Gr60N實(shí)現(xiàn)批量供貨，成功供貨蘭石重裝石化工程儲(chǔ)罐容器。鈦鋼復(fù)合板應(yīng)用于反應(yīng)塔出口煙道和火電廠煙囪等環(huán)保工程，性能優(yōu)良，如圖18

18 容器用不銹鋼復(fù)合板的應(yīng)用

項(xiàng)目組牽頭或參與制定標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)），使VRC技術(shù)在不同產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用變?yōu)榭赡?。?xiàng)目自2005年開始以來(lái)，采用該技術(shù)生產(chǎn)軋制復(fù)合板21.15萬(wàn)噸，累計(jì)產(chǎn)值21.52億元，累計(jì)利稅6.14億元；近三年產(chǎn)量12.28萬(wàn)噸，近三年累計(jì)實(shí)現(xiàn)新增產(chǎn)值12.76億元，新增利稅3.71億元。

項(xiàng)目組攻堅(jiān)克難積累多項(xiàng)研究成果，授權(quán)發(fā)明專利26項(xiàng)、發(fā)表論文38篇、出版專著部，認(rèn)定企業(yè)專有技術(shù)21項(xiàng)?！妒澜缃饘賹?dǎo)報(bào)》多次報(bào)道，并給予高度評(píng)價(jià)東北大學(xué)團(tuán)隊(duì)率先開展真空軋制復(fù)合技術(shù)研究，構(gòu)建我國(guó)低成本容器鋼復(fù)合板設(shè)計(jì)制造技術(shù)理論體系，并指出該技術(shù)必將成為我國(guó)未來(lái)復(fù)合板制備的主流生產(chǎn)技術(shù)。

復(fù)合板從傳統(tǒng)爆炸復(fù)合，低效能，走到鋼鐵大流程創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)高效簡(jiǎn)約化生產(chǎn)，是我國(guó)金屬?gòu)?fù)合材料發(fā)展的一次革命。

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