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

創(chuàng)新點高真空高溫強變形多場耦合下的復合界面愈合機制。

提出了復合界面元素擴散的調(diào)控機制。通過優(yōu)化加熱溫度、壓下率等軋制窗口有效控制了界面擴散和結(jié)合性能，通過調(diào)整軋后冷卻方式減少了析出相，實現(xiàn)了界面元素精準擴散與析出相控制，顯著提升復合板剪切強度。如圖316L/Q345不銹鋼復合板在1200C-60%總壓下率工藝下，界面結(jié)合強度≥433MPa，遠超傳統(tǒng)熱軋復合和國標要求。

界面微觀組織和元素擴散行為和剪切性能

）揭示了不銹鋼復合板結(jié)合機理。不銹鋼復合板界面無明顯產(chǎn)物，通過動態(tài)再結(jié)晶形成新的晶粒，GND密度低，利于基復材協(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，如圖促進界面冶金結(jié)合。

不銹鋼復合界面的高分辨透射表征

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

儲氫用不銹鋼復合板與其它金屬材料的性能對比

首次揭示鈦鋼復合界面產(chǎn)物全流程演化機制。傳統(tǒng)爆炸工藝認為界面形成Ti-Fe金屬間化合物利于復合。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)合強度，如圖顛覆了傳統(tǒng)爆炸復合理論；復合板無中間層，界面剪切強度＞300 MPa。精準控制元素擴散和TiC形成是實現(xiàn)鈦鋼復合板高強度結(jié)合的關(guān)鍵

鋼復合界面產(chǎn)物

創(chuàng)新點基復材協(xié)調(diào)變形下的多品種復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)，通過高溫控軋實現(xiàn)界面結(jié)合性能，高溫控軋+TMCP提升基材力學性能，TMCP+在線固溶確保復材耐蝕性能，通過對控軋控冷綜合調(diào)控，形成了橋梁用、管線用、化學品船用復合板等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、化學品船用復合板性能指標

開發(fā)了非對稱組坯、對稱組坯復板邊條等差異化組坯封裝技術(shù)，如圖。針對基復材變形抗力差異顯著的鎳基合金復合板，通過邊條強約束增加難變形復板變形驅(qū)動力，實現(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現(xiàn)界面結(jié)合，精軋階段低溫小壓下細化晶粒、提升性能。生產(chǎn)現(xiàn)場照片如圖所示。

復合板生產(chǎn)現(xiàn)場及工藝參數(shù)

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

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

創(chuàng)新點針對不同應(yīng)用領(lǐng)域特性要求的高品質(zhì)復合板成形技術(shù)。

開發(fā)了軋制復合板封頭沖壓、大板幅折彎等成形技術(shù)，確保基復層協(xié)同變形，解決了過度擠壓、層間結(jié)合性能下降等問題，如圖

封頭成型工藝

大板幅不銹鋼復合板的應(yīng)用

開發(fā)出焊接界面元素擴散控制技術(shù)、高合金復層焊縫組織調(diào)控技術(shù)、薄規(guī)格復合板高效焊接技術(shù)和焊接裂紋敏感性評價技術(shù)，解決了焊道厚度把控困難、晶粒粗大、碳氮化合物析出導致耐蝕性下降等問題。

焊接界面元素擴散控制技術(shù)應(yīng)用于500MPa級高強度S31603/Q500qE橋梁用不銹鋼復合板的焊接，如圖10

10 橋梁用復合板焊縫組織

高合金復層焊縫組織調(diào)控技術(shù)解決了鎳基合金管線復合板管復層晶間腐蝕及點腐蝕不易達標等問題，實現(xiàn)S31603/L415M管線用復合板的焊接，如圖11

11 管線鋼復合板的焊接

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

12 雙相不銹鋼復合板焊接與應(yīng)用

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

13 可調(diào)剛性拘束復合板焊接裂紋敏感性評價

14 壓力容器復合板的焊接

項目的推廣與應(yīng)用

東北大學于2005年國內(nèi)最先開始真空軋制復合技術(shù)的研究和開發(fā)，2008年將該技術(shù)應(yīng)用于濟鋼生產(chǎn)特厚鋼板，2009年開始將該技術(shù)拓展到金屬復合板的研發(fā)。

2016年在國內(nèi)率先實現(xiàn)軋制復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合板。2017年后陸續(xù)應(yīng)用于五峰山長江大橋、鳊魚洲長江大橋、濰萊鐵路大橋、常泰長江大橋等國內(nèi)重大工程，合計供貨超10萬噸。其中，為世界最大跨度公鐵兩用斜拉橋常泰長江大橋供貨6700噸復合板，是國際上首次應(yīng)用500MPa級高強度S31603/Q500qE橋梁不銹鋼復合板；另外，項目組為世界上最大跨度通水通航渡槽引江濟淮渡槽供貨3754S31603/Q345qD復合板，該項目獲2023年國際橋梁大會亞瑟海頓獎（橋梁界的諾貝爾獎），如圖15

15 橋梁用不銹鋼復合板的應(yīng)用

船用不銹鋼復合板在國內(nèi)船舶行業(yè)實現(xiàn)的首次應(yīng)用突破，供貨荷蘭Van Oord風電安裝船、上海鼎衡6400DWT化學品船、菲律賓Marinelink Tankers 化學品船等，累計供貨超2000噸，如圖16。項目組供應(yīng)復合板建造的鼎衡30”成為國際首艘應(yīng)用雙相不銹鋼復合板建造的化學品船。

16 船用不銹鋼復合板的應(yīng)用

管線用復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目，如圖17；高附加值的鎳基合金管線鋼復合板N08825/X65QS也實現(xiàn)了批量供貨，由浙江久立、蘇州羅克萊等企業(yè)實現(xiàn)了石油輸送管道的良好應(yīng)用。

17 管線用不銹鋼復合板的應(yīng)用

容器用復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目。鎳基合金容器鋼復合板N06625/SA516Gr60N實現(xiàn)批量供貨，成功供貨蘭石重裝石化工程儲罐容器。鈦鋼復合板應(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 容器用不銹鋼復合板的應(yīng)用

項目組牽頭或參與制定標準項（國家標準項、行業(yè)標準項、團體標準項），使VRC技術(shù)在不同產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用變?yōu)榭赡?。項目?/span>2005年開始以來，采用該技術(shù)生產(chǎn)軋制復合板21.15萬噸，累計產(chǎn)值21.52億元，累計利稅6.14億元；近三年產(chǎn)量12.28萬噸，近三年累計實現(xiàn)新增產(chǎn)值12.76億元，新增利稅3.71億元。

項目組攻堅克難積累多項研究成果，授權(quán)發(fā)明專利26項、發(fā)表論文38篇、出版專著部，認定企業(yè)專有技術(shù)21項?！妒澜缃饘賹蟆范啻螆蟮?，并給予高度評價東北大學團隊率先開展真空軋制復合技術(shù)研究，構(gòu)建我國低成本容器鋼復合板設(shè)計制造技術(shù)理論體系，并指出該技術(shù)必將成為我國未來復合板制備的主流生產(chǎn)技術(shù)。

復合板從傳統(tǒng)爆炸復合，低效能，走到鋼鐵大流程創(chuàng)新，實現(xiàn)高效簡約化生產(chǎn)，是我國金屬復合材料發(fā)展的一次革命。

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