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高性能材料制備技術與裝備

  真空制坯熱軋復合技術（VRC）是一種國際上運用比較成熟的金屬復合技術，該技術不但可以對同質的鋼板進行復合以制備特厚鋼板，還可以對異質金屬進行復合來制備異質金屬復合板，具有極其優異的工藝適應性，工藝流程如圖1所示，先對坯料進行表面清理，組坯后在高真空環境下采用電子束焊機將四周進行焊接，保證待復合界面處于高真空狀態，再熱軋復合，得到高性能異種金屬復合板。

圖1 VRC工藝流程
  采用真空軋制復合技術（VRC）用于生產高品質的異種金屬復合板，該類產品具有極其優異的界面結合性能和100%界面結合率，可滿足I級探傷合格，此外還有優異的耐蝕性。這些高品質的異種金屬復合板主要用于壓力容器、核電、換熱器片、含H2S高腐蝕性油氣的輸送管道等對復合板品質要求極高的領域，因此該類產品具有極高的附加值，市場潛在需求巨大。
  東北大學RAL在制備異質金屬復合板方面，承擔了一系列真空制坯軋制復合領域的國家項目，2013年東北大學RAL承擔了國家863項目“寬幅特厚不銹鋼復合板的真空熱軋復合技術”（項目號：2013AA031300，經費：350萬元），2015年東北大學RAL承擔了國家863重點項目“海洋平臺用高錳高強韌中厚板及“鈦/鋼”復合板研究與生產技術開發”（項目號：2015AA03A501，經費：2680萬元），2016年東北大學RAL承擔了十三五重點研發計劃“高強度、大規格、易焊接海洋工程用鋼及應用”（項目號：2016YFB0300603，經費：3780萬元）項目中的全軋制鈦/鋼復合板開發部分工作。2017年8月東北大學RAL承擔了十三五重點研發計劃“低溫耐蝕容器鋼的開發研究”的課題：奧氏體不銹鋼/Cr-Mo臨氫鋼耐蝕復合板的研究（經費：290萬元）。此外，東北大學RAL還承擔了多項省部級科研項目。目前，東北大學RAL在VRC技術領域已獲9項國家發明專利授權，并且掌握了一系列的特厚板和異種金屬復合板制備的工藝生產訣竅。2017年，東北大學通過技術轉讓的方式，將高性能復合板相關技術轉讓予我公司。

1.不銹鋼復合板

  不銹鋼復合板作為純不銹鋼的替代材料，不僅大量節約Cr、Ni元素，降低成本，而且同時兼備不銹鋼復材優異的耐蝕性和鋼基材優良的力學性能，被廣泛應用在諸多領域中。當前，國內外不銹鋼復合板的生產以軋制復合法為主，該法生產工藝簡單，效率高，產品質量較好。我公司率先在國內進行了大量不銹鋼復合板方面的研究工作，現已成功開發出了304/Q345、316L/X65等一系列復合板，不銹鋼復合板結合界面規則平整，Cr、Ni等元素擴散充分，雙金屬實現了牢固的冶金結合，如圖2所示。不銹鋼復合板的內外彎曲實驗測試后表面無開裂，復合界面抗彎性能良好。對不銹鋼復合板進行剪切強度實驗，抗剪強度最高達到484Mpa，遠高于國標210MPa的規定，且剪切斷面屬于典型的剪切韌窩。

圖2 不銹鋼復合板結合界面和實驗測試情況
2.鈦/鋼復合板

  鈦/鋼復合板同時兼具鈦復材的耐蝕性以及鋼基材的低成本和高強度的優點，因而被廣泛應用。目前國內的鈦/鋼復合板主要以爆炸復合法生產為主，但爆炸復合對環境污染嚴重，不適合當前綠色環保的生產理念，此外爆炸復合法生產的鈦/鋼復合板的界面結合質量較差，存在低界面結合率和界面結合強度不均勻的問題，以及對復合板的板幅和厚度具有很大程度的限制。我公司在異種金屬復合板開發方面進行了大量的研究工作。在生產現場制備出了幅寬達3.5m的TA2鈦/鋼復合板，從圖3中可以看出復合板表面十分平整，界面平直無任何夾雜物和開裂，界面生成了連續的TiC薄層有效地隔絕了Ti-Fe脆性相的生成，獲得了優異的冶金結合界面，界面最大剪切強度超過240MPa，界面呈明顯的韌性斷裂特征，內、外彎曲180度測試后復合界面無開裂。

圖3 鈦/鋼復合板結合界面和實驗測試情況
  本公司擁有制備不銹鋼/鋼復合板、鎳基合金/鋼復合板、鈦（鈦合金）/鋼復合板、耐磨鋼/低碳鋼以及具有高耐蝕性的容器用復合板專有技術，并且先后將該技術應用到了南鋼、鞍鋼、連云港珠江鋼管、文豐、舞陽等地，為企業開發出了不同成分體系的高品質異種金屬復合板。本公司現提供各種高性能異種金屬復合板的專用技術和產品開發，并承接包含異種金屬復合板產線涉及全套設備的交鑰匙工程。

圖4 不銹鋼復合板

圖5 某鋼廠現場生產的厚度超過200mm的Q420、Q345特厚鋼板

圖6 某鋼廠現場生產的幅寬2.5m的825鎳基合金/X65管線鋼復合板

圖7 3.5m寬幅的鈦/鋼復合板
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