摘要：为保证工业稳定的大批量生产，轧制方法是生产宽、大尺寸复合钢板的有效生产方式，是复合钢板生产方法的主流。与爆炸性复合工艺相比，该工艺更符合低碳经济和绿色生态的要求，更适合机械化、规模化、连续生产。生产大尺寸复合板方便，减少非金属杂质对界面的污染。在基材与不锈钢之间加入镍，形成保护膜，防止不锈钢层的碳增加。
关键词：压力容器；热轧不锈钢；复合板；可行性；
压力容器复合板不仅具有耐腐蚀、耐热、耐磨性，而且具有基材的强度和刚度。不锈钢包壳板在金属包壳板中所占比例超过80%，不锈钢包壳板是在低碳或低合金钢板中经过一定工艺后，在低碳或低合金钢板中具有高耐腐蚀不锈钢的层状复合材料。
一、结合机理
复合界面的结合是复合板的性能关键影响因素。在金属复合材料金属复合材料制各需要在较高温度下进行，两种金属在高温复合时容易发生不同程度的界面反应，金属在冷却、凝固、热处理过程中还会发生元素扩散、固溶、相变等。这些均使金属复合材料的界面结构十分复杂。界面区域的组成、结构明显不同于基体，受基体成分、增强类型、复合工艺参数等多种因素的影响。复合材料的结构缺陷，如小孔、杂质和微裂缝，常常倾向于集中在界面相区，这会引起性能的恶化。界面结构主要指界相区的结构，也包括邻近界相区的基体和增强体的结构。许多复合材料的界相区与基体或增强体并无明确的边界。即便是同一种复合材料，界面结构也非均匀一致，有的是明锐的边界，有的是模糊的边界。而界相区可能是一个结构逐渐过渡的区域。对界面结构的研究，应该包括对界面两侧区域的结构的研究。
二、压力容器用热轧不锈钢复合钢板可行性
1.热轧复合法。热轧法也称叠轧法，是将基层和覆层两种金属板坯叠在一起，四周封焊，结合层中抽真空，然后在高温（固态）下轧制压合产生一定的连接强度。热轧法的结合大致要经过以下３ 道工序：（１）轧制产生的塑性变形使覆材与母材的接触面出现新生金属面，并在大范围内将两种材料完全紧密地结合在一起。（２）材料经过高温加热，促进了原子间的相互扩散，使界面空隙消失。（３）原子扩散与结合界面的再结晶。在结合过程中，使界面空隙消失的结合是最重要的，而且，以后出现的扩散程度对结合强度几乎不构成影响。近年来，国外在轧制法生产复合钢板方面形成了新的热点。工业发达国家对不锈钢复合钢板的生产，在品种上追求多样化，以精湛的制造工艺产品占领市场。生产实践证明，已经取得了较大的经济效益和社会效益。
2.热轧不锈钢复合钢板生产。一是目前，我国压力容器用复合板生产法的主流是爆炸法，特别是《压力容器用爆炸不锈钢复合板》正式发布后，对我国压力容器设计节约用材发挥积极作用，以致于国内９０％的不锈钢复合钢板是用爆炸法生产的。爆炸法是利用炸药爆炸时释放能量的高能率加工技术所实现的固相焊接法。该法的特点是覆层板以高速碰撞，在界面上局部和瞬间产生高温、高压和射流的共同作用下使界面结合处呈现锯齿状咬合，从而使界面强度等于或大于母材金属的强度。但现在看来，爆炸法也有它的不足。（１）炸药的爆炸声及炸药燃烧时对自然环境造成危害较大，不符合低碳经济、绿色生态环境的要求。（２）爆炸法在野外生产，受自然环境影响较大，尤其在南方，春夏季下雨天较多，复合钢板因下雨而无法生产，所以无法按工程进度交货的情况也常有发生。（３）爆炸法生产的不锈钢复合钢板，其覆层表面不够平整、光滑。对物料为粉状物的介质来说，不够平整、光滑的表面容易被物料在仓体内壁附着而积壁，影响物料的流动，从而影响工艺设备的正常使用。这些客观因素，已经成为爆炸复合板厂所面临的制约发展的重要瓶颈问题。二是热轧不锈钢复合钢板是制造技术发展使然。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆轧制法生产与爆炸法生产相比，其技术含量和连续生产的机械化程度，是爆炸法生产无法比拟的。（１）轧制法生产是当前低碳经济、绿色生态的需要；更重要的是不会因为天气原因影响所订购复合钢板按期交货。（２）热轧法生产，可以根据容器的大小设计好板材的宽度和长度要求，减少容器建造中的环缝和纵缝的数量，从而减少容器的焊接工作量，这对节省焊材、无损检测，提高容器制造质量，降低制造成本也是很有利的。（３）热轧复合法工艺复杂，界面结合强度、复合材料的厚度沿轧制方向的均匀问题等，其工艺不同，结果也不同，具体要求都有待深入研究。另外，轧制法生产的机械化程度高，投资也大，目前发展会受到限制。轧制不锈钢复合钢板的尺寸取决于轧机的能力。
3.力学性能测试。对于复合板材，复合界面的结合强度是其最重要的性能，界面结合强度的大小将决定复合板材的主要性能。复合钢板结合性能的评价方法通常采用剪切实验、剥离实验以及弯曲实验。剪切实验的试样加工容易，操作简单，是目前应用最普遍的一种方法。本文采用剪切试验检测了不锈钢复合板界面的结合强度。根据标准，将热轧后及热处理后单纯钢板用线切割切成标准剪切试样。剪切完成后，将不锈钢复层与碳钢基层被剥离，利用扫描电镜分析剥离界面的形貌。剪切试验前，用砂纸将试样表面的氧化层磨掉以防止。，界面两侧的硬度值的变化趋势表明碳迁移过程中产生了过渡区，即脱碳区和增碳层的存在。在对应状态的复合区硬度分布曲线上脱碳区的硬度较低而增碳层硬度较高。不锈钢一侧硬度峰值位于碳元素的扩散和合金元素的扩散形成一个交叉点，在该点处各元素含量配比更有利于碳化物的生成，从而使硬度较高。
三、研究方向
1.结合机理。对于轧制复合机理的研究，经典模型只给出定性的解释而没有定量的分析。如何将宏观的力学分析与微观的组织结构分析结合起来，阐明其机制，还有待于借助新的理论和实验手段。基于材料热力学、动力学理论的计算相图技术，通过计算得出的数据库进行优化评估，预测复合材料界面附近新相生成的条件、形貌及生成比例等，以及对于界面结合的影响，可对结合机理的研究提供理论指导。
2.工艺性能。目前，金属层状复合材料的研究偏重于其复合过程，而对复合材料的使用性能研究较少。如用作压力容器的层状复合材料须研究它的深冲性能，包括多层板的变形协调及各向异性等问题。某些复合材料在使用过程中由于外力、温度、电磁场等环境因素的作用，界面微观组织结构及力学、电学和磁学性能的变化，将影响复合材料的使用寿命，因而有必要对环境因素与材料的性能关系进行深入研究。随着计算机技术的发展，应用有限元法的数值模拟技术对材料加工过程进行仿真以获得复合过程的应力场、应变场、温度场及残余应力场从而可对加工工艺参数进行优化。
3.回收利用。金属复合板的生产与回收是相互矛盾的，生产时希望界面结合强度越高越好，而回收时又希望界面强度越低越好。因此，应合理设计和控制材料的界面结构，以利于回收。
结束语：随着工业化的不断发展和低碳经济和绿色生态的要求，压力容器用热轧不锈钢板悄然兴起。相信随着我国复合钢板质量的不断提高，其应用将会越来越广泛。虽然每一层金属都保持了原有的性能，但层状金属复合材料不仅能保持原有的金属性能，而且经过一定的组合后也能获得优异的综合性能。
参考文献：
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[3]张子松．钛复合钢板制设备焊接结构设计的特殊性 [J]．化工设备与管道，2017．
论文作者:叶佳宇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/11
标签：界面论文; 钢板论文; 复合材料论文; 不锈钢论文; 金属论文; 强度论文; 性能论文; 《基层建设》2018年第28期论文;