不锈钢复合板因其强度高、耐腐蚀性好、成本低等优点,被广泛地应用于石油化工、海水淡化、发电、造船等行业。目前由于生产技术水平和设备强度的限制,通过热轧的方式只能对尺寸较小的不锈钢复合板进行加工,并且产品性能不稳定、质量波动大、生产效率低。因此,研制和开发大规格的不锈钢复合板材及改良现有的复合工艺,具有重要的理论价值和实际意义。以Q345R普碳钢板和310S/316L不锈钢板构建复合板,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、力学性能检测等分析技术,通过研究表面处理方法、真空度、轧制制度等工艺条件对热轧不锈钢复合板界面组织及性能的影响规律,建立了工艺参数与复合板性能的关系模型,并以此为基础,提出了适合大规格热轧不锈钢复合板的工艺方法,为高品质的宽幅特厚不锈钢复合板的开发奠定了理论基础。通过研究加热轧制过程中热轧不锈钢复合板的界面元素扩散机理、复合板界面附近的组织特征、元素分布及复合板界面两侧的硬度分布,获得了界面元素对热轧不锈钢复合板的界面特性影响规律;为获得理想的界面元素分布,提高复合板界面结合性能,通过在复合界面处添加Ni中间层,有效地阻止了合金元素的扩散和界面合金氧化物的形成;研究了不同变形工艺条件下Ni中间层对热轧不锈钢金属复合板的界面元素扩散和界面处结合强度及界面产生的合金氧化物类型的影响机制,发现Ni中间层可有效地消除复合板界面的脱碳和富铬层,并提高了界面的结合强度和耐晶间腐蚀性能。给出了不锈钢和碳钢高温压缩变形过程中的真应力-真应变关系曲线以及流变应力与应变速率、变形温度之间的关系曲线。通过数据分析,得出了两种材料在所采用的热变形条件下的变形激活能及应力指数,进而获得了热变形方程的求解条件;研究了热轧不锈钢复合板的热变形行为及变形机制,确定了合理的热加工工艺,为热轧不锈钢复合板组织性能的优化提供了相应的理论支持。根据碳钢(Q345R)静态CCT曲线和动态CCT曲线图,分析了不同冷却速度对相转变开始点、相变进行的程度和相变后组织变化的影响规律,藉此又结合奥氏体不锈钢的敏化曲线确定了不锈钢复合板的热处理规范,即在高温奥氏体区域进行复合轧制,终轧温度在1000℃,总压下量约为75%(轧制时材料发生动态再结晶),然后以不高于7℃/s的速度冷却到450℃,随后空冷至室温。以较快冷速冷却后Q345R钢得到的显微组织主要由贝氏体和铁素体组成,其屈服强度超过400MPa,抗拉强度超过590MPa,冲击吸收功(-20℃)大于50J,轧制复合板界面的结合强度(剪切)达到400MPa以上。采用对称组坯的方式,经多道次热轧、热处理、矫直等工艺,制备出了工业规格宽幅特厚(3500×100mm)热轧不锈钢复合板,确定了工艺参数对不锈钢热轧复合板矫直效果的作用机制以及不同的处理工艺对不锈钢复合板组织、力学性能及耐蚀性能的影响规律。所制备的不锈钢复合板的剪切强度大于350MPa,抗拉强度达550MPa,屈服强度达360MPa;内/外侧弯曲后,结合界面处无开裂,基/复层表面无裂纹;0℃时碳钢层冲击功远大于34J;经无损探伤测定,结合界面无缺陷,界面结合良好。所试制的热轧宽幅特厚不锈钢复合板的所有性能指标均达到国家863计划项目的验收要求,可以替代进口产品。