嵌入式铝/钢复合带材是制造火电空冷系统用铝/钢复合翅片管的关键材料,用于焊合成形空冷基管,基管的外表层为铝,利于与铝翅片焊接成翅片管。嵌入式铝/钢复合带材具有两个重要的特点:一是铝层厚度很薄(<100μm)、铝层和钢层厚度差异很大;二是铝层宽度比钢层窄,复合带材两侧具有对称宽度的无铝边(约10 mm),以利于焊合成空冷基管。冷轧复合法具有工艺简单、便于规模化生产、成本低等优点,是嵌入式铝/钢复合带材工业生产的主要方法,但也存在所生产的复合带材铝层厚度波动大、界面结合强度低,导致铝层易穿孔和铝/钢易分层等问题,对产品质量和成材率影响大。针对嵌入式铝/钢复合带材的上述问题,本文研究了这种带材冷轧复合过程中金属变形行为和铝/钢层厚比变化规律,揭示了界面剪切作用对厚度比变化的影响机理;探明了复合带材铝层厚度波动变化规律和形成机理,提出了改善铝层厚度均匀性的方法;研究了钢带表面硬化状态对复合带材界面结合强度的影响及其作用机理,通过分析轧制复合变形区界面形成过程,揭示了铝/钢复合带材的界面结合机制,提出了改善复合带材界面结合质量和提高结合强度的工艺措施。本文的主要研究成果如下:对轧制复合变形区铝层/钢层厚度比变化规律的研究发现,在本文实验条件下,存在某个特定的压下率rcon,在该压下率rcon条件下,从轧制入口到出口变形区铝层与钢层厚度比(TRAS)呈先减小后保持基本不变的变化趋势,而当压下率r<rcon,或r>rcon时,TRAS呈先减小后增加的变化趋势;随着压下率的增加,变形区界面剪切应力增大,该剪切应力使铝层与钢层之间发生相对滑动(r<rcon)、无相对滑动(r=rcon)和粘着流动(r>rcon);当压下率r>rcon时,复合带材拉伸断口铝层与钢层不分层,具有良好的界面结合状态。在采用钢刷对钢带表面进行处理、初始钢带厚度3.75 mm、初始铝带厚度0.25 mm条件下制备的复合带材,当压下率由20%增加到60%时,铝层的厚度波动百分比由±2.6%增加到±17%;当压下率为60%时,采用百叶轮(由多片砂带组成)进行表面处理制备的复合带材铝层厚度波动百分比降低为±10%,其原因是百叶轮处理后钢带的表面硬度小于钢刷处理的情形。表面处理形成的钢带表面硬化层引起轧制复合时钢带表层变形和铝/钢界面结合程度的不均匀,是导致铝层厚度波动的主要原因。采用合适的钢带表面处理方式(如百叶轮打磨替代钢刷处理)降低钢带表面硬化程度,有利于改善钢带表层变形和界面结合程度的均匀性,可有效降低复合带材的铝层厚度波动。轧制复合过程中,钢带表面硬化层是影响复合带材界面结合强度的重要因素。采用钢丝直径0.3 mm、0.1 mm的两种钢刷和百叶轮进行处理的钢带表面的硬度分别为8.6 GPa、5.7 GPa和4.5 GPa,百叶轮处理后的钢带表面的纳米硬度与钢基体的纳米硬度4.4 GPa接近。当压下率25%时,采用钢丝直径为0.3 mm、0.1 mm的两种钢刷进行表面处理后制备的复合带材剥离强度分别为0.9 N/mm和2.9 N/mm,百叶轮处理后制备的复合带材剥离强度为14.9 N/mm。轧制复合过程中钢带表面的硬化层易与钢基体之间产生裂纹,是采用钢刷表面处理条件下制备的复合带材界面结合强度较低的主要原因;采用合适的表面处理方式(如百叶轮打磨替代钢刷处理)降低钢带的表面硬化程度,减少轧制复合过程中界面上硬化层与钢基体之间的裂纹,是提高复合带材界面结合强度的有效措施。对在初始钢带厚度3.75 mm、初始铝带厚度0.5 mm、压下率65%条件下制备的复合带材的变形区进行分析的结果表明:在变形区内复合带材变形量为35%的位置,铝层与钢层主要通过机械咬合方式结合;当变形量增大至50%时,界面产生了厚度约十几纳米的铝、铁原子扩散层,并且扩散层中存在厚度约为2nm的非晶层,界面形成了.定程度的冶金结合状态。冷轧复合可使铝/钢界面出现非晶层,形成一定程度冶金结合的主要原因,是由于界面处所产生的剧烈剪切变形而非变形热。当初始铝带厚度由1.0 mm降低至0.10 mm时,复合带材达到初步冶金结合所需的压下率由60%降低至40%。满足复合带材制造电站空冷单元基管力学性能要求的退火温度为525～550℃。退火后,冷轧复合过程中在硬化层与钢基体之间产生裂纹的现象仍然存在,界面含硬化层区域的扩散层厚度低于界面铝、钢新鲜金属接触区域的扩散层厚度。在相同退火条件下,与钢刷表面处理相比,百叶轮表面处理制备的复合带材界面铝、铁原子扩散速度高,冶金结合程度大。在上述研究结果的基础上,本文提出了采用百叶轮或在线砂带处理钢带表面,取代常规钢刷表面处理方式,以提高冷轧复合嵌入式铝/钢复合带材铝层厚度均匀性和界面结合强度的技术方案,应用于863项目合作企业银邦金属复合材料有限公司,不仅提高了嵌入式铝/钢复合带材质量,还大幅度提高了带材成材率和生产效率。