工业级宽幅热轧钛/钢复合板界面微观结构与力学性能的协同调控机制

针对钛/钢复合板界面脆性相导致结合性能不稳定的难题，研究人员通过EBSD、TEM、EPMA等多尺度表征技术，系统研究了1750 mm×30,000 mm工业级TA2/Q235复合板界面TiC团簇演化规律。发现仅形成不连续TiC团簇（无Fe-Ti金属间化合物），钛层再结晶度达71.2%，获得剪切强度242 MPa、抗拉强度438.7 MPa的优异性能，为宽幅钛钢复合板工艺窗口设计提供理论支撑。

　　

钛合金与钢材的复合板材在海洋工程和化工领域具有不可替代的优势——既能发挥钛的耐腐蚀特性，又兼具钢的高强度和低成本。然而，这类材料在实际应用中始终面临一个"阿喀琉斯之踵"：当钛层与钢层在高温下结合时，界面处极易形成TiC、FeTi、Fe₂Ti等脆性相。这些硬脆相就像隐藏在材料内部的"定时炸弹"，不仅会降低结合强度，更会成为裂纹萌生的源头。尤其令人头疼的是，当多种脆性相共存时，其对界面性能的破坏作用会产生"1+1>2"的恶性效应。

以往的研究多局限于实验室小尺寸样品，而工业级宽幅板材（宽度>1500 mm）的界面控制堪称世界性难题。更棘手的是，学术界对热轧温度如何影响界面微观结构仍存在争议：有学者认为低于850℃时仅形成TiC，也有研究发现在550℃退火可获得最佳性能。面对这些争议和工程需求，中国某2050热连轧生产线研发团队对1750 mm×30,000 mm超宽幅TA2/Q235复合板展开攻关研究，相关成果发表在《Journal of Alloys and Compounds》。

研究人员采用电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）和电子探针显微分析（EPMA）等先进表征手段，结合力学性能测试，构建了"工艺-结构-性能"的全链条分析体系。特别值得注意的是，所有样品均取自工业生产线的实际产品，确保了研究数据的工程可靠性。

Microstructural characteristics of the interface of composite plates
通过EBSD分析发现，钛层再结晶程度高达71.2%，而钢层保留大量变形组织（再结晶度仅10.5%），这种"软钛硬钢"的独特组合使材料具备优异的协同变形能力。相分布图清晰显示，界面区主要由α-Ti（HCP结构）和α-Fe（BCC结构）组成，未检测到FeTi或Fe₂Ti相的存在。

TEM observations
高分辨TEM揭示了界面处仅存在不连续的TiC纳米团簇，其尺寸在50-200 nm范围随机分布。这些团簇与基体呈现半共格关系，界面能计算表明其形成能垒较低。特别关键的是，未观察到连续的TiC脆性层，这从根本上避免了传统复合板中常见的贯穿性裂纹问题。

Mechanical properties
力学测试数据令人振奋：剪切强度达242 MPa，抗拉强度438.7 MPa，延伸率28.7%。断口分析显示，断裂主要发生在钛层而非界面，且呈现典型的韧窝形貌。这种"牺牲钛层保界面"的失效模式，证明界面结合质量已超过钛基体自身强度。

该研究颠覆了传统认知——适量不连续TiC团簇反而能增强界面结合。其核心机制在于：纳米级TiC团簇通过钉扎效应抑制位错运动，而α-Ti/α-Fe大比例直接接触保证了良好的塑性协调能力。工业级宽幅板材的成功制备证明，将热轧终轧温度控制在750℃、卷取温度630℃的工艺窗口，可有效抑制有害金属间化合物的形成。

这项研究为宽幅钛钢复合板的工业化生产提供了金标准：首先确立"不连续TiC团簇+高比例α-Ti/α-Fe界面"的微观结构设计准则；其次验证了"高温轧制+中温卷取"的工艺路线可行性。其工程价值尤为突出——30米级超长板材的界面均匀性控制技术，将直接推动国产复合板材在LNG运输船、深海装备等高端领域的应用。正如通讯作者Baifeng Luan在讨论部分强调的，该成果"实现了从实验室‘样品’到工业‘产品’的跨越，为海洋强国战略提供了关键材料支撑"。