技术要点

- 结构要素：复合层为不锈钢或碳钢，基层为碳钢或不锈钢；复合层由至少两个侧板、两端板及底板组成，侧板与端板、底板焊接形成腔体，基层填充在腔体内，复合层围绕基层。

- 制作思路：以复合层材料制备模具，通过模具固液结合直接在基层材料中实现冶金结合，形成不需大量前期氧化处理的高强度界面。

- 工艺流程要点：分为制备复合层模具、制备夹持模具、组合模具并浇注、后处理四步。模具组在惰性或还原气氛中加热，浇注液与基层材质相同，熔融后经长水口、导流管等系统进入模具腔体并实现充填。EBET易博

- 夹持模具设计：设置外部吊具，夹持模具材料选用强度高的碳素结构钢，如Q235，便于运输与防变形，确保复层表面质量。

- 加热与浇注控制：模具组在100–1500℃范围内预热0.5–3小时，浇注液体温比基层熔点高约50–55℃；通过滑动水口与长水口联动进料，液位实时监测，塞棒控流装置调控流速，降低对不锈钢模具内壁的冲刷。

- 气氛与热处理：浇注过程在惰性或还原气氛中进行；冷却方式至少包含空冷、水淬、油淬中的一种，热处理可选退火、正火、回火或淬火中的一种。

- 材料组合灵活性：复合层和基层的材质可互换，如不锈钢层/碳钢基底，也可碳钢层、不锈钢基底，甚至可扩展至其他金属组合（如海洋平台用的钛-碳钢复合板等），以满足不同应用场景。

制作原理

以欲成为复合层的板材制备专用模具，直接通过固体金属板形成复合层腔体；随后以腔体为模具，注入与基层材质相同的浇注液，使碳钢与不锈钢在界面处实现冶金结合，形成稳定的复合板结构。界面通过直接熔合形成，避免了热氧化问题，整个工艺周期相对简化，大幅提升生产效率。夹持模具的设置不仅便于运输，还能防止不锈钢模具在高温下鼓肚变形，提升复层表面质量。

实施要点与优点

- 夹持模具的双层结构和外部吊装设计，便于批量化、自动化生产，同时降低运输与起吊风险。

- 顶部设保温冒口、铸件成型与热处理可在同一系统内完成，减少前后工序，提升生产稳定性。

- 通过液位检测、塞棒控流等智能化控流手段，兼顾成分控制与模具保护，延长模具寿命并确保界面质量。

- 该工艺对界面氧化敏感度低，铸坯经热处理后再进行轧制，可显著降低前道工序的加工量，提升整体生产效率。

附图说明

- 图1：复合层模具结构示意。

- 图2：夹持模具结构示意。

- 图3：生产系统结构示意。

图中标注包括：1-加热炉、2-行车通道、3-浇包、4-钢水处理站、5-中间包、6-滑动水口、7-长水口、8-塞棒控流装置、9-导流碳钢管、10-模具组件、11-模具运输平台、101-不锈钢侧板、102-不锈钢边板、103-不锈钢底板、104-模具腔、106-夹持侧板、107-夹持边板、108-夹持底板、109-吊具等。

具体实施方式

实施例1

一种不锈钢/碳钢复合板的制备工艺，其中复合层为不锈钢，基层为碳钢，工艺步骤如下：

1) 制备复合层模具：选用与复合层材质相同的板材，制作侧板、端板、底板，并在侧板两端焊接端板、底部焊接底板，形成顶部开口、底部封闭、具腔体的模具。以304不锈钢为侧板材料，尺寸为2000×1500 mm，厚度10 mm，端板与底板厚度均为20 mm，焊接后外部尺寸偏差小于0.1 mm。

2) 制备夹持模具：以Q235碳素结构钢板制作，夹持模具外部设吊具，腔体尺寸与复合层模具匹配，内腔容纳复合层模具，端板、底板通过焊接连接，侧板与端板、底板采用插销连接以便脱模，夹持模具尺寸如2000×1600×170 mm，正偏差小于0.1 mm。

3) 组合模具与浇注：将复合层模具放入夹持模具内，顶部设保温冒口，吊装至加热炉，在惰性/还原气氛中预热至约1200℃，时间3 h。浇注液与基层材质相同，待浇注液温度升至基层熔点上方50–55℃后进入中间包并经长水口、导流碳钢管进入模具腔体。液位实时监测，利用塞棒控流装置实现稳态液面，避免冲刷不锈钢模具壁面。

4) 后处理：浇注结束后取出夹持模具，进行控冷与热处理，待浇注液凝固后轧制成板。控冷方式至少包含空冷/水淬/油淬中的一种，热处理可选退火、正火、回火或淬火中的一种。

实施例2

不锈钢/碳钢复合板的结构为基层为碳钢或不锈钢，复合层为相对材质的碳钢或不锈钢；复合层由至少两块侧板、两端板及底板组成，侧板与端板、底板共同形成腔体，基层填充腔体内，复合层包围基层。

实施例3

提供了基于上述制备工艺的生产系统，其包括浇注系统、模具组件、模具运输平台与热处理单元。浇注系统包括：加热炉、行车通道、浇包、中间包、液位检测装置。行车通道位于加热炉上方，用于运送浇包至中间包上方并注入碳钢液；中间包下设长水口、滑动水口与塞棒控流装置，导流碳钢管用于将浇注液引入不锈钢模具腔体，液位检测装置实时监控液位并配合控流装置调节流速。模具组件包括不锈钢模具与夹持模具，模具运输平台设有导轨与模具车，可实现模具的自动化运输与重复使用。加热炉内部设有加热系统与气氛保护系统，确保惰性/还原气氛持续稳定。

本发明的有益效果

- 通过固液复合实现高强度冶金连接，界面不易产生氧化皮，后续热处理工艺需求低，整体生产效率显著提升。

- 夹持模具设计提高表面质量并便于运输与重复使用，降低前流程工艺复杂性。

- 结合液位监控与控流装置，能够有效控制碳钢液对不锈钢模具壁面的冲刷，提升界面稳定性与成品质量。

- 工艺适应性强，可实现多种材质组合的复合板制造，具备规模化生产潜力。

以上实施例仅为较佳实施方式，未穷尽本发明的保护范围；在不脱离本发明精神和原理的前提下，可进行等同替换、改进和变型，均应包含在本发明的保护范围内。