特厚板在军用和民用领域得到广泛应用,有很大的市场需求。连铸坯复合轧制技术采用连铸坯作为原料,利用真空焊接组坯后热轧复合成形,具有生产效率高、成本低等优点,且生产出的特厚钢板具有良好的界面组织和力学性能,具有显著的经济和社会效益。然而,目前常用的双层组坯热轧复合工艺,在生产较厚规格的特厚钢板时,为保证复合界面强度和轧制延伸率,往往对复合坯初始厚度有较高要求,从而限制了连铸坯厚度规格有限的中小钢铁企业的特厚钢板生产能力。为此,本文深入研究热轧复合机理基础上,提出以预轧制坯作为中间层的特厚钢板三层复合轧制工艺,利用中间层预轧制坯已具备的良好组织性能,在满足复合界面结合强度的基础上,可有效降低对初始复合板坯厚度规格的要求,对指导工业生产具有现实意义。考虑大型连铸坯内部不可避免地存在疏松、缩孔等铸态缺陷,以及热轧复合界面结合强度与轧制温度、轧制压下量和轧制速度等工艺参数间的复杂非线性关系,本文将数值模拟方法与普通二辊轧机条件下的比例模型热轧复合实验相结合,开展中间层预轧制坯的特厚钢板三层轧制复合机理研究。主要研究内容包括:(1)界面剪切变形是轧制复合与传统扩散焊接的重要差异,界面复合机理物理模拟模型中无法考虑剪切。利用连铸坯热轧复合生产特厚钢板工艺与实验室条件下开展热轧复合工艺研究存在热力学相似性,使用有限元MARC分别建立工业现场特厚板复合轧制与实验室热轧复合两种工况下的二维模型,对两者的热力学条件相似性进行分析。由模拟结果可知,实验室条件下开展热轧复合工艺物理模拟研究与实际特厚板复合轧制界面结合效果近似等效,利用物理模拟实验可实现对实际特厚板轧制界面结合效果进行预判;(2)在实验室双层Q235轧制实验的基础上,通过对轧后复合界面进行微观组织、能谱分析及强度测试,分析不同组坯方式对实验室工况热轧而成复合板结合界面微观形貌及复合强度的影响,提出满足实验物理模拟轧制过程的组坯方案;(3)分析传统双层轧制复合工艺的界面复合机理,以及压下量对复合界面及基体宏微观性能的影响规律,为新的热轧复合工艺提出奠定基础;(4)提出降低初始板坯厚度规格的新工艺-基于中间层预轧制坯的三层复合轧制工艺,使用有限元DEFORM-2D建立双层、三层Q235连铸坯热轧复合模型,并对两种组坯方式在轧制过程中连铸坯心部疏松闭合情况进行比较。模拟结果可知,基于中间坯预轧三层轧制复合工艺,不仅可以改善变形渗透不到心部、心部晶粒粗大的问题,而且能够充分利用边部的大变形,从而较少的道次、较小的总压下率达到改变上下层连铸坯的铸态组织所需的变形量,并实现芯部疏松闭合;(5)进行了不同厚度板坯三层组坯轧制复合实验,研究层厚比和压下量(轧制道次)对界面结合效果和基体性能的影响规律,并结合热力学相似条件为实际工业生产提供理论指导。