随着国民经济快速增长,基础设施、交通枢纽等重点工程蓬勃发展,对处在潮湿环境或侵蚀性介质中的建筑材料防腐要求越来越高,复合钢筋正是在这样的背景下提出的。由不锈钢和普通碳钢组成的复合钢筋,其外层的不锈钢可有效的防止腐蚀,芯部材料是碳钢,可以大量节约Cr、Ni等贵重金属的使用,同时又兼具高强度和良好的塑性。在众多复合钢筋的生产工艺中,热轧被公认为是一种最经济、最环保的一种复合成形工艺。针对复合轧制过程中存在的产品结合界面强度低、厚度不均匀、品种规格多变的特点,本文旨在研究一种短流程、高效清洁的三辊轧制复合钢筋成形技术。首先,采用ABAQUS有限元软件模拟Ф16mm复合钢筋三辊连续轧制过程,分析覆层厚度分别为1.5mm、2.0mm、2.5mm时异种金属变形规律以及覆层尺寸效应在轧制过程中对协调变形的影响。结果表明:在轧制温度为1200℃,压缩率为31%的工艺条件下,微张力轧制不锈钢覆层厚度≥2mm时能够有效改善壁厚不均匀性,且能够很好的抑制“耳子”缺陷的产生,此时金属界面间平均径向应力远超过不锈钢金属此时的变形抗力,表明界面金属已实现初步结合;然而张力将促使初轧阶段金属界面产生空洞,影响复合质量。在微观尺度方面,建立了不锈钢/碳钢高温下不同应力工况分子动力学界面模型,对界面原子扩散过程以及界面相变开展研究。发现双金属复合过程中界面会经历热压相变、结构统一、滑移渗透三个阶段;在两向压应力作下,提高侧向拉应力会促进滑移的产生,从而提高扩散层厚度;在三向压应力作用下,侧向压应力越小,界面原子速度场分布越广泛。研究结果表明两向压应力单向拉应力条件更有利于金属界面结合。最后,在三辊轧机上进行复合钢筋热轧试验。并利用光学显微镜、超景深显微镜、SEM、EDS等仪器对复合钢筋的微观组织、界面形貌以及金属成分进行观察和分析。发现轧制温度900℃时,界面呈深沟状,不锈钢侧易破碎被氧化产生Cr2O3;当轧制温度达到1050℃以上时,不锈钢侧破碎现象得到改善,渗碳作用明显;当轧制温度达到1200℃时,界面产生熔融,此时Cr和Fe的扩散距离分别达到了11.8μm和11.6μm,获得了良好的复合界面。研究阐明了双金属界面复合需要在高温以及足够的压应力作用下发生塑性变形,促使界面原子处于高能状态,促进原子发生广泛迁移扩散,从而形成异种金属的冶金结合。