一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法，所述双金属复合材料中基板为钢板，铜合金板附着在钢板表面；铜合金与钢的板坯厚度之比为1：(5.6～11.2)，制备方法，包括钢板预处理、预热、固液复合、复合板坯加热、热轧、矫直、热处理；应用本发明专利技术生产的铜钢双金属复合材料，使该种材料具有192～208HV的截面维氏硬度，截面硬度差≤16HV，Z向抗拉强度Rm≥440MPa，伸长率A≥25％，复合界面剪切强度240～260MPa，弯曲检验均合格，同时具有良好的耐海水腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法
本专利技术属于金属材料生产领域，尤其涉及一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法。
技术介绍
海洋是最具有腐蚀的环境，是含3％NaCl海水+溶解气体+悬浮固体+有机物+生物体所组成的复合体。众多材料中碳钢的耐海水腐蚀性差，不锈钢会发生缝隙、应力、点蚀；在金属材料中，铜合金具有优良的耐海水腐蚀性能和抗氧化物生长能力，但成本较高。因此发展铜钢复合材料不仅可以发挥各自组元材料的性能优势，而且可以实现各组元材料之间的性能优势互补，满足单一金属材料不能达到的性能要求，并且可以节约贵重金属材料，具有较高的经济效益和社会效益。国内外一些专家学者致力于铜-钢双金属的研究，一方面减少贵重金属Cu的使用，另一方面提高复合材料的性能。申请号为200910044854.9的专利技术《铋青铜-钢复合材料双金属轴承材料及其制造方法》中提供的技术方案中，材料基层采用碳素钢为材料，表层为铋青铜合金，铋青铜合金烧结在碳素钢表面。采用粉末冶金烧结法原理把铋青铜合金烧结在碳素钢材料表面。其不足之处在于，但是烧结的双金属复合材料孔隙率大，力学性能差，承载能力和抗冲击性较差，使用寿命较短。申请号为200910162920.2的专利技术《一种铜钢复合材料及其制备方法》公开的技术方案中复合材料的化学成分重量比为：Cu10％～15％，钢85％～90％，其结构为铜与钢复合为一体。将铜与钢带通过表面处理后，经冷轧轧制成高精度钢带和高精度铜带；经过表面清洗后，去除表面残留物，脱脂，经冷轧机轧制成高精度铜钢复合带，并进行退火。其不足之处在于，采用冷轧轧制复合的方法生产效率低，且成功率较低，产品易分层。申请号为01107029.3的专利技术《生产铜钢复合材料的等温熔接法》中首先将保护剂加入没有钢芯棒的复合坯料的钢芯棒与外壁间隙中，然后将电解铜加入复合坯料的料斗内；将加料后的复合坯料放入已经升温的井式电炉内，加热至1130～1150℃，待电解铜全部熔化后，电炉从底部开始逐段断电，使复合坯件从底向上顺序冷却。其不足之处在于，生产双金属复合材料受生产装备限制，尺寸有限，且不能大规模生产。申请号为200910306947.4的专利技术《铜钢复合构件的感应熔铸连接方法》解决了现有钎焊方法焊后工件气密性差、接头抗拉强度低的问题。采用感应熔铸方法，使复合构件中抗拉强度可达232MPa,但应用具有局限性，产品仅用于铜钢复合构件的连接。申请号为201210188109.3的专利技术《一种铜钢复合板材的生产方法》中采用表面清理-毛化处理-喷涂结合层-轧制-退火-平整、抛光等步骤进行双金属复合材料的生产，其不足之处在于，该方法对钢和铜表面粗糙度要求较高，且需喷涂结合层，不仅过程繁琐，生产效率低，且易造成结合界面不均匀。申请号为201710630328.5的专利技术《一种焊接式铜钢复合冷却壁制作方法》中首先对铜板和钢板进行预处理：切割处理、除锈、打磨抛光、整平和弯曲，随后在惰性环境、高温、高压条件下，将铜板和钢板预处理过的板面相对，边轧制边进行跟踪焊接，形成铜钢复合冷却壁坯体，最后进行后续加工。其不足之处在于，该专利技术采用边轧制边进行焊接，难度较大，很难在大生产中同步进行，实施困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述问题和不足而提供一种兼顾成本及使用性能，使复合材料具有高耐海水腐蚀性能，高强度、硬度、较高的剪切强度及高效的生产流程的一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法。本专利技术目的是这样实现的：一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料，所述双金属复合材料中基板为钢板，铜合金板附着在钢板表面；所述铜合金的成分按重量百分比计如下：Ni：15.0％～25.0％，Zn：5.0％～10.0％，Sn：0.5％～1.0％，Si：2.0％～3.0％，Mn：0.5％～1.3％，Fe：1.0％～1.5％，余量为Cu及不可避免杂质；所述钢的成分按重量百分比计如下：C：0.07％～0.15％，Si：0.15％～0.25％，Mn：1.30％～1.40％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：0.10％～0.20％，V：0.05％～0.10％，Mo：0.02％～0.08％，B：0.002％～0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。本专利技术双金属复合材料由铜合金板和基板钢板复合而成，铜合金与钢的板坯厚度之比为1：(5.6～11.2)，所述铜合金板附着在钢板的一面或两面。所述复合材料截面硬度192～208HV，截面硬度差≤16HV，Z向抗拉强度Rm≥440MPa，伸长率A≥25％，复合界面剪切强度240～260MPa。本专利技术铜合金成分设计理由如下：Ni：在本专利技术中，Ni在该种铜合金具有提高合金强度、韧性，抗应力腐蚀开裂作用，同时可以改善合金的加工性能，提高合金的耐腐蚀疲劳性能、耐侵蚀腐蚀、耐空泡腐蚀和抗海洋生物污损等性能，本专利技术在其他合金元素共同作用下，可达到B30合金的耐蚀效果，同时降低成本，因此本专利技术选择加入Ni：15.0％～25.0％。Zn：提高本专利技术中铜合金α固溶体的塑性，合金强度随Zn含量的增加而不断提高。但Zn含量过高将影响材料塑性，因此本专利技术选择加入Zn：5.0％～10.0％。Sn：本专利技术中Sn的加入不但可以提高铜合金的力学性能，还可以抑制铜合金脱Zn，增强铜合金的耐蚀性能。本专利技术中采用适量的Sn与Ni同时添加，一方面可提高强度和硬度，获得较好的弹性性能，而且在制备过程中很大程度上节约成本。因此本专利技术选择加入Sn：0.5％～1.0％。Si：在该种铜合金中在不损失其耐蚀性能下，加入适量Si可提高强度，因此本专利技术选择加入Si：2.0％～3.0％。Mn：本专利技术中适量的Mn起到固溶强化作用，提高合金强度而塑性不下降，因此本专利技术中Mn为0.5％～1.3％。Fe：加入适量Fe有利于晶粒细化，并和Ni生成金属化合物析出，有利于提高合金耐冲刷腐蚀性能。但Fe含量过高，容易在晶界上出现脆性化合物，会降低腐蚀电位，从而影响合金的耐腐蚀性能。因此本专利技术中Fe：1.0％～1.5％。本专利技术钢的成分设计理由如下：C：在本专利技术中，钢中的碳一部分进入钢的基体中引起固溶强化，另外一部分碳将和合金元素中的碳化物形成元素结合成合金碳化物，因此它对强度、塑韧性和焊接性等影响极大。但碳含量过高会与Cr形成碳化物，导致钢中耐蚀性下降，且影响抗碳化腐蚀的性能，因此本专利技术选择加入C含量为0.07％～0.15％。Si：硅是强化铁素体重要元素之一，可以显著提高钢的强度和硬度，提高淬透性。当处在强氧化介质中时，Si可以提高钢的耐蚀性，研究表明Si和Mo一样具有良好的耐Cl-腐蚀性能，钢中Si含量越高，其点蚀电位越正，越不易腐蚀。但是Si的量过多，可使球化的碳化物颗粒直径变大，间距增大，同时促进偏析，导致带状组织形成，使横向性能低于纵向，因此，本专利技术选择加入Si含量为0.15％～0.25％。Mn：是钢中的固溶强化元素，细化晶粒，降低韧脆转变温度，提高淬透性，钢中含有M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，所述双金属复合材料中基板为钢板，铜合金板附着在钢板表面；所述铜合金的成分按重量百分比计如下：Ni：15.0％～25.0％，Zn：5.0％～10.0％，Sn：0.5％～1.0％，Si：2.0％～3.0％，Mn：0.5％～1.3％，Fe：1.0％～1.5％，余量为Cu及不可避免杂质；所述钢的成分按重量百分比计如下：C：0.07％～0.15％，Si：0.15％～0.25％，Mn：1.30％～1.40％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：0.10％～0.20％，V：0.05％～0.10％，Mo：0.02％～0.08％，B：0.002％～0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，所述双金属复合材料中基板为钢板，铜合金板附着在钢板表面；所述铜合金的成分按重量百分比计如下：Ni：15.0％～25.0％，Zn：5.0％～10.0％，Sn：0.5％～1.0％，Si：2.0％～3.0％，Mn：0.5％～1.3％，Fe：1.0％～1.5％，余量为Cu及不可避免杂质；所述钢的成分按重量百分比计如下：C：0.07％～0.15％，Si：0.15％～0.25％，Mn：1.30％～1.40％，P≤0.015％，S≤0.015％，Cr：0.10％～0.20％，V：0.05％～0.10％，Mo：0.02％～0.08％，B：0.002％～0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。


2.根据权利要求1所述的一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，铜合金与钢的板坯厚度之比为1：(5.6～11.2)。


3.根据权利要求1所述的一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，所述铜合金板附着在钢板的一面或两面。


4.根据权利要求1所述的一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，所述复合材料截面硬度192～208HV，截面硬度差≤16HV，Z向抗拉强度Rm≥440MPa，伸长率A≥25％，复合界面剪切强度240～260MP。


5.一种权利要求1—4所述的一种海洋工程用铜钢固液复合双金属材料的制备方法，具体工艺包括钢板预处理、预热、固液复合、复合板坯加热、热轧、矫直、热处理；其特征在于：
(1)钢板预处理：首先在钢板表面铣出凹槽，所述凹槽深度为5～8mm，将凹槽表面进行机械打磨、酸洗、水洗、干燥，使凹槽表面铁锈打磨掉使其露出光亮的新鲜金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯丹竹，赵坦，胡筱璇，于明光，朱隆浩，金耀辉，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21