本发明专利技术提供了一种建筑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；所述铜合金中Ni/Fe＝1.4～1.6，所述铜合金板与钢板的厚度比为1：(11.2～16.8)。制备方法包括钢板预处理、预热、固液复合、复合板坯均匀化退火、热轧、热处理；应用本发明专利技术生产的双金属材料材料具有209～230HV的截面维氏硬度，截面硬度差≤21HV，Z向抗拉强度Rm≥540MPa，伸长率A≥21％，复合界面剪切强度360～380MPa，弯曲检验均合格，同时具有良好的耐氯离子腐蚀性能和摩擦磨损性能。本发明专利技术的双金属复合材料在建筑用钢领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种建筑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领域，尤其涉及一种建筑用具有良好耐氯离子腐蚀的铜钢固液复合双金属材料及其制备方法。
技术介绍
建筑用钢材料是现代建筑必不可少的材料之一。随着科技的进步和建筑要求的提高，传统的建筑材料无法满足市场的需要，常用的铜合金材料虽耐蚀性良好，具有优异的弹性性能，但是强度较低，可加工性差，价格高，若采用铜-钢复合材料不仅强度提高，可加工性好，同时兼顾耐蚀性、强度等，且成本低廉。因此，铜合金及钢的选用及复合方式是建筑材料发展迫切需求的关键。目前，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。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》(申请号：200910044854.9)公开的技术方案中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。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。专利技术《一种铜钢复合材料及其制备方法》(申请号：200910162920.2)公开的技术方案中化学成分重量比为：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，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。专利技术《生产铜钢复合材料的等温熔接法》(申请号：01107029.3)公开的技术方案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。专利技术《铜钢复合构件的感应熔铸连接方法》(申请号：200910306947.4)公开的技术方案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。专利技术《一种铜钢复合板材的生产方法》(申请号：201210188109.3)公开的技术方案中采用表面清理-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，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。专利技术《一种焊接式铜钢复合冷却壁制作方法》(申请号：201710630328.5)公开的技术方案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。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具有高耐氯离子腐蚀性、高强度硬度，较高的剪切强度，良好的耐摩擦磨损性能及具有高效生产流程的一种建筑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：一种建筑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：Al：3.0％～5.0％，Fe：3.0％～3.5％，Ni：4.2％～5.6％，Mn：3.0％～4.0％，Zr：0.04％～0.06％，Ti：0.04％～0.06％，B：0.01％～0.02％，余量为Cu及不可避免杂质；钢的化学成分的重量百分比为：C：0.12％～0.18％，Si：0.30％～0.40％，Mn：1.20％～1.50％，P≤0.015％，S≤0.025％，Cr：0.60％～0.80％，Nb：0.02％～0.03％，Al：0.01％～0.02％，Sc：0.01％～0.02％，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。进一步，所述铜合金中Ni/Fe＝1.4～1.6，所述铜合金板附着在钢板的一面或两面，所述铜合金板与钢板的厚度比为1：(11.2～16.8)。所述双金属材料截面硬度209～230HV，截面硬度差≤21HV，Z向抗拉强度Rm≥540MPa，伸长率A≥21％，复合界面剪切强度360～380MPa。本专利技术铜合金板中Zr、Ti、B三种微量元素共同作用控制铜合金组织中相的形态和分布从而提高合金的耐蚀性能及摩擦磨损等性能，此外控制合金中关键元素Ni和Fe的配比使合金析出相呈细小弥散状态，得到理想金相组织，进而提高合金耐腐蚀性能和力学性能。本专利技术中采用Al、Sc共同作用提高钢材耐磨性，改善焊接性能，提高抗氧化性、耐腐蚀性，改善表面质量，可替代贵金属Mo、Ni等元素的添加。本专利技术双金属复合材料中铜合金成分设计理由如下：Al：本专利技术中Al在铜合金中有较大的固溶度，该种状态下铜合金在固态的时候均为单相的α固溶体，使合金的塑性较高，易于加工成型。在高温状态下会存在β相，随后β相会析出少量γ相，使铜合金的强度硬度提高。该种铜合金中Al含量的多少对合金力学性能有重要影响，随着Al含量增加，合金强度指标增加，但Al过量会导致塑性下降且冷加工困难，因此本专利技术选择加入Al：3.0％～5.0％。Fe：本专利技术中的Fe一部分固溶于α固溶体中，起到强化作用，一部分Fe可与Al形成极细的FeAl3质点，分布于合金溶液中，成为α晶粒的非自发晶核，进而使合金晶粒细化。但Fe元素含量过高，会在合金结晶过程中凝聚富集，降低合金的力学性能和耐蚀性能。因此本专利技术选择加入Fe：3.0％～3.5％。Ni：Ni可显著提高本专利技术铜合金的机械性能、硬度、耐蚀性和热稳定性。Ni可溶于铜合金α固溶体中产生固溶强化，提高铜合金强度。当Ni含量适量超过其在该种铜合金的固溶度时，易产生K相NiAl，分布在α相基体上，在一定程度上改善合金耐磨性。Ni还起到一定的细化晶粒作用。但Ni含量过高会使合金伸长率降低，因此本专利技术选择Ni为4.2％～5.6％。本专利技术铜合金中控制Ni/Fe＝1.4～1.6，这样析出相可呈细小弥散状态，否则高Fe低Ni或者高Ni低Fe均得不到理想的金相组织，进而影响耐腐蚀性和力学性能。Mn：Mn具有固溶强化作用，可提高合金的耐蚀性、强度，可改善合金的加工性能，且合金的伸长率随Mn含量的上升而提高，该种铜合金中Mn含量达到3.0％～4.0％时伸长率达到最大，继续增加Mn含量，性能变化不大且增加合金成本。本专利技术中由于添加了适量的Mn，因此可减少Al元素的加入量，提高β相的稳定性。因此本专利技术选择加入Mn：3.0％～4.0％。Zr：本专利技术中Zr和Al联合加入合金中，可形成Al3Zr等高熔点相，在合金凝固过程中对铜合金起到本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种建筑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：Al：3.0％～5.0％，Fe：3.0％～3.5％，Ni：4.2％～5.6％，Mn：3.0％～4.0％，Zr：0.04％～0.06％，Ti：0.04％～0.06％，B：0.01％～0.02％，余量为Cu及不可避免杂质；钢的化学成分的重量百分比为：C：0.12％～0.18％，Si：0.30％～0.40％，Mn：1.20％～1.50％，P≤0.015％，S≤0.025％，Cr：0.60％～0.80％，Nb：0.02％～0.03％，Al：0.01％～0.02％，Sc：0.01％～0.02％，余量为Fe及不可避免杂质。/n
【技术特征摘要】
1.一种建筑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：Al：3.0％～5.0％，Fe：3.0％～3.5％，Ni：4.2％～5.6％，Mn：3.0％～4.0％，Zr：0.04％～0.06％，Ti：0.04％～0.06％，B：0.01％～0.02％，余量为Cu及不可避免杂质；钢的化学成分的重量百分比为：C：0.12％～0.18％，Si：0.30％～0.40％，Mn：1.20％～1.50％，P≤0.015％，S≤0.025％，Cr：0.60％～0.80％，Nb：0.02％～0.03％，Al：0.01％～0.02％，Sc：0.01％～0.02％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种建筑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。
3.根据权利要求1所述的一种建筑用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，所述铜合金中Ni/Fe＝1.4～1.6。
4.根据权利要求1所述的一种建筑用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，所述铜合金板与钢板的厚度比为1：(11.2～16.8)。
5.根据权利要求1所述的一种建筑用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，所述双金属材料截面硬度209～230HV，截面硬度差≤21HV，Z向抗拉强度Rm≥540MPa，伸长率A≥21％，复合界面剪切强度360～380MPa。
6.一种权利要求1—5任一项所述的一种建筑用铜钢固液复合双金属材料的制备方法，其特征在于：具体工艺包括钢板预处理、预热—固液复合、复合板坯均匀化退火、热轧、热处理；
(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、...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯丹竹，于明光，胡筱璇，林田子，张宏亮，
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
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