CN112853150A

CN112853150A - 一种化工用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法

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Publication number: CN112853150A
Application number: CN202110035475.4A
Authority: CN
Inventors: 冯丹竹; 于明光; 胡筱璇; 范刘群; 石锋涛; 王婷
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2021-01-12
Filing date: 2021-01-12
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2041-01-12
Also published as: CN112853150B

Abstract

本发明提供了一种化工用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法，主要包括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Fe+Mn＝1.2％～1.4％，钢中Mo+V＝0.25％～0.35％，制备方法，包括钢板预处理、预热、固液复合、复合板坯均匀化处理、热轧、退火、冷轧、去应力退火，应用本发明生产的双金属材料具有135～160HV的截面维氏硬度，截面硬度差≤25HV，室温下，抗拉强度475～495MPa，A≥13％，复合界面剪切强度310～330MPa。弯曲检验均合格；同时在500℃下，质量分数为KCl‑25％K2SO4碱金属熔盐腐蚀50h，单位面积腐蚀质量增加值Δm为(8～9)mg·cm‑2。在20℃，质量分数为3.5％KCl溶液中放置45天，试样平均腐蚀速率为(0.027～0.028)mm/a。

Description

一种化工用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种化工用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法。

背景技术

化工装置服役环境恶劣，内部常常承受氯离子、碱金属盐等的不断积累，一方面降低受热面的换热系数，另一方面腐蚀装置，严重影响设备的安全稳定运行。因铜合金具有良好的耐腐蚀性，常在石油精炼、化学反应、化学品储运等设备中用作耐腐蚀材料，但是铜及铜合金成本高，且强度较低。而碳钢具有较好的力学性能，常用作结构中的主要承力部件。结合这两种材料的性能特点，若采用铜合金与低成本碳钢的复合材料则大大降低成本，且提高材料强度硬度，同时兼顾耐蚀性能。因此，铜合金及钢的选用及复合方式是化工设备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。

发明《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)中公开的技术方案为双金属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，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。

发明《一种铜钢复合材料及其制备方法》(申请号：200910162920.2)中公开的技术方案为复合材料中化学成分重量比为：Cu 10～15％，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。

发明《生产铜钢复合材料的等温熔接法》(申请号：01107029.3)中公开的技术方案为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，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。

发明《铜钢复合构件的感应熔铸连接方法》(申请号：200910306947.4)中公开的技术方案为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。

发明《一种铜钢复合板材的生产方法》(申请号：201210188109.3)中公开的技术方案为复合板材中采用表面清理-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。

发明《一种焊接式铜钢复合冷却壁制作方法》(申请号：201710630328.5)中公开的技术方案为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，该发明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。

发明内容

本发明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及碱金属盐腐蚀性、高强度硬度，较高的剪切强度，同时具有良好的耐摩擦磨损性能的化工用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法。

本发明目的是这样实现的：

一种化工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：10.0％～15.0％，Fe：0.5％～1.0％，Mn：0.4％～0.8％，Cr：2.0％～4.0％，Mo：2.0％～3.0％，Hf：0.5％～1.0％，Ti：0.5％～1.0％，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：0.10％～0.20％，Si：0.25％～0.35％，Mn：1.00％～1.20％，P≤0.015％，S≤0.015％，Mo：0.10％～0.20％，V：0.10％～0.20％，余量为Fe及不可避免杂质。

本发明双金属复合材料由铜合金板和基板钢板复合而成，所述铜合金板附着在钢板的一面或两面，铜合金板厚度与钢板厚度之比为1：(3.4～5.6)。

进一步，所述铜合金中Fe+Mn＝1.2％～1.4％。

进一步，所述钢中Mo+V＝0.25％～0.35％。

进一步，所述化工用铜钢固液复合双金属材料具有135～160HV的截面维氏硬度，截面硬度差≤25HV，室温下，抗拉强度475～495MPa，伸长率A≥13％，复合界面剪切强度310～330MPa。

本发明双金属材料铜侧在质量分数为KCl-25％K₂SO₄碱金属熔盐腐蚀50h，单位面积腐蚀质量增加值Δm为(8～9)mg·cm^-2；在20℃，质量分数为3.5％KCl溶液中放置45天，试样平均腐蚀速率为0.027～0.028mm/a。

本发明中Fe和Mn保持一定配比提高铜合金强度硬度，并提高其室温耐蚀性能，Mo、Hf高熔点金属元素共同作用控制铜合金组织中相的形态和分布、析出相种类和数量提高材料高温稳定性及耐高温碱金属腐蚀。

本发明铜合金成分设计理由如下：

Ni：镍具有面心立方结构(FCC)，由于镍原子电子层特点，它可以在保持基体相的稳定性的同时与多种元素进行合金化，还可以与Ti、Nb等元素形成强化相。镍在该种铜合金中通过Ni²⁺进入Cu₂O点阵结构中，作用有两方面：一是占据Cu⁺空缺位置，增加膜的离子阻力，同时Ni²⁺的进入使两个正孔消失，从而电子阻力增加；二是直接替代Cu⁺，这时离子阻力不发生变化，每次替代均导致一个正孔消失，使电子阻力增加，从而提高耐腐蚀能力，但Ni在本发明的铜合金中持续增加并不能显著提高耐蚀性，同时增加成本，因此本发明选择加入Ni：10.0％～15.0％。

Fe：本发明中加入适量Fe固溶于α固溶体中，起到强化作用，在铸态时可呈颗粒状，富铁相由溶液析出而起变质作用，此富铁相还能起阻止相变重结晶作用从而显著细化该种铜合金的晶粒，提高强度和耐蚀性。本发明中固溶态的铁可形成含水氧化铁的腐蚀产物膜，这种化合物充当阳极抑制剂。Fe的存在还可在铜合金表面形成致密、坚韧、结合牢固的氢氧化铁薄膜，有益于耐蚀性，防止腐蚀开裂，但含量过多反而易引起腐蚀开裂，因此本发明中加入Fe：0.5％～1.0％。

Mn：Mn具有固溶强化作用，可提高合金的耐蚀性、强度和冲击腐蚀能力，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，本发明的铜合金中Mn与Fe同时加入，弥补Fe元素单独加入造成强度提高，伸长率降低的不足，同时提高材料的耐蚀性及使用寿命。因此本发明中Mn：0.4％～0.8％，控制Fe+Mn＝1.2％～1.4％。

Cr：铬可以固溶于基体，当铬含量增加后，生成Cr₂O₃膜会覆盖在合金表面，防止合金的进一步腐蚀，使其抗氧化腐蚀能力增强。另外，由于铬进入基体后，使晶格常数发生变化，提高其强度。本发明中的铜合金添加铬元素还能使堆垛层错能减小，改善其持久性能，提高高温性能稳定性。因此本发明中选择加入Cr：2.0％～4.0％。

Mo：Mo的熔点较高，钼原子大多溶解于基体中，增大固溶体的晶格常数，使屈服强度增大，进入基体相的钼可以增加其与基体的错配度，降低Ti在合金中的含量，提高其热稳定性。添加钼元素还可使基体析出细小的M₆C化合物，进而使合金强度增高。但Mo含量过高形成大量的氧化物易挥发，影响氧化膜生成，使合金抗氧化能力降低，降低合金耐蚀性能。因此本发明中选择加入Mo：2.0％～3.0％。

Hf：Hf为高熔点金属，本发明中铪可以扩大合金的凝固范围，以富铪相形式存在，富铪的熔体具有优良的流动性，因此具有优良的可铸性。该种铜合金中由于铪元素的添加使形成的化合物的形貌发生变化，在高温下提高合金稳定性，铪属于正偏析元素，容易在枝晶间聚集，能防止合金凝固过程中基体相的生长，从而细化晶粒，但含量过多易产生偏析且成本较高，因此本发明中Hf：0.5％～1.0％。

Ti：本发明中合金元素Ti的加入明显的提高了合金的强度和硬度。这是由于钛和铜的原子半径、晶型、弹性模量差别都比较大。Ti在铜合金中只能形成有限固溶体，加入Ti后合金点阵的弹性畸变程度很高，起到了很好的同溶强化效果。Ti在合金凝固过程中对该种铜合金能够起到非均质形核作用，细化晶粒组织，提高合金基体组织硬度，而且Ti在合金凝固后冷却过程中能与Cu形成固溶体强化合金，显著提高合金性能。但Ti含量超过一定范围时，合金中出现不规则块状相使材料的塑性下降，因此本发明中Ti含量为0.5％～1.0％。

本发明钢成分设计理由如下：

C：本发明中，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。钢中碳可提高该种化工用钢的抗拉强度和屈服强度，但是过多的碳会降低其塑性及韧性，促进心部带状组织的形成，因此本发明选择加入C含量为0.10％～0.20％。

Si：Si可提高该种化工用钢屈服强度和疲劳强度。当处在强氧化介质中时，Si可以提高钢的耐蚀性及抗氧化性。可使该种钢在较高温度下也可保持高强度，但随着Si含量的增加，球化的碳化物尺寸变大，间距增加，降低其塑韧性及延展性。因此，本发明选择加入Si含量为0.25％～0.35％。

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。作为扩大奥氏体相区元素，可以降低该种钢的A₃和A₁温度，有效降低珠光体的相变温度，细化珠光体的片层间距，这样单位体积内珠光体片层间距排列方向增多，有利于塑性变形区域的减少，因此局部发生大量塑性变形引起的应力集中的可能性减少，进而提高钢的强度硬度。本发明中适量Mn还可以降低V(C，N)析出温度，促进其析出。但Mn含量过高将影响钢的塑性，易于在心部富集，使成分分布不均，进而导致组织性能不均匀，因此本发明选择加入Mn含量为1.00％～1.20％。

P、S：S以MnS的形式分布于钢中，MnS在热轧过程中沿着轧制方向伸长，使得硫易切削钢的横向力学性能显著降低，加剧了钢材的各向异性。同时S对耐蚀性能有害，使焊接性能恶化。P虽能适量提高铁素体硬度，改进钢的表面光洁度和切削性能，但钢中P过高会增加冷脆，而且S、P过多会影响钢的均质性及纯净度。因此本发明选择加入P≤0.015％，S≤0.015％。

Mo：在本发明的V微合金化的化工用钢中，Mo可显著促进高温区间贝氏体组织的形成，并组织细化有明显作用，在钢中以固溶态弥散分布，没有明显偏聚现象，同时促进VC析出，提高析出量，增强析出效果。Mo元素可以MoO₄ ^2-的形式溶解并吸附在表面形成保护膜，抑制Cl^-的破坏，防止Cl^-的穿透，使点蚀电位升高，点蚀速率降低，改善点蚀性能。因此本发明中Mo：0.10％～0.20％。

V：在该种化工用钢相转变过程中，V主要发挥均匀组织和析出强化作用，在钢中以两种形式存在：一是当固溶于钢中时，可提高过冷奥氏体稳定性，增大淬透性，降低相变温度，进而增大过冷度，V阻碍C原子扩散，可获得细小组织使强度硬度提高；二是在钢中以碳化物形式析出时，在析出部位创造大量的形核位置，细小弥散的VC与铁素体保持特定的位向关系，起到明显的析出强化作用和均匀组织作用，使VC作为弥散分布的细小硬质点，抑制晶粒长大，这些微粒在较高温度下聚合长大极其缓慢，因而可以提高该种钢的热强性和抗蠕变性能。本发明中若V含量过多，强化效果增加不显著，因此选择加入V：0.10％～0.20％。

由于Mo对VC的析出起到促进作用，降低VC析出温度，使该种硬质点细小弥散分布于钢中，细化晶粒，提高强度，但在一般热处理条件下，V可降低钢的淬透性，为弥补V的不足，同时放大V的优势，本发明控制Mo+V＝0.25％～0.35％。

本发明技术方案之二是提供一种化工用铜钢固液复合双金属材料的制备方法，包括钢板预处理、预热、固液复合、复合板坯均匀化处理、热轧、退火、冷轧、去应力退火；

(1)钢板预处理：首先在钢板表面铣出凹槽，所述凹槽深度为3～5mm，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面，同时也使钢板表面变得毛化粗糙，大大增加了铜合金和基体钢板之间的有效接触面积，有利于提高复合材料过渡界面的力学性能。随后对钢板进行脱脂处理，为了有效去除钢板表面的油污，将脱脂液加热至60℃～70℃对钢板表面进行脱脂处理，随后进行丙酮清洗，涂抗氧化剂后烘干备用。

(2)预热：将预处理后的钢板加热至850℃～900℃，将其置于石墨模具型腔中。钢板预热可保证铜合金在浇注过程中，液态铜合金与固态钢板之间存在一定的热量体积比，因为铜合金与钢板在复合时会发生元素扩散现象，较高的预热温度能够改善铜合金与基体钢板复合过程中的扩散反应条件，使得界面结合处原子具有足够的能量进行互扩散。优选预热过程处于惰性气体保护或真空保护。

(3)固液复合：在浇注开始前用惰性气体充满石墨模具型腔，降低含氧量，减少氧化。随后迅速将熔炼好的铜合金金属液浇注到预处理的钢板表面，浇注温度为1150℃～1200℃，之后空冷，空冷至铜合金侧温度为950℃～980℃时；取出浇注后坯料并立即在钢板底部喷冷却水冷却，直至浇注后坯料冷却至200℃～250℃，立即在铜合金侧涂抗氧化剂，防止铜合金氧化，随后空冷至室温，经后续机械加工制得铜钢双金属复合板坯。双金属复合材料铜合金板坯厚度为3～5mm，铜合金与钢的板坯厚度之比为1：(3～5)。

本发明中采用该种厚度要求一方面根据铜钢双金属的流动变形行为，在后续轧制过程中以获得较为均匀的金属流动；一方面满足本发明中化工用铜钢双金属复合材料的厚度使用需求，发挥该种铜合金良好的热传导性和耐蚀性能，易于加工和焊接，良好耐蚀性能，另一方面弥补铜合金成本高，采用铜合金与低成本碳钢的复合材料大大降低成本，且提高材料强度硬度，同时兼顾耐蚀性能。

温度对促进原子扩散起主要作用，温度越高原子的热运动越激烈，原子在高温热源作用下被激活而进行迁移的几率就越大，在高温状态下原子在短时间内就可以获得足够的能量，偏离平衡位置进行迁移。本发明采用较高的铜合金浇注温度，使原子偏离平衡位置数目增多，各原子之间键合的几率越大，界面有效结合点迅速增加，使板坯复合界面宽度增加，界面结合强度增加。

本发明在浇注复合后对双金属复合坯料采用分段冷却的方法，一方面防止浇注复合后铜合金与钢板冷却速度慢，长时间处于高温段，使得晶粒长大，对材料剪切强度及抗拉强度产生不利影响，一方面提高冷却速度以减少氧化，减少复合板坯结合面处氧化物的产生同时提高生产效率，缩短复合材料制备周期。

(4)复合板坯均匀化处理：板坯均匀化处理温度为970℃～990℃，保温4～5h；浇注复合冷却后，由于较高的冷却速度使枝晶内部的合金元素分布不均匀，结晶开始阶段，冷却速度越高，熔融相和固相成分差异越大，合金元素偏析程度越大，经均匀化处理后铜-钢两侧内枝晶偏析组织可基本消除，晶界上非平衡凝固第二相也可得到部分溶解，复合材料过渡层可进一步扩散，增强结合强度。优选复合板坯均匀化处理过程采用惰性气体保护或真空保护。

(5)热轧：开轧温度控制在940℃～960℃，本发明热轧温度控制在熔点较低的铜合金再结晶温度以上，第一道次控制压下率为15％～17％，铜/钢板坯厚度比、热变形温度及压下率综合作用对双金属复合材料的流动差异产生较大影响，采用该种厚度比、热轧温度及较大的首道次压下率可使结合界面变得平直，两侧金属间元素相互扩散增多，扩散距离较大，远离难变形区，进入易变形区，有利于金属间的协调变形，且首道次采用较大压下率可破碎铸态组织中的树枝晶，使复合处新生的结合界面增加，使结合处的夹杂减少并破碎分离，为后续轧制做准备。由于钢板和铜合金的延展性不同，经过轧制，势必会引起铜合金向四周铺展，铜合金在向四周铺展的同时，势必产生一个挤压力和横向撕力，因此为防止铜合金表面及结合界面开裂，并使界面结合处和基体组织均匀细小，后续采用小变形量多道次轧制生产，轧制过程中铜合金在上，钢板在下，防止铜合金磨损及划伤。本发明中控制热轧过程总压下率为60％～70％，一方面可使界面处脆性夹杂物和氧化物分布更加弥散，复合界面形成冶金结合；一方面晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化，使金属塑性变形抗力增大，因此使得抗剪强度和抗拉强进一步提升度。若进一步增加变形率对结合界面扩散层厚度几乎无影响，即结合界面性能几乎不变，且由于铜合金与钢的机械性能差异在轧制过程中易产生不相容的变形，因此进一步增加变形率对复合材料易产生不利影响。优选热轧工艺过程处于惰性气体保护或真空保护。

(6)退火：热轧后的复合板坯冷却后进行退火处理，退火过程中通入氩气保护，防止铜合金氧化，退火温度750℃～770℃净保温1～2h，随炉冷却至200℃～250℃，出炉空冷至室温；降低复合材料硬度，使钢侧及铜侧组织均匀，释放残余应力，该种退火工艺可使化工用双金属复合材料铜-钢界面处形成固溶体，随着保温时间的延长，扩散层厚度增加，界面结合强度随之升高，但随着扩散的不断进行，界面处原子浓度梯度和空位逐渐减小，对原子扩散驱动力减弱，界面结合强度增加缓慢，易造成铜合金氧化，因此应合理控制退火温度且保温时间不易过长。优选退火过程采用惰性气体保护或真空保护。

(7)冷轧：随后复合板进行冷轧变形，总变形率为40％～50％。铜合金/钢复合板经过冷轧变形后，两种金属内部晶粒变化规律保持一致，并提高剪切强度，这是由于在轧制过程中，晶粒受到挤压而发生塑性变形，位错运动后塞积在变形晶粒的晶界附近，从而造成应力集中，表现为强度提高。同时在轧制产生的剧烈变形后，由于位错形成位错胞并发展成亚结构导致晶粒细化及加工硬化，使铜合金侧和钢侧的显微硬度明显增加。优选冷轧过程采用惰性气体保护或真空保护。优选冷轧过程采用惰性气体保护或真空保护。

(8)去应力退火：将冷轧后复合板于300℃～350℃进行去应力退火，净保温2～3h，随炉冷却至室温，得到双金属复合材料，退火过程中通入氩气保护，防止铜合金氧化。减少内应力和降低脆性，避免材料变形及开裂，且牺牲较少的强度硬度，过渡层进一步发生扩散，形成良好的冶金结合。优选去应力退火过程采用惰性气体保护或真空保护。

本发明的有益效果在于：本发明双金属复合材料由铜合金板和基板钢板复合而成。本发明中Fe和Mn保持一定配比提高铜合金强度硬度，并提高其室温耐蚀性能，Mo、Hf高熔点金属元素共同作用控制铜合金组织中相的形态和分布、析出相种类和数量提高材料高温稳定性及耐高温碱金属腐蚀。钢侧中采用Mo和V共同作用，对组织细化有明显作用，有利于钢获得优异的综合性能及高温力学稳定性。配合本发明公开的制备方法使该种材料具有135～160HV的截面维氏硬度，截面硬度差≤25HV，室温下，抗拉强度475～495MPa，A≥13％，复合界面剪切强度310～330MPa。弯曲检验均合格；同时在500℃下，质量分数为KCl-25％K₂SO₄碱金属熔盐腐蚀50h，单位面积腐蚀质量增加值Δm为(8～9)mg·cm^-2。在20℃，质量分数为3.5％KCl溶液中放置45天，试样平均腐蚀速率为(0.027～0.028)mm/a。本发明的双金属复合材料在化工用钢领域具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行钢板预处理、预热、固液复合、复合板坯均匀化处理、热轧、退火、冷轧、去应力退火；

(1)钢板预处理：首先在钢板表面铣出凹槽，所述凹槽深度为3～5mm，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面，随后对钢板进行脱脂处理，将脱脂液加热至60～70℃对钢板表面进行脱脂处理，涂抗氧化剂后烘干备用；

(2)预热：将预处理后的钢板加热至850～900℃，将其置于模具型腔中；

(3)浇注钢液进行固液复合：在浇注开始前用惰性气体充满模具型腔，随后将熔炼好的铜合金金属液浇注到钢板表面，浇注温度为1150～1200℃，之后空冷，空冷至铜合金侧温度为950～980℃时；取出浇注后坯料并立即在钢板底部喷冷却水冷却，直至浇注后坯料冷却至200～250℃，立即在铜合金侧涂抗氧化剂，随后空冷至室温，经后续机械加工制得铜钢双金属复合板坯；

(4)复合板坯均匀化处理：均匀化处理温度为970℃～990℃，保温4～5h；

(5)热轧：复合板坯开轧温度控制在940℃～960℃，热轧第一道次控制压下率为15％～17％，热轧总压下率为60％～70％；

(6)退火：热轧后的复合板坯冷却后进行退火处理，退火温度750℃～770℃净保温1～2h，随炉冷却至200℃～250℃，出炉空冷至室温；

(7)冷轧：随后复合板进行冷轧变形，总变形率为40％～50％；

(8)去应力退火：将冷轧后复合板于300℃～350℃进行去应力退火，净保温2～3h，随炉冷却至室温。

所述步骤(3)中，双金属复合板坯铜合金厚度为3～5mm，铜合金厚度与钢厚度之比为1：(3～5)。

所述模具型腔为石墨模具型腔。

所述步骤(2)、步骤(4)～步骤(8)任一项工艺过程采用惰性气体保护或真空保护。所述惰性气体为氩气。

本发明实施例复合材料的成分见表1。本发明实施例复合材料的预处理和浇注主要工艺参数见表2。本发明实施例复合材料的轧制和热处理主要工艺参数见表3。本发明实施例复合材料的硬度见表4。本发明实施例复合材料的拉伸性能见表5。本发明实施例复合材料的复合界面剪切强度及弯曲性能见表6。本发明实施例钢复合材料的腐蚀性能见表7。

表1本发明实施例复合材料的成分(wt％)

表2本发明实施例复合材料的预处理和浇注主要工艺参数

表3本发明实施例复合材料的轧制和热处理主要工艺参数

表4本发明实施例复合材料的硬度

表5本发明实施例复合材料的拉伸性能

表6本发明实施例复合材料的复合界面剪切强度及弯曲性能

表7本发明实施例钢复合材料的腐蚀性能

实施例	Δm(mg·cm<sup>-2</sup>)	平均腐蚀速率(mm/a)
			1	8.3	0.0277
2	8.0	0.0275
			3	8.6	0.0271
4	8.5	0.0272
			5	8.7	0.0273
6	8.2	0.0280
			7	8.8	0.0278
8	8.9	0.0279
			9	9.0	0.0276
10	8.4	0.0274

备注:单位面积腐蚀质量增加值测试实验条件：试样在500℃下于碱金属熔盐腐蚀50h；平均腐蚀速率实验测试条件：试样在20℃下于质量分数为3.5％KCl溶液中放置45天。

为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种化工用铜钢固液复合双金属材料及其制备方法，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：10.0％～15.0％，Fe：0.5％～1.0％，Mn：0.4％～0.8％，Cr：2.0％～4.0％，Mo：2.0％～3.0％，Hf：0.5％～1.0％，Ti：0.5％～1.0％，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：0.10％～0.20％，Si：0.25％～0.35％，Mn：1.00％～1.20％，P≤0.015％，S≤0.015％，Mo：0.10％～0.20％，V：0.10％～0.20％，余量为Fe及不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的一种化工用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，所述铜合金中Fe+Mn＝1.2％～1.4％。

3.根据权利要求1所述的一种化工用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，所述钢中Mo+V＝0.25％～0.35％。

4.根据权利要求1所述的一种化工用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，铜合金板厚度与钢板厚度之比为1：(3.4～5.6)。

5.根据权利要求1所述的一种化工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。

6.根据权利要求1所述的一种化工用铜钢固液复合双金属材料，其特征在于，所述化工用铜钢固液复合双金属材料具有135～160HV的截面维氏硬度，截面硬度差≤25HV，室温下，抗拉强度475～495MPa，伸长率A≥13％，复合界面剪切强度310～330MPa。

7.一种权利要求1—6任一项所述的一种化工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、复合板坯均匀化处理、热轧、退火、冷轧、去应力退火；

(3)浇注钢液进行固液复合：在浇注开始前用惰性气体充满模具型腔，随后将熔炼好的铜合金金属液浇注到钢板表面，浇注温度为1150～1200℃，之后空冷，空冷至铜合金侧温度为950～980℃时；取出浇注后坯料并立即在钢板底部喷冷却水冷却，直至浇注后坯料冷却至200～250℃，随后空冷至室温，经后续机械加工制得铜钢双金属复合板坯；

(7)冷轧：随后复合板进行冷轧变形，总变形率为40％～50％；

8.根据权利要求7所述的所述的一种化工用铜钢固液复合双金属材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，双金属复合板坯铜合金厚度为3～5mm，铜合金厚度与钢厚度之比为1：(3～5)。

9.根据权利要求7所述的所述的一种化工用铜钢固液复合双金属材料的制备方法，其特征在于：所述模具型腔为石墨模具型腔。

10.根据权利要求7所述的一种化工用铜钢固液复合双金属材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)、步骤(4)—步骤(8)任一项工艺过程可采用惰性气体保护或真空保护，所述惰性气体为氩气。