一種複合層金屬管道的製作方法
2023-07-30 03:49:46
專利名稱：一種複合層金屬管道的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種複合層金屬複合材料，尤其涉及一種複合層金屬管道。
背景技術：
金屬材料作為材料的主要組成部分，在生產及應用中起主導作用。然而，科學技術的進步對金屬材料性能的要求越來越高，單一金屬材料已無法滿足這些需要。而且，在生產實踐中，為滿足製造特殊工程結構性能的需要，必須使用十分昂貴的有色金屬和其它稀有金屬材料。為了使金屬材料最大限度地發揮出其所具有的性能，其方法之一就是把性能不同的材料加以組合製成複合材料。銅/鋼複合材料不僅具有銅的獨特性能，而且還具有鋼的強度和機械性能，從而獲得防腐蝕、抗磨損、導電導熱性優良、美觀、成本低等優良的綜合性能。它使零件有較長的使用壽命，比單一的銅材料有較高的強度、硬度，不易變形，提高了承載能力。以銅/鋼複合材料代替銅金屬，應用於生產實踐，可以節省大量的銅資源，獲得顯著的經濟效益。現有技術中通常採用熱軋和冷軋複合法製備銅鋼複合材料。熱軋複合法是將被複合的金屬坯料在高溫高壓下進行軋制變形，受熱和力的共同作用而使不同金屬進行結合的一種工藝方法，具有工藝簡單、生產效率高等優點。熱軋複合作為固相結合的一種常用複合方法，其工藝過程一般包括3步:首先進行結合表面的清理，包括去油、去氧化膜。使待結合面保持清潔；然後進行初結合，通過高溫軋制令組元金屬發生共同塑性變形，從而使兩組元金屬的接觸表面達到原子問的距離，進而形成有效結合點，此時雙金屬之間能夠形成機械結合；最後進行擴散熱處理，又稱為熱燒結，在該過程中通過原子的擴散形成牢固的冶金結合。熱軋複合法的優點是對軋機的要求不高，容易得到大張複合板，缺點是工藝複雜，產品的厚度及層厚比較難以控制。冷軋複合包括「表面處理一常溫下冷軋複合一擴散退火」為主要過程的生產工藝。與熱軋複合法相比，冷軋複合時的首道次變形量要更大，一般要達到60-70%，甚至更高，但冷軋複合法可以實現多種組元的結合，並且可以生產複合帶卷，尺寸精確，效率高，因此是目前應用最廣泛的方法之一。雖然冷軋複合法早在50年代即已用於工業生產，但在用於銅/鋼複合材料的生產時卻未獲得理想的效果，其原因是銅及其合金的基體和氧化物都具有良好的塑性，冷軋複合時，坯料雖經鋼絲刷清理且首道次變形量達到70%其表面也不出現裂口，結果是坯料以原始表面帶著薄的氧化膜被擠入鋼的裂口與鋼複合(進一步增加首道次變形量又受到軋機能力的限制)，因此結合十分脆弱，結合強度低且不穩定。發明內容
本發明的目的在於針對現有技術中銅鋼複合材料生產方法的不足，提供了一種改
進的複合層金屬管道。 本發明的技術方案為，一種複合層 金屬管道，其特徵在於，所述複合層金屬管道包括以下組分:
2700^4500重量份的Fe，2000^3000重量份的Cu，
6 8重量份的Zr，25 50重量份的Zn，
5 30重量份的Al，1(Γ40重量份的Fe，
0.5^1重量份的Si，0.4^0.8重量份的Mo，
其中，所述複合層金屬管道通過如下步驟製得:
1)表面清理
選取適合加工面積的厚度為2-2.5mm的鋼板、厚度為1_1.5mm的銅板,對鋼板、銅板的進行表面清理，用5-10%Na0H水溶液在80°C浸泡20min，再用10%HC1水溶液酸洗約lOmin，最後用鋼絲刷清理待覆合表面的氧化皮，鋼絲刷在使用前先進行鹼洗；
2)毛化處理
使用打磨機對上述經過步驟I)處理的表面進行縱向打磨金屬表面，使用型號為PlOO的砂帶對鋼板待覆合面進行打磨，使用型號為P80的砂帶對銅板待覆合面進行打磨，使得鋼表面粗糙度為75 95 μ m,銅表面粗糙度為85 105 μ m ；
3)噴塗結合層
通過浸鍍或噴塗方式，在經過步驟2)處理過的所述鋼板、銅板的待覆合表面上分別鍍上一層合金鍍層，所述鍍層的厚度為41 μ m，而且所述合金鍍層中含有以下組分:
6 8重量份的Zr，25 50重量份的Zn，
5 30重量份的Al，1(Γ40重量份的Fe，
0.5 I重量份的Si，0.4 0.8重量份的Mo
4)軋制
將鋼板、銅板的結合層面相對的情況下，在氫與惰性氣體混合保護氣體下加熱至46(T50(TC，其中氫的體積含量為0.8 2%，然後保溫5 7分鐘，在壓下量為1(Γ 5%的情況通過兩個軋棍連續軋制，軋制速度選在5 15mm/s ；
5)退火
對軋制後的複合層金屬板進行退火處理，退火溫度為56(T580°C，保溫時間1.8^2小時
左右；
6)將複合層金屬板進行平整、拋光；
7)把具有兩側邊的鋼帶成形為圓筒狀，使兩側邊端部相對；然後向鋼帶的兩側邊端部供給高頻電流，以鋼帶融點以下的溫度對該兩側邊端部預熱；再用擠壓輥加壓該兩側邊端部，形成包含對接線的對接部；最後在擠壓輥軸中心的連接線與對接線的交點即擠壓點附近，用能使鋼帶的整個厚度溶融的高密度能量束照射，使該兩側邊端部焊接。對於I)表面清理過程步驟，酸洗可以去除金屬表面的氧化層，鹼洗可以去除金屬表面的油脂，此外，鋼絲刷可以清理殘餘的氧化皮，在使用前先進行鹼洗，以進一步去除加工時附帶的油脂。對於2)毛化處理過程，對鋼板和銅板的待覆合面進行毛化處理，適當的粗糙度有利於後續加工中複合金屬層的擴散複合過程。此外，粒度大的砂帶用於鋼板，粒度較小的砂帶用於銅板。對於3)噴塗結合層步驟，結合層中含有大量Zn，由於銅和鐵的直接結合性較差，而Zn與銅、鋼分別都有良好的結合性，因此在設置含有大量Zn的結合層，在軋制過程中，Zn向銅板、鋼板中擴散而促進鋼板與銅板的有效結合。而且，Zr元素在銅鋼合金中，以銅鋯彌散化合物形式存在。彌散的銅鋯化合物在銅/鋼雙金屬板中形成彌散強化，且銅鋯是高熔點化合物，在退火時阻礙銅基體的回覆和再結晶過程，從而減小由此產生的軟化，所以Zr元素的加入使得鋼板銅板結合更牢固有效，提高了複合材料的抗軟化溫度和抗拉強度，改善了合金的熱穩定性。此外，結合層中添加適量的Si和Mo，可以提高結合層的抗氧化和穩定性。對於4)軋制步驟,本發明經過實驗,軋制速度選在5 15mm/s範圍內，複合層金屬管道的界面結合性能最高。對於5)退火步驟，溫度對 擴散速率有決定性作用。常溫下金屬擴散很慢，但在高溫區(一般在熔點1/2以上)金屬擴散很快。對金屬複合材料進行熱處理時要同時考慮兩種金屬的不同擴散溫度，使熱處理效果達到最佳狀態。熱處理最佳溫度是以兩種金屬的理論退火溫度為依據再加實驗來確定。除選擇合適的熱處理溫度外，保溫時間也非常關鍵。保溫時間主要通過實驗來確定，保溫時間與擴散層厚度直接相關，但二者並不呈正比關係。本發明通過大量實驗，發現最佳退火溫度為56(T580°C，最佳保溫時間1.8^2小時左右；
本發明的有益效果在於，由於採用上含有上述配比的結合層，使得鋼板與銅板直接結合性好；此外，複合溫度較低，軋制壓下量較小，節約工作成本；採用本發明方法製得的複合層金屬管道具有高強度、高塑韌性和優良的應力腐蝕抗力。
具體實施例方式本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。實施例1
1)表面清理
選取適合加工面積的厚度為2-2.5mm的鋼板、厚度為1_1.5mm的銅板,對鋼板、銅板的進行表面清理，用5%Na0H水溶液在80°C浸泡20min，再用10%HC1水溶液酸洗約lOmin，最後用鋼絲刷清理待覆合表面的氧化皮，鋼絲刷在使用前先進行鹼洗；
2)毛化處理
使用打磨機對上述經過步驟I)處理的表面進行縱向打磨金屬表面，使用型號為PlOO的砂帶對鋼板待覆合面進行打磨，使用型號為P80的砂帶對銅板待覆合面進行打磨，使得鋼表面粗糙度為75 μ m,銅表面粗糙度為85 μ m ;
3)噴塗結合層
通過浸鍍或噴塗方式，在經過步驟2)處理過的所述鋼板、銅板的待覆合表面上分別鍍上一層400°C的合金鍍層，所述鍍層的厚度為4 μ m,而且所述合金鍍層中含有以下組分:
6重量份的Zr,25重量份的Zn, 5重量份的Al,10重量份的Fe,
0.5重量份的Si，0.4重量份的Mo，
4)軋制
將鋼板、銅板的結合層面相對的情況下，在氫與惰性氣體混合保護氣體下加熱至460°C，其中氫的體積含量為0.8%，然後保溫5分鐘，在壓下量為10%的情況通過兩個軋輥連續軋制，軋制速度選在5mm/s ；
5)退火
對軋制後的複合層金屬板進行退火處理，退火溫度為560°C，保溫時間1.8小時左右；
6)將複合層金屬板進行平整、拋光；
7)再把具有兩側邊的鋼帶成形為圓筒狀，使兩側邊端部相對；然後向鋼帶的兩側邊端部供給高頻電流，以鋼帶融點以下的溫度對該兩側邊端部預熱；再用擠壓輥加壓該兩側邊端部，形成包含對接線的對接部；最後在擠壓輥軸中心的連接線與對接線的交點即擠壓點附近，用能使鋼帶的整個厚度溶融的高密度能量束照射，使該兩側邊端部焊接。在日本島津AG-1250K精密萬能試驗機上進行試樣的拉伸試驗，對材料的抗拉強度進行測量，上述製得的複合層金屬管道的抗拉強度達到95 Mpa0
實施例2
1)表面清理
選取適合加工面積的厚度為2-2.5mm的鋼板、厚度為1_1.5mm的銅板,對鋼板、銅板的進行表面清理，用8%Na0H水溶液在80°C浸泡20min，再用10%HC1水溶液酸洗約lOmin，最後用鋼絲刷清理待覆合表面的氧化皮，鋼絲刷在使用前先進行鹼洗；
2)毛化處理
使用打磨機對上述經過步驟I)處理的表面進行縱向打磨金屬表面，使用型號為PlOO的砂帶對鋼板待覆合面進行打磨，使用型號為P80的砂帶對銅板待覆合面進行打磨，使得鋼表面粗糙度為85 μ m，銅表面粗糙度為95 μ m ;
3)噴塗結合層
通過浸鍍或噴塗方式，在經過步驟2)處理過的所述鋼板、銅板的待覆合表面上分別鍍上一層合金鍍層，所述鍍層的厚度為6 μ m，而且所述合金鍍層中含有以下組分:
7重量份的Zr,45重量份的Zn,
10重量份的Al，20重量份的Fe，
0.8重量份的Si，0.6重量份的Mo
4)軋制
將鋼板、銅板的結合層面相對的情況下，在氫與惰性氣體混合保護氣體下加熱至480°C，其中氫的體積含量為1%，然後保溫6分鐘，在壓下量為12%的情況通過兩個軋輥連續軋制，，軋制速度選在10mm/s ；
5)退火
對軋制後的複合層金屬板進行退火處理，退火溫度為570°C，保溫時間2小時左右；
6)將複合層金屬板進行平整、拋光；
7)把具有兩側邊的鋼帶成形為圓筒狀，使兩側邊端部相對；然後向鋼帶的兩側邊端部供給高頻電流，以鋼帶融點以下的溫度對該兩側邊端部預熱；再用擠壓輥加壓該兩側邊端部，形成包含對接線的對接部；最後在擠壓輥軸中心的連接線與對接線的交點即擠壓點附近，用能使鋼帶的整個厚度溶融的高密度能量束照射，使該兩側邊端部焊接。在日本島津AG-1250K精密萬能試驗機上進行試樣的拉伸試驗，對材料的抗拉強度進行測量，上述製得的複合層金屬管道的抗拉強度達到98 Mpa0
實施例3
1)表面清理
選取適合加工面積的厚度為2-2.5mm的 鋼板、厚度為1_1.5mm的銅板,對鋼板、銅板的進行表面清理，用10%Na0H水溶液在80°C浸泡20min，再用10%HC1水溶液酸洗約lOmin，最後用鋼絲刷清理待覆合表面的氧化皮，鋼絲刷在使用前先進行鹼洗；
2)毛化處理
使用打磨機對上述經過步驟I)處理的表面進行縱向打磨金屬表面，使用型號為PlOO的砂帶對鋼板待覆合面進行打磨，使用型號為P80的砂帶對銅板待覆合面進行打磨，使得鋼表面粗糙度為95 μ m，銅表面粗糙度為105 μ m ;
3)噴塗結合層
通過浸鍍或噴塗方式，在經過步驟2)處理過的所述鋼板、銅板的待覆合表面上分別鍍上一層400°C的合金鍍層，所述鍍層的厚度為Γ8 μ m，而且所述合金鍍層中含有以下組分:8重量份的Zr,50重量份的Zn,
30重量份的Al，40重量份的Fe，
I重量份的Si，0.8重量份的Mo，
4)軋制
將鋼板、銅板的結合層面相對的情況下，在氫與惰性氣體混合保護氣體下加熱至5000C，其中氫的體積含量為2%，然後保溫7分鐘，在壓下量為15%的情況通過兩個軋輥連續軋制，軋制速度選在15mm/s ；
5)退火
對軋制後的複合層金屬板進行退火處理，退火溫度為580°C，保溫時間2小時左右；
6)將複合層金屬板進行平整、拋光；
7)把具有兩側邊的鋼帶成形為圓筒狀，使兩側邊端部相對；然後向鋼帶的兩側邊端部供給高頻電流，以鋼帶融點以下的溫度對該兩側邊端部預熱；再用擠壓輥加壓該兩側邊端部，形成包含對接線的對接部；最後在擠壓輥軸中心的連接線與對接線的交點即擠壓點附近，用能使鋼帶的整個厚度溶融的高密度能量束照射，使該兩側邊端部焊接。在日本島津AG-1250K精密萬能試驗機上進行試樣的拉伸試驗，對材料的抗拉強度進行測量，上述製得的複合層金屬管道的抗拉強度達到96 Mpa0
權利要求
1.一種複合層金屬管道，其特徵在於，所述複合層金屬管道包括以下組分: 2700^4500重量份的Fe，2000^3000重量份的Cu， 6 8重量份的Zr，25 50重量份的Zn， 5 30重量份的Al，1(Γ40重量份的Fe， ` 0.5^1重量份的Si，0.4^0.8重量份的Mo， 並且，所述複合層金屬管道通過以下步驟製得:選取2-2.5mm的鋼板、厚度為1_1.5mm的銅板，對鋼板、銅板的進行表面清理；使用打磨機對上述經過處理的表面進行縱向打磨金屬表面，通過浸鍍或噴塗方式；在所述鋼板、銅板的待覆合表面上分別鍍上一層Γ8μπι厚的合金鍍層，所述鍍層含有上述重量份的Zr、Zn、Al、Fe、S1、Mo ;將鋼板、銅板的結合層面相對的情況下，在氫與惰性氣體混合保護氣體下加熱至46(T50(TC，然後保溫5 7分鐘，在壓下量為1(Γ15%的情況通過兩個軋輥連續軋制；對軋制後的複合層金屬板進行退火處理，退火溫度為56(T580°C，保溫時間1.8^2小時左右；將複合層金屬板進行平整、拋光，再把具有兩側邊的鋼帶成形為圓筒狀，使兩側邊端部相對；然後向鋼帶的兩側邊端部供給高頻電流，以鋼帶融點以下的溫度對該兩側邊端部預熱；再用擠壓輥加壓該兩側邊端部，形成包含對接線的對接部；最後在擠壓輥軸中心的連接線與對接線的交點即擠壓點附近，用能使鋼帶的整個厚度溶融的高密度能量束``照射，使該兩側邊端部焊接。
全文摘要
本發明涉及一種複合層金屬管道，所述板材包括以下組分2700~4500重量份的Fe，2000~3000重量份的Cu，6~8重量份的Zr，25~50重量份的Zn，5~30重量份的Al，10~40重量份的Fe，0.5~1重量份的Si，0.4~0.8重量份的Mo，本發明的複合層金屬管道具有高強度、高塑韌性和優良的應力腐蝕抗力。
文檔編號C23C2/04GK103100578SQ20121053428
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者楊利雲 申請人:楊利雲