CN101613808B - CuCrZr合金线杆非真空生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及CuCrZr合金线杆非真空生产方法，先将合金基体原料投入熔化炉中，升温至1250～1350℃，待炉料熔化后，除气造渣；静置后，将一次合金元素溶入熔体中进行一次合金化；在线采样进行成分检测，成分检验合格后将熔体转移到保温炉，将二次合金元素溶入保温炉的熔体中进行二次合金化；静置后，开始铸造，铸造温度控制在1200～1300℃，铸造速度为0.1～0.50mm/min，铸造过程中每隔20～30min在线采样进行成分检测，监测成分波动，如果合金元素波动接近成分下限范围时，则将二次合金元素溶入熔体中进行动态合金补偿；得到的铸坯进行在线均匀化保温处理，淬水后收料，线径≤Φ30mm的线杆进行收卷，线径＞Φ30mm的棒坯切割后定尺收料。实现了大卷重CuCrZr合金线杆的非真空、连续化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种CuCrZr合金线杆非真空生产方法，属于有色金属制备加工技术领域。
背景技术
作为典型的高强高导电铜合金材料，CuCrZr合金得到广泛的关注，以ASTM标准中C18150牌号合金为代表，该合金被广泛应用。由于Zr元素活泼易氧化，因此工业生产中CuCrZr合金普遍采用真空熔炼设备制备，鉴于真空设备投资较大，生产效率较低，大单重CuCrZr合金板锭和大卷重CuCrZr合金线杆坯的生产受到限制。真空制备方法无法满足大规格CuCrZr合金板锭以及有较大长度要求的CuCrZr合金线材生产，生产成本较高，从而限制了CuCrZr合金的推广与普及。
申请号为200610046446.3中国专利申请公开了CuCrZr合金和CuZr合金的非真空熔铸工艺，申请号为200610049081.X中国专利申请公开了一种CuCrZr合金的非真空半连续铸造工艺，采用熔剂覆盖和气氛保护-热挤压开坯-拉拔工艺，制备棒、线、型材。因为Zr元素活泼，容易烧损，所以当保温时间较长时，Zr元素收得率迅速下降，甚至丧失殆尽。上述技术方案，理论上可以制备半连铸坯，但是未解决长时间保温过程合金元素的过度损失问题，因此不适宜进行大卷重线坯制备。
目前，国内的商用CuCrZr合金普遍采用真空制备工艺，非真空制备技术尚未得到产业化应用。个别企业尝试CuCrZr合金的非真空铸造方法，采用无流铸造或半连续铸造工艺生产CuCrZr合金坯料，但无法制备大卷重线材。因为缺乏有效的保护装置与工艺，特别是缺乏易氧化合金元素的动态补偿技术，所以无法实现CuCrZr合金线杆的非真空制备。
为了适应节能环保、轻量化、小型化的需求，国内外市场对高强高导铜合金的需求持续增加，CuCrZr合金是典型的高强高导电铜合金，开发CuCrZr合金的非真空连续化生产技术与装备，蕴藏着较大的经济效益与社会效益。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种CuCrZr合金线杆非真空生产方法，实现大卷重CuCrZr合金线杆的非真空制备，满足大卷重CuCrZr合金线杆的短流程制备及应用需求。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
CuCrZr合金线杆非真空生产方法，特点是：首先将合金基体原料投入熔化炉中，升温至1250～1350℃，待炉料完全熔化后，除气造渣；静置后，将一次合金元素溶入熔化炉的熔体中进行一次合金化；在线采样进行成分检测，成分检验合格后将熔化炉的熔体转入到保温炉，将二次合金元素溶入保温炉的熔体中进行二次合金化；静置待温度达到铸造温度后，开始铸造，铸造温度控制在1200～1300℃，铸造速度为0.1～0.50mm/min，铸造过程中每隔20～30min在线采样进行成分检测，监测合金元素的成分波动，当合金元素含量接近成分下限范围时，按照合金成分上限配置，将合金元素溶入保温炉熔体中进行动态合金补偿；得到的铸坯进行在线均匀化保温处理，经淬水冷却后，线径≤Φ30mm的线杆坯料进行收卷，线径＞Φ30mm的棒坯切割定尺收料。
进一步地，上述的CuCrZr合金线杆非真空生产方法，所述一次合金元素为Cr，以中间合金或纯金属形式加入。
更进一步地，上述的CuCrZr合金线杆非真空生产方法，所述二次合金元素为Zr、Si、Zn、Mg，以中间合金或纯金属形式加入。
更进一步地，上述的CuCrZr合金线杆非真空生产方法，所述合金基体原料为电解铜。
再进一步地，上述的CuCrZr合金线杆非真空生产方法，所述在线保温均匀化处理，其温度为780～900℃，时间在2～8min。
再进一步地，上述的CuCrZr合金线杆非真空生产方法，其特征在于：铸造线杆坯料直径为φ8～30mm，棒坯直径为φ30～100mm。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①本发明实现了大卷重CuCrZr合金线杆的非真空、连续化生产，满足超长度、大卷重CuCrZr合金棒线类产品的市场要求；铸造获得的合金元素具有较高的均匀性，合金元素成分控制在相对稳定的成分范围之内，合金元素收得率在35～85％之间，主要合金元素的收得率控制在65～80之间；
②采用合金化动态补偿技术进行合金元素的动态补偿，根据产品规格及铸造速度调整合金元素的补偿量，保证了铸坯内合金元素成分稳定和分布均匀；
③采用在线均匀化处理，改善铸造线杆的组织、力性和表面质量，防止线径较粗时收卷线材出现表面裂纹；
④本发明实现非真空制备，与真空制备技术相比，降低了成本、提高了效率；与现有技术的半连铸-热挤压开坯工艺相比，本发明的短流程制备，解决了“半连续铸造—挤压”工艺受挤压机吨位的限制，实现大卷重CuCrZr合金线杆的制备。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的流程示意图。
具体实施方式
提供CuCrZr合金线杆非真空铸造技术，在合金元素动态补偿条件下，实现大卷重CuCrZr合金线杆的非真空制备，线杆长度为准无限长，卷重不受铸造工艺限制。
如图1所示的CuCrZr合金线杆非真空生产工艺，首先将合金基体原料电解铜投入熔化炉中，升温至1250～1350℃，待炉料完全熔化后，除气造渣；静置后，将一次合金Cr元素溶入熔化炉的熔体中进行一次合金化，Cr元素以中间合金或纯金属形式加入；在线采样进行成分检测，成分检验合格后将熔化炉的熔体转入到保温炉，将二次合金元素(二次合金元素为Zr、Si、Zn、Mg，以中间合金或纯金属形式加入)溶入保温炉的熔体中进行二次合金化；静置待温度达到铸造温度后，开始铸造，铸造温度控制在1200～1300℃，铸造速度为0.1～0.50mm/min，铸造过程中每隔20～30min在线采样进行成分检测，监测成分波动，合金元素波动接近成分下限范围时，将合金元素溶入保温炉熔体中进行动态合金补偿；得到的铸坯进行在线保温均匀化处理，其温度为780～900℃，时间在2～8min，铸坯经过在线保温均匀化处理，达到降低铸造应力、改善铸造组织、优化坯料表面质量的目的；淬水冷却后，线径≤Φ30mm的线杆进行收卷，线径＞Φ30mm的棒坯切割定尺收料；通常线杆直径为φ8～30mm，棒坯直径为φ30～100mm。
在熔炼和保温工艺中采用微正压气氛保护并配合石墨覆盖，保护气氛为惰性气体、还原性气体或者上述气体的混合物。在脱气、除氧后进行合金化，保持铸坯中锆元素的稳定性，进行合金元素的动态补偿，根据产品规格及铸造速度调整合金元素的补偿量，以保证合金元素在铸坯里含量稳定、分布均匀。采用在线均匀化处理，改善铸造线杆的组织、力性和表面质量，防止线径较粗时收卷线材出现表面裂纹。
实施例1
按照表1中№I合金所示成分范围配料，制备C18100合金坯料。首先配比好电铜和回炉料，放入熔化炉中，升温至1250～1300℃熔炼，待炉料完全熔化后，除气造渣；静置15min后，将一次合金Cr元素溶入熔化炉的铜熔体中进行一次合金化，Cr元素以纯金属形式加入；在线采样进行成分检测，成分检验合格后将熔化炉的熔体转入到保温炉，将二次合金元素Zr溶入保温炉的熔体中进行二次合金化，Zr元素以中间合金形式加入；静置10min后，待温度达到铸造温度1200～1300℃，开始铸造，并控制铸造温度在1200～1300℃，铸造速度为0.15mm/min，铸造过程中每隔20～30min在线采样进行成分检测，监测成分波动，合金元素波动接近成分下限范围时，将合金元素(Zr、Si、Zn、Mg等，以中间合金形式加入)溶入熔体中进行动态合金补偿；得到的铸坯进行在线保温均匀化处理，其温度为780℃，时间在8min；急冷后，线径≤Φ30mm的线杆进行收卷，线径＞Φ30mm的棒坯切割定尺收料；通常线杆直径为φ8～30mm，棒坯直径为φ30～100mm。合金元素波动及收得率如表2所示。
实施例2
按照表1中№II合金所示成分范围配料，制备C18400合金坯料。首先配比好电铜和回炉料，放入熔化炉中，升温至1280～1350℃熔炼，待炉料完全熔化后，除气造渣；静置20min后，将一次合金Cr元素溶入熔化炉的铜熔体中进行一次合金化，Cr元素以纯金属形式加入；在线采样进行成分检测，成分检验合格后将熔体转移到保温炉，将二次合金元素Zr溶入保温炉的熔体中进行二次合金化，Zr元素以纯金属形式加入；静置12min后，待温度达到铸造温度1200～1300℃，开始铸造，并控制铸造温度在1200～1300℃，铸造速度为0.25mm/min，铸造过程中每隔20～30min在线采样进行成分检测，监测成分波动，合金元素波动接近成分下限范围时，将合金元素(Zr、Si、Zn、Mg等，以纯金属形式加入)溶入熔体中进行动态合金补偿；得到的铸坯进行在线保温均匀化处理，其温度为800℃，时间6min；急冷后，线径≤Φ30mm的线杆进行收卷，线径＞Φ30mm的棒坯切割定尺收料；通常线杆直径为φ8～30mm，棒坯直径为φ30～100mm。合金元素波动及收得率如表2所示。
实施例3
按照表1中№III合金所示成分范围配料，制备C18145合金坯料。首先配比好电铜和回炉料，放入熔化炉中，升温至1300～1350℃熔炼，待炉料完全熔化后，除气造渣；静置25min后，将一次合金Cr元素溶入熔化炉的铜熔体中进行一次合金化，Cr元素以中间合金形式加入；在线采样进行成分检测，成分检验合格后将熔化炉的熔体转入到保温炉，将二次合金元素Zr溶入保温炉的熔体中进行二次合金化，Zr元素以中间合金形式加入；静置15min后，待温度达到铸造温度1200～1300℃，开始铸造，并控制铸造温度在1200～1300℃，铸造速度为0.30mm/min，铸造过程中每隔20～30min在线采样进行成分检测，监测成分波动，合金元素波动接近成分下限范围时，将合金元素(Zr、Si、Zn、Mg等，以中间合金形式加入)溶入熔体中进行动态合金补偿；得到的铸坯进行在线保温均匀化处理，其温度为850℃，时间在5min；急冷后，线径≤Φ30mm的线杆进行收卷，线径＞Φ30mm的棒坯切割定尺收料；通常线杆直径为φ8～30mm，棒坯直径为φ30～100mm。合金元素波动及收得率如表2所示。
实施例4
按照表1中№IV合金所示成分范围配料，制备C18150合金坯料。首先配比好电铜和回炉料，放入熔化炉中，升温至1250～1350℃熔炼，待炉料完全熔化后，除气造渣；静置30min后，将一次合金Cr元素溶入熔化炉的铜熔体中进行一次合金化，Cr元素以纯金属形式加入；在线采样进行成分检测，成分检验合格后将熔化炉的熔体转入到保温炉，将二次合金元素Zr溶入保温炉的熔体中进行二次合金化，Zr元素以纯金属形式加入；静置20min后，待温度达到铸造温度1200～1300℃，开始铸造，并控制铸造温度在1200～1300℃，铸造速度为0.50mm/min，铸造过程中每隔20～30min在线采样进行成分检测，监测成分波动，合金元素波动接近成分下限范围时，将合金元素(Zr、Si、Zn、Mg等，以纯金属形式加入)溶入熔体中进行动态合金补偿；得到的铸坯进行在线保温均匀化处理，其温度为900℃，时间在2min；急冷后，线径≤Φ30mm的线杆进行收卷，线径＞Φ30mm的棒坯切割定尺收料；通常线杆直径为φ8～30mm，棒坯直径为φ30～100mm。合金元素波动及收得率如表2所示。
表1成分
| 合金例号 | 对应牌号 | Cu | Cr | Zr | 其他元素 |
| I | C18100 | Rem. | 0.4～1.2 | 0.08～0.2 | 0.03～0.06Mg |
| II | C18140 | Rem. | 0.15～0.45 | 0.05～0.25 | 0.005～0.5Si |
| III | C18145 | Rem. | 0.15～0.45 | 0.05～0.25 | 0.1～0.3Zn |
| IV | C18150 | Rem. | 0.5～1.5 | 0.05～0.25 | - |
表2
| 主合金元素收得率％ | Zr元素波动范围 | |
| 实施例1 | 35～85 | 0.1～0.15 |
| 实施例2 | 50～85 | 0.1～0.2 |
| 实施例3 | 45～80 | 0.08～0.15 |
| 实施例4 | 65～85 | 0.08～0.15 |
可以表明，铸造获得的合金元素具有较高的均匀性，合金元素成分可以控制在相对稳定的成分范围之内，合金元素收得率在35～85％之间，主要合金元素的收得率可以控制在65～80之间。
综上所述，本发明实现了大卷重CuCrZr合金线杆的非真空、连续化生产，满足超长度、大卷重CuCrZr合金棒线类产品的市场要求。采用了合金化动态补偿技术和坯料在线均匀化技术，保证了铸坯内合金元素成分稳定和分布均匀，实现非真空制备，与真空制备技术相比，降低了成本、提高了效率。与现有技术的半连铸-热挤压开坯工艺相比，本发明提供CuCrZr合金线坯的短流程制备，解决了“铸造—挤压”工艺受挤压机吨位的限制，实现大卷重CuCrZr合金线杆的制备。
需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.CuCrZr合金线杆非真空生产方法，其特征在于：首先将电解铜投入熔化炉中，升温至1250～1350℃，待炉料完全熔化后，除气造渣；静置后，将一次合金元素Cr溶入熔化炉的熔体中进行一次合金化；在线采样进行成分检测，成分检验合格后将熔体转移到保温炉，将二次合金元素Zr、Si、Zn、Mg溶入保温炉的熔体中进行二次合金化；在前述熔炼和保温工艺中采用微正压气氛保护并配合石墨覆盖，保护气氛为惰性气体、还原性气体或者上述气体的混合物；静置待温度达到铸造温度后，开始铸造，铸造温度控制在1200～1300℃，铸造速度为0.1～0.50mm/min，铸造过程中每隔20～30min在线采样进行成分检测，监测合金元素成分波动，合金元素含量接近成分下限范围时，按照合金成分上限配置，将合金元素溶入保温炉熔体中进行动态合金补偿；得到的铸坯进行在线均匀化保温处理，经淬水冷却后，线径≤Φ30mm的线坯进行收卷，线径＞Φ30mm的棒坯切割定尺收料。
2.根据权利要求1所述的CuCrZr合金线杆非真空生产方法，其特征在于：所述一次合金元素Cr以中间合金或纯金属形式加入。
3.根据权利要求1所述的CuCrZr合金线杆非真空生产方法，其特征在于：所述二次合金元素Zr、Si、Zn、Mg以中间合金或纯金属形式加入。
4.根据权利要求1所述的CuCrZr合金线杆非真空生产方法，其特征在于：所述在线均匀化保温处理，其温度为780～900℃，保温时间2～8min。
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