CN101670421B - 连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用 - Google Patents

连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN101670421B
CN101670421B CN2009103083946A CN200910308394A CN101670421B CN 101670421 B CN101670421 B CN 101670421B CN 2009103083946 A CN2009103083946 A CN 2009103083946A CN 200910308394 A CN200910308394 A CN 200910308394A CN 101670421 B CN101670421 B CN 101670421B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
copper
infiltration
layer
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009103083946A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101670421A (zh
Inventor
马海涛
杨朋
王来
黄文平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN2009103083946A priority Critical patent/CN101670421B/zh
Publication of CN101670421A publication Critical patent/CN101670421A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101670421B publication Critical patent/CN101670421B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

一种连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用，这种WC-Cu合金层尤其适用于钢铁、有色金属连续铸造用结晶器铜板改性层。改性层成分配比(wt.％)分别为WC：30.0～70.0％，Cu：23.0～69.65％，Ni：0.1～2.0％，Ag：0.05～2.0％，Co：0.2～3.0％。制备方法有两种：a、热压烧结，其特点：(1)粉末混合均匀、热压烧结成型；(2)将熔融铜浇注在烧结好的WC-Cu合金上或将铜板置于WC-Cu合金上，加热使铜熔化并与WC-Cu合金进行熔渗，冷却后得到有WC-Cu合金改性层的铜板产品。b、熔渗法，其特点：(1)粉末混合均匀，冷压成熔渗骨架并高温烧结；(2)将熔融铜浇注在WC-Cu骨架上熔渗或将铜板置于WC-Cu合金骨架上，加热使铜熔化并与WC-Cu合金骨架熔渗，冷却。WC-Cu合金层优点：大大提高结晶器生产效率，解决结晶器铜板电镀的污染问题，是高效、环保的结晶器表面改性方法。

Description

连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用，WC-Cu合金层适用于冶金行业连续铸造用结晶器，尤其适用于钢铁、有色金属连续铸造用结晶器铜板改性层。
背景技术
连铸即为连续铸造的简称。与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。
连续铸造的具体流程(以连续铸钢为例)为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。
从上世纪八十年代，连铸技术作为主导技术逐步完善，并在世界各地主要产钢国得到大幅应用，到了上世纪九十年代初，世界各主要产钢国已经实现了90％以上的连铸比。中国则在改革开放后才真正开始了对国外连铸技术的消化和移植；到九十年代初中国的连铸比仅为30％。经过10几年的快速发展，我国不但钢产量已稳居世界首位，连铸比也进入世界产钢国家的领先行列，很多重点钢铁企业已经达到了100％的连铸比，实现了粗钢的完全连铸生产。
连铸结晶器是连铸机的“机头”，其重要性被喻为连铸机的“心脏”。结晶器是一个高效率的换热器、钢水凝固形成器、钢水夹杂物净化器和铸坯表面缺陷控制器。所以连铸结晶器是连铸设备中的关键装备，价格昂贵，其设计、制造、操作工艺对连铸机的产量、铸坯的质量和生产的安全起决定性的作用。
结晶器铜板是结晶器的工作面，直接与钢水接触，铜板背面有冷却水槽。工作时，冷却水槽通过水冷将钢水的热量带走，将钢水凝固。凝固的钢坯被引锭杆从结晶器中拉出，实现连续的生产。在整个过程中，结晶器铜板不但承受高温，而且受到钢坯、钢水保护渣的摩擦，其工作环境非常恶劣。经常拉坯使结晶器磨损严重，更换频繁，不仅降低生产效率，而且消耗大量的结晶器。为了适应高效连铸发展，结晶器铜板表面必须具有高硬度、高耐磨性、良好的导热性和抗高温热腐蚀能力。而铜板本身并不具备耐磨性和抗高温腐蚀性。必须进行表面改性。目前国内外应用最多的是在结晶器铜板表面电镀Cr、Ni、Ni-Co、Ni朏e、Co-Ni等镀层，来提高铜板的耐磨性和耐蚀性。电镀改性层的结晶器铜板已经在生产中大量应用，虽然这种技术能显著提高铜板的耐磨性，但也存在明显的缺点：
(1)镀层的导热系数较低，一般仅为铜板的1/5，在结晶器表面起到了热阻的作用，降低了钢水的冷却效率；
(2)镀层与铜板的热膨胀系数不同，极易诱发镀层和铜板间的裂纹，导致镀层剥落，所以结晶器电镀铜板的寿命一般都不高，直接影响了连铸生产的效率。
(3)电镀生产的环境危害较大，很多发达国家纷纷将该类产业转移到我国这样的发展中国家。
本发明正是着眼于目前连铸结晶器铜板镀层使用寿命较短，热效率低，环境危害大等制约连铸生产效率的现状提出的。
发明内容
本发明的目的和任务是要克服现有技术存在的连铸结晶器铜板改性层耐磨性较差，导热效率低，镀层易剥落，电镀改性层生产对环境危害巨大的现状，并提供一种能大幅度提高连铸结晶器铜板表面改性层耐磨性，导热性，与铜板基体结合能力优秀，绿色环保的结晶器铜板表面改性层的生产工艺和方法。
本发明提出的连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用的技术方案是：一种连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层成分的重量百分配比wt％为：WC：30.0～70.0％，Cu：23.0～69.65％，Ni：0.1～2.0％，Ag：0.05～2.0％，Co：0.2～3.0％。其中，最佳重量百分配比wt％为：WC：55％，Cu：43.7％，Ni：0.3％，Ag：0.5％，Co：0.5％。
所述的连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法采用真空热压烧结、保护气氛热压烧结、真空熔渗或保护气氛熔渗。当所述制备方法采用真空热压烧结或保护气氛热压烧结时的步骤如下：
(1)按其各成分的重量百分比，将WC粉，Cu粉，Ni粉，Ag粉，Co粉分别称量好，混合均匀，冷压成所需形状的块体，
(2)将压制成型的WC-Cu块体放入热压机中进行热压烧结，
(3)将所需的块体铜熔化直接浇注在烧结好的WC-Cu合金上或将铜板板置于烧结好的WC-Cu合金上，真空或保护气氛中加热超过铜的熔点使铜板溶化，使铜液与WC-Cu合金进行熔渗结合，最后冷却即得到有WC-Cu合金表面改性层的铜板产品。
或当所述制备方法采用真空熔渗或保护气氛熔渗时的步骤如下：
(1)按其各成分的重量百分比，将其WC粉，Cu粉，Ni粉，Ag粉，Co粉分别称量好，混合均匀，冷压成所需形状的熔渗骨架块体，
(2)将压制成型的熔渗块体放入真空或保护气氛中烧结成熔渗骨架，
(3)将所需的块体铜熔化直接浇注在烧结好的WC-Cu合金骨架上熔渗或将铜板板置于烧结好的WC-Cu合金骨架上，真空或保护气氛中加热超过铜的熔点使铜板熔化，使铜液与WC-Cu合金骨架进行熔渗，最后冷却即得到有WC-Cu合金表面改性层的铜板产品。
其中，最佳工艺为熔渗法制备，其具体工艺为：
(1)冷压制备孔隙率为50％的骨架；
(2)在绿色环保气氛95％N2+5％H2(体积百分比)中，900℃烧结2小时；
(3)在绿色环保气氛95％N2+5％H2(体积百分比)中，1250℃熔渗铜2小时。
利用所述的制备方法得到的WC-Cu合金层应用于冶金行业连续铸造用结晶器，尤其适用于钢铁及有色金属连续铸造用结晶器铜板改性层。
使用上述方法制备的结晶器铜板表面改性层所选用的WC-Cu合金具有高的耐磨性、导电性和导热性。WC-Cu合金合金为典型的软基体+硬质颗粒增强材料，其不但耐磨性高，而且不易发生应力集中导致的开裂和剥落等失效问题。与结晶器铜板表面电镀层相比，WC-Cu合金的导热系数更高，更接近结晶器铜板的导热系数，这就保证了铜板改性层的导热效率，可以极大的提高结晶器中铁水的冷却速度，提高走钢量，进而提高生产效率。改性层中的Cu与铜板在制备过程中熔为一体，为冶金结合，热膨胀系数相近，避免了改性层易剥落的缺点；热压及熔渗工艺对环境污染小。
本发明的有益效果是：利用粉末冶金法制备的连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层具有如下优点：
(1)好的耐磨性；
(2)良好的导热性；
(3)粉末冶金改性层与铜板为冶金结合，结合力强，不易剥落；
(4)生产工艺绿色安全环保。
因此，用粉末冶金法制备铜板表面改性WC-Cu层与表面电镀层比，连铸机结晶器使用寿命可提高2倍以上。
具体实施方式
本发明所提出的连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用的具体工艺方案由以下实施例详细给出。
实施例1
某钢厂连铸方坯结晶器铜板采用内表面电镀Ni的工艺，一次通钢量只能达到5万吨，内表面的Ni镀层就已经摩擦剥落导致报废。利用本发明开发的粉末冶金法制备表面改性层的结晶器铜板，获得了一次通钢量25万吨的效果，产品质量优秀。
应用的粉末冶金法制备结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的各组成分见表1。
表1结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的成分(重量百分比，wt.％)
成分  方案一  方案二  方案三  方案四  方案五  方案六  方案七  方案八  方案九
WC  30.0  35.0  40.0  45.0  50.0  55.0  60.0  65.0  70.0.
Cu  67.4  61.2  56.7  52.4  48.0  42.6  37.0  30.7  27.2
Ni  1.40  1.60  0.25  0.30  0.10  0.60  0.80  2.00  1.20
Ag  0.7  2.0  0.05  0.3  0.6  0.8  1.4  1.2  0.9
Co  0.5  0.2  3.0  2.0  1.3  1.0  0.8  1.1  0.7
制备工艺：第一步按其重量百分比，将WC粉，Cu粉，Ni粉，Ag粉，Co粉称量好，混合均匀，冷压成厚5mm的薄板；第二步将冷压成型薄板放入热压机中，在真空1300℃和20Mpa压力条件下进行热压烧结；第三步将与WC-Cu合金薄板同尺寸的Cu-Cr-Zr合金(Cr：1.0％，Zr：0.15％，重量百分比)板置于烧结好的WC-Cu合金薄板上，1350℃真空保温1小时，使熔化的铜合金与WC-Cu合金进行熔渗结合，最后冷却即得到有WC-Cu合金表面改性层的铜板产品。进一步机械加工时，铜板表面WC-Cu改性层最少保留3mm进行生产应用。
实施例2
某钢厂连铸板坯结晶器铜板采用内表面电镀Ni-Fe的工艺，一次通钢量只能达到10万吨，内表面的Ni-Fe镀层就已经摩擦剥落导致报废。利用本发明开发的粉末冶金法制备表面改性层的结晶器铜板，获得了一次通钢量22万吨的效果，产品质量优秀。
应用的粉末冶金法制备结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的各组成分见表2。
表2结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的成分(重量百分比，wt.％)
成分  方案一  方案二  方案三  方案四  方案五  方案六  方案七  方案八  方案九
WC  30.0  35.0  40.0  45.0  50.0  55.0  60.0  65.0  70.0.
Cu  67.4  61.2  56.7  52.4  48.0  42.6  37.0  30.7  27.2
Ni  1.40  1.60  0.25  0.30  0.10  0.60  0.80  2.00  1.20
Ag  0.7  2.0  0.05  0.3  0.6  0.8  1.4  1.2  0.9
Co  0.5  0.2  3.0  2.0  1.3  1.0  0.8  1.1  0.7
制备工艺：第一步按其重量百分比，将WC粉，Cu粉，Ni粉，Ag粉，Co粉称量好，混合均匀，冷压成厚5mm的熔渗骨架；第二步将冷压成型熔渗骨架放入烧结炉中，在Ar保护下，1300℃条件下进行烧结；第三步将与WC-Cu合金熔渗骨架同尺寸的Cu-Ni-Be合金(Ni：1.5％，Be：0.4％，重量百分比)板置于WC-Cu合金骨架上，在1350℃，95％N2+5％H2(体积百分比)气氛下保温1小时，使熔化的铜合金与WC-Cu合金骨架进行熔渗结合，最后冷却即得到有WC-Cu合金表面改性层的铜板产品。进一步机械加工时，铜板表面WC-Cu改性层最少保留3mm进行生产应用。
实施例3
某钢厂连铸圆坯结晶器铜板采用内表面电镀Ni-Co的工艺，一次通钢量只能达到15万吨，内表面的Ni-Co镀层就已经摩擦剥落导致报废。利用本发明开发的粉末冶金法制备表面改性层的结晶器铜板，获得了一次通钢量25万吨的效果，产品质量优秀。
应用的粉末冶金法制备结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的各组成分见表3。
表3结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的成分(重量百分比，wt.％)
成分  方案一  方案二  方案三  方案四  方案五
WC  30.0  40.0  50.0  60.0  70.0.
Cu  67.4  56.7  48.0  37.0  27.2
Ni  1.40  0.25  0.10  0.80  1.20
Ag  0.7  0.05  0.6  1.4  0.9
Co  0.5  3.0  1.3  0.8  0.7
制备工艺：第一步按其重量百分比，将WC粉，Cu粉，Ni粉，Ag粉，Co粉称量好，混合均匀，冷压成厚5mm的圆筒形熔渗骨架；第二步将冷压成型熔渗骨架放入烧结炉中，在Ar保护下，1300℃条件下进行烧结；第三步将WC-Cu合金熔渗骨架放入熔渗模具中，将1350℃熔融Cu-Ag合金(Ag：0.1％，P：0.008％，重量百分比)浇注于熔渗模具中，在1350℃，95％N2+5％H2(体积百分比)气氛下保温1小时，使铜合金与WC-Cu合金骨架进行熔渗结合，最后冷却即得到内表面有WC-Cu合金表面改性层的铜管产品。进一步机械加工时，铜管内表面WC-Cu改性层最少保留3mm进行生产应用。

Claims (3)

1.一种连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法，所述结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层成分的重量百分配比wt％为：WC：30.0～70.0%，Cu：23.0～69.65%，Ni：0.1～2.0%，Ag：0.05～2.0%，Co：0.2～3.0%；该制备方法采用真空热压烧结、保护气氛热压烧结、真空熔渗或保护气氛熔渗；其特征在于：当所述制备方法采用真空热压烧结或保护气氛热压烧结时的步骤如下：
   （1）按其各成分的重量百分比，将WC粉，Cu粉，Ni粉，Ag粉，Co粉分别称量好，混合均匀，冷压成所需形状的块体，
   （2）将压制成型的WC-Cu块体放入热压机中进行热压烧结，
   （3）将所需的块体铜熔化直接浇注在烧结好的WC-Cu合金上或将铜板板置于烧结好的WC-Cu合金上，真空或保护气氛中加热超过铜的熔点使铜板溶化，使铜液与WC-Cu合金进行熔渗结合，最后冷却即得到有WC-Cu合金表面改性层的铜板产品；
或当所述制备方法采用真空熔渗或保护气氛熔渗时的步骤如下：
   （1）按其各成分的重量百分比，将其WC粉，Cu粉，Ni粉，Ag粉，Co粉分别称量好，混合均匀，冷压成所需形状的熔渗骨架块体，
   （2）将压制成型的熔渗块体放入真空或保护气氛中烧结成熔渗骨架，
（3）将所需的块体铜熔化直接浇注在烧结好的WC-Cu合金骨架上熔渗或将铜板板置于烧结好的WC-Cu合金骨架上，真空或保护气氛中加热超过铜的熔点使铜板熔化，使铜液与WC-Cu合金骨架进行熔渗，最后冷却即得到有WC-Cu合金表面改性层的铜板产品。
2.利用权利要求1所述的制备方法得到的WC-Cu合金层的应用，其特征在于：所述WC-Cu合金层应用于冶金行业连续铸造用结晶器。
3.据权利要求2所述的WC-Cu合金层的应用，其特征在于：适用于钢铁及有色金属连续铸造用结晶器铜板改性层。
CN2009103083946A 2009-10-16 2009-10-16 连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用 Expired - Fee Related CN101670421B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009103083946A CN101670421B (zh) 2009-10-16 2009-10-16 连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009103083946A CN101670421B (zh) 2009-10-16 2009-10-16 连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101670421A CN101670421A (zh) 2010-03-17
CN101670421B true CN101670421B (zh) 2011-02-02

Family

ID=42017964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009103083946A Expired - Fee Related CN101670421B (zh) 2009-10-16 2009-10-16 连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101670421B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107052350B (zh) * 2017-06-16 2019-10-11 大连理工大学 一种连接钨材与铜材的方法
CN111996432B (zh) * 2020-09-02 2021-02-12 四川大学 超粗硬质合金材料制备方法
CN113234982B (zh) * 2021-04-21 2022-02-08 四川大学 一种pdc钻头胎体材料制备方法
CN115401186B (zh) * 2022-08-19 2024-05-03 宜昌银蓬精工科技有限公司 铜钨合金与铁基的粘合装置及粘合工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB705844A (en) * 1950-03-11 1954-03-17 Sandvikens Jernverks Ab Improvements in hard metal bodies forming cutting edges in percussive rock drilling tools
CN1040701A (zh) * 1988-08-19 1990-03-21 东芝株式会社 用于真空断流器的触点形成材料
US5912399A (en) * 1995-11-15 1999-06-15 Materials Modification Inc. Chemical synthesis of refractory metal based composite powders

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB705844A (en) * 1950-03-11 1954-03-17 Sandvikens Jernverks Ab Improvements in hard metal bodies forming cutting edges in percussive rock drilling tools
CN1040701A (zh) * 1988-08-19 1990-03-21 东芝株式会社 用于真空断流器的触点形成材料
US5912399A (en) * 1995-11-15 1999-06-15 Materials Modification Inc. Chemical synthesis of refractory metal based composite powders

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
凌兴珠.添加元素和制备工艺对Ag（Cu）-WC触头材料性能的影响.《南方冶金学院学报》.1997,第18卷(第4期),283-289. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101670421A (zh) 2010-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101658905B (zh) 连铸结晶器铜板表面改性W-Cu合金层的制备方法及其应用
CN101984106B (zh) 一种薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材及制造方法
CN100455403C (zh) 铝青铜-钢双金属轴承材料的制造工艺
CN102921927A (zh) 双液双金属复合耐磨衬板制备方法
CN102019353A (zh) 一种复杂薄壁件的精密铸造成型方法
CN101524754A (zh) 一种钛铝合金靶材快速热压烧结成型工艺
CN103170600B (zh) 一种铝硅合金分闸件半固态流变压铸成形工艺
CN104384193A (zh) 线棒材轧机的高速钢精轧辊及其制造方法
CN102443725B (zh) 一种用AlH3处理的高强度铝合金
CN101670421B (zh) 连铸结晶器铜板表面改性WC-Cu合金层的制备方法及其应用
WO2018072368A1 (zh) 稀土铜合金玻璃模具及其制备方法
CN103691910A (zh) 一种铝包镁复合板材制备方法
CN104164589A (zh) 一种高强耐磨铜合金及其制备方法
CN103014532A (zh) 一种高耐磨复合轧辊及其制备方法
CN100491558C (zh) 一种高性能钇基重稀土铜合金模具材料及其制备方法
CN104148614A (zh) 一种金属陶瓷网格复合增强衬板
CN105624571A (zh) 一种特厚钢板及其生产工艺
CN101871068B (zh) 一种含锡与铝的高强度高塑性镁合金及其制备方法
CN104789873A (zh) 一种轧机切分轮及其再生制造工艺
CN103966477A (zh) 一种耐磨铸球生产模具的表面强化层及其制作方法及具有其的模具
CN103320652A (zh) 一种模具用锌基合金及其制备工艺
CN105598420A (zh) 固态铜材固液复合及轧制组合制备双金属复合材料的方法
CN102191405B (zh) 一种带钢焊接设备夹持和加载工具用铜合金及其生产方法
CN105543641B (zh) 粒子强化热轧无缝钢管连轧机复合轧辊及其制备方法
CN104561638A (zh) 一种Al2O3弥散强化铜基复合材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110202

Termination date: 20151016

EXPY Termination of patent right or utility model