CN102230102B - 铜合金制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜合金制造工艺，该制造工艺先制备中间铜合金块和稀土合金块，然后在倾动式精炼炉中的精炼好的铜液之中加入制备好的中间铜合金块进行铜合金均匀化；在通过密封流槽的始端加入称量好的稀土合金块，熔炼后获得铜合金。本发明合金铜具有较高的抗拉强度，耐磨耐蚀性能好，在高温下有稳定的高温性能，即高温软化起始点较高，同时又有较好的导电性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜合金制造工艺。
背景技术
紫铜使用的更多场合是导电，而铜合金更多的考虑是机、电综合性能。对于型、线方面的铜合金产品，注重的机械性能更多些，有时还要考虑高温性能。例如高速电气化接触网导线方面的产品对铜合金的要求，除强度和耐磨性有更高的要求外，对高温软化起始温度也要较高的要求。所以，对于制造一种铜合金，使其即能达到较高的机械性能指标，又能使电气性能达到理想状态（尽量接近纯铜的电阻标值），同时其高温时的稳定性亦好，这是一个难度较大的课题。目前导电性和机械强度等综合性能较好的铜合金主要有这几种：一是Cu-0.1Ag铜合金，它的导电率是97% IACS，抗拉强度410 MPa，软化起始温度是320℃；二是Cu-0.1Ag-Cr，它的导电率是83% IACS，抗拉强度495 MPa，软化起始温度是350℃；三是Cu-0.1Ag-Zr，它的导电率是82% IACS，抗拉强度480 MPa，软化起始温度是345℃；四是Cu-Mg(德国)， 它的导电率是68% IACS，抗拉强度503 MPa软化起始温度是370℃；五是Cu-0.1Ag(德国)， 它的导电率是96% IACS，抗拉强度395 MPa软化起始温度是340℃。这些铜合金的生产工艺是将电解铜投入熔炼炉中并加入合金元素熔融合金化。从这些铜合金的性能指标来看它的导电率越高，其机械强度就越低，同时软化起始温度也相对较低。因此目前的铜合金尚不能满足既有较高的导电率又有较高的软化起始温度，从而使其在高温状态下形成稳定的高抗拉强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导电率和抗拉强度在高温状态下都较高的铜合金制造工艺。
本发明提供的这种铜合金制造工艺，包括如下步骤：
（1）制中间铜合金块备用，该中间铜合金块的成分按重量百分比计满足4.5%Cr+4.0%Cd+0.25%Ag+余量Cu；
（2）制稀土合金块备用，该稀土块的成分按重量百分比计满足0.08％～0.96％Al、0.09-0.60％的稀土、余量Cu，其中稀土为Ce与Y，且Ce与Y等量；
（3）电解铜用竖炉熔化然后进入倾动式精炼炉；
（4）根据最终产品成分0.25-0.35%Cr、0.22-0.38%Cd、0.04-0.08%Ag、0.09-0.60％的稀土、余量Cu，分别计算中间铜合金块和稀土合金块的用量；
（5）在倾动式精炼炉中的精炼好的铜液之中加入称量好的中间铜合金块进行铜合金均匀化；
（6）通过密封流槽加入称量好的稀土合金块；
（7）熔炼后获得铜合金。
所述步骤（5）在倾动式精炼炉中完成氧化还原精炼后，加入称量好的中间铜合金块进行铜合金均匀化，在均匀化之前铜水温度保证在1150℃∽1170℃范围，在均匀化之后铜水温度也需保证在1150℃∽1170℃范围。
所述步骤（6）在倾动式精炼炉中完成精炼和合金化后的铜合金液体，经过一个密封流槽进入保温炉，而在通过密封流槽的始端加入称量好的稀土合金块；保温炉中经稀土处理后的合金化铜液温度乃然要保证在1150℃∽1170℃范围。
本发明铜合金具备这样的性能：具有较高的抗拉强度，耐磨耐蚀性能理想，在高温下有稳定的高温性能，也就是高温软化起始点较高，同时又有较好的导电性能。
一般加Cr的合金的共晶温度要高些，在共晶温度下，Cr在Cu中的最大固溶度达0.65%。加Cr的目的是考虑其具有高的力学性能，好的耐热性、耐磨性，优良的导电、导热性能，并且有抗高温氧化、耐腐蚀、易于加工成型之特性。
加Cd的目的主要是极大地发挥其高强度、高再结晶温度和高抗高温软化能力的独特优势。
虽然利用Cr和Cd的固溶相在结晶过程中析出微粒的β或γ相质点，产生沉淀硬化效果，能极大地提高合金再结晶温度和热强性。但都会使铜的导电性略有下降。为了解决这一矛盾，又选择添加稀土Re（成分为Ce与Y），使其与大量可在晶界上滞留的或在固溶相中可导致电阻增加的有害元素发生反应而被造渣除去，也同时能加速液体中的有害气体逸出和防止结晶过程中有害气体的吸入，从而有效地遏制合金的导电性下降问题。
具体实施方式
实施方式一：
这种铜合金的成分按重量百分比计满足0.25%Cr、0.22%Cd、0.04%Ag、0.06％的稀土、余量Cu，所述稀土为Ce与Y，且Ce与Y等量。
制造时按照以下步骤进行：
（1）制中间铜合金块备用，该中间铜合金块的成分按重量百分比计满足4.5%Cr+4.0%Cd+0.25%Ag+余量Cu；
（2）制稀土合金块备用，该稀土块的成分按重量百分比计满足0.08％～0.96％Al、0.09-0.60％的稀土、余量Cu，其中稀土为是Ce与Y，且Ce与Y等量；
（3）电解铜用竖炉融化然后进入倾动式精炼炉；
（4）根据最终产品成分0.25%Cr、0.22%Cd、0.04%Ag、0.06％的稀土、余量Cu。例如容量为5吨炉子，分别算得中间铜合金块的用量为275kg,稀土合金块的用量为3kg；
（5）在倾动式精炼炉中完成氧化还原精炼后，加入称量好的中间铜合金块进行铜合金均匀化，在均匀化之前铜水温度保证在1150℃∽1170℃范围，在均匀化之后铜水温度也需保证在1150℃∽1170℃范围；
（6）在倾动式精炼炉中完成精炼和合金化后的铜合金液体，经过一个密封流槽进入保温炉，而在通过密封流槽的始端加入称量好的稀土合金块；保温炉中经稀土处理后的合金化铜液温度乃然要保证在1150℃∽1170℃范围；
（7）熔炼后获得的铜合金。
测得该铜合金的性能指标为：电阻率在0.019156Ω.mm2/m--0.0187402Ω.mm2/m；抗拉强度平均437.5 Mpa（5个式样，最大462，最小418.5）、软化起始温度≥385℃。
实施方式二：
这种铜合金的成分按重量百分比计满足0.35%Cr、0.38%Cd、0.08%Ag、0.60％的稀土、余量Cu，其中稀土为是Ce与Y，且Ce与Y等量。
制造时按照以下步骤进行：
（1）制中间铜合金块备用，该中间铜合金块的成分按重量百分比计满足4.5%Cr+4.0%Cd+0.25%Ag+余量Cu；
（2）制稀土合金块备用，该稀土块的成分按重量百分比计满足0.96％Al、0.60％稀土、余量Cu，其中稀土为Ce与Y，且Ce与Y等量；
（3）电解铜用竖炉融化然后进入倾动式精炼炉；
（4）根据最终产品成分0.35%Cr、0.38%Cd、0.08%Ag、0.60％的稀土、余量Cu。例如容量为5吨炉子，分别算得中间铜合金块的用量380kg，稀土合金块的用量3kg；
（5）在倾动式精炼炉中完成氧化还原精炼后，加入称量好的中间铜合金块进行铜合金均匀化，在均匀化之前铜水温度保证在1150℃∽1170℃范围，在均匀化之后铜水温度也需保证在1150℃∽1170℃范围；
（6）在倾动式精炼炉中完成精炼和合金化后的铜合金液体，经过一个密封流槽进入保温炉，而在通过密封流槽的始端加入称量好的稀土合金块；保温炉中经稀土处理后的合金化铜液温度乃然要保证在1150℃∽1170℃范围；
（7）熔炼后获得的铜合金。
测得该铜合金的性能指标为：电阻率在0.019117Ω.mm2/m--0.018740Ω.mm2/m；抗拉强度平均442 Mpa（5个式样，最大479，最小413）、软化起始温度≥380℃。
实施方式三：
这种铜合金的成分按重量百分比计满足0.3%Cr、0.3%Cd、0.06%Ag、0.3％的稀土、余量Cu，其中稀土为Ce与Y，且Ce与Y等量。
生产时按照以下步骤进行：
（1）制中间铜合金块备用，该中间铜合金块的成分按重量百分比计满足4.5%Cr+4.0%Cd+0.25%Ag+余量Cu；
（2）制稀土合金块备用，该稀土块的成分按重量百分比计满足0.5％Al、0.3％稀土、余量Cu，其中稀土Re为Ce与Y，且Ce与Y等量；
（3）电解铜用竖炉融化然后进入倾动式精炼炉；
（4）根据最终产品成分0.3%Cr、0.3%Cd、0.06%Ag、0.3％的稀土、余量Cu。例如容量为5吨炉子，分别算得中间铜合金块的用量330kg，稀土合金块的用量1.6kg；
（5）在倾动式精炼炉中完成氧化还原精炼后，加入称量好的中间铜合金块进行铜合金均匀化，在均匀化之前铜水温度保证在1150℃∽1170℃范围，在均匀化之后铜水温度也需保证在1150℃∽1170℃范围；
（6）在倾动式精炼炉中完成精炼和合金化后的铜合金液体，经过一个密封流槽进入保温炉，而在通过密封流槽的始端加入称量好的稀土合金块；保温炉中经稀土处理后的合金化铜液温度乃然要保证在1150℃∽1170℃范围；
（7）熔炼后获得的铜合金。
测得该铜合金的性能指标为：电阻率在0.019013Ω.mm2/m--0.018750Ω.mm2/m；抗拉强度平均439 Mpa（5个式样，最大473，最小411）、软化起始温度≥382℃。
Claims (3)
1.一种铜合金制造工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）制备中间铜合金块，该中间铜合金块的成分按重量百分比计满足4.5%Cr+4.0%Cd+0.25%Ag+余量Cu；
（2）制备稀土合金块，该稀土块的成分按重量百分比计满足0.08％～0.96％Al、0.09％～0.60％稀土、余量Cu，其中稀土为Ce与Y，且Ce与Y等量；
（3）电解铜用竖炉熔化然后进入倾动式精炼炉；
（4）根据最终产品成分0.25-0.35%Cr、0.22-0.38%Cd、0.04-0.08%Ag、0.09-0.60％的稀土、余量Cu的要求，分别计算中间铜合金块和稀土合金块的用量；
（5）在倾动式精炼炉中的精炼好的铜液之中加入称量好的中间铜合金块进行铜合金均匀化；
（6）通过密封流槽加入称量好的稀土合金块；
（7）熔炼后获得铜合金。
2.根据权利要求1所述的铜合金制造工艺，其特征在于步骤（5）在倾动式精炼炉中完成氧化还原精炼后，加入称量好的中间铜合金块进行铜合金均匀化，在均匀化之前铜水温度保证在1150℃∽1170℃范围，在均匀化之后铜水温度也需保证在1150℃∽1170℃范围。
3.根据权利要求1所述的铜合金制造工艺，其特征在于步骤（6）在倾动式精炼炉中完成精炼和合金化后的铜合金液体，经过一个密封流槽进入保温炉，而在通过密封流槽的始端加入称量好的稀土合金块；保温炉中经稀土处理后的合金化铜液温度仍然要保证在1150℃∽1170℃范围。
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