CN102418003A

CN102418003A - 一种镍铬硅青铜合金的加工工艺方法

Info

Publication number: CN102418003A
Application number: CN2011103764649A
Authority: CN
Inventors: 娄花芬; 黄国兴; 孙飞涛; 游金阁; 雷雨; 杨海丽; 孙永辉; 卢燕; 徐卫兵; 谢致遥
Original assignee: ZHONGLU LUOYANG COPPER INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: China Aluminum Luoyang Copper Processing Co., Ltd.
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: CN102418003B

Abstract

本发明介绍了一种镍铬硅青铜合金的加工工艺方法，合金化学成分为：镍：1.60~2.5%、硅：0.5~0.8%、铬：0.10~0.3%、不可避免的杂质总和：≤0.25%，余量为铜；杂质中：铁：≤0.05%、锰：≤0.05%、铅：≤0.01%、锌：≤0.05%、锡：≤0.02%、铝：≤0.01%、磷：≤0.005%、镁：≤0.05%；制备方法为：配料→熔铸→锯切→加热→水封挤压→拉伸→退火→拉伸→成品时效退火→包装入库。本方法提供的镍铬硅青铜作为核电设备的关键材料，用于制作其各个关键部件，可以满足使用各种高强高导铜合金要求，其寿命也能满足核电设备的安全运行，完全可以替代目前此材料的国外进口。

Description

一种镍铬硅青铜合金的加工工艺方法

技术领域

本发明涉及一种有色金属加工领域技术，特别是一种镍铬硅青铜合金的加工工艺方法。

背景技术

核电站只需消耗很少的核燃料，就可以产生大量的电能，每千瓦时电能的成本比火电站要低20%以上。核电站还可以大大减少燃料的运输量。例如，一座100万千瓦的火电站每年耗煤三四百万吨，而相同功率的核电站每年仅需铀燃料三四十吨。核电的另一个优势是干净、无污染，几乎是零排放，对于发展迅速环境压力较大的中国来说，再合适不过。

中国正在加大能源结构调整力度。积极发展核电、风电、水电等清洁优质能源已刻不容缓。中国能源结构仍以煤炭为主体，清洁优质能源的比重偏低。

镍铬硅青铜作为核电设备的关键材料，用于制作各个关键部件，要求使用各种高强高导铜合金，其寿命决定着核电设备的安全运行，随着核电设备国产化的要求，相关铜合金的研制开发显得日益紧迫，目前此材料均为国外进口。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种镍铬硅青铜合金的加工工艺方法，满足核电用镍铬硅青铜合金棒材或管材或型材的合金的需求，以铜为基通过添加镍、硅、铬等元素，达到高强、长寿命目的，满足核电用材料要求。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种镍铬硅青铜合金的加工工艺方法，其特征在于：镍铬硅青铜合金，化学成分质量百分比为：镍：1.60~2.5%、硅：0.5~0.8%、铬：0.10~0.3%、铜：余量、及不可避免的杂质总和：≤0.25%；其中杂质总和中：铁：≤0.05%、锰：≤0.05%、铅：≤0.01%、锌：≤0.05%、锡：≤0.02%、铝：≤0.01%、磷：≤0.005%、镁：≤0.05%；各组份之和为百分之百；

加工方法为：配料→熔铸→锯切→加热→水封挤压→拉伸→退火→拉伸→成品时效退火→包装入库；其加工工艺关键在于：配料、熔铸、加热、水封挤压、拉伸、退火、拉伸及成品时效退火，余下为现有工艺，现分述如下：

配料：依据配方要求进行配料；

熔铸：采用中频感应电炉进行熔炼，加料顺序为电铜+ Ni+Si+ Cr+旧料，采用木炭覆盖，熔炼出炉温度为1250—1350℃，Ni、Si、Cr投炉前要复称，其中Cr为纯金属添加；采用烟灰覆盖半连续红锭铸造，铸造速度30～40 mm/min，一次水压力为20～60 Kpa，二次水流量为20～40升/分钟；

锯切：采用锯床对铸锭进行头尾锯切；

加热：采用加热炉对锯切后的铸锭进行加热，加热温度：870-920℃、加热时间：1.5-2.5小时；

水封挤压：采用油压机及配套的挤压模具对加热后的铸锭进行水封挤压，挤压速度：20-40mm/s、挤压比：10-23、水封挤压温度：850-900℃；

拉伸：采用拉伸机对水封挤压后的棒材或管材或型材等坯料进行拉伸，拉伸速度：4-15m/min、拉伸系数：1.18-1.26、拉伸道次：12次；

退火：采用退火炉对拉伸后的棒材或管材或型材等坯料进行中间退火，退火温度：500-600℃、退火时间：1.5-3小时；

拉伸：采用拉伸机对退火后的棒材或管材或型材等坯料进行最后道次的拉伸至成品规格，拉伸速度：4-15m/min、拉伸系数：1.16-1.25；

成品时效退火：采用退火炉对各种拉伸成品进行成品时效退火，退火温度：400-500℃、退火时间：2-4小时；

锯切：可使用带锯切成品定尺，或在挤压车间710快速锯或慢速锯上切成品定尺；

包装入库：按合同要求对成品退火后的棒材或管材或型材进行包装及入库。

锯切工艺切成品定尺时可切好试样，每批成品应取2个拉力试样（Rm，Rp0.2，A），2个电阻率试样。

这些技术方案，包括改进的技术方案以及进一步改进的技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。

各添加元素在合金中的作用：

添加镍：镍在铜中无限互溶形成连续固溶体，铜-镍合金具有好的耐蚀性、电学性能和中等强度、高塑性，能够冷热态压力加工；若含量高于上限则增加生产成本，低于下限则起不到添加效果。

添加硅：硅在铜中室温溶解度为2%，其沉淀强化效果很微弱，硅能提高铜的硬度和强度，不降低其加工塑性。硅青铜具有力学性能高、耐蚀、耐磨、焊接性能好、可冷热态压力加工等特性；若高于上限则降低合计综合性能，低于下限则起不到添加作用。

添加铬：铬少量固溶于铜，能细化铜的晶粒，减弱易熔杂质的有害影响，改善铜的高温塑性。铬对铜的导电性和导热性降低较少，含少量铬的铜合金是良好的电工材料；若高于上限则大大增加工艺难度，若低于下限则起不到添加效果。

通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：

本发明提供的镍铬硅青铜作为核电设备的关键材料，用于制作其各个关键部件，可以满足使用各种高强高导铜合金要求，性能达到：状态为Y（硬）；抗拉强度（Rm）≥600Mpa；规定非比例延伸强度（Rp0.2）≥540Mpa；伸长率（A）≥8%；电阻率：0.045~0.059 Ω·mm²/m。其寿命也能满足核电设备的安全运行，完全可以替代国外进口材料。

具体实施方式

下面结合实施例进一步进行说明本发明。本专利涉及的材料性能，如无特殊说明，均是在GB/T228.1-2010标准下的测试数据。

实施例1：QSi0.6-2-0.2型材，规格：31×67型材

配料：依据配方要求进行配料：铜：余量、镍：1.60%、硅：0.5%、铬：0.10%、及不可避免的杂质总和：0.23%构成，其中杂质总和中：铁：0.04%、锰：0.05%、铅：0.005%、锌：0.05%、锡：0.02%、铝：0.01%、磷：0.005%、镁：0.05%；各组份之和为百分之百。

熔铸：采用中频感应电炉进行熔炼，加料顺序为电铜+ Ni+Si+ Cr+旧料，采用木炭覆盖，熔炼出炉温度为1250℃，Ni、Si、Cr投炉前要复称，其中Cr为纯金属添加；采用烟灰覆盖半连续红锭铸造，铸造速度30 mm/min，一次水压力为40 Kpa，二次水流量为30升/分钟；

锯切：采用锯床对铸锭进行头尾锯切；

加热：采用加热炉对锯切后的铸锭进行加热，加热温度：870℃、加热时间：1.5小时；

水封挤压：采用油压机及配套的挤压模具对加热后的铸锭进行水封挤压，挤压速度：30mm/s、挤压比：18、水封挤压温度：850℃；

拉伸：采用拉伸机对水封挤压后的型材坯料进行拉伸，拉伸速度：8m/min、拉伸系数：1.2、拉伸道次：12次；

退火：采用退火炉对拉伸后的型材坯料进行中间退火，退火温度：550℃、退火时间：2小时；

拉伸：采用拉伸机对退火后的型材坯料进行最后道次的拉伸至成品规格，拉伸速度：10m/min、拉伸系数：1.2；

成品时效退火：采用退火炉对拉伸成品进行成品时效退火，退火温度：450℃、退火时间：3小时；

锯切：可使用带锯切成品定尺，或在挤压车间710快速锯或慢速锯上切成品定尺。切成品定尺时可切好试样，每批成品应取2个拉力试样（Rm，Rp0.2，A），2个电阻率试样。

包装入库：按合同要求对成品退火后的型材进行包装及入库。

本发明提供的镍铬硅青铜作为核电设备的关键材料，用于制作其各个关键部件，可以满足使用各种高强高导铜合金要求，性能达到：状态为Y（硬）；抗拉强度（Rm）：610Mpa；规定非比例延伸强度（Rp0.2）：550Mpa；伸长率（A）：8%；电阻率：0.05 Ω·mm²/m。其寿命也能满足核电设备的安全运行，完全可以替代国外进口材料。

实施例2：规格：Ф45mm棒材

配料：依据配方要求进行配料：铜：余量、镍： 2.5%、硅： 0.8%、铬： 0.3%、及不可避免的杂质总和：0.21%构成，其中杂质总和中：铁：0.05%、锰：0.04%、铅：0.006%、锌：0.045%、锡：0.01%、铝：0.01%、磷：0.004%、镁：0.045%；各组份之和为百分之百。

熔铸：采用中频感应电炉进行熔炼，加料顺序为电铜+ Ni+Si+ Cr+旧料，采用木炭覆盖，熔炼出炉温度为1350℃，Ni、Si、Cr投炉前要复称，其中Cr为纯金属添加；采用烟灰覆盖半连续红锭铸造，铸造速度30 mm/min，一次水压力为30 Kpa，二次水流量为20升/分钟；

锯切：采用锯床对铸锭进行头尾锯切；

加热：采用加热炉对锯切后的铸锭进行加热，加热温度：920℃、加热时间：2.5小时；

水封挤压：采用油压机及配套的挤压模具对加热后的铸锭进行水封挤压，挤压速度：20mm/s、挤压比：20、水封挤压温度：900℃；

拉伸：采用拉伸机对水封挤压后的棒材坯料进行拉伸，拉伸速度：10m/min、拉伸系数：1.18、拉伸道次：10次；

退火：采用退火炉对拉伸后的棒材坯料进行中间退火，退火温度：500℃、退火时间：1.5小时；

拉伸：采用拉伸机对退火后的棒材坯料进行最后道次的拉伸至成品规格，拉伸速度：8m/min、拉伸系数：1.16；

成品时效退火：采用退火炉对拉伸成品进行成品时效退火，退火温度：400℃、退火时间：2小时；

包装入库：按合同要求对成品退火后的棒材进行包装及入库。

本发明提供的镍铬硅青铜作为核电设备的关键材料，用于制作其各个关键部件，可以满足使用各种高强高导铜合金要求，性能达到：状态为Y（硬）；抗拉强度（Rm）：605Mpa；规定非比例延伸强度（Rp0.2）：548Mpa；伸长率（A）：9%；电阻率：0.045Ω·mm²/m。其寿命也能满足核电设备的安全运行，完全可以替代国外进口材料。

实施例3：规格：Ф65×7.25mm管材

配料：依据配方要求进行配料：铜：余量、镍：2.0%、硅：0.6%、铬： 0.2%、及不可避免的杂质总和：0.20%构成，其中杂质总和中：铁：0.045%、锰：0.03%、铅：0.005%、锌：0.042%、锡：0.018%、铝：0.008%、磷：0.004%、镁：0.048%；各组份之和为百分之百。

熔铸：采用中频感应电炉进行熔炼，加料顺序为电铜+ Ni+Si+ Cr+旧料，采用木炭覆盖，熔炼出炉温度为1280℃，Ni、Si、Cr投炉前要复称，其中Cr为纯金属添加；采用烟灰覆盖半连续红锭铸造，铸造速度40 mm/min，一次水压力为50 Kpa，二次水流量为40升/分钟；

锯切：采用锯床对铸锭进行头尾锯切；

加热：采用加热炉对锯切后的铸锭进行加热，加热温度：890℃、加热时间：2小时；

水封挤压：采用油压机及配套的挤压模具对加热后的铸锭进行水封挤压，挤压速度：40mm/s、挤压比：21、水封挤压温度：870℃；

拉伸：采用拉伸机对水封挤压后的管材坯料进行拉伸，拉伸速度：15m/min、拉伸系数：1.26、拉伸道次：13次；

退火：采用退火炉对拉伸后的管材坯料进行中间退火，退火温度：600℃、退火时间：3小时；

拉伸：采用拉伸机对退火后的管材坯料进行最后道次的拉伸至成品规格，拉伸速度：13m/min、拉伸系数：1.23；

成品时效退火：采用退火炉对拉伸成品进行成品时效退火，退火温度：500℃、退火时间：4小时；

包装入库：按合同要求对成品退火后的管材进行包装及入库。

本发明提供的镍铬硅青铜作为核电设备的关键材料，用于制作其各个关键部件，可以满足使用各种高强高导铜合金要求，性能达到：状态为Y（硬）；抗拉强度（Rm）：615Mpa；规定非比例延伸强度（Rp0.2）：545Mpa；伸长率（A）：8.5%；电阻率：0.058 Ω·mm²/m。其寿命也能满足核电设备的安全运行，完全可以替代国外进口材料。

Claims

1.一种镍铬硅青铜合金的加工工艺方法，其特征是：镍铬硅青铜合金化学成分质量百分比为：镍：1.60~2.5%、硅：0.5~0.8%、铬：0.10~0.3%、铜：余量、及不可避免的杂质总和：≤0.25%；其中杂质总和中：铁：≤0.05%、锰：≤0.05%、铅：≤0.01%、锌：≤0.05%、锡：≤0.02%、铝：≤0.01%、磷：≤0.005%、镁：≤0.05%；各组份之和为百分之百；加工方法为：配料→熔铸→锯切→加热→水封挤压→拉伸→退火→拉伸→成品时效退火→包装入库；具体步骤为：

配料：依据配方要求进行配料；

熔炼：采用中频感应电炉进行熔炼，加料顺序为电铜+ Ni+Si+ Cr+旧料，采用木炭覆盖，熔炼出炉温度为1250-1350℃，Ni、Si、Cr投炉前要复称，其中Cr为纯金属添加；

铸造：采用烟灰覆盖半连续红锭铸造，铸造速度30～40 mm/min，一次水压力为20～60 Kpa，二次水流量为20～40升/分钟；

锯切：采用锯床对铸锭进行头尾锯切；

退火：采用退火炉对拉伸后的棒材或管材或型材坯料进行中间退火，退火温度：500-600℃、退火时间：1.5-3小时；

拉伸：采用拉伸机对退火后的棒材或管材或型材坯料进行最后道次的拉伸至成品规格，拉伸速度：4-15m/min、拉伸系数：1.16-1.25；

锯切：使用带锯切成品定尺，或在挤压车间710快速锯或慢速锯上切成品定尺；

2.根据权利要求1所述镍铬硅青铜合金的加工工艺方法，其特征是：锯切成品定尺时切好试样，每批成品取2个拉力试样，2个电阻率试样。