CN102628118B - 核电汽轮机用可锻合金锭及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种核电汽轮机用可锻合金锭，该合金锭组分中包含铝、铁、锰、铼或镧或铈以及铜，其中合金锭各组分组成按重量百分比分别为：铝13-16％，铁1-3％，锰5-9％，铼或镧或铈0.2-1.5％，铜70.5-80.8％。在传统青铜锭中加入的稀土元素铼或镧或铈，很容易与铜等合金结合成型，大大增强了合金的可锻性及延展性，减少了产品在核电泵阀类型材中因锻打开裂而形成的损耗。另外，本发明提供的核电泵阀用可锻合金锭的制作方法，将传统的翻砂铸造法改为水平连续铸造法，减少了产品的内外气孔，使产品结晶更加细腻。
Description
技术领域
本发明涉及合金棒材领域，尤其涉及一种核电汽轮机用可锻合金锭及其制作方法。
背景技术
青铜锭具有良好的延展性和可锻性等性能，因此其应用较为广泛，其主要应用于核电汽轮机的技术领域中，具体是用于锻打成型各类阀块、耐磨泵块。但是，随着核电工业的大力发展，目前所使用的青铜锭已越来越不能满足国内外高标泵阀类合金锭的需求。另外，青铜锭制作的传统工艺为翻砂铸造，极易产生气孔表面夹杂，不易二次成型。
发明内容
本发明的目的是提供一种可锻性和延展性大幅提高且产品结晶细腻的核电汽轮机用可锻合金锭及其制作方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种核电汽轮机用可锻合金锭，该合金锭组分中包含铝、铁、锰、铼或镧或铈以及铜，其中合金锭各组分组成按重量百分比分别为：铝13-16％，铁1-3％，锰5-9％，铼或镧或铈0.2-1.5％，铜70.5-80.8％。
进一步地，合金锭各组分组成按重量百分比分别为：铝13％，铁1％，锰5％，铼或镧或铈0.2％，铜80.8％。
进一步地，合金锭各组分组成按重量百分比分别为：铝15％，铁2％，锰7％，铼或镧或铈1％，铜75％。
进一步地，合金锭各组分组成按重量百分比分别为：铝16％，铁3％，锰9％，铼或镧或铈1.5％，铜70.5％。
一种核电汽轮机用可锻合金锭制作方法，包括以下步骤：
i.按配比将铝、铁、锰、铼或镧或铈以及铜置于工频电炉内，加热至1280℃，完全熔化后保温；
ii.采用导流管直接将熔体引入结晶器；
iii.采用反推式铸造法铸造成实心合金锭；
iv.将上述合金锭锯切，后采用光锭机去除表面氧化皮及夹杂物；
v.将上述经锯切合金锭置于箱式真空光亮退火炉中退火后保温；
vi.将上述退火后的合金锭置于硫酸池中酸洗，然后采用光锭机车光表面。
进一步地，步骤ii.中的结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖有10-20mm厚度的炭黑。
进一步地，步骤iii.中铸造速度为5.5mm/h，选择结晶器高度为180mm，冷却水压力为0.1MPa，引锭温度为1320-1380℃。
进一步地，步骤vi.中退火温度为450-500℃，退火时间为1.5-2小时，保温时间为12小时，保温温度为300-320℃。
进一步地，步骤vii.中硫酸池中硫酸浓度为10％。
本发明的优点及有益效果：
本发明提供的核电汽轮机用可锻合金锭，在传统青铜锭中加入的稀土元素铼或镧或铈，很容易与铜等合金结合成型，大大增强了合金的可锻性及延展性，减少了产品在核电泵阀类型材中因锻打开裂而形成的损耗。另外，本发明提供的核电泵阀用可锻合金锭的制作方法，将传统的翻砂铸造法改为水平连续铸造法，减少了产品的内外气孔，使产品结晶更加细腻。
附图说明
图1.本发明提供的核电汽轮机用可锻合金锭的制作方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种核电汽轮机用可锻合金锭，该合金锭组分中包含铝、铁、锰、铼或镧或铈以及铜，其中合金锭各组分组成按重量百分比分别为：铝13-16％，铁1-3％，锰5-9％，铼或镧或铈0.2-1.5％，铜70.5-80.8％。
还提供一种核电汽轮机用可锻合金锭制作方法，如图所示，包括以下步骤：
i.按配比将铝、铁、锰、铼或镧或铈以及铜置于工频电炉内，加热至1280℃，完全熔化后保温；
ii.采用导流管直接将熔体引入结晶器；
iii.采用反推式铸造法铸造成实心合金锭；
iv.将上述合金锭锯切，后采用光锭机去除表面氧化皮及夹杂物；
v.将上述经锯切合金锭置于箱式真空光亮退火炉中退火后保温；
vi.将上述退火后的合金锭置于硫酸池中酸洗，然后采用光锭机车光表面。
进一步地，步骤ii.中的结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖有10-20mm厚度的炭黑。
进一步地，步骤iii.中铸造速度为5.5mm/h，选择结晶器高度为180mm，冷却水压力为0.1MPa，引锭温度为1320-1380℃。
进一步地，步骤vi.中退火温度为450-500℃，退火时间为1.5-2小时，保温时间为12小时，保温温度为300-320℃。
进一步地，步骤vii.中硫酸池中硫酸浓度为10％。
与传统核电汽轮机用可锻合金锭相比，本发明中铼或镧或铈的含量与核电汽轮机用可锻合金锭的延展性及可锻性改善关系的试验数据如以下表格所示：)
实施例1
一种核电汽轮机用可锻合金锭，该合金锭组分中包含铝、铁、锰、铼或镧或铈以及铜，其中合金锭各组分组成按重量百分比分别为：铝13％，铁1％，锰5％，铼或镧或铈0.2％，铜80.8％。
上述核电汽轮机用可锻合金锭的制作方法，包括以下步骤：
i.按铝13％、铁1％、锰5％、铼或镧或铈0.2％以及铜80.8％的配比置于工频电炉内，加热至1280℃，完全熔化后保温；
ii.该合金在铸造时极易发生偏析，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖有10-20mm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
iii.采用反推式铸造法铸造成实心合金锭，实心合金锭外径为205mm，铸造速度为5.50m/h，选择结晶器高度为180mm，冷却水压力为0.1MPa，引锭温度控制为1320-1380度；水平铸造过程中，石墨套底部外圆与结晶器壁之间的距离约为18-25mm，此敞露金属液面在保持一定静压力下的情况下进入结晶器，铸锭表面成微波浪状，但比较圆滑，铸锭长度为3000mm/支；
iv将上述合金锭锯切为300mm/支的长度，后采用光锭机去除表面氧化皮及夹杂物，外径控制为203mm，公差为+/-0.5mm；
v.将上述经锯切合金锭置于箱式真空光亮退火炉中退火，温度为450-500度，退火时间为1.5-2小时后，后保温12小时，温度为300-320度；
vi.将退火后的合金锭取出后置于硫酸池中酸洗，硫酸池中硫酸浓度为10％，然后采用光锭机车光表面至外径为200mm公差为+/-0.3mm的成品锭。
vii.包装并入库。
经过试验，以上所述合金棒的可锻性及延展性均得到大幅提高。如表1所示，传统的合金锭的延展率为5至18，添加了铼或镧或铈的合金锭延展率有较大的提升，当含有0.2％的铼或镧或铈的合金锭其延展率达到8至20，随着铼或镧或铈含量的增加，其延展率也不断增加，当铼或镧或铈含量达到1.5％时，延展率达到了15-25，可见，本发明提供的含铼或镧或铈的合金锭的延展性得到了大幅的提高。同时，添加了铼或镧或铈的合金锭较传统合金锭，锻打成品率也会随着铼或镧或铈的含量增加不断的提高，当铼或镧或铈含量达到1.5％时，锻打成品率可以由传统的80％至85％增加至90％至98％。
实施例2
一种核电汽轮机用可锻合金锭，该合金锭组分中包含铝、铁、锰、铼或镧或铈以及铜，其中合金锭各组分组成按重量百分比分别为：铝15％，铁2％，锰7％，铼或镧或铈1％，铜75％。
上述核电汽轮机用可锻合金锭的制作方法，包括以下步骤：
i.按铝15％，铁2％，锰7％，铼或镧或铈1％以及铜75％的配比置于工频电炉内，加热至1280℃，完全熔化后保温；
ii.该合金在铸造时极易发生偏析，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖有10-20mm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
iii.采用反推式铸造法铸造成实心合金锭，实心合金锭外径为205mm，铸造速度为5.50m/h，选择结晶器高度为180mm，冷却水压力为0.1MPa，引锭温度控制为1320-1380度；水平铸造过程中，石墨套底部外圆与结晶器壁之间的距离约为18-25mm，此敞露金属液面在保持一定静压力下的情况下进入结晶器，铸锭表面成微波浪状，但比较圆滑，铸锭长度为3000mm/支；
iv.将上述合金锭锯切为300mm/支的长度，后采用光锭机去除表面氧化皮及夹杂物，外径控制为203mm，公差为+/-0.5mm；
v.将上述经锯切合金锭置于箱式真空光亮退火炉中退火，温度为450-500度，退火时间为1.5-2小时后，后保温12小时，温度为300-320度；
vi.将退火后的合金锭取出后置于硫酸池中酸洗，硫酸池中硫酸浓度为10％，然后采用光锭机车光表面至外径为200mm公差为+/-0.3mm的成品锭。
vii.包装并入库。
经过试验，以上所述合金棒的可锻性及延展性均得到大幅提高。如表1所示，传统的合金锭的延展率为5至18，添加了铼或镧或铈的合金锭延展率有较大的提升，当含有0.2％的铼或镧或铈的合金锭其延展率达到8至20，随着铼或镧或铈含量的增加，其延展率也不断增加，当铼或镧或铈含量达到1.5％时，延展率达到了15-25，可见，本发明提供的含铼或镧或铈的合金锭的延展性得到了大幅的提高。同时，添加了铼或镧或铈的合金锭较传统合金锭，锻打成品率也会随着铼或镧或铈的含量增加不断的提高，当铼或镧或铈含量达到1.5％时，锻打成品率可以由传统的80％至85％增加至90％至98％。
实施例3
一种核电汽轮机用可锻合金锭，该合金锭组分中包含铝、铁、锰、铼或镧或铈以及铜，其中合金锭各组分组成按重量百分比分别为：铝16％，铁3％，锰9％，铼或镧或铈1.5％，铜70.5％。
上述核电汽轮机用可锻合金锭的制作方法，包括以下步骤：
i.按铝16％，铁3％，锰9％，铼或镧或铈1.5％以及铜70.5％的配比置于工频电炉内，加热至1280℃，完全熔化后保温；
ii.该合金在铸造时极易发生偏析，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖有10-20mm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
iii.采用反推式铸造法铸造成实心合金锭，实心合金锭外径为205mm，铸造速度为5.50m/h，选择结晶器高度为180mm，冷却水压力为0.1MPa，引锭温度控制为1320-1380度；水平铸造过程中，石墨套底部外圆与结晶器壁之间的距离约为18-25mm，此敞露金属液面在保持一定静压力下的情况下进入结晶器，铸锭表面成微波浪状，但比较圆滑，铸锭长度为3000mm/支；
iv.将上述合金锭锯切为300mm/支的长度，后采用光锭机去除表面氧化皮及夹杂物，外径控制为203mm，公差为+/-0.5mm；
v.将上述经锯切合金锭置于箱式真空光亮退火炉中退火，温度为450-500度，退火时间为1.5-2小时后，后保温12小时，温度为300-320度；
vi.将退火后的合金锭取出后置于硫酸池中酸洗，硫酸池中硫酸浓度为10％，然后采用光锭机车光表面至外径为200mm公差为+/-0.3mm的成品锭。
vii.包装并入库。
经过试验，以上所述合金棒的可锻性及延展性均得到大幅提高。如表1所示，传统的合金锭的延展率为5至18，添加了铼或镧或铈的合金锭延展率有较大的提升，当含有0.2％的铼或镧或铈的合金锭其延展率达到8至20，随着铼或镧或铈含量的增加，其延展率也不断增加，当铼或镧或铈含量达到1.5％时，延展率达到了15-25，可见，本发明提供的含铼或镧或铈的合金锭的延展性得到了大幅的提高。同时，添加了铼或镧或铈的合金锭较传统合金锭，锻打成品率也会随着铼或镧或铈的含量增加不断的提高，当铼或镧或铈含量达到1.5％时，锻打成品率可以由传统的80％至85％增加至90％至98％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
Claims (6)
1.一种核电汽轮机用可锻合金锭制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
i.按重量百分比分别为铝13-16%，铁1-3%，锰5-9%，铼或镧或铈0.2-1.5%，铜70.5-80.8%的配比将铝、铁、锰、铼或镧或铈以及铜置于工频电炉内，加热至1280℃，完全熔化后保温；
ii.采用导流管直接将熔体引入结晶器；
iii.采用反推式铸造法铸造成实心合金锭；
iv.将上述合金锭锯切，后采用光锭机去除表面氧化皮及夹杂物；
v.将上述经锯切合金锭置于箱式真空光亮退火炉中退火后保温；
vi.将上述退火后的合金锭置于硫酸池中酸洗，然后采用光锭机车光表面。
2.根据权利要求1所述的核电汽轮机用可锻合金锭制作方法，其特征在于，步骤ii.中的结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖有10-20mm厚度的炭黑。
3.根据权利要求1所述的核电汽轮机用可锻合金锭制作方法，其特征在于，步骤iii.中铸造速度为5.5mm/h，选择结晶器高度为180mm，冷却水压力为0.1MPa，引锭温度为1320-1380℃。
4.根据权利要求1所述的核电汽轮机用可锻合金锭制作方法，其特征在于，步骤v.中退火温度为450-500℃，退火时间为1.5-2小时，保温时间为12小时，保温温度为300-320℃。
5.根据权利要求1所述的核电汽轮机用可锻合金锭制作方法，其特征在于，步骤vi.中硫酸池中硫酸浓度为10%。
6.一种由权利要求1-5所述任一方法制造的核电汽轮机用可锻合金锭。
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