CN102634689A - 一种石油化工装备用稀土铜合金棒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石油化工装备用稀土铜合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量0.1-0.3％的稀土元素，占合金棒总重量0.3-0.6％的磷，占合金棒总重量5-7％的锡，余量为铜。本发明还涉及一种制备石油化工装备用稀土铜合金棒方法。该方法在铜合金中加入镧元素，加入镧元素的合金材料由于其良好的耐磨性，使用寿命可达到20-30年甚至更长，这就避免了由于更换摩擦基础配件所导致的核电设备的停运，保证了整个设备的稳定性。

Description

一种石油化工装备用稀土铜合金棒及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种石油化工装备用稀土铜合金棒及其制备方法。

背景技术

随着石油化工业的迅猛发展，人们对石油化工装备上所用各类轴套、连杆、曲轴的要求也越来越高，但是传统的铜锌合金材料已不能满足其要求，特别体现在对硬度及耐磨性的要求上。众所周知，石油化工业是基础性产业，它为农业、能源、交通、机械、电子、纺织、轻工、建筑、建材等工农业和人民日常生活提供配套和服务，在国民经济的发展中起着举足轻重的作用，如果石油化工业中所使用的装备的主要配件性能较差及不稳定将造成不可预知的后果。

传统以H65黄铜或T2紫铜为材质的核电用铜轴套及连杆，由于其耐磨性很差，常用寿命通常仅为4-6年，而且更换方式极为复杂，甚至可能导致整个核电系统的停止运行，甚至会导致核电事故。

镧，原子系数57，原子量13.89055，质子相对质量为57.399，熔点为920℃，密度为6.7，沸点为3469℃，在地壳中的含量为0.00183％，是稀土元素中含量最丰富的一个。呈银白色的软金属，具有延展性，化学性质活泼。在铜合金中加入镧元素可大大增强其硬度及耐磨性。但是，目前该元素在此类方面运用还是空白。

发明内容

本发明的目的是提供一种石油化工装备用稀土铜合金棒及其制备方法，改善现有技术中铜合金棒的硬度及耐磨性。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种石油化工装备用稀土铜合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量0.1-0.3％的稀土元素，占合金棒总重量0.3-0.6％的磷，占合金棒总重量5-7％的锡，余量为铜。

在本发明的实施例中，稀土元素为镧。

在本发明的实施例中，铜为电解铜。

一种石油化工装备用稀土铜合金棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照上述配比将铜、锡、稀土元素、磷置于工频电炉内，加热至1400℃-1450℃，待完全熔化后将液态合金保温至1650℃；

2)将保温2小时后的液态合金充分搅拌，表面覆盖事先干燥过的木炭粉，之后加入氧化硅除渣剂，充分搅拌并捞出表面浮渣；

3)进行引锭操作，得到合金锭；

4)将步骤3)得到的合金锭的表面夹杂及其他缺陷去除，并将合金锭放入真空退火炉中退火，将合金锭从退火炉中取出并置于常温下自然冷却后置于第一硫酸溶液中酸洗，之后将合金锭表面的退火氧化皮去除；

5)将步骤4)处理后的合金锭放入铜锭加热炉中加热，温度为640-660℃，将合金挤压成合金毛坯棒，将合金毛坯棒立即置于第二硫酸溶液中酸洗，在提高其淬火硬度的同时将其表面的因挤压所产生的氧化皮去除；

6)将步骤5)处理后的合金毛坯棒的一端制头，将合金棒通过剥皮拉伸成为合金坯料棒材，将坯料棒材放入退火炉中退火，将退火后的合金棒再次酸洗制头拉伸成成品规格的外径；

7)将步骤6)所得合金棒矫直锯切成成品规格的长度。

在本发明公开的制备方法的实施例中的步骤2)中，覆盖事先干燥过的木炭粉的厚度为15-30cm，静止覆盖时间为1-1.5小时。

在本发明公开的制备方法的实施例中的步骤3)中，采取结晶器间歇铸造及水平振动相结合的方法进行引锭操作，结晶器间歇铸造及水平振动相结合的方法包括：

在引锭棒将液态合金从石墨套中引出至引锭机构双滚滑轮之间采用结晶器间歇振动；

在合金锭顺利通过引锭机构滑轮后将引锭棒从合金锭前端取下，检查合金锭端口截面无任何气孔后引锭方法改为结晶器水平铸锭法；以及

检测合金锭硬度。

在本发明公开的制备方法的实施例中的步骤4)中，退火温度控制为600-620℃，退火时间为4-4.5小时。

在本发明公开的制备方法的实施例中的步骤4)中，第一硫酸溶液的浓度为15％-16％。

在本发明公开的制备方法的实施例中的步骤5)中，第二硫酸溶液的浓度为10％-12％。

在本发明公开的制备方法的实施例中的步骤6)中，退火温度为450-500℃。

本发明将镧加入到铜合金当中，利用镧元素的化学活泼性将合金硬度由原来的70-80HBS提升至230-300HBS，提高了该合金棒的环保性能，能够改善合金的抗拉强度及延伸率。加入镧元素的合金材料由于其良好的耐磨性，使用寿命可达到20-30年甚至更长，这就避免了由于更换摩擦基础配件所导致的核电设备的停运，保证了整个设备的稳定性。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。

实施例1

石油化工装备用稀土铜合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量0.1％的稀土(镧)，占合金棒总重量0.3％的磷，占合金棒总重量5％的锡，余量为铜。

上述石油化工装备用稀土铜合金棒成品通过以下方法得到：

步骤一：按照配比将铜、锡、稀土元素(镧)、磷置于工频电炉内，加热至1400℃-1450℃完全熔化后保温至1650℃。

步骤二：将保温2小时后的液态合金充分搅拌，表面覆盖事先干燥过的木炭粉，厚度为15-30cm，静止覆盖时间为1-1.5小时，加入特制氧化硅除渣剂，充分搅拌并捞出表面浮渣。

步骤三：引锭采取结晶器间歇铸造及水平振动相结合的方法。即：在引锭棒将液态合金从石墨套中引出至引锭机构双滚滑轮之间采用结晶器间歇振动，振动频率为0.5次/秒，以保证结晶器与引锭滑轮的水平直度，防止合金锭意外断裂。在合金锭顺利通过引锭机构滑轮后成功将引锭棒从合金锭前端去下，并检查合金锭端口截面无任何气孔后引锭方法改为结晶器水平铸锭法，频率为1次/秒。铸锭规格外径为150mm，长度为350mm。并检测其硬度是否达到布氏硬度280-290HBS。

步骤四：采用光锭机将表面夹杂及其他缺陷去除，外径尺寸控制到145mm，并将该合金锭放入真空退火炉中退火，温度控制为600-620℃，退火时间为4-4.5小时。将合金锭从退火炉中取出并置于常温下自然冷却后放于15％-16％的稀硫酸池中酸洗，之后将合金锭表面的退火氧化皮用光锭机去除，外径控制到140mm。

步骤五：将合金锭放入铜锭加热炉中加热，温度为640-660℃，采用1600吨挤压机液压双动挤压法，挤压筒工作前预热温度为350-450℃，预热方式为电阻加热，挤压速度V＝15mm/s，挤压模角α＝70度，挤压模具定径带长度为9mm。将合金挤压成外径为￠70mm的合金毛坯棒，将毛坯棒立即放入浓度为10％-12％的硫酸液中酸洗，在提高其淬火硬度的同时迅速将其表面的因挤压所产生的氧化皮去除。

步骤六：通过制头机将合金棒的一端制头，规格为外径￠62mm，长度为210mm，用变频拉伸机及特制钨钢模具将合金棒通过剥皮拉伸成为外径￠50mm的合金坯料棒材。将棒料放入连续式光亮退火炉中退火，退火温度为450-500℃，转速为3米/分钟，将退火后的合金棒再次酸洗制头拉伸为外径￠35mm，公差为+/-0.02mm的成品规格。

步骤七：将外径为￠35mm的成品合金棒矫直锯切成长度为1.5米/支的成品后进行点式涡流探伤，挑出有内伤，气孔等缺陷的合金棒。

步骤八：包装并入库。

实施例2

石油化工装备用稀土铜合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量0.3％的稀土元素，占合金棒总重量0.6％的磷，占合金棒总重量7％的锡，余量为电解铜。

上述石油化工装备用稀土铜合金棒成品通过与实施例1相同的方法得到。

实施例3

石油化工装备用稀土铜合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量0.2％的稀土元素，占合金棒总重量0.5％的磷，占合金棒总重量6％的锡，余量为铜。

上述石油化工装备用稀土铜合金棒成品通过与实施例1相同的方法得到。

比较例1

传统铜合金棒由以下组分组成：占合金棒总重量64-66％的铜，余量为锌。

比较例2

传统铜合金棒由以下组分组成：占合金棒总重量99.91％的铜，余量为杂质。

本发明的石油化工装备用稀土铜合金棒以及传统铜合金棒的机械性能如表1所示。

表1

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 (10)

1.一种石油化工装备用稀土铜合金棒，其特征在于，由以下组分组成：占合金棒总重量0.1-0.3％的稀土元素，占合金棒总重量0.3-0.6％的磷，占合金棒总重量5-7％的锡，余量为铜。

2.根据权利要求1所述的石油化工装备用稀土铜合金棒，其特征在于，稀土元素为镧。

3.根据权利要求1所述的石油化工装备用稀土铜合金棒，其特征在于，铜为电解铜。

4.一种如权利要求1至3中任一项所述的石油化工装备用稀土铜合金棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照配比将铜、锡、稀土元素、磷置于工频电炉内，加热至1400℃-1450℃，待完全熔化后将液态合金保温至1650℃；

2)将保温2小时后的液态合金充分搅拌，表面覆盖事先干燥过的木炭粉，之后加入氧化硅除渣剂，充分搅拌并捞出表面浮渣；

3)进行引锭操作，得到合金锭；

4)将步骤3)得到的合金锭的表面夹杂及其他缺陷去除，并将合金锭放入真空退火炉中退火，将合金锭从退火炉中取出并置于常温下自然冷却后置于第一硫酸溶液中酸洗，之后将合金锭表面的退火氧化皮去除；

5)将步骤4)处理后的合金锭放入铜锭加热炉中加热，温度为640-660℃，将合金挤压成合金毛坯棒，将合金毛坯棒立即置于第二硫酸溶液中酸洗，在提高其淬火硬度的同时将其表面的因挤压所产生的氧化皮去除；

6)将步骤5)处理后的合金毛坯棒的一端制头，将合金棒通过剥皮拉伸成为合金坯料棒材，将坯料棒材放入退火炉中退火，将退火后的合金棒再次酸洗制头拉伸成成品规格的外径；

7)将步骤6)所得合金棒矫直锯切成成品规格的长度。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，覆盖事先干燥过的木炭粉的厚度为15-30cm，静止覆盖时间为1-1.5小时。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，采取结晶器间歇铸造及水平振动相结合的方法进行引锭操作，结晶器间歇铸造及水平振动相结合的方法包括：

在引锭棒将液态合金从石墨套中引出至引锭机构双滚滑轮之间采用结晶器间歇振动；

在合金锭顺利通过引锭机构滑轮后将引锭棒从合金锭前端取下，检查合金锭端口截面无任何气孔后引锭方法改为结晶器水平铸锭法；以及

检测合金锭硬度。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，退火温度控制为600-620℃，退火时间为4-4.5小时。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，第一硫酸溶液的浓度为15％-16％。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，第二硫酸溶液的浓度为10％-12％。

10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤6)中，退火温度为450-500℃。