CN103540789B - 一种结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒及其热处理工艺 - Google Patents
一种结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒及其热处理工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及铜合金领域，尤其是一种结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒及其热处理工艺。按质量百分比计，该合金的化学成分如下：Mg0.5%～1.5%；P0.015%～0.02%；Te0.08%～0.2%；富铈稀土0.04%～0.08%；Cu余量。本发明用于生产结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，经过固溶处理、均匀化退火处理、去应力退火处理后，其抗拉强度Ra：460MPa-500MPa，电导率≧78%IACS，热导系数390-430（W/℃·m），再结晶温度≧450℃，耐磨性好，完全可满足结晶器的使用要求并在较低成本下实现结晶器寿命的大幅提高。本发明可以解决现在制备结晶器所用紫铜、磷铜等的强度、再结晶温度、高温性能等综合指标达不到使用要求以及铬锆铜合金板生产难度大、产品质量无法保证的问题。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金领域，尤其是一种结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒及其热处理工艺。
背景技术
高性能结晶器是连铸工艺需要的一种重要部分，其要求是导热性好、再结晶温度高、强度高、耐磨性好、寿命长。近年来，结晶器用铜合金材料更新换代的速度越来越快，由原来的普通紫铜（T2）、磷脱氧铜（TP2）、银铜（Tag0.1）逐步过渡到铬锆铜合金。紫铜和CuAg合金的传导性较好，但力学性能较差，不适合长期连续工作的结晶器，且CuAg合金的耐磨性较差。铬锆铜合金的传导性和各种性能指标均较好，但目前生产高质量的铬锆铜合金还有相当大的难度。而在上述四种合金中，磷脱氧铜和紫铜价格便宜，其他两种合金价格较贵。
在兼顾使用性能和经济效益的同时，要寻找新的合金应用于结晶器中，想通过添加元素来提高纯铜的高温强度和软化温度，势必导致导电性、导热性的下降，从而使结晶器温度上升，这不仅抵消了提高强度和提高软化温度的效果，而且还降低了结晶器内钢水的散热，减缓了结晶器内铸锭带凝壳的成长。因此，在选择结晶器材料时，必须把握结晶器材料所需要的导热率，并综合考虑材料的屈服强度和软化温度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒及其热处理工艺，解决现在制备结晶器所用铜合金的强度、再结晶温度、高温性能等综合指标达不到使用要求以及铬锆铜合金板生产难度大、产品质量无法保证的问题。
本发明的技术方案是：
一种结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金的化学成分如下：
Mg0.5%～1.5%；P0.015%～0.02%；Te0.08%～0.2%；富铈稀土0.04%～0.08%；Cu余量。
所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金优选的化学成分如下：
Mg0.9%～1.1%；P0.016%～0.018%；Te0.13%～0.15%；富铈稀土0.05%～0.06%；Cu余量。
所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金优佳的化学成分如下：
Mg0.93%；P0.017；Te0.14%；富铈稀土0.05%；余量为Cu。
所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金优佳的化学成分如下：
Mg1.0%；P0.017%；Te0.15%；富铈稀土0.06%；余量为Cu。
所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金优佳的化学成分如下：
Mg1.0%；P0.018%；Te0.13%；富铈稀土0.05%；余量为Cu。
所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金优佳的化学成分如下：
Mg1.1%；P0.016%；Te0.15%；富铈稀土0.06%；余量为Cu。
所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，该合金的相关技术参数是：其抗拉强度Ra：460MPa-500MPa，电导率≧78%IACS，热导系数390-430（W/℃·m），再结晶温度≧450℃。
所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，富铈稀土的成分含量为：Ce65-75%；La10-20%；Nd10-20%；Pr5-10%。
所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒的热处理工艺，包括如下步骤：
（1）第一次热处理在850℃～900℃下保温1～2小时进行固溶处理，水淬，使添加的合金元素固溶到铜母相中，以减少金属间化合物的产生；
（2）第二次热处理在700℃～800℃下保温6～8小时均匀化退火处理，达到组织均匀化的目的；
（3）第三次热处理在350℃～430℃下保温3～5小时退火处理，去除残余应力。
所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒的热处理工艺，第一次热处理中采用保护气氛，保护气氛为氮气或真空；第二次热处理中采用保护气氛，保护气氛为氮气或真空；第三次热处理中采用还原气氛，还原气氛为水蒸气、氢气或煤气。
本发明Cu-Mg-Te-P合金棒的设计思想是：
Mg虽与P反应但大部分固溶于Cu在中，虽较低的损害导电性，但不仅可改善合金的高温性能，使合金再结晶温度大幅提高，还可以在冶炼过程中起到除气除氧作用，提高铸锭的质量。本发明中，合适的Mg含量为0.5%～1.5%。
Te含量较低时，几乎不影响铜合金的导电性，但可显著提高铜合金的抗电弧及可切削性。本发明中，合适的Te含量为0.08%～0.2%。
P改善耐蚀性和铸造时的流动性，含量低对导电导热影响很小。本发明中，合适的P含量为0.015%～0.02%。
富铈稀土可净化组织、细化晶粒，提高铜合金的导电导热性并改善铜合金的高温冶金性能。本发明中，合适的富铈稀土含量为0.04%～0.08%。
基于上述方案，本发明的优点和有益效果是：
1、本发明可以解决现在制备结晶器所用紫铜、磷铜等的强度、再结晶温度、高温性能等综合指标达不到使用要求以及铬锆铜合金板生产难度大、产品质量无法保证的问题。
2、本发明的Cu-Mg-Te-P合金棒，其抗拉强度Ra：460MPa～500MPa，电导率≧78%IACS，热导系数390～430（W/℃·m），再结晶温度≧450℃，耐磨性好，完全可满足结晶器的使用要求。
3、本发明技术简单，成本低，经济效益好，是一种值得推广的结晶器专用铜棒材料。
4、在我国稀土的开采和应用时，会有大量的富铈稀土产生，而富铈稀土大量积压，导致我国稀土资源的开采和应用之间存在着严重的不平衡。富铈稀土中含有的Ce、La、Nd、Pr等合金元素，在铜合金中的固溶度较低，均匀化过程中很难获得较大的过饱和度，固溶强化和时效析出强化的作用较小。本发明Cu-Mg-Te-P合金通过添加适量富铈稀土元素，与Cu、Mg、Te、P各元素含量的协同作用下，可以提高铜合金棒材的导热性、高温强度、再结晶温度等性能，成本较低。
具体实施方式
本发明中，结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒的熔炼方法是：
首先，将铜原料投入到工频感应电炉中，木炭覆盖剂覆盖；然后，将炉温升到1180℃～1230℃，待炉料全部融化后添加富铈稀土（Ce65-75%；La10-20%；Nd10-20%；Pr5-10%），再依次添加中间合金：镁铜和碲铜，出炉前5～15分钟放入中间合金：磷铜；最后，进行成分调整，将铜合金熔融金属注入到铸型中制出铸锭。本发明中，合金元素镁、碲和磷采用中间合金的形式加入，能有效的解决碲、磷的烧损，以及高熔点的镁不易熔入等问题。
本发明中，结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒的热处理工艺，包括如下步骤：
（1）第一次热处理在850℃～900℃下保温1～2小时进行固溶处理，水淬，使添加的合金元素固溶到铜母相中，以减少金属间化合物的产生；第一次热处理中采用保护气氛，保护气氛为氮气或真空；
（2）第二次热处理在700℃～800℃下保温6～8小时均匀化退火处理，达到组织均匀化的目的；第二次热处理中采用保护气氛，保护气氛为氮气或真空；
（3）第三次热处理在350℃～430℃下保温3～5小时退火处理，去除残余应力；第三次热处理中采用还原气氛，还原气氛为水蒸气、氢气或煤气。
如上所述，可以制造出性能良好的结晶器专用的铜合金棒型材，下面通过实施例进一步详述本发明。
实施例1：
本实施例中结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金的化学成分如下：
Mg0.7%；P0.015；Te0.11%；富铈稀土0.04%；余量为Cu。
采用本发明所述的熔炼方法和热处理方法，获得该合金的相关技术参数是：
抗拉强度Ra：460MPa，电导率84%IACS，热导系数425（W/℃·m），再结晶温度465℃。
实施例2：
本实施例中结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金的化学成分如下：
Mg0.8%；P0.017%；Te0.15%；富铈稀土0.06%；余量为Cu。
采用本发明所述的熔炼方法和热处理方法，获得该合金的相关技术参数是：
抗拉强度Ra：475MPa，电导率81%IACS，热导系数403（W/℃·m），再结晶温度478℃。
实施例3：
本实施例中结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金的化学成分如下：
Mg1.0%；P0.018%；Te0.2%；富铈稀土0.05%；余量为Cu。
采用本发明所述的熔炼方法和热处理方法，获得该合金的相关技术参数是：
抗拉强度Ra：484MPa，电导率79%IACS，热导系数396（W/℃·m），再结晶温度490℃。
实施例4：
本实施例中结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金的化学成分如下：
Mg1.4%；P0.018%；Te0.15%；富铈稀土0.06%；余量为Cu。
采用本发明所述的熔炼方法和热处理方法，获得该合金的相关技术参数是：
抗拉强度Ra：493MPa，电导率78%IACS，热导系数398（W/℃·m），再结晶温度492℃。
实施例5：
本实施例中结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金的化学成分如下：
Mg0.93%；P0.017；Te0.14%；富铈稀土0.05%；余量为Cu。
采用本发明所述的熔炼方法和热处理方法，获得该合金的相关技术参数是：
抗拉强度Ra：485MPa，电导率83%IACS，热导系数426（W/℃·m），再结晶温度495℃。
实施例6：
本实施例中结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金的化学成分如下：
Mg1.0%；P0.017%；Te0.15%；富铈稀土0.06%；余量为Cu。
采用本发明所述的熔炼方法和热处理方法，获得该合金的相关技术参数是：
抗拉强度Ra：495MPa，电导率85%IACS，热导系数422（W/℃·m），再结晶温度497℃。
实施例7：
本实施例中结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金的化学成分如下：
Mg1.0%；P0.018%；Te0.13%；富铈稀土0.05%；余量为Cu。
采用本发明所述的熔炼方法和热处理方法，获得该合金的相关技术参数是：
抗拉强度Ra：488MPa，电导率82%IACS，热导系数428（W/℃·m），再结晶温度496℃。
实施例8：
本实施例中结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，按质量百分比计，该合金的化学成分如下：
Mg1.1%；P0.016%；Te0.15%；富铈稀土0.06%；余量为Cu。
采用本发明所述的熔炼方法和热处理方法，获得该合金的相关技术参数是：
抗拉强度Ra：492MPa，电导率81%IACS，热导系数430（W/℃·m），再结晶温度498℃。
实施例结果表明，本发明用于生产结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，其抗拉强度Ra：460MPa-500MPa，电导率≧78%IACS，热导系数390-430（W/℃·m），再结晶温度≧450℃，耐磨性好，完全可满足结晶器的使用要求并在较低成本下实现结晶器寿命的大幅提高。
Claims (9)
1.一种结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，其特征在于，按质量百分比计，该合金的化学成分如下：
Mg 0.5%～1.5%；P 0.015%～0.02%；Te 0.08%～0.2%；富铈稀土0.04%～0.08%；Cu余量；
所述Cu-Mg-Te-P合金棒的热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）第一次热处理在850℃～900℃下保温1～2小时进行固溶处理，水淬，使添加的合金元素固溶到铜母相中，以减少金属间化合物的产生；
（2）第二次热处理在700℃～800℃下保温6～8小时均匀化退火处理，达到组织均匀化的目的；
（3）第三次热处理在350℃～430℃下保温3～5小时退火处理，去除残余应力。
2.按照权利要求1所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，其特征在于，按质量百分比计，该合金优选的化学成分如下：
Mg 0.9%～1.1%；P 0.016%～0.018%；Te 0.13%～0.15%；富铈稀土0.05%～0.06%；Cu余量。
3.按照权利要求1所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，其特征在于，按质量百分比计，该合金优佳的化学成分如下：
Mg0.93%；P0.017；Te0.14%；富铈稀土0.05%；余量为Cu。
4.按照权利要求1所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，其特征在于，按质量百分比计，该合金优佳的化学成分如下：
Mg1.0%；P0.017%；Te0.15%；富铈稀土0.06%；余量为Cu。
5.按照权利要求1所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，其特征在于，按质量百分比计，该合金优佳的化学成分如下：
Mg1.0%；P0.018%；Te0.13%；富铈稀土0.05%；余量为Cu。
6.按照权利要求1所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，其特征在于，按质量百分比计，该合金优佳的化学成分如下：
Mg1.1%；P0.016%；Te0.15%；富铈稀土0.06%；余量为Cu。
7.按照权利要求1所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，其特征在于，该合金的相关技术参数是：其抗拉强度Ra：460MPa -500MPa，电导率≧78%IACS，热导系数390-430（W/℃·m），再结晶温度≧450℃。
8.按照权利要求1所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，其特征在于，富铈稀土的成分含量为：Ce 65-75%；La 10-20%；Nd 10-20%；Pr 5-10%。
9.按照权利要求1所述的结晶器专用的Cu-Mg-Te-P合金棒，其特征在于，第一次热处理中采用保护气氛，保护气氛为氮气或真空；第二次热处理中采用保护气氛，保护气氛为氮气或真空；第三次热处理中采用还原气氛，还原气氛为水蒸气、氢气或煤气。
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