CN108273973B - 一种采用水平连铸工艺生产碲青铜棒的方法 - Google Patents

一种采用水平连铸工艺生产碲青铜棒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用水平连铸工艺生产碲青铜棒的方法，其包括如下步骤：以重量百分比计，按Te 0.4～0.7％、P 0.004～0.012％、Mg≤0.01％、稀土≤0.035％、Cu余量进行配料；按将原料分别在熔化炉和保温炉中熔炼，熔炼温度为1150℃～1300℃；对熔炼后的原料进行引拉，获得中间品碲青铜棒，其中引拉温度为1150℃～1300℃，牵引速度为200mm/min～300mm/min，截距为4～8mm；将中间品碲青铜棒依次进行扒皮、延伸和退火、压光矫直，获得成品碲青铜棒。本发明所述的碲青铜棒水平连铸工艺在保温炉直接加入碲，同时进行保护，减少碲的烧损，连铸出来的棒材表面质量完好，成分均匀，无需进行挤压操作，直接得到需要的毛坯，该水平连铸工艺有利于降低生产成本，提高生产的高效性，弥补了水平连铸工艺生产碲青铜棒材的空白。

Description

一种采用水平连铸工艺生产碲青铜棒的方法
技术领域
本发明涉及熔炼铸造领域，尤其涉及一种碲青铜棒的生产方法，其采用水平连铸工艺。
背景技术
碲铜属于青铜的一种，主要合金原属包括Te、P、Cu，用以填补铜合金紧密加工材料的空白。碲铜合金材料兼顾了极好的易切削性能和优良的导电、导热性能，同时具备抗腐蚀和抗电烧蚀性能，冷热加工性能较好，可锻造、铸造、挤压拉制、冲制模压。产品可加工成板、片、棒、丝、管等型材和多种异型材，可以很好的适应我国汽车行业，电子行业快速发展，对高导电高导热易加工的铜合金的需求。
在以往碲青铜的生产过程中，主要以挤压方式生产碲青铜棒材。从生产工艺角度考虑，传统的碲青铜棒材生产采用挤压工艺使得生产工序拉长，同时能耗、投资成本、设备运行成本均比较高；从技术角度考虑，碲青铜中的碲是一种易烧损的元素，会随着浇铸过程中发生烧损，进而熔体碲含量不断的降低，影响到材料成分的均匀性，从上述两方面考虑，虽然采用挤压工艺可以获得较好的材料微观组织，但是能耗、人力成本、设备成本、原料成本相对于水平连铸工艺均比较高，严重限制了碲青铜往高效、低耗的长期发展目标进程。上述挤压工艺导致碲青铜的生产成品居高不下，这严重限制了国内碲青铜行业的发展。
为降低生产成本，实现碲青铜的生产可持续发展，同时减少铸造过程碲青铜中碲的烧损，目前急需一种工艺更为先进的碲青铜棒的生产方法。在目前相关报告，均未涉及采用水平连铸的工艺生产碲青铜棒材的方法。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提出一种采用水平连铸生产碲青铜棒材的方法，其弥补了国内外碲青铜行业采用水平连铸工艺生产碲青铜棒材的空白，该水平连铸工艺可有利于降低生产成本，提高生产的高效性，进一步推动碲青铜行业的发展，对我国工业发展具有显著的推动作用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种碲青铜棒的生产方法，该生产方法采用水平连铸工艺，包括如下步骤：
步骤1)选取原料，其中按重量百分比计，所述原料成分包括：Te 0.4～0.7％，P0.004～0.012％，Mg≤0.01％，稀土≤0.035％，Cu余量；
步骤2)将步骤1)中原料按预定顺序分别在熔化炉和保温炉中熔炼，所述熔炼温度为1150℃～1300℃；
步骤3)将步骤2)中熔炼后的原料进行引拉，获得中间品碲青铜棒；其中引拉温度为1150℃～1300℃，牵引速度为200mm/min～300mm/min，截距为4～8mm；
步骤4)对步骤3)制得的中间品碲青铜棒依次进行扒皮、延伸和退火、压光矫直，获得成品碲青铜棒。
进一步地，在所述原料中，Cu采用紫铜排；Te采用纯碲，Te>99.5wt％；P用磷铜中间合金，其中磷的占比为12～20wt％(16％左右)；Mg采用纯镁块；稀土采用镧铈稀土，其稀土含量≥99.5wt％。
进一步地，所述步骤2)中的熔化炉和保温炉均采用300kg中频炉。
进一步地，所述步骤2)中原料的熔炼过程如下：铜在熔炼炉中化料，随后转入保温炉；将金属Te、Mg、P、稀土均用铜箔包好依次加入保温炉。
进一步地，所述原料的熔炼过程如下：在熔炼炉先放入紫铜排，待熔化后，表面覆盖8～10公分木炭，保温0.5h以上；将铜液转入保温炉，同时加入木炭覆盖，厚度10公分以上，随后加入铜箔包好的磷铜中间合金和纯镁块，然后把铜箔包好的纯碲放入铜液中，用石墨罩把纯碲压入铜液中熔化，各步骤均保温15min，温度控制在1150℃～1300℃；待铜液成分调整合格后，将铜箔包好的镧铈稀土加入铜液，保温10min以上。
进一步地，在引拉过程中，引拉毛坯规格为22mm(双孔)，停顿时间为800～1500ms，更优选为1000ms的停顿时间。
进一步地，在所述扒皮过程中，扒皮量在20丝～50丝，其可以采用扒皮模进行扒皮。
进一步地，所述扒皮模的材质选用钨钢，锥度为2～4°；其中，所述扒皮模选自平模或者凸模中的一种。
进一步地，所述延伸和退火过程依次包括中间过道退火、高温退火、延伸和成品退火。
进一步地，所述延伸过程将中间品碲青铜棒延伸到成品Φ13.5mm，加工率在60.57％；中间过道退火的温度为500～580℃，时间为2～5h，所述高温退火的温度为700～900℃，退火时间在1～2h，所述成品退火的温度为300～500℃，根据客户对产品性能的要求，调整退火时间，一般控制在1～3h。
进一步地，所述压光矫直采用压光矫直机进行矫直处理，直度控制在5mm/m以下。
进一步地，所述成品碲青铜棒的抗拉强度大于250MPa，延伸率大于15％.
在上述生产方法中，各原料相辅相成，在制备碲青铜棒过程中，各成分相互协作，从而获得了性能优异的成品，其中各成分的作用如下：
Te作为主要合金元素，起到提高切削性能的目的，因为金属Te会以单质在晶界或晶内存在，同时也会形成Cu2Te金属化合物，从而可以提高切削过程中的断削率，即切削性得到提高，同时不会引起材料导电率降低；
P主要是提高材料的切削性，除氧提高导电性；P会和氧形成磷的氧化物P4O6，吸收铜水中的氧，常用来除氧，同时磷会和铜形成硬脆相Cu3P，分布晶界和晶内，进而提高切削性能；
Mg主要用来除气(氧气)和提高材料的抗高温氧化性能；金属镁主要在金属表面形成镁的氧化物MgO薄膜，起到防止材料在高温环境中氧化程度，同时吸收氧元素，降低铜水中的氧含量；
镧铈稀土主要起到净化晶界，细化晶粒的作用，进而提高材料的强度，电导率；镧铈具有很高的熔点，可以作为异质形核的核心，细化晶粒，提高材料强度，镧铈的强氧化性可以同熔体内的其他元素进行反应，形成金属间化合物，起到净化熔体的目的，由于稀土可以除杂，同时细化杂质的尺寸，从而有效控晶体内部缺陷的交互作用，加强合金化程度。
在上述熔炼过程中，首先将紫铜排熔化作为底料，然后将磷铜中间合金和镁块加入进行除气净化，精炼除气后，再加入金属碲，引拉前10min左右加入稀土，所有原料均用铝箔包裹，其目的是主要防止进入铜水之前烧损严重。
在上述生产方法中，引拉过程的工艺参数对产品的性能存在至关重要的影响，牵引速度过高会引起棒材表面沿着结晶纹出现开裂，甚至出现出现断裂“跑铜”现象，而速度过低引起铜水在结晶器凝固，引拉断裂，因此建议牵引速度最好为200mm/min～300mm/min；在引拉过程中，截距一般过长容易引起开裂，因此选择较为合适的截距为4～8mm，停顿时间一般和牵引速度匹配，牵引速度快，停顿时间稍长，其设置不合理很容易出现导致棒材表面出现裂纹，因此选择牵引速度200mm/min～300mm/min，停顿800-1500ms。
在上述方法中，中间过道退火和高温退火主要用来消除连铸过程中产生的粗大柱状枝晶，而成品退火主要用来获得客户要求的物理性能，两者结合可获得性能优异的碲青铜棒。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)工艺流程短，相对于浇铸锭挤压工艺，可以省去挤压工序，改为操作简单的连铸工序；(2)成材率高，挤压工序需要车皮，切头切尾，同时挤压也存在压余等；(3)碲损失少，本发明采用保温炉加碲，同时炉液面覆盖厚木炭，基本消除碲的烧损问题，而挤压浇铸锭存在比较大的烧损，大50％以上；(4)投资少，本发明采用一台300kg水平连铸炉(350kw熔炼炉+350kw保温炉)就可以实现碲铜的生产，而挤压工艺需要进行半连铸炉并配挤压机。
本发明所述的碲青铜棒水平连铸工艺生产解决了现有技术生产上的问题，填补了碲青铜行业水平连铸工艺生产的空白，该工艺在保温炉直接加入碲，同时进行保护，减少碲的烧损，连铸出来的棒材表面质量完好，成分均匀，无需进行挤压操作，直接得到需要的毛坯，通过该生产工艺中的各成分的配比及其各个步骤的配合，该工艺可以生产出合格的碲青铜棒材，达到了开发创新的目的。
具体实施方式
本发明提供一种碲青铜棒的生产方法，该生产方法采用水平连铸工艺，主要包括配料、熔炼、引拉、扒皮、延伸、退火、压光矫直等步骤。
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
按照成分为0.65％Te，0.01％P，0.008％Mg，0.035％稀土，余量Cu配料，每炉配料量为280kg；
首先在300kg熔炼炉(中频炉)先放入紫铜排，待熔化后，表面覆盖8～10公分木炭(烘干)，保温0.5h以上；
铜液转入保温炉，同时加入木炭覆盖，厚度10公分以上，再把铜箔包好的磷铜中间合金(磷占比为16wt％)和镁块随后加入，进行除气净化，精炼除气后，将纯碲(用铜箔包装，Te>99.5wt％)放入铜液，用石墨罩把碲压入铜液中熔化，上述各步骤均保温15min，温度控制在1200℃；
铜液成分调整合格后，将稀土(铜箔包装，镧铈稀土，其稀土含量≥99.5wt％)加入铜液，保温10min以上，同时铜液温度升至1230℃以上再引铸，在引铸过程中，牵引速度为250mm/min，截距为6mm；引拉毛坯规格为22mm(双孔)，停顿时间为1000ms。
将Φ22mm的毛坯采用钨钢材质、锥度为3°左右的平模扒皮40丝；将扒皮后的毛坯进行中间550℃+3h过道退火以及消除柱状枝晶的高温退火700℃1.5h，再拉伸到Φ13.5mm，最后成品退火温度470℃1.5h。将退火后的碲青铜棒采用压光矫直机进行矫直处理，直度控制在5mm/m。
实施例2
按照成分为0.55％Te，0.01％P，0.01％Mg，0.03％稀土，余量Cu配料，每炉配料量为280kg；
首先在300kg熔炼炉先放入紫铜排，待熔化后，表面覆盖8～10公分木炭(烘干)，保温0.5h以上；
铜液转入保温炉，同时加入木炭覆盖，厚度10公分以上，再把铜箔包好的磷铜中间合金(磷占比为18wt％)和镁块随后加入，进行除气净化，精炼除气后，将纯碲(用铜箔包装，Te>99.5wt％)放入铜液，用石墨罩把碲压入铜液中熔化，上述各步骤均保温15min，温度控制在1230℃；
铜液成分调整合格后，将稀土(铜箔包装，镧铈稀土，其稀土含量≥99.5wt％)加入铜液，保温10min以上，同时铜液温度升至1250℃以上再引铸，在引铸过程中，牵引速度为280mm/min，截距为5mm；引拉毛坯规格为22mm(双孔)，停顿时间为900ms。
将Φ22mm的毛坯采用钨钢材质、锥度为2°左右的凸模扒皮40丝；将扒皮后的毛坯进行中间550℃+3h过道退火以及消除柱状枝晶的高温退火750℃2h，再拉伸到Φ13.5mm，成品退火温度470℃2h。将退火后的碲青铜棒采用压光矫直机进行矫直处理，直度控制在4.5mm/m。
实施例3
按照成分为0.45％Te，0.05％P，0.01％Mg，0.025％稀土，余量Cu配料，每炉配料量为280kg；
首先在300kg熔炼炉先放入紫铜排，待熔化后，表面覆盖8～10公分木炭(烘干)，保温0.5h以上；
铜液转入保温炉，同时加入木炭覆盖，厚度10公分以上，再把铜箔包好的磷铜中间合金(磷占比为14wt％)和镁块随后加入，进行除气净化，精炼除气后，将纯碲(用铜箔包装，Te>99.5wt％)放入铜液，用石墨罩把碲压入铜液中熔化，上述各步骤均保温15min，温度控制在1250℃；
铜液成分调整合格后，将稀土(铜箔包装，镧铈稀土，其稀土含量≥99.5wt％)加入铜液，保温10min以上，同时铜液温度升至1270℃以上再引铸，在引铸过程中，牵引速度为220mm/min，截距为7mm；引拉毛坯规格为22mm(双孔)，停顿时间为1200ms。
将Φ22mm的毛坯采用钨钢材质、锥度为4°左右的凸模扒皮30丝，中间550℃+3h过道退火以及消除柱状枝晶的高温退火800℃1h，再拉伸到Φ13.5mm，成品退火温度470℃1h。将退火后的碲青铜棒采用压光矫直机进行矫直处理，直度控制在4.1mm/m。
实施例4
按照成分为0.35％Te，0.05％P，0.008％Mg，0.035％稀土，余量Cu配料，每炉配料量为280kg；
首先在300kg熔炼炉先放入紫铜排，待熔化后，表面覆盖8～10公分木炭(烘干)，保温0.5h以上；
铜液转入保温炉，同时加入木炭覆盖，厚度10公分以上，再把铜箔包好的磷铜中间合金(磷占比为14wt％)和镁块随后加入，进行除气净化，精炼除气后，将纯碲(用铜箔包装，Te>99.5wt％)放入铜液，用石墨罩把碲压入铜液中熔化，上述各步骤均保温15min，温度控制在1250℃；
铜液成分调整合格后，将稀土(铜箔包装，镧铈稀土，其稀土含量≥99.5wt％)加入铜液，保温10min以上，同时铜液温度升至1270℃以上再引铸，在引铸过程中，牵引速度为250mm/min，截距为6mm；引拉毛坯规格为22mm(双孔)，停顿时间为1000ms。
将Φ22mm的毛坯采用钨钢材质、锥度为3°左右的平模扒皮25丝，中间550℃+3h过道退火以及消除柱状枝晶的高温退火850℃1.5h，再拉伸到Φ13.5mm，成品退火温度470℃3h。将退火后的碲青铜棒采用压光矫直机进行矫直处理，直度控制在2.5mm/m。
实施例5
按照成分为0.4％Te，0.012％P，0.003％Mg，0.01％稀土，余量Cu配料，每炉配料量为280kg；
首先在300kg熔炼炉先放入紫铜排，待熔化后，表面覆盖8～10公分木炭(烘干)，保温0.5h以上；
铜液转入保温炉，同时加入木炭覆盖，厚度10公分以上，再把铜箔包好的磷铜中间合金(磷占比为20wt％)和镁块随后加入，进行除气净化，精炼除气后，将纯碲(用铜箔包装，Te>99.5wt％)放入铜液，用石墨罩把碲压入铜液中熔化，上述各步骤均保温15min，温度控制在1150℃；
铜液成分调整合格后，将稀土(铜箔包装，镧铈稀土，其稀土含量≥99.5wt％)加入铜液，保温10min以上，同时铜液温度升至1180℃以上再引铸，在引铸过程中，牵引速度为200mm/min，截距为4mm；引拉毛坯规格为22mm(双孔)，停顿时间为1500ms。
将Φ22mm的毛坯采用钨钢材质、锥度为3°左右的平模扒皮20丝，中间500℃+5h过道退火以及消除柱状枝晶的高温退火700℃1h，再拉伸到Φ13.5mm，成品退火温度300℃1h。将退火后的碲青铜棒采用压光矫直机进行矫直处理，直度控制在3mm/m。
实施例6
按照成分为0.7％Te，0.004％P，0.001％Mg，0.035％稀土，余量Cu配料，每炉配料量为280kg；
首先在300kg熔炼炉先放入紫铜排，待熔化后，表面覆盖8～10公分木炭(烘干)，保温0.5h以上；
铜液转入保温炉，同时加入木炭覆盖，厚度10公分以上，再把铜箔包好的磷铜中间合金(磷占比为12wt％)和镁块随后加入，进行除气净化，精炼除气后，将纯碲(用铜箔包装，Te>99.5wt％)放入铜液，用石墨罩把碲压入铜液中熔化，上述各步骤均保温15min，温度控制在1280℃；
铜液成分调整合格后，将稀土(铜箔包装，镧铈稀土，其稀土含量≥99.5wt％)加入铜液，保温10min以上，同时铜液温度升至1300℃再引铸，在引铸过程中，牵引速度为300mm/min，截距为8mm；引拉毛坯规格为22mm(双孔)，停顿时间为800ms。
将Φ22mm的毛坯采用钨钢材质、锥度为3°左右的凸模扒皮50丝，中间580℃+5h过道退火以及消除柱状枝晶的高温退火900℃2h，再拉伸到Φ13.5mm，成品退火温度500℃3h。将退火后的碲青铜棒采用压光矫直机进行矫直处理，直度控制在2mm/m。
对比例1
按照实施例1中的成分配比，在300kg半连铸熔炼炉先放入紫铜排，待熔化后，表面覆盖8～10公分木炭(烘干)，保温0.5h以上；
保温时间结束，铜液转入保温炉，同时加入木炭覆盖，厚度10公分以上，再把铜箔包好的磷铜和镁块随后加入，然后纯碲(用铜箔包装)放入铜液，用石墨罩把碲压入铜液中熔化；
铜液成分调整合格后，将稀土(铜箔包装)加入铜液，保温10min以上，同时铜液温度升至1180℃～1270℃再引铸。
铸锭采用1250t正向挤压机挤制，规格为Φ22mm，挤制温度控制在850℃～900℃。
将Φ22mm的毛坯可以直接拉伸到半成品Φ14mm，再进行470℃+1h留底低温成品退火，最后再拉伸50丝得到符合产品性能要求的成品Φ13.5mm，其他规格按照同样的工艺进行加工。
实施例1-4与对比例1所制得的碲青铜棒的产品性能如下所示：
碲青铜棒的物理性能对比表
Figure BDA0001605447750000091
由上表可知，本发明生产的碲青铜棒性能与现有技术相当，但HP本b5申9-请1在保温炉中直接加入碲，同时进行保护，减少碲的烧损，连铸出来的棒材表面质量完好，成分均匀，无需进行挤压操作，直接得到需要的毛坯，通过该生产工艺中的各个步骤的配合，该工艺可以生产出合格的碲青铜棒材。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种碲青铜棒的生产方法，其特征在于，所述生产方法采用水平连铸工艺，包括如下步骤：
步骤1)选取原料；其中，按重量百分比计，所述原料成分包括：Te 0.4～0.7％，P 0.004～0.012％，Mg≤0.01％，稀土≤0.035％，Cu余量；
步骤2)在熔炼炉先放入Cu，待熔化后，表面覆盖8～10公分木炭，保温0.5h以上；将铜液转入保温炉，同时加入木炭覆盖，厚度10公分以上，随后加入铜箔包好的P和Mg，然后把铜箔包好的Te放入铜液中，用石墨罩把Te压入铜液中熔化，各步骤均保温15min，温度控制在1150℃～1300℃；待铜液成分调整合格后，将铜箔包好的稀土加入铜液，保温10min以上；
步骤3)将步骤2)中熔炼后的原料进行引拉，获得中间品碲青铜棒；其中引拉温度为1150℃～1300℃，牵引速度为200mm/min～300mm/min，截距为4～8mm；步骤4)对步骤3)制得的中间品碲青铜棒依次进行扒皮、延伸和退火、压光矫直，获得成品碲青铜棒；
其中，在所述原料中，Cu采用紫铜排；Te采用纯碲，Te>99.5wt％；P用磷铜中间合金，其中磷的占比为12～20wt％；Mg采用纯镁块；稀土采用镧铈稀土，其稀土含量≥99.5wt％；
其中，所述延伸和退火过程依次包括中间过道退火、高温退火、延伸和成品退火；其中，所述延伸过程将中间品碲青铜棒延伸到成品Φ13.5mm，加工率在60.57％；所述中间过道退火的温度为500～580℃，时间为2～5h；所述高温退火的温度为700～900℃，时间为1～2h；所述成品退火的温度为300～500℃，时间为1～3h。
2.根据权利要求1所述的一种碲青铜棒的生产方法，其特征在于，所述步骤2)中的熔炼炉和保温炉均采用300kg中频炉。
3.根据权利要求1所述的一种碲青铜棒的生产方法，其特征在于，在所述扒皮过程中，扒皮量在20丝～50丝，其采用扒皮模进行扒皮。
4.根据权利要求3所述的一种碲青铜棒的生产方法，其特征在于，所述扒皮模的材质选用钨钢，锥度为2～4°；其中，所述扒皮模选自平模或者凸模中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种碲青铜棒的生产方法，其特征在于，所述压光矫直采用压光矫直机进行矫直处理，直度控制在5mm/m以下。
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