CN108339953B - 一种非真空下引连铸铬锆铜扁锭的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非真空下引连铸铬锆铜扁锭的生产工艺。具体包括：(1)配料：按质量百分比，将98～99.9％的电解铜板、0.05～1.5％的铬块或铬颗粒、溶剂和脱氧剂装入非真空感应熔炼炉。(2)熔炼：熔炼温度1100～1250℃，熔炼期间取样检测Cr含量，并且调整熔体成分直至铬含量达到目标值。(3)浇铸：浇铸温度1300‑1450℃，浇铸开始前加入质量百分比为0.05～0.5％的锆块或颗粒。(4)铸造：当熔体流入方结晶器的70～85％时，开启下引速度按钮，将铸造速度从低至高缓慢调节至60～80mm/min。(5)铸锭冷却。本发明采用非真空下引连续铸造工艺，在铸造过程中采取惰性气体保护、分次加锆等合适的措施，有效控制了合金成分和氧含量，操作简单，稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及技术领域，具体是涉及一种非真空下引连铸铬锆铜扁锭的生产工艺。
背景技术
铜铬锆合金具有优良的强度、导电性和较高的软化温度，使用温度达到150-200℃，作为高性能引线框架、连接器、弹簧触点、端子、压接件等部件，广泛适用于电子、电气、汽车等领域。
通常先将常规圆铸锭锻造成方锭，再经多道轧制等工艺制成铜铬锆带材，再冲压成型。
上述现有以圆锭为原料轧制成带材的工艺，缺点是材料损耗多，成本较高，生产流程长。
如果直接将铜铬锆合金扁锭作为轧制生坯，则可大量减少材料损耗，降低生产成本。然而与圆锭相比，扁锭的宽、厚尺寸不同，铸造凝固时热力学分布差异大。靠近窄面的金属凝固时受三个方向的冷却，而宽面中心的金属只受两个方向的冷却，容易引发应力分布不均。加之铜铬锆合金本身熔炼难度大，铜和铬在液相区互溶度小、密度差异大，锆元素又极易挥发。因此铸造铜铬锆扁锭更易出现开裂、成分偏析、晶粒尺寸不均匀、局部晶粒粗大等缺陷。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种生产宽300～400mm、厚100～200mm、长≥5000mm的铜铬锆合金扁锭的非真空下引连铸制造工艺，制得铸锭成分均匀、组织细小、无开裂、性能优良。
本发明的技术方案是：
一种非真空下引连铸铬锆铜扁锭的生产工艺，包括以下步骤：
(1)配料：按照铜铬锆合金的组成配比，按质量百分比，将98～99.9％的电解铜板和0.05～1.5％的铬块或铬颗粒装入非真空感应熔炼炉的坩埚内，同时加入溶剂和脱氧剂；
(2)熔炼：将熔炼炉温度加热至1100～1250℃，使铜铬原料熔化；
(3)浇铸：当温度达到1300-1450℃时开始浇铸；浇铸温度过高，则铸锭内温度梯度大，热应力增大，裂纹倾向增大，同时液穴壁变薄，容易产生宽面裂纹；温度过低则熔体粘度大，流动性降低，易产生冷隔、夹渣等缺陷。浇铸开始前，向铜铬合金液加入锆颗粒；
(4)铸造：当熔体流入方结晶器的70～85％时，开启下引速度按钮，将铸造速度从低至高缓慢调节至60～80mm/min；铸造速度决定液穴深度，是铸造过程中的关键参数。对于扁铸锭，铸造速度过高，宽面液穴壁变薄，使原本就处于拉应力状态的宽面表层拉应力增加，易引发裂纹；铸造速度过低，则可能导致侧面裂纹，或在窄面产生冷隔等缺陷；当熔炼炉坩埚内熔体量较少时，调节下引速度减小直至停止；待铸锭完全凝固后，关闭冷却水；
(5)铸锭冷却：结晶器水冷，同时对凝固后拔出的铸锭以一定角度喷水，进行二次冷却。结晶器内部可实现“热顶铸造”，降低上端熔体凝固速率，保证及时补缩，同时有利于熔渣和气体的上浮除去。
进一步地，在上述方案中，步骤(1)所述的溶剂是由石英玻璃、硅酸钠、萤石按等重量比组成的混合物，所述溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.32-0.45％。
进一步地，在上述方案中，步骤(1)所述的脱氧剂为纯镁，加入量为铜铬锆合金重量的0.075-0.08％。
进一步地，在上述方案中，所述步骤(2)中，在熔炼期间用石墨坩埚取样检测Cr含量，据此再加入适量的铬，调整熔体成分直至铬含量达到目标值；熔炼同时向熔体液面吹入氩气以脱去熔体内氢气。
进一步地，在上述方案中，所述步骤(3)中，所述锆总质量按铜铬锆合金比例添加，按质量百分比占0.05～0.5％；同时根据生产情况适当增加，以补偿烧损量。
进一步地，在上述方案中，所述步骤(4)中，所述铸造前将冷却水流量逐渐增加至6.0～8.0m3/h。水流量参数表征铸造时冷却水用量。水流量过高，冷却程度过大，易引发应力集中，形成冷隔，导致裂纹；水流量过低，铸锭冷却速率过慢，可能造成组织粗大、性能下降，或造成其他缺陷。
本发明的有益效果是：
(1)本发明针对铜铬锆合金扁锭，采用了合适的制造工艺，尤其是通过大量的工艺摸索，针对不同规格，确定了一系列非真空熔炼铸造的关键参数。
(2)本发明制造的铜铬锆合金扁锭成分均匀、组织细小、无裂纹、综合性能好。作为铜铬锆合金带材的轧制生坯，比常规圆锭减少了材料损耗，降低了生产成本。
(3)本发明采用非真空下引连续铸造工艺，与传统真空熔铸工艺相比，设备要求低；同时在铸造过程中采取惰性气体保护、分次加锆等合适的措施，有效控制了合金成分和氧含量。操作简单，稳定可靠。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行更进一步详细的说明：
实施例1：
一种非真空下引连铸铬锆铜扁锭的生产工艺，包括以下步骤：
(1)配料：按照铜铬锆合金的组成配比，按质量百分比，将98％的电解铜板和0.05％的铬块或铬颗粒装入非真空感应熔炼炉的坩埚内，同时加入溶剂和脱氧剂；所述的溶剂是由石英玻璃、硅酸钠、萤石按等重量比组成的混合物，所述溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.32％。所述的脱氧剂为纯镁，加入量为铜铬锆合金重量的0.075％。
(2)熔炼：将熔炼炉温度加热至1100℃，使铜铬原料熔化；在熔炼期间用石墨坩埚取样检测Cr含量，据此再加入适量的铬，调整熔体成分直至铬含量达到目标值；熔炼同时向熔体液面吹入氩气以脱去熔体内氢气。
(3)浇铸：当温度达到1300℃时开始浇铸；浇铸温度过高，则铸锭内温度梯度大，热应力增大，裂纹倾向增大，同时液穴壁变薄，容易产生宽面裂纹；温度过低则熔体粘度大，流动性降低，易产生冷隔、夹渣等缺陷。浇铸开始前，向铜铬合金液加入锆颗粒；所述锆总质量按铜铬锆合金比例添加，按质量百分比占0.05％；同时根据生产情况适当增加，以补偿烧损量。
(4)铸造：当熔体流入方结晶器的70％时，开启下引速度按钮，将铸造速度从低至高缓慢调节至60mm/min；铸造速度决定液穴深度，是铸造过程中的关键参数。对于扁铸锭，铸造速度过高，宽面液穴壁变薄，使原本就处于拉应力状态的宽面表层拉应力增加，易引发裂纹；铸造速度过低，则可能导致侧面裂纹，或在窄面产生冷隔等缺陷；铸造前将冷却水流量逐渐增加至6.0m3/h。水流量参数表征铸造时冷却水用量。水流量过高，冷却程度过大，易引发应力集中，形成冷隔，导致裂纹；水流量过低，铸锭冷却速率过慢，可能造成组织粗大、性能下降，或造成其他缺陷。当熔炼炉坩埚内熔体量较少时，调节下引速度减小直至停止；待铸锭完全凝固后，关闭冷却水；
(5)铸锭冷却：结晶器水冷，同时对凝固后拔出的铸锭以一定角度喷水，进行二次冷却。结晶器内部可实现“热顶铸造”，降低上端熔体凝固速率，保证及时补缩，同时有利于熔渣和气体的上浮除去。
实施例2：
一种非真空下引连铸铬锆铜扁锭的生产工艺，包括以下步骤：
(1)配料：按照铜铬锆合金的组成配比，按质量百分比，将99％的电解铜板和0.8％的铬块或铬颗粒装入非真空感应熔炼炉的坩埚内，同时加入溶剂和脱氧剂；所述的溶剂是由石英玻璃、硅酸钠、萤石按等重量比组成的混合物，所述溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.39％。所述的脱氧剂为纯镁，加入量为铜铬锆合金重量的0.078％。
(2)熔炼：将熔炼炉温度加热至1170℃，使铜铬原料熔化；在熔炼期间用石墨坩埚取样检测Cr含量，据此再加入适量的铬，调整熔体成分直至铬含量达到目标值；熔炼同时向熔体液面吹入氩气以脱去熔体内氢气。
(3)浇铸：当温度达到1380℃时开始浇铸；浇铸温度过高，则铸锭内温度梯度大，热应力增大，裂纹倾向增大，同时液穴壁变薄，容易产生宽面裂纹；温度过低则熔体粘度大，流动性降低，易产生冷隔、夹渣等缺陷。浇铸开始前，向铜铬合金液加入锆颗粒；所述锆总质量按铜铬锆合金比例添加，按质量百分比占0.25％；同时根据生产情况适当增加，以补偿烧损量。
(4)铸造：当熔体流入方结晶器的78％时，开启下引速度按钮，将铸造速度从低至高缓慢调节至70mm/min；铸造速度决定液穴深度，是铸造过程中的关键参数。对于扁铸锭，铸造速度过高，宽面液穴壁变薄，使原本就处于拉应力状态的宽面表层拉应力增加，易引发裂纹；铸造速度过低，则可能导致侧面裂纹，或在窄面产生冷隔等缺陷；铸造前将冷却水流量逐渐增加至7.0m3/h。水流量参数表征铸造时冷却水用量。水流量过高，冷却程度过大，易引发应力集中，形成冷隔，导致裂纹；水流量过低，铸锭冷却速率过慢，可能造成组织粗大、性能下降，或造成其他缺陷。当熔炼炉坩埚内熔体量较少时，调节下引速度减小直至停止；待铸锭完全凝固后，关闭冷却水；
(5)铸锭冷却：结晶器水冷，同时对凝固后拔出的铸锭以一定角度喷水，进行二次冷却。结晶器内部可实现“热顶铸造”，降低上端熔体凝固速率，保证及时补缩，同时有利于熔渣和气体的上浮除去。
实施例3：
一种非真空下引连铸铬锆铜扁锭的生产工艺，包括以下步骤：
(1)配料：按照铜铬锆合金的组成配比，按质量百分比，将99.9％的电解铜板和0.05％的铬块或铬颗粒装入非真空感应熔炼炉的坩埚内，同时加入溶剂和脱氧剂；所述的溶剂是由石英玻璃、硅酸钠、萤石按等重量比组成的混合物，所述溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.45％。所述的脱氧剂为纯镁，加入量为铜铬锆合金重量的0.08％。
(2)熔炼：将熔炼炉温度加热至1250℃，使铜铬原料熔化；在熔炼期间用石墨坩埚取样检测Cr含量，据此再加入适量的铬，调整熔体成分直至铬含量达到目标值；熔炼同时向熔体液面吹入氩气以脱去熔体内氢气。
(3)浇铸：当温度达到1450℃时开始浇铸；浇铸温度过高，则铸锭内温度梯度大，热应力增大，裂纹倾向增大，同时液穴壁变薄，容易产生宽面裂纹；温度过低则熔体粘度大，流动性降低，易产生冷隔、夹渣等缺陷。浇铸开始前，向铜铬合金液加入锆颗粒；所述锆总质量按铜铬锆合金比例添加，按质量百分比占0.5％；同时根据生产情况适当增加，以补偿烧损量。
(4)铸造：当熔体流入方结晶器的85％时，开启下引速度按钮，将铸造速度从低至高缓慢调节至80mm/min；铸造速度决定液穴深度，是铸造过程中的关键参数。对于扁铸锭，铸造速度过高，宽面液穴壁变薄，使原本就处于拉应力状态的宽面表层拉应力增加，易引发裂纹；铸造速度过低，则可能导致侧面裂纹，或在窄面产生冷隔等缺陷；铸造前将冷却水流量逐渐增加至8.0m3/h。水流量参数表征铸造时冷却水用量。水流量过高，冷却程度过大，易引发应力集中，形成冷隔，导致裂纹；水流量过低，铸锭冷却速率过慢，可能造成组织粗大、性能下降，或造成其他缺陷。当熔炼炉坩埚内熔体量较少时，调节下引速度减小直至停止；待铸锭完全凝固后，关闭冷却水；
(5)铸锭冷却：结晶器水冷，同时对凝固后拔出的铸锭以一定角度喷水，进行二次冷却。结晶器内部可实现“热顶铸造”，降低上端熔体凝固速率，保证及时补缩，同时有利于熔渣和气体的上浮除去。
本发明制造的铜铬锆合金扁锭成分均匀、组织细小、无裂纹、综合性能好。作为铜铬锆合金带材的轧制生坯，比常规圆锭减少了材料损耗，降低了生产成本。本发明采用非真空下引连续铸造工艺，与传统真空熔铸工艺相比，设备要求低；同时在铸造过程中采取惰性气体保护、分次加锆等合适的措施，有效控制了合金成分和氧含量。操作简单，稳定可靠。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种非真空下引连铸铬锆铜扁锭的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：按照铜铬锆合金的组成配比，按质量百分比，将98～99.9％的电解铜板和0.05～1.5％的铬块或铬颗粒装入非真空感应熔炼炉的坩埚内，同时加入溶剂和脱氧剂；
(2)熔炼：将熔炼炉温度加热至1100～1250℃，使铜铬原料熔化；
(3)浇铸：当温度达到1300-1450℃时开始浇铸；浇铸开始前，向铜铬合金液加入锆颗粒；
(4)铸造：当熔体流入方结晶器的70～85％时，开启下引速度按钮，将铸造速度从低至高缓慢调节至60～80mm/min；当熔炼炉坩埚内熔体量较少时，调节下引速度减小直至停止；待铸锭完全凝固后，关闭冷却水；
(5)铸锭冷却：结晶器水冷，同时对凝固后拔出的铸锭以一定角度喷水，进行二次冷却；
步骤(1)所述的溶剂是由石英玻璃、硅酸钠、萤石按等重量比组成的混合物，所述溶剂的加入量为铜铬锆合金重量的0.32-0.45％；
步骤(1)所述的脱氧剂为纯镁，加入量为铜铬锆合金重量的0.075-0.08％；
所述步骤(2)中，在熔炼期间用石墨坩埚取样检测Cr含量，据此再加入适量的铬，调整熔体成分直至铬含量达到目标值；熔炼同时向熔体液面吹入氩气以脱去熔体内氢气；
所述步骤(3)中，所述锆总质量按铜铬锆合金比例添加，按质量百分比占0.05～0.5％；同时根据生产情况适当增加，以补偿烧损量；
所述步骤(4)中，所述铸造前将冷却水流量逐渐增加至6.0～8.0m3/h。
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