CN109971993A

CN109971993A - 一种高耐蚀铜合金及其制备方法

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Publication number: CN109971993A
Application number: CN201711459281.7A
Authority: CN
Inventors: 王强松; 刘冬梅; 刘芳
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: GRIMN Engineering Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2019-07-05

Abstract

本发明涉及一种高耐蚀铜合金及其制备方法，属于金属材料及其制备技术领域。该铜合金的质量百分比组成为：镍：8‑15％，铁：1.0‑2.0％，锰：0.2‑1.0％，锌：0.05％，余量为铜。制备步骤为：配料―熔铸―热挤压―热锻―成品。本发明通过添加铁、锰、镍、锌等元素，提高了合金在含硫海水中的耐蚀性性能，同时保证了合金具有良好的加工性能。本发明所制备的铜合金材料在3.5％Cl^‑+0.5％S^2‑条件下腐蚀速率小于10μm/a，远低于其他常用耐蚀铜合金材料，非常适用于海洋工程中大型耐蚀管材的制造。

Description

一种高耐蚀铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高耐蚀铜合金及其制备方法，特别涉及一种在室温3.5％Cl^-+0.5％S^2-条件下具有高耐蚀性能的铜合金及其制备方法，属于金属材料及其制备技术领域。

背景技术

目前，高耐蚀铜合金普遍用于包覆船壳、船舵、海水淡化管路、消防水管路、压缩空气管路、蒸气船的副冷凝器冷凝管、滑油冷却管路、冷冻装置和海水淡化装置用热交换管等，广泛应用于海洋工程领域。国外对于海洋环境应用的耐蚀铜合金的研究由来已久，已经研制出多种高耐蚀铜合金管材。

目前，随着海洋工程的发展和大型船舶的制造要求，对海洋工程使用的耐蚀铜合金的耐蚀性，特别是在含有硫离子的海水中的耐蚀性能提出了越来越高的要求。根据国外最新资料以及国内近期的研究发现，在铜镍合金中加入多种合金元素，可以有效提高合金的耐腐蚀性能。例如在铜镍合金中加入Fe，可以提高铜镍合金的抗蚀性能与力学性能，特别能大幅度提高铜镍合金抗海水冲击腐蚀的能力，加入Mn，能够起到沉淀硬化作用，可提高铜镍合金的强度、抗蚀性与弹性，还能提高铜镍合金抗腐蚀能力。

近年来，高耐蚀铜镍合金被越来越多的应用于各个领域，根据国外书籍资料报道，高耐蚀铜镍合金在含3.5％Cl^-+0.5％S^2-海水的腐蚀速率能够达到10μm/a以下，而国内铜镍合金的耐蚀性能尚未达到这一标准。因此，研发出一种在含硫海水中具有优异耐蚀性能的铜镍合金材料，使之应用于海洋工程产品的制造，对提高产品质量及设备使用寿命都有着重大的意义。

发明内容

本发明所要解决的第一个问题是提供一种具有高耐腐蚀性能铜合金、尤其是在含有硫离子腐蚀下的铜合金，用于海洋工程等行业的耐腐蚀领域。

本发明所要解决的第二个问题是提供一种具有高耐腐蚀性能铜合金、尤其是在含有硫离子腐蚀下的铜合金的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高耐腐蚀性能铜合金，其质量百分比组成为：镍：8-15％，铁：1.0-2.0％，锰：0.2-1.0％，锌：0.05％，余量为铜。

优选的，上述铜合金的质量百分比组成为：镍：10-12％，铁：1.5-1.8％，锰：0.5-1.0％，锌：0.05％，余量为铜。

其中，不可避免的杂质的质量百分比≤0.2％。

本发明中，镍属于无限固溶合金化元素，一方面提高铜合金力学性能，另一方面提高铜合金耐腐蚀性能；铁元素是提高铜合金力学性能的强化元素；锰元素提高铜合金的疲劳性能；锌是铜合金固溶强化元素。

本发明高耐腐蚀性能铜合金的制备方法，主要包括坯料熔铸、热挤压工艺和热锻压工艺，具体步骤包括：按合金成分配料，采用中频感应熔炼炉熔炼，熔炼完成后，浇注成铸锭；将铸锭去皮后，进行热挤压，挤压成铜棒；将铜棒进行3-4次锻造变形，每次锻造后将坯料翻转90°，最后空冷至室温，制成成品。

本发明中，以纯度大于99.9wt％的纯铜、纯铁、纯锰、纯镍、纯锌等金属为原料，熔炼之前，先将阴极铜以及铁、锰、镍、锌等合金料均匀加入炉中，大小料块尽量均匀放置，料与料之间尽量密实。熔炼过程中，熔炼温度为1150-1270℃；浇注的温度为1200-1250℃，浇注所得铸锭的直径为Φ250mm；热挤压的温度为600-900℃，热挤压得到铜棒的直径为Φ50mm；锻造变形的温度为500-900℃。

锻造变形过程中，道次压下量为20-30％，总压下量为60-90％。

在室温含有3.5％Cl^-+0.5％S^2-(wt％)条件下，本发明白铜合金的腐蚀速率为6.2-9.1μm/a(μm/年)，腐蚀速率小于10μm/a。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1、本发明通过添加Fe来提高合金的抗蚀性能、力学性能和合金抗海水冲击腐蚀的能力，添加Mn有沉淀硬化作用，用来提高合金的强度、抗蚀性与弹性，提高合金抗腐蚀能力，添加Zn增强合金抗大气腐蚀的能力；本发明所设计的复杂白铜合金具有良好的耐蚀性能，与其它复杂白铜合金相比，抗含硫腐蚀性能更好；

2、本发明所制备的铜合金材料，在室温含有3.5％Cl^-+0.5％S^2-条件下有良好的耐蚀性能，尤其是其在含硫海水中腐蚀速率远小于其他合金材料，非常适合用于海洋工程管道材料的制造。

具体实施方式

以下结合实例对本发明作进一步详细描述。

本发明高耐蚀铜合金的制备方法，制备步骤为：配料―熔铸―热挤压―热锻―成品。其具体工艺步骤包括：

(1)坯料熔铸：以纯度大于99.9％的纯铜、纯铁、纯锰、纯镍、纯锌等金属为原料，按合金成分配料在中频感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1150-1270℃，保温后，在1200-1250℃温度下浇注成Φ250mm的铜铸锭；

(2)热挤压工艺：将铜铸锭去皮后，在600-900℃温下下进行热挤压，挤压成Φ50mm的铜棒；

(3)热锻压工艺：将挤压后的铜合金棒料在500-900℃下进行锻造变形，首先沿一个方向进行锻造，道次压下量为20-30％；然后将坯料翻转90°，再进行一次与前次相同的锻造。按此方法一共进行3-4次锻造，总压下量为60-90％，最后空冷至室温，制备成耐蚀铜合金材料。

实施例1

其生产工艺流程方法如下：配料―熔铸―热挤压―热锻―成品

具体过程为：采用中频感应熔炼炉熔炼，按表1所示成分配料，熔炼温度为1180℃。熔炼之前，先将阴极铜以及铁、锰、镍、锌等合金料均匀加入炉中，大小料块尽量均匀放置，料与料之间尽量密实。熔炼时在1200℃保温静置、扒渣后，在1200℃温度下浇注成Φ250mm的铸锭。将铸锭去皮后，在860℃温度下进行热挤压，挤压成Φ50mm铜棒。然后，将铜合金棒料在500℃温度下进行4次热锻，每次锻造后将坯料翻转90°，道次压下量为20％，总压下量为80％，最后空冷至室温，制成成品。所制备成品在含3.5％Cl^-+0.5％S^2-条件下的腐蚀速率如表2所示。

实施例2

具体过程为：采用中频感应熔炼炉熔炼，按表1所示成分配料，熔炼温度为1200℃。熔炼之前，先将阴极铜以及铁、锰、镍、锌等合金料均匀加入炉中，大小料块尽量均匀放置，料与料之间尽量密实。熔炼时在1200℃保温静置、扒渣后，在1250℃温度下浇注成Φ250mm的铸锭。将铸锭去皮后，在700℃温度下进行热挤压，挤压成Φ50mm铜棒。然后，将铜合金棒料在850℃温度下进行3次热锻，每次锻造后将坯料翻转90°，道次压下量为30％，总压下量为90％，最后空冷至室温，制成成品。所制备成品在含3.5％Cl^-+0.5％S^2-条件下的腐蚀速率如表2所示。

实施例3

具体过程为：采用中频感应熔炼炉熔炼，按表1所示成分配料，熔炼温度为1270℃。熔炼之前，先将阴极铜以及铁、锰、镍、锌等合金料均匀加入炉中，大小料块尽量均匀放置，料与料之间尽量密实。熔炼时在1200℃保温静置、扒渣后，在1250℃温度下浇注成Φ250mm的铸锭。将铸锭去皮后，在600℃温度下进行热挤压，挤压成Φ50mm铜棒。然后，将铜合金棒料在800℃温度下进行3次热锻，每次锻造后将坯料翻转90°，道次压下量为25％，总压下量为75％，最后空冷至室温，制成成品。所制备成品在含3.5％Cl^-+0.5％S^2-条件下的腐蚀速率如表2所示。

实施例4

具体过程为：采用中频感应熔炼炉熔炼，按表1所示成分配料，熔炼温度为1230℃。熔炼之前，先将阴极铜以及铁、锰、镍、锌等合金料均匀加入炉中，大小料块尽量均匀放置，料与料之间尽量密实。熔炼时在1200℃保温静置、扒渣后，在1200℃温度下浇注成Φ250mm的铸锭。将铸锭去皮后，在600℃温度下进行热挤压，挤压成Φ50mm铜棒。然后，将铜合金棒料在840℃温度下进行4次热锻，每次锻造后将坯料翻转90°，道次压下量为20％，总压下量为80％，最后空冷至室温，制成成品。所制备成品在含3.5％Cl^-+0.5％S^2-条件下的腐蚀速率如表2所示。

实施例5

具体过程为：采用中频感应熔炼炉熔炼，按表1所示成分配料，熔炼温度为1180℃。熔炼之前，先将阴极铜以及铁、锰、镍、锌等合金料均匀加入炉中，大小料块尽量均匀放置，料与料之间尽量密实。熔炼时在1200℃保温静置、扒渣后，在1210℃温度下浇注成Φ250mm的铸锭。将铸锭去皮后，在850℃温度下进行热挤压，挤压成Φ50mm铜棒。然后，将铜合金棒料在850℃温度下进行3次热锻，每次锻造后将坯料翻转90°，道次压下量为20％，总压下量为60％，最后空冷至室温，制成成品。所制备成品在含3.5％Cl^-+0.5％S^2-条件下的腐蚀速率如表2所示。

表1高耐蚀铜合金的成分组成(wt％)

实施例	Ni	Fe	Mn	Zn	Cu
						实施例1	10.5％	1.8％	0.5％	0.05％	余量
实施例2	10.5％	1.5％	1％	0.05％	余量
						实施例3	8.5％	1％	0.8％	0.05％	余量
实施例4	15％	1.6％	0.2％	0.05％	余量
						实施例5	12％	2％	0.7％	0.05％	余量

表2实施例和常用耐蚀白铜合金在含3.5％Cl^-+0.5％S^2-条件下腐蚀速率

样品	腐蚀速率/μm·a<sup>-1</sup>
		实施例1	6.2
实施例2	9.1
		实施例3	6.6
实施例4	7.2
		实施例5	6.5
常用耐蚀白铜	14.3～40

本发明通过添加镍、铁、锰、锌等元素，最终提高了合金的耐蚀性能；通过结合热挤压和多次多向热锻压工艺，最终可获得高耐蚀铜合金材料。

如表2所示，本发明所制备的铜合金材料在含3.5％Cl^-+0.5％S^2-条件下腐蚀速率为其他材料的1.5-2倍，腐蚀速率小于10μm/a，因此该材料制作的零件可满足产品或设备在含3.5％Cl^-+0.5％S^2-条件下长期正常工作的需求。

本发明通过添加铁、锰、镍、锌等元素，提高了合金在含硫海水中的耐蚀性性能，同时保证了合金具有良好的加工性能。本发明所制备的铜合金材料在3.5％Cl^-+0.5％S^2-条件下腐蚀速率小于10μm/a，远低于其他常用耐蚀铜合金材料，非常适用于海洋工程中大型耐蚀管材的制造。

本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高耐腐蚀性能铜合金，其特征在于：其质量百分比组成为：镍：8-15％，铁：1.0-2.0％，锰：0.2-1.0％，锌：0.05％，余量为铜。

2.根据权利要求1所述的高耐腐蚀性能铜合金，其特征在于：所述铜合金的质量百分比组成为：镍：10-12％，铁：1.5-1.8％，锰：0.5-1.0％，锌：0.05％，余量为铜。

3.根据权利要求2所述的高耐腐蚀性能铜合金，其特征在于：所述铜合金中还包含杂质，杂质的质量百分比≤0.2％。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的高耐腐蚀性能铜合金的制备方法，包括如下步骤：按合金成分配料，采用中频感应熔炼炉熔炼，熔炼完成后，浇注成铸锭；将铸锭去皮后，进行热挤压，挤压成铜棒；将铜棒进行3-4次锻造变形，每次锻造后将坯料翻转90°，最后空冷至室温，制成成品。

5.根据权利要求4所述的高耐腐蚀性能铜合金的制备方法，其特征在于：以纯度大于99.9wt％的纯铜、纯铁、纯锰、纯镍和纯锌为原料，熔炼之前，先将铜、铁、锰、镍和锌均匀加入炉中，大小料块均匀放置，使料与料之间密实。

6.根据权利要求4所述的高耐腐蚀性能铜合金的制备方法，其特征在于：熔炼过程中，熔炼温度为1150-1270℃。

7.根据权利要求4所述的高耐腐蚀性能铜合金的制备方法，其特征在于：所述浇注的温度为1200-1250℃。

8.根据权利要求4所述的高耐腐蚀性能铜合金的制备方法，其特征在于：所述热挤压的温度为600-900℃。

9.根据权利要求4所述的高耐腐蚀性能铜合金的制备方法，其特征在于：所述锻造变形的温度为500-900℃。

10.根据权利要求4所述的高耐腐蚀性能铜合金的制备方法，其特征在于：所述锻造变形过程中，道次压下量为20-30％，总压下量为60-90％。