CN114395710A

CN114395710A - 一种高强度耐腐蚀铜合金及其制备方法

Info

Publication number: CN114395710A
Application number: CN202111643209.6A
Authority: CN
Inventors: 杨春秀; 娄花芬; 陈忠平; 莫永达; 王苗苗; 向朝建; 张嘉凝; 张曦; 王同波; 王虎
Original assignee: Kunming Metallurgical Research Institute Co ltd Beijing Branch
Current assignee: China Copper Industry Co ltd; Chinalco Institute Of Science And Technology Co ltd; Kunming Metallurgical Research Institute
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-04-26

Abstract

本发明公开了一种高强度耐腐蚀铜合金及其制备方法，包括：Al 4.0～10.0wt％，Fe 1.0～4.0wt％，Mn 1.0～4.5wt％，Ni 0.8～3.5wt％，Cr 0.08～0.5wt％，P 0.001～0.05wt％，不可避免的杂质总和≤0.15wt％，余量为Cu。本发明通过调整Fe、Ni、Cr、P元素的含量及进行加工工艺和热处理工艺优化，控制基体组成、晶粒尺寸及强化相细小弥散分布，充分发挥各合金元素的作用，显著提高合金的力学性能、可加工性及耐腐蚀性能，还可以通过形变热处理全面提高其性能。退火态材料的抗拉强度560MPa以上、屈服强度330MPa以上、屈强比0.55以上、延伸率42％以上、全浸均匀腐蚀速率在0.01～0.02mm/a，5m/s流速海水条件冲刷腐蚀速率在0.2mm/a以下。该合金可以满足海洋工程、船舶、石油化工等对铝青铜综合性能的要求。

Description

一种高强度耐腐蚀铜合金及其制备方法

技术领域

本发明属于有色金属材料技术领域，具体涉及一种高强度耐腐蚀铜合金及其制备方法。

背景技术

铜合金以其优良的力学、耐腐蚀和传导等性能在海洋工程和舰船中的应用越来越广泛，合金种类有紫铜、铝黄铜、锡黄铜、锰黄铜、铝青铜、铁白铜等，品种主要有铸件、板材和管材等，主要作为海水管路、推进器、围栏结构等，用于海水淡化、海水养殖、滨海电站、石油开采等资源开发及其附属工程等方面。海洋工程和舰船中现在广泛使用的铜合金主要有HAl77-2、HSn70-1、BFe10-1-1、BFe30-1-1和66/30/2/2合金。这些合金分别是在上世纪40～50年代研制的B30、B10及H77和H70等合金基础上加入Fe、Mn、Al、Sn、As等元素发展而来的。但是由于上述铜合金强度偏低、黄铜系合金耐海水腐蚀性能相对较差、白铜系合金价格较高，限制了此类材料的使用范围和使用条件，尤其是在近年来工况条件要求越来越苛刻的情况下，越来越难以满足使用要求。随着海洋工程技术进步和高质量发展，要求设备系统中的海水流速提高至5m/s以上，目前上述铜合金材料一般允许设计海水流速为2～3m/s，若海水流速进一步提高则现有铜合金材料易受海水的冲刷腐蚀而引起过早损坏。

随着海洋经济和技术的发展，特别是高新技术的发展，海洋工程和舰船用铜合金材料的研究与应用受到广泛重视，美、英、德、俄和日等发达国家都在不断研制高强耐蚀铜合金材料体系，其中：美国Olin公司开发出Zn(25～35wt％)-Ni(2.5～3.5wt％)-As(0.03～0.06wt％)余量为铜的含镍含砷的黄铜；日本开发出Zn(10～40wt％)-P(0.005～0.07wt％)-Sn(0.05～1.0wt％)-Al(0.05～1.0wt％)-As(0.005～1.0wt％)-Sb(0.005～1.0wt％)的铜合金，添加B、Ni、Co、Cr、Mn、Te、In、Be、Ti中的一种或几种元素，其添加总量为0.005～2.0wt％，余量为铜；波兰有色金属研究院开发出了Ni、Cr、Mn改善的铝黄铜。目前我国已开发出加Al的HSn70-1A-0.05锡黄铜，加Ni和B的HAl77-2A-0.5铝黄铜等，同时也开发出了污染的淡水发电厂用的HSn-70-1B合金。

铝青铜是主要以铜-铝系为基的合金，仅由铜、铝元素构成的是二元铝青铜，在实际使用中为满足不同的要求，常在二元铝青铜中添加一定量的锰、铁、镍、锌等元素来改善合金的性能。优良的耐腐蚀性能和极佳的腐蚀疲劳强度使得铝青铜在海洋工程中得到大量使用，与此同时，铝青铜也具有很好的导电、导热和焊接性能以及抗污性能，因此铝青铜能够满足海水管系的使用要求。洛阳船舶材料研究所研发出极限流速7m/s的铸造镍铝青铜，该所还开发出变形镍铝青铜，其力学性能满足：Rm≥500MPa、Rp_0.2≥240MPa、A≥25％，促进了镍铝青铜更为广泛的应用。浙江海亮股份有限公司开发Cu-(1.0～10.0)Al-(0.08～2.0)Mn-(0.02～1.0)As-0.5Fe合金用于海水淡化工程，其性能达到Rm：(360～500)MPa，Rp_0.2:(120～230)MPa，A：(52～66)％。苏州有色金属研究院开发了变形镍铝青铜材料，力学性能满足：Rm≥550MPa、Rp_0.2≥300MPa、A≥30％。中国科学院宁波材料技术与功能研究所开发了镍铝青铜合金材料用于海水淡化领域，其成分的质量百分比为：Cu-(9.5～11.5)Al-(3.0～4.5)Fe-(3.5～4.5)Mn-(3.0～4.0)Ni。宁波博威合金材料股份有限公司开发了铝青铜合金管材，其成分的质量百分比为：Cu-(7.0～12.0)Al-(3.0～7.0)Fe-(3.0～7.0)Ni-(0～1.0)Mn-(0～1.0)Zn-(0～0.5)Si-(0～0.5)Sn，可用于机械工业、船舶和海洋工业、石化工业及电气工业等场合。

专利CN104862522B公开了一种镍铝青铜合金及其制备方法，该合金含有的化学元素成分及其质量百分比为：Al 9.5～11.5、Fe 3.0～4.5、Ni 3.5～4.5、Mn 3.0～4.0，余量为Cu，该发明仅公开了镍铝青铜合金具有高硬度和高耐磨性能，干摩擦系数在0.25左右，显微硬度可达460Hv，但并未给出合金的强塑性指标和耐腐蚀性能。专利CN112063883A公开了一种铝青铜，其质量百分比组成为：7.0～12.0％的Al，3.0～7.0％的N i，3.0～7.0％的Fe，0～1.0％的Mn，0～1.0％的Zn，0～0.5％的Si，0～0.5％的Sn，余量为Cu，该铝青铜的微观组织含有α相、β相和γ₂相，其抗拉强度≥740MPa、屈服强度≥400MPa、延伸率≥15％、硬度≥200HB、疲劳强度为355～400MPa(10⁷次)；但该发明未给出合金的耐蚀性，通过分析可知α相、β相和γ₂相的电位差较大，可能导致该合金耐腐蚀性能相对较低。专利CN101381824A和专利CN101435032B公开了多元耐蚀铝青铜合金材料，其成分质量百分比Al：4.0～10.0％、Fe：1.0～4.5、Mn：1.0～4.5、Ni：0.8～4.0，可选择Cr：0.05～0.5，余量Cu，此类合金退火态性能最高为抗拉强度525MPa、屈服强度285MPa、延伸率42％，静态海水腐蚀速率0.01～0.035mm/a，可见所公开的合金强度稍低、未涉及冲刷腐蚀性能。专利CN101696476B公开了一种耐蚀多元铝青铜合金材料，其成分质量百分比Al：4.0～10.0％、Fe：1.0～4.5、Mn：1.0～4.5、Ni：0.8～4.0，Si：0.05～1.0，余量Cu，此类合金退火态性能抗拉强度550MPa、屈服强度300MPa、延伸率30％，静态海水腐蚀速率0.01～0.03mm/a，可见所公开的合金塑性较低、未涉及冲刷腐蚀性能。CN101967579A公开了一种含Ti多元铝青铜合金新材料，其成分质量百分比Al：5.0～7.0％、Fe：2.0～3.0、Mn：1.5～3.5、Ni：2.0～3.5，Ti：0.05～0.5，余量Cu，此类合金退火态性能抗拉强度550MPa、屈服强度325MPa、延伸率30％，静态海水腐蚀速率0.01～0.02mm/a，5m/s海水冲刷下腐蚀速率0.01～0.03mm/a，可见所公开的合金塑性较低。专利CN1267570C公开了一种用于制造海水泵阀的铸造铜合金及其制备方法，其各元素成分的重量百分比如下：Ni：4.0～10.0；Al：5.0-9.0；Fe：1.0-5.0；Mn：1.0-3.0；Re/Cr/Si：0.5-3.5；余量Cu，该合金在7m/s海水充数下腐蚀速率低于0.042mm/a，该铸造合金热处理态的力学性能达到抗拉强度650Mpa、屈服强度380MPa、延伸率13％的水平，可见该合金为铸造合金且塑性较低。专利CN104060121B公开了一种汽车用高耐磨铜合金线的制备方法，其各元素成分的重量百分比如下：Al：4.5-6.5；Fe：2.2-3.6；Mn：1.4-1.8；Si：1.0-1.5；Cr：0.4-0.8等元素，但其力学性能仅达到抗拉强度482Mpa、屈服强度366MPa、延伸率22％的水平。

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于开发一种高强度耐腐蚀变形铝青铜，应用于高流速高载荷的海洋工程(如海水淡化、滨海电站、海水养殖)和舰船等行业的冷凝器管束、管板、网箱、围栏等耐腐蚀件的制造，对降低生产成本、提高产品质量及节省资源能均具有重大意义。本发明进一步的目的在于提供高强度耐腐蚀变形铝青铜材料的制备方法，所述合金时通过熔铸结合形变热处理的工艺方式而得到的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高强度耐腐蚀铜合金及其制备方法，具体包括以下内容：

一种高强度耐腐蚀铜合金，其成分的质量百分含量为：Al 4.0～10.0wt％，Fe 1.0～4.0wt％，Mn 1.0～4.5wt％，Ni 0.8～3.5wt％，Cr 0.08～0.5wt％，P0.001～0.05wt％，不可避免的杂质总和≤0.15wt％，余量为Cu。

具体地，所述铜合金中的铁含量为：Fe 1.5～3.5wt％。

具体地，所述铜合金中的镍含量为：Ni 1.0～3.0wt％。

具体地，所述铜合金中的铬含量为：Cr 0.1～0.5wt％。

具体地，所述铜合金中的磷含量为：P 0.005～0.05wt％。

具体地，其成分的质量百分含量为：Fe 1.5～3.5wt％，Ni 1.0～3.0wt％，Cr 0.1～0.5wt％，P 0.005～0.05wt％。

具体地，退火态下所述合金的显微组织中仅含有等轴晶的α基体和颗粒状弥散分布的K相。

一种高强度耐腐蚀铜合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)铸造：采用半连续铸造的方法将原料铸造成铜合金铸锭，所述原料包括：Al4.0～10.0wt％，Fe 1.0～4.0wt％，Mn 1.0～4.5wt％，Ni 0.8～3.5wt％，Cr 0.08～0.5wt％，P 0.001～0.05wt％，不可避免的杂质总和≤0.15wt％，余量为Cu；

(2)热处理：将步骤(1)制备得到的铜合金铸锭进行穿孔热挤压、或热挤压、或热轧；

(3)固溶：将步骤(2)得到的铜合金材料进行固溶处理；

(4)冷处理：将固溶后的铜合金材料进行冷拉拔或冷轧；

(5)矫直：将步骤(4)冷处理后的铜合金材料进行矫直；

(6)成品退火：将矫直后的铜合金材料进行退火处理。

具体地，所述步骤(1)的铸造温度为1180～1250℃；所述步骤(2)的穿孔热挤压、或热挤压、或热轧的开始温度为850～980℃；所述步骤(3)固溶温度为900～1000℃、时间为0.5～2h。

具体地，所述的成品退火温度为450～800℃、时间为1～5h。

本发明的有益效果：

本发明公开的高强度耐腐蚀铜合金属于Cu-Al-Fe-Mn系合金。本发明公开的高强度耐腐蚀铜合金及其制备方法，可通过形变热处理全面提高所述合金的性能，不同工艺所获得的不同规格的管材、板材和线材，其性能一致。

本发明公开的高强度耐腐蚀铜合金及其制备方法，采用了多元合金化的原则，通过调整Fe、Ni及Cr元素的含量、添加P元素及进行加工工艺、热处理工艺控制，调控等轴晶粒尺寸和强化相细小弥散分布状态，充分发挥各个合金化元素的作用，显著提高合金的力学和耐腐蚀性能，同时保证其具有良好的塑性成形性能。

在Cu-Al-Fe-Mn系合金中，Al元素固溶于铜中，是决定铝青铜合金强度的主要元素之一，但对塑性的影响较大，将铝青铜合金的铝含量控制在较低的水平有利于提高合金的塑性和加工成形性。Al在合金表面形成氧化铝保护膜，提高合金的耐腐蚀性能，添加Al元素还提高合金铸造时的流动性和铸件的表面质量。当铝青铜合金中的Fe达到一定值时，就会形成K相化合物，凝固时K相以细小质点为结晶核心，在细化晶粒的同时，提高了青铜合金的强度、硬度和耐蚀性。在Cu-Al-Fe-Mn合金中，K相的析出形态对其力学性能的影响很大。Ni能显著提高铝青铜的强度、硬度、冲击韧性、热稳定性与耐蚀性和细化晶粒，Ni的过量加入会造成流动性差而给冷热变形加工带来困难。向铝青铜中同时添加Ni和Fe，可获得更佳的综合性能。Mn可提高合金的工艺性能、力学性能和耐蚀性，使铝青铜合金能承受冷热压力加工。Mn元素使青铜合金的强度得到提高，当含Mn量增加时，强度大幅度增加而塑性降低不多。Mn元素在镍铝青铜合金中有一定的固溶度，有很明显的细化晶粒和固溶强化的作用，特别是Mn元素和Fe元素的综合作用可以进一步细化镍铝青铜合金的晶粒，起到提高镍铝青铜合金的综合力学性能的作用。Mn元素在熔炼过程中可以作为脱氧剂，增加熔体的流动性，提高铸锭的致密性，从而进一步提高镍铝青铜合金的综合力学性能。

本专利一个突出的特点是在Cu-Al-Fe-Mn合金的基础上除了添加Ni元素外，还复合添加了Cr和P元素。少量Cr净化合金熔液，提高铝青铜合金的力学性能，Cr元素在铝青铜合金中可产生弥散的质点，阻止位错及晶界的迁移，从而提高了再结晶温度，抑制合金退火时的晶粒长大，使退火材料的硬度和强度提高；Cr元素在合金中以固溶和弥散单质颗粒相存在，与其他元素交互作用少，可显著提高铜合金的耐腐蚀性能且对合金的传导性能影响较小，可使铝青铜合金同时具有较好的力学、耐腐蚀和传导性能。P元素的添加可有效脱氧，显著降低铜液的表面张力、增加熔体流动性、减少铸锭缺陷；P元素还可提高铝青铜基体的耐蚀性；P元素在Cu中的固溶度很小，单独添加少量的P即可形成Cu₃P硬脆化合物，显著提高合金的强度和硬度，但降低合金的韧性。但在本发明中同时添加Fe和P元素，可形成Fe₂P或Fe₃P化合物，该化合物硬而不脆，且呈细小颗粒状弥散分布在基体中，大大提高了合金的强度、硬度和耐冲刷腐蚀性能，且对塑性的影响也相对较小。

正是由于上述合金元素多元合金化的作用，使得本发明合金基体上弥散分布着K相(以Fe₃Al为主)、Fe_XP相等多种高强度质点，且控制K相与基体的电位差较小，从而使本发明合金的综合力学性能和耐海水腐蚀性能均优于现有铝青铜，特别在海水环境下表现出较高的耐冲刷腐蚀性能。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

1、力学性能更高。由于同时添加了Al、Fe、Mn、Ni、Cr和P元素，很好地控制和利用了元素间的交互作用，在合金基体中形成了细小弥散分布的强化析出相，使本发明铜合金具有比传统牌号铝青铜和现有专利中所述的铝青铜更优异的力学性能，特别适用于海洋工程、船舶、石油化工等场合中工作的结构件和耐蚀件等。

2、成形加工性好。尽管本发明合金的强度、硬度处在较高水平，但由于合金中Al、Fe和Ni含量相对较低，组织中的基体为塑性较好的α相，强化相均为细小颗粒状且弥散分布，因此合金的塑性较好，降低了冷热加工过程中的开裂倾向，易加工成管材、板带材和线材。

3、耐腐蚀性能优。本合金在静态和动态海水环境下均表现出极佳的耐腐蚀性，退火态材料在力学性能达到抗拉强度560MPa以上、屈服强度330MPa以上、屈强比0.55以上、延伸率42％以上时，全浸均匀腐蚀速率在0.01～0.02mm/a，5m/s流速海水条件冲刷腐蚀速率在0.2mm/a以下。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

一种高强度耐腐蚀铜合金，其成分的质量百分含量为：Al 4.0～10.0wt％，Fe 1.0～4.0wt％，Mn 1.0～4.5wt％，Ni 0.8～3.5wt％，Cr 0.08～0.5wt％，P 0.001～0.05wt％，不可避免的杂质总和≤0.15wt％，余量为Cu。

具体地，所述铜合金中的铝元素含量可以为4.0wt％、5.0wt％、6.0wt％、8.0wt％、1.0wt％等。

具体地，所述铜合金中的铁元素含量可以为1.5wt％、2.0wt％、3.5wt％、4.0wt％、10.0wt％等。

具体地，所述铜合金中的锰元素含量可以为1.0wt％、2.0wt％、3.0wt％、4.0wt％、4.5wt％等。

具体地，所述铜合金中的镍元素含量可以为0.8wt％、1.0wt％、2.0wt％、3.0wt％、3.5wt％等。

具体地，所述铜合金中的铬元素含量可以为0.08wt％、0.1wt％、0.2wt％、0.3wt％、0.5wt％等。

具体地，所述铜合金中的磷元素含量可以为0.001wt％、0.005wt％、0.01wt％、0.02wt％、0.05wt％等。

一种高强度耐腐蚀铜合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)铸造：采用半连续铸造的方法将原料铸造成铜合金铸锭，铸造温度为1180～1250℃，所述原料包括：Al 4.0～10.0wt％，Fe 1.0～4.0wt％，Mn 1.0～4.5wt％，Ni 0.8～3.5wt％，Cr 0.08～0.5wt％，P 0.001～0.05wt％，不可避免的杂质总和≤0.15wt％，余量为Cu；

(2)热处理：将步骤(1)制备得到的铜合金铸锭进行穿孔热挤压、或热挤压、或热轧，穿孔热挤压、或热挤压、或热轧的开始温度为850～980℃；

(3)固溶：将步骤(2)得到的铜合金材料进行固溶处理，固溶温度为900～1000℃、时间为0.5～2h；

(4)冷处理：将固溶后的铜合金材料进行冷拉拔或冷轧；

(5)矫直：将步骤(4)冷处理后的铜合金材料进行矫直；

(6)成品退火：将矫直后的铜合金材料进行退火处理，成品退火温度为450～800℃、时间为1～5h。

具体地，所述步骤(1)的铸造温度可以为1180℃、或1190℃、或1200℃、或1220℃、或1250℃；所述步骤(2)的穿孔热挤压、或热挤压、或热轧的开始温度可以为850℃、或880℃、或900℃、或950℃、或980℃；所述步骤(3)固溶温度可以为900℃、或950℃、或980℃、或1000℃，固溶时间可以为0.5h、或0.8h、或1h、或1.5h、或2h。

具体地，所述的成品退火温度可以为450℃、或500℃、或600℃、或700℃、或800℃，时间可以为1h、或2h、或3h、或4h、或5h。

实施例1

将原料按照质量百分比：Al 4.0wt％，Fe 4.0wt％，Mn 4.5wt％，Ni 3.5wt％，Cr0.5wt％和P 0.05wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸方法铸造成直径

的铸锭，铸造温度1180℃；车削表面后再切断成

的锭坯；然后热挤压成管坯，锭坯加热温度920℃，挤压出口温度900℃；管坯再经过950℃固溶1h后拉拔成管材，管材矫直后进行成品退火，退火温度：600℃，退火时间2h。

实施例2

将原料按照质量百分比：Al 5.0wt％，Fe 3.0wt％，Mn 3.5wt％，Ni 3.5wt％，Cr0.5wt％和P 0.05wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸方法铸造成截面为400mm×160mm的扁锭，铸造温度1200℃。铣面之后在加热炉中加热到950℃，保温一定时间后在热轧机上热轧制成板坯；热轧板坯再经过940℃固溶2h后拉冷轧成板材，板材矫直后进行成品退火，退火温度：650℃，退火时间2h。

实施例3

将原料按照质量百分比：Al 7.0wt％，Fe 2.0wt％，Mn 1.5wt％，Ni 0.8wt％，Cr0.2wt％和P 0.001wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸方法铸造成直径

的铸锭，铸造温度1250℃；车削表面后再切断成

的锭坯；然后热挤压成棒坯，锭坯加热温度940℃，挤压出口温度920℃；棒坯再经过930℃固溶1.5h后拉拔成线材，线材矫直后进行成品退火，退火温度：580℃，退火时间4h。

实施例4

将原料按照质量百分比：Al 10.0wt％，Fe 1.0wt％，Mn 1.0wt％，Ni 0.8wt％，Cr0.08wt％和P 0.001wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸方法铸造成直径

的铸锭；车削表面后再切断成

的锭坯；然后挤压成管坯，锭坯加热温度980℃，挤压出口温度960℃；管坯再经过940℃固溶1h后拉拔成管材，管材矫直后进行成品退火，退火温度：680℃，退火时间1.5h。

实施例5

将原料按照质量百分比：Al 6.0wt％，Fe 2.0wt％，Mn 2.0wt％，Ni 1.2wt％，Cr0.4wt％和P 0.04wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸方法铸造成截面为400mm×160mm的扁锭。铣面之后在加热炉中加热到940℃，保温一定时间后在热轧机上轧制成板坯；热轧板坯再经过920℃固溶1h后拉冷轧成板材，板材矫直后进行成品退火，退火温度：650℃，退火时间3h。

实施例6

将原料按照质量百分比：Al 8.0wt％，Fe 1.5wt％，Mn 1.5wt％，Ni 1.5wt％，Cr0.1wt％和P 0.01wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸方法铸造成直径

的铸锭；车削表面后再切断成

的锭坯；然后挤压成棒坯，锭坯加热温度930℃，挤压出口温度910℃；棒坯再经过920℃固溶2h后拉拔成线材，线材矫直后进行成品退火，退火温度：700℃，退火时间1h。

对比例1

将原料按照质量百分比：Al 3.8wt％，Fe 4.0wt％，Mn 4.0wt％，Ni 3.5wt％，Cr0.5wt％和P 0.05wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸方法铸造成直径

的铸锭；车削表面后再切断成

的锭坯；然后挤压成管坯，锭坯加热温度950℃，挤压出口温度925℃；管坯再经过930℃固溶1.5h后拉拔成管材，管材矫直后进行成品退火，退火温度：550℃×3h。

对比例2

将原料按照质量百分比：Al 6.0wt％，Fe 5.0wt％，Mn 2.0wt％，Ni 5.0wt％，Cr0.1wt％和P 0.03wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸方法铸造成截面为400mm×160mm的扁锭。铣面之后在加热炉中加热到890℃，保温一定时间后在热轧机上轧制成板坯；热轧板坯再经过900℃固溶1h后拉冷轧成板材，板材矫直后进行成品退火，退火温度：600℃×5h。

对比例3

将原料按照质量百分比：Al 6.0wt％，Fe 5.0wt％，Mn 2.0wt％，Ni 2.0wt％，Cr0.1wt％和P 0.06wt％，其余组分为Cu和不可避免的杂质。在中频感应电炉中熔炼，立式半连铸方法铸造成直径

的铸锭；车削表面后再切断成

的锭坯；然后挤压成棒坯，锭坯加热温度960℃，挤压出口温度940℃；棒坯再经过950℃固溶1h后拉拔成线材，线材矫直后进行成品退火，退火温度：650℃×2h。

表1示意了实施例和比较例中合金的力学和耐腐蚀性能

如表1所示，本发明通过合理调整铜合金中主强化元素Al、Fe、Mn的含量及可控制腐蚀性能的Ni、Cr和P元素的含量，并控制加工工艺和热处理工艺，使得主合金元素能最大程度的溶入基体，完全发挥其强化作用，并且严格控制热处理工艺，使得强化粒子细小、均匀弥散地分布于基体中，且尽量降低粒子与基体的电位差。合理的合金成分及工艺保证了该材料可以达到抗拉强度560MPa以上，并且仍保持良好的塑性和耐蚀性。

本发明公开的高强度耐腐蚀铜合金由于同时添加了Al、Fe、Mn、Ni、Cr和P元素，很好地控制和利用了元素间的交互作用，在合金基体中形成了细小弥散分布的强化析出相，使本发明铜合金具有比传统牌号铝青铜和现有专利中所述的铝青铜更优异的力学性能，特别适用于海洋工程、船舶、石油化工等场合中工作的结构件和耐蚀件等。

而且，尽管本发明合金的强度、硬度处在较高水平，但由于合金中Al、Fe和Ni含量相对较低，组织中的基体为塑性较好的α相，强化相均为细小颗粒状且弥散分布，因此合金的塑性较好，降低了冷热加工过程中的开裂倾向，易加工成管材、板带材和线材。

此外，本合金在静态和动态海水环境下均表现出极佳的耐腐蚀性，退火态材料在力学性能达到抗拉强度560MPa以上、屈服强度330MPa以上、屈强比0.55以上、延伸率42％以上时，全浸均匀腐蚀速率在0.01～0.02mm/a，5m/s流速海水条件冲刷腐蚀速率在0.2mm/a以下。因此，本发明公开的合金能很好地满足耐海水腐蚀零部件的使用要求。

以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种高强度耐腐蚀铜合金，其特征在于，其成分的质量百分含量为：Al 4.0～10.0wt％，Fe 1.0～4.0wt％，Mn 1.0～4.5wt％，Ni 0.8～3.5wt％，Cr 0.08～0.5wt％，P0.001～0.05wt％，不可避免的杂质总和≤0.15wt％，余量为Cu。

2.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铜合金，其特征在于，所述铜合金中的铁含量为：Fe 1.5～3.5wt％。

3.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铜合金，其特征在于，所述铜合金中的镍含量为：Ni 1.0～3.0wt％。

4.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铜合金，其特征在于，所述铜合金中的铬含量为：Cr 0.1～0.5wt％。

5.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铜合金，其特征在于，所述铜合金中的磷含量为：P 0.005～0.05wt％。

6.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀铜合金，其特征在于，其成分的质量百分含量为：Fe 1.5～3.5wt％，Ni 1.0～3.0wt％，Cr 0.1～0.5wt％，P 0.005～0.05wt％。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种高强度耐腐蚀铜合金，其特征在于，退火态下所述合金的显微组织中仅含有等轴晶的α基体和颗粒状弥散分布的K相。

8.一种高强度耐腐蚀铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)铸造：采用半连续铸造的方法将原料铸造成铜合金铸锭，所述原料包括：Al 4.0～10.0wt％，Fe 1.0～4.0wt％，Mn 1.0～4.5wt％，Ni 0.8～3.5wt％，Cr0.08～0.5wt％，P0.001～0.05wt％，不可避免的杂质总和≤0.15wt％，余量为Cu；

(3)固溶：将步骤(2)得到的铜合金材料进行固溶处理；

(4)冷处理：将固溶后的铜合金材料进行冷拉拔或冷轧；

(5)矫直：将步骤(4)冷处理后的铜合金材料进行矫直；

(6)成品退火：将矫直后的铜合金材料进行退火处理。

9.根据权利要求8所述的一种高强度耐腐蚀铜合金的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的铸造温度为1180～1250℃；所述步骤(2)的穿孔热挤压、或热挤压、或热轧的开始温度为850～980℃；所述步骤(3)固溶温度为900～1000℃、时间为0.5～2h。

10.根据权利要求8所述的一种高强度耐腐蚀铜合金的制备方法，其特征在于，所述的成品退火温度为450～800℃、时间为1～5h。