CN115710654A - 一种铜镍锡合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni 7‑16％，Sn 5‑9％，Mn 0.05‑0.3％、添加元素组合物A和余量的Cu，其中添加元素组合物A包括P、Co、Fe、Si、Mg、Zn、Al、Ti、Nb一种或多种，添加元素组合物A还包括稀土元素；其中，所述稀土元素包括稀土La或稀土Ce，所述稀土元素含量小于或等于原料总量的0.3％。本发明添加微量元素对合金进行强化的同时，加入稀土元素进一步细化晶粒，降低了产品宏观偏析，进一步放大了产品尺寸。

Description

一种铜镍锡合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铜镍锡合金技术领域，尤其是涉及一种铜镍锡合金及其制备方法。

背景技术

铜镍锡合金具有耐磨、耐腐蚀、润滑性高和高温稳定性好等优点，常用于制作高温重载轴承基材，被认为是具有广阔发展前景的新一代高性能铜合金。另外，与铍青铜相比，铜镍锡合金生产成本低、无污染且具有较高的强度硬度、良好的抗腐蚀性以及更为优良的机械加工性，使用温度达300℃以上，作为铍铜的最具潜力的替代材料被人们关注。因铜镍锡合金在生产过程中存在Sn元素反偏析的问题，特别是大规格产品，极易引起材料成分和性能不均匀，产品残余应力大，容易引起材料开裂，国内仍处于实验室研究阶段，工艺主要以热加工为主。

专利CN111101018B铜镍锡合金由Sn 7.9％-8.2％、Ni+Co 14.0％-16.0％、其余为Cu。采用真空熔炼、浇注得到铸锭、并进一步对铸锭进行均匀化处理、锻造，而专利CN113789459B 公开一张铜镍锡合金，由Ni 8-16％，Sn 5-9％，其余为Cu，并采用电磁搅拌工艺，得到铸态坯料的直径为200mm，铸造后的坯料经冷加工或热加工得到最终的产品，合金元素偏析控制在1％以内，但是该工艺为热成型，工艺复杂，适用于小规格产品；CN113755716A技术中铜镍锡合金采用常规石墨铸型模具进行铸造成形，产品经均匀化退火得到最终产品，虽不经过冷成形/热成型，但是依然受限于产品规格。其铸态坯料的直径无法超过200mm。上述多种合金工艺，其产品均存在无法兼顾产品规格和宏观的问题，无法同时实现产品规格大、产品宏观偏析较小。综上所述，当前铜镍锡合金的相关制备工艺主要以热成形/冷成形为主，工艺复杂；产品以小规格为主，不利于产品推广和应用。

发明内容

本发明为了克服现有技术中铜镍锡合金产品无法兼顾产品规格和宏观偏析的问题，无法同时实现产品规格大、产品宏观偏析较小的上述不足，提供一种铜镍锡合金，具有产品规格大、降低了产品宏观偏析等优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni 7-16％，Sn 5-9％，Mn 0.05-0.3％、添加元素组合物A和余量的Cu，其中添加元素组合物A包括P、Co、Fe、Si、Mg、Zn、Al、Ti、Nb一种或多种，添加元素组合物A还包括稀土元素；其中，所述稀土元素包括稀土La或稀土Ce，所述稀土元素含量小于或等于原料总量的0.3％。本发明添加微量元素对合金进行强化的同时，加入稀土元素进一步细化晶粒，降低了产品宏观偏析，并使得产品规格得以进一步放大。本发明中所述稀土可以单独添加，也可以混合稀土方式添加。

作为优选，其中P元素为原料总量的0.05-0.3％；P元素采用磷铜合金中的磷。

作为优选，所述Nb元素含量为0.1-0.3％，其中Nb元素以铌镍中间合金的方式加入。

作为优选，所述铌镍中间合金中的铌含量为≥54％。

作为优选，所述铜镍锡合金的组分包括Ni 7-10％，Sn 5-8％，Mn 0.05-0.3％；或者，所述铜镍锡合金的组分包括Ni 14-16％，Sn 7-9％，Mn 0.05-0.3％。

本发明还公开了一种铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)熔炼工序：熔炼时加入配料进行熔炼，熔炼过程采用木炭对熔体进行覆盖，熔炼温度控制在1250-1350℃，待融化后加入添加元素组合物A进行保温，并进行浇注前的成分调整，准备浇注；2)连续铸造工序：连续铸造时熔体温度调整至1100-1250℃，然后进行铸造生产，得到铸态管材或棒材。本发明采用连续铸造，铸造成形过程中采用电磁搅拌工艺可以打断凝固初期产生的较大的树枝晶，增加形核率，细化晶粒，减少锡元素的偏析，该铸造工艺尤其适用于外径≥200mm的大规格管材、棒材的制备，所述铜镍锡合金产品内部元素均匀，径向的Sn元素质量百分数偏差在1％以内。3)第一热处理工序：产品经铸造成形至所需产品形状，经高温热处理后，促进合金成分的均匀化分布，改善微观偏析，消除在铸造期间产生的树枝晶组织，经高温处理后合金元素扩散至铜合金基体中，此时的合金处于过饱和状态，最大化地增强固溶强化效果，得到具有良好性能的铜合金基体；4)第二热处理工序：经时效处理后在整个晶粒范围内形成富锡区和贫锡区呈周期性交替分布的共格亚稳态两相组织，这一成分不同的两相保持共格而产生的弹性应变场能强烈阻止位错移动，从而产生强化效果，使合金的强度和硬度等大幅度提高。本发明的连续铸造可以是水平连续铸造，也可以是垂直连续铸造。

作为优选，步骤2)的连续铸造工序中采用电磁搅拌工艺。本发明采用电磁搅拌工艺可以打断凝固初期产生的较大的树枝晶，增加形核率，细化晶粒，减少锡元素的偏析。

作为优选，步骤2)的连续铸造工序中，冷却水进水温度控制在20-55℃，水压 0.2-0.6MPa。

作为优选，该铜镍锡合金的制备方法还包括第一热处理工序，所述第一热处理工序为将得到的铸态坯料或棒材在800-880℃处理1-8小时。

作为优选，该铜镍锡合金的制备方法还包括第二热处理工序，所述第二热处理工序为将完成第一热处理工序的铸态坯料或棒材在350-450℃处理1-5小时。

本发明的有益效果是：(1)本发明的铜镍锡合金产品添加的元素的作用在于：P：作为脱氧剂，避免铸锭产生气孔，改善高温熔体的流动性，便于成形。所述的P元素采用磷铜合金中的磷，产品为颗粒状，颗粒尺寸≤50mm，所述磷铜合金中的磷含量为10-20％，所述 P元素质量百分比为原料总量的0.05-0.3％。Mn：改变合金时效过程，减缓不连续相得析出，增强合金耐蚀性，提高合金时效硬化时峰值温度，抑制晶界反应，避免晶粒粗化。Zn：抑制合金在凝固过程中的偏析，改善合金性能。Al：可与Ni形成强化相，可有效阻碍缺陷运动，提高合金强度。Si：和Ni形成与基体相同结构的析出相，其点阵常数相近，对细化起主要作用。Ni3Si相在合金中随温度变化可以可逆的溶解和析出，时效时，在晶界上沉淀，占据γ相不连续沉淀形核位置，抑制时效后期出现的不连续沉淀，稳定合金性能。Ti：少量的Ti元素能够全部溶解于铜镍锡合金基体中，不会与其他合金元素形成新相，促进合金中γ相得析出，使合金硬度快速提升，加快合金晶界间不连续相的生成与长大，合金中Ti含量达到0.3％时，硬度和强度会明显提高，当大于0.3％时可与Ni形成新相，抑制合金γ相的析出，使不连续相的生长得到抑制。Nb：当Nb含量为0.2％，可加速铜镍锡合金条幅分解过程，有效促进第二相在晶界的形核与长大过程；当基体中添加为0.25％时，可以使铜镍锡合金晶粒得到细化，提高力学性能。铌熔点高达2469℃，熔炼时以铌单质加入会出现溶解困难，所述的Nb元素以铌镍中间合金的方式加入，所述铌镍中间合金中的铌质量百分比含量为≥54％。稀土元素： La、Ce等稀土元素与氧具有很好的亲和力，反应生成的氧化物具有良好的热稳定性，氧产物呈固相浮于铜液表面，净化合金，减少产品中气孔、疏松等缺陷的产生；另一方面，能与许多易熔成份生成难熔的二元或多元化合物，在合金中呈弥散分布，强化合金性能、细化晶粒、扩大等轴晶区。(2)本发明优化热处理工艺，产品经铸造成形为所需产品形状，以铸造成形替代热加工环节，更有利于铜镍锡系合金产品的推广和使用。该工艺以铸造成形替代现有的热加工/冷加工环节，可降低设备投入成本，更有利于铜镍锡系合金产品的推广和使用。该工艺以铸造成形替代现有的热加工/冷加工环节，可降低设备投入成本，更有利于铜镍锡系合金产品的推广和使用。本发明采用连续铸造与热处理、配合配方的改进，相结合方式进一步降低产品宏观偏析；并使得制得的产品外径大于200mm，突破大规格产品宏观偏析的难题；产品性能符合ASTMB505-C96900产品，产品经铸造成形至所需产品形状，无需进一步冷成形/ 热成型；在此基础上，进一步开发出以添加元素稀土优化生产工艺，降低生产制造成本，得到与电磁搅拌工艺性能相近的产品，铸态材料元素偏析情况得到改善。(3)本发明产品经铸造成形至所需产品形状，经高温热处理后，促进合金成分的均匀化分布，改善微观偏析，消除在铸造期间产生的树枝晶组织，经高温处理后合金元素扩散至铜合金基体中，此时的合金处于过饱和状态，最大化的增强固溶强化效果，得到具有良好性能的铜合金基体；经时效处理后在整个晶粒范围内形成富锡区和贫锡区呈周期性交替分布的共格亚稳态两相组织，这一成分不同的两相保持共格而产生的弹性应变场能强烈阻止位错移动，从而产生强化效果，使合金的强度和硬度等大幅度提高。

具体实施方式

下面结合表格和具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1：本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni7％， Sn 9％，Mn 0.15％、Si 0.15％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：为按照以上质量百分比称取原材料，原料为7％金属镍、9％金属锡、0.15％金属锰、0.15％速溶硅及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰、速溶硅、温度拉升至1250℃，保温17min，加入精炼剂精炼7min后扒渣，完成炉前成分微调。温度降至1050℃并保温30min，关闭炉门并通入氩气，对高温熔体进行保护，准备浇注。熔炼过程采用木炭对高温熔体进行覆盖，木炭厚度30mm。3)连续铸造工序：采用垂直连续铸造，高温熔体温度调整为1150℃，冷却水进水温度控制在15℃，水压0.25MPa，开启牵引机，拉铸开始时以15mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在35℃，水压0.35MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ240×φ130mm。4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在840℃处理5小时；5)第二热处理工序：将完成第一热处理工序的铸态坯料在 400℃处理2小时，出炉后空冷至室温。

实施例2：本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni16％，Sn 5％，Mn 0.15％、Si 0.15％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：为按照以上质量百分比称取原材料，原料为16％金属镍、5％金属锡、0.15％金属锰、0.15％速溶硅及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰、速溶硅、温度拉升至1250℃，保温17min，加入精炼剂精炼7min后扒渣，完成炉前成分微调。温度降至1050℃并保温30min，关闭炉门并通入氩气，对高温熔体进行保护，准备浇注。熔炼过程采用木炭对高温熔体进行覆盖，木炭厚度30mm。3)连续铸造工序：采用垂直连续铸造，高温熔体温度调整为1150℃，冷却水进水温度控制在15℃，水压0.25MPa，开启牵引机，拉铸开始时以15mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在35℃，水压0.35MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ240×φ130mm。4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在840℃处理5小时；5)第二热处理工序：将完成第一热处理工序的铸态坯料在425℃处理3小时，出炉后空冷至室温。

实施例3：本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni15％，Sn 8％，Mn 0.15％、Si 0.15％、稀土La0.15％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：为按照以上质量百分比称取原材料，原料为15％金属镍、8％金属锡、0.15％金属锰、0.15％速溶硅、0.15％稀土La，及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰、速溶硅、温度拉升至1250℃，保温17min，加入精炼剂精炼7min后扒渣，加入稀土La完成炉前成分微调。温度降至1050℃并保温30min，关闭炉门并通入氩气，对高温熔体进行保护，准备浇注。熔炼过程采用木炭对高温熔体进行覆盖，木炭厚度30mm。3)连续铸造工序：采用垂直连续铸造+电磁搅拌工艺，搅拌电流调整为200A，搅拌频率30HZ；高温熔体温度调整为1150℃，冷却水进水温度控制在15℃，水压0.25MPa，开启牵引机，拉铸开始时以15mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在35℃，水压0.35MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ240×φ140mm。4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在840℃处理5小时；5)第二热处理工序：将完成第一热处理工序的铸态坯料在425℃处理3小时，出炉后空冷至室温。

实施例4：本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni15％，Sn 8％，Mn 0.15％、Si 0.15％、稀土La0.15％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：为按照以上质量百分比称取原材料，原料为15％金属镍、8％金属锡、0.15％金属锰、0.15％速溶硅，稀土La0.15％及余量的电解铜。2) 熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰、速溶硅，温度拉升至1350℃，保温15min，加入精炼剂精炼5min后扒渣加入稀土La，完成炉前成分微调。温度降至1200℃并保温30min，关闭炉门并通入氩气，对高温熔体进行保护，准备浇注。熔炼过程采用木炭对高温熔体进行覆盖，木炭厚度30mm。3)连续铸造工序：采用垂直连续铸造，高温熔体温度调整为1200℃，冷却水进水温度控制在20℃，水压0.3MPa，开启牵引机，拉铸开始时以20mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在45℃，水压0.4MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ240 ×φ130mm。4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在840℃处理5小时；5)第二热处理工序：将完成第一热处理工序的铸态坯料在425℃处理-3小时，出炉后空冷至室温。

实施例5：本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni15％、Sn8％、Mn0.15％、P0.15％、Nb0.25％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：按照上述质量百分比称取：15％金属镍、8％金属锡、 0.15％金属锰、0.15％P(以磷铜中间合金加入，含磷量14％)、Nb0.25％(以铌镍中间合金加入，含铌量≥54％)，及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰、速溶硅、磷铜合金、铌镍中间合金，温度拉升至1350℃，保温20min，加入精炼剂精炼10min，加入磷铜脱氧10min扒渣，完成炉前成分微调。温度降至1200℃并保温30min，关闭炉门并通入氩气，对高温熔体进行保护，准备浇注。熔炼过程采用木炭对高温熔体进行覆盖，木炭厚度30mm。3)连续铸造工序：采用垂直连续铸造，高温熔体温度调整为1200℃，冷却水进水温度控制在20℃，水压0.3MPa，开启牵引机，拉铸开始时以10mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在45℃，水压0.4MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ240×φ130mm。5)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在820℃处理10小时；6)第二热处理工序：将完成第一热处理工序的铸态坯料在410℃处理3小时，出炉后水冷-至室温。

实施例6：本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni9％、 Sn6％、Mn0.15％、Fe 0.02％、Si0.15％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：按照上述质量百分比称取：9％金属镍、6％金属锡、0.15％金属锰、0.02％金属铁、0.15％速溶硅，及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属铁、金属锰、速溶硅，温度拉升至1350℃，保温30min，加入精炼剂精炼10min，通入氩气30min进行除气除渣，完成炉前成分微调并扒渣，加入覆盖剂硼砂进行保护。3)连续铸造工序：采用垂直连续铸造+电磁搅拌工艺，高温熔体温度降为1200℃，冷却水进水温度控制在20℃，水压0.2MPa，搅拌电流调整为200A，搅拌频率30HZ。开启牵引机，拉铸开始时以30mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在30℃，水压0.3MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ240×φ130mm。4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在880℃处理7小时；5)第二热处理工序：将完成第一热处理工序的铸态坯料在400℃处理2小时，出炉后空冷至室温。

实施例7：本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni15％、 Sn8％、Mn0.15％、Si 0.15％，稀土La0.19％余量为Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：按照上述质量百分比称取：15％金属镍、8％金属锡、 0.15％金属锰、0.15％速溶硅，0.19％稀土La，及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰、速溶硅，温度拉升至1350℃，保温30min，加入精炼剂精炼10min后扒渣加入稀土La，温度降至1100℃并保温30min，加入0.19％稀土La，关闭炉门并通入氩气，对高温熔体进行保护，准备浇注。完成炉前成分微调。3)连续铸造工序：采用垂直连续铸造，高温熔体温度调整为1150℃，冷却水进水温度控制在10-20℃，水压0.3-0.4MPa。开启牵引机，拉铸开始时以10-20mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在25-45℃，水压0.4-0.5MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ450×φ360mm。4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在850℃处理5小时；5)第二热处理工序：将完成第一热处理工序的铸态坯料在435℃处理3小时，出炉后空冷至室温。

实施例8：本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni7％， Sn 5％，Mn 0.05％、Si 0.15％、稀土La0.15％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：为按照以上质量百分比称取原材料，原料为7％金属镍、5％金属锡、0.05％金属锰、0.15％速溶硅，稀土La0.15％及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰、速溶硅，温度拉升至1350℃，保温15min，加入精炼剂精炼5min后扒渣加入稀土La，完成炉前成分微调。温度降至1200℃并保温30min，关闭炉门并通入氩气，对高温熔体进行保护，准备浇注。熔炼过程采用木炭对高温熔体进行覆盖，木炭厚度30mm。3)连续铸造工序：采用垂直连续铸造，高温熔体温度调整为1200℃，冷却水进水温度控制在20℃，水压0.3MPa，开启牵引机，拉铸开始时以20mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在45℃，水压0.4MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ240 ×φ130mm。4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在840℃处理5小时；5)第二热处理工序：将完成第一热处理工序的铸态坯料在400℃处理2小时，出炉后空冷至室温。

实施例9：本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni10％，Sn 5％，Mn 0.3％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：为按照以上质量百分比称取原材料，原料为10％金属镍、5％金属锡、0.3％金属锰及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰，温度拉升至1350℃，保温15min，加入精炼剂精炼5min后扒渣，完成炉前成分微调。温度降至1200℃并保温30min，关闭炉门并通入氩气，对高温熔体进行保护，准备浇注。熔炼过程采用木炭对高温熔体进行覆盖，木炭厚度30mm。3)连续铸造工序：采用垂直连续铸造，高温熔体温度调整为1200℃，冷却水进水温度控制在20℃，水压0.3MPa，开启牵引机，拉铸开始时以 20mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在45℃，水压0.4MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ240×130mm。4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在840℃处理5小时；5) 第二热处理工序：将完成第一热处理工序的铸态坯料在400℃处理2小时，出炉后空冷至室温。

实施例10：本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni 14％，Sn 7％，Mn 0.05％、Si 0.15％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：为按照以上质量百分比称取原材料，原料为14％金属镍、 7％金属锡、0.05％金属锰、0.15％速溶硅及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰、速溶硅，温度拉升至1350℃，保温15min，加入精炼剂精炼5min后扒渣，完成炉前成分微调。温度降至1200℃并保温30min，关闭炉门并通入氩气，对高温熔体进行保护，准备浇注。熔炼过程采用木炭对高温熔体进行覆盖，木炭厚度30mm。3)连续铸造工序：采用垂直连续铸造，高温熔体温度调整为1200℃，冷却水进水温度控制在20℃，水压0.3MPa，开启牵引机，拉铸开始时以20mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在45℃，水压0.4MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ240×φ130mm。4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在840℃处理5小时；5)第二热处理工序：将完成第一热处理工序的铸态坯料在425℃处理3小时，出炉后空冷至室温。

实施例11：本发明公开了一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni 16％，Sn 9％，Mn 0.3％、Si 0.15％、稀土La0.15％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：为按照以上质量百分比称取原材料，原料为16％金属镍、9％金属锡、0.3％金属锰、0.15％速溶硅，稀土La0.15％及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰、速溶硅，温度拉升至1350℃，保温15min，加入精炼剂精炼5min后扒渣加入稀土La，完成炉前成分微调。温度降至1200℃并保温30min，关闭炉门并通入氩气，对高温熔体进行保护，准备浇注。熔炼过程采用木炭对高温熔体进行覆盖，木炭厚度30mm。3)连续铸造工序：采用垂直连续铸造，高温熔体温度调整为1200℃，冷却水进水温度控制在20℃，水压0.3MPa，开启牵引机，拉铸开始时以20mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在45℃，水压0.4MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ240 ×φ130mm。4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在840℃处理5小时；5)第二热处理工序：将完成第一热处理工序的铸态坯料在425℃处理3小时，出炉后空冷至室温。

对比例1：一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni 15％，Sn8％， Mn 0.15％、Si 0.15％、稀土La0.15％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：为按照以上质量百分比称取原材料，原料为15％金属镍、 8％金属锡、0.15％金属锰、0.15％速溶硅、0.15％稀土La，及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰、速溶硅，温度拉升至1250-1350℃，，保温5-30min，加入精炼剂精炼5-10min后扒渣，完成炉前成分微调。温度降至1050-1200℃并保温30min，加入稀土La，关闭炉门并通入氩气。3)离心浇注：高温熔体温度调整为1100℃，将熔体浇注至离心铸造机，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态管材规格φ240×φ130mm。4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在860℃处理5小时；5)第二热处理工序：将完成第一热处理工序的管材在420℃，保温3小时，出炉后空冷至室温。

对比例2：一种铜镍锡合金，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni 15％，Sn8％， Mn 0.15％、Si 0.15％和余量的Cu及不可避免的杂质。该铜镍锡合金的制备方法，包括以下步骤：1)配料工序：为按照以上质量百分比称取原材料，原料为15％金属镍、8％金属锡、0.15％金属锰、0.15％速溶硅，及余量的电解铜。2)熔炼工序：首先将电解铜、金属镍放入熔炼炉中加热熔化，熔炼时在高温熔体表面覆盖一层木炭，铜、镍完全溶解后，加入金属锡、金属锰、速溶硅，温度拉升至1250-1350℃，保温5-30min，加入精炼剂精炼5-10min后扒渣，完成炉前成分微调。温度降至1050-1200℃并保温30min，关闭炉门并通入氩气，对高温熔体进行保护，准备浇注。3)连续铸造工序：采用水平连续铸造，高温熔体温度调整为1100℃，冷却水进水温度控制在10℃，水压0.2MPa，开启牵引机，拉铸开始时以10mm/min拉铸速度进行调试，调试过程中逐步增加拉铸速度，冷却水进水温度控制在25℃，水压0.3MPa，拉铸稳定后，得到铸态管材表面质量良好、无气孔、夹渣、表面颜色均匀，铸态棒材规格φ240mm。 4)第一热处理工序：将得到的铸态坯料在840℃处理5小时；5)热加工工序：将完成第一热处理工序的铸态棒材进行热挤压，热加工温度控制在800-840℃，挤压后得到φ100×φ 80mm的管材。5)第二热处理工序：将完成热加工工序的管材在425℃，保温3小时，出炉后空冷至室温。

实施例成分及性能数据见下表1：

表1实施例与对比例产品性能

通过上述实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和对比例1、2可知，本发明申请的特定化学成分与相关制备工艺，得到的铜镍锡合金Sn元素径向浓度偏差≤1％，性能和成分优于传统离心铸造，且与连续铸造+热挤压产品相当。由实施例3可知，对铜镍锡合金化学成分进行调整，添加稀土元素La、P、Nb，配合并改进连续铸造+电磁搅拌，其具有更优的抗拉强度、屈服强度、断后延伸、硬度和Sn偏差。由实施例4、5可知，对铜镍锡合金化学成分进行调整，添加稀土元素La、P、Nb，可得到与电磁搅拌工艺性能相当的产品；由实施例6、实例8、实例9可知，本发明通过选择性地调整Ni、Sn含量，可得到性能适中的产品，有利于降低产品元素成本，并配合本发明选择性地采用并改进连续铸造+电磁搅拌工艺，其取得的Sn偏差为最优值；由实施例7可知，该工艺可应用于大规格产品的生产，更有利于充分发挥铜镍锡系合金产品在能源、机械、大型工程中的性能优势。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书内容所作的等效变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铜镍锡合金，其特征是，按质量百分比计，包括以下化学成分：Ni 7-16％，Sn 5-9％，Mn 0.05-0.3％、添加元素组合物A和余量的Cu，其中添加元素组合物A包括P、Co、Fe、Si、Mg、Zn、Al、Ti、Nb一种或多种，添加元素组合物A还包括稀土元素；其中，所述稀土元素包括稀土La或稀土Ce，所述稀土元素含量小于或等于原料总量的0.3％。

2.根据权利要求1所述的一种铜镍锡合金，其特征是，其中P元素为原料总量的0.05-0.3％；P元素采用磷铜合金中的磷。

3.根据权利要求1所述的一种铜镍锡合金，其特征是，所述Nb元素含量为0.1-0.3％，其中Nb元素以铌镍中间合金的方式加入。

4.根据权利要求3所述的一种铜镍锡合金，其特征是，所述铌镍中间合金中的铌含量为≥54％。

5.根据权利要求1所述的一种铜镍锡合金，其特征是，所述铜镍锡合金的组分包括Ni7-10％，Sn 5-8％，Mn 0.05-0.3％；或者，所述铜镍锡合金的组分包括Ni 14-16％，Sn 7-9％，Mn 0.05-0.3％。

6.一种铜镍锡合金的制备方法，其铜镍锡合金为权利要求1-5任一项所述的一种铜镍锡合金，其特征是，包括以下步骤：

1)熔炼工序：熔炼时加入配料进行熔炼，熔炼过程采用木炭对熔体进行覆盖，熔炼温度控制在1250-1350℃，待融化后加入添加元素组合物A进行保温，并进行浇注前的成分调整，准备浇注；

2)连续铸造工序：连续铸造时熔体温度调整至调整为1100-1250℃，然后进行铸造生产，得到铸态管材或棒材。

7.根据权利要求6所述的一种铜镍锡合金的制备方法，其特征是，步骤2)的连续铸造工序中采用电磁搅拌工艺。

8.根据权利要求6或7所述的一种铜镍锡合金的制备方法，其特征是，步骤2)的连续铸造工序中，冷却水进水温度控制在20-55℃，水压0.2-0.6MPa。

9.根据权利要求6或7所述的一种铜镍锡合金的制备方法，其特征是，还包括第一热处理工序，所述第一热处理工序为：将得到的铸态坯料或棒材在800-880℃处理1-8小时。

10.根据权利要求9所述的一种铜镍锡合金的制备方法，其特征是，还包括第二热处理工序，所述第二热处理工序为：将完成第一热处理工序后的铸态坯料或棒材在350-450℃处理1-5小时。