CN1195706A - 连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺 - Google Patents

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李耀辉
陈羽
张家成
张琴开
张辉
王文洋
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Abstract

一种连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺,采用含铬锆镁的析出强化铜合金,真空中频感应电炉熔炼,氩气保护浇铸后进行热挤压,冷拔,固培处理,成型冷拔,时效析出强化,机械加工后进行电镀,制造成结晶器成品。与常规纯铜T2或TP2管材制作的结晶器相比,本发明的结晶器的常温和中高温力学性能与传导性能和耐磨性能都有显著提高和最佳的结合。以115×115小方坯为例,使用寿命从拉700—800吨钢提高到平均拉钢2400吨左右。

Description

连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺
本发明属于机械制造工艺领域，特别是一种连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺。
目前所使用的连续铸钢方/圆坯结晶器使用纯铜T2或TP2管材制造，其材料来源容易，加工过程比较简单。但是这种结晶器不但常温力学性能低下，而且尤其是工作温度(230-320℃)中的中高温热强力学性能更为低下，因此在使用过程中会发生明显的变形。同时由于抗磨损能力不足，无法使结晶器保持精确的几何尺寸和高的拉钢速度。这不但影响结晶器的使用寿命，而且也影响到连铸坯的质量和连铸机的产量。使用纯铜TP2管材制造的方坯结晶器拉钢量仅为700-800吨，生产效率低下，从而限制了连铸生产的发展。
发明专利申请96115175.7公开了一种析出硬化铜合金，含有析出强化元素铬和锆及高温抗氧化元素镁以及稀土元素。这种铜合金的常温和高温力学性能均显著高于纯铜。由于这种铜合金主要用于大板坯结晶器，所以对合金成分控制比较严格。该专利申请同时还公开了这种铜合金的析出强化热处理工艺，取得较好的效果。
本发明的目的是提供一种连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器的新制造工艺，采用铬锆镁铜合金，通过真空熔炼、氩气保护浇铸、热挤压、冷拔、固溶处理、成型冷拔，时效析出强化热处理，机加工后电镀和最终控制而制造出管式结晶器。
这种方/圆坯结晶器的常温和中高温热力性能、耐磨性能和传导性能的结合均优于常规纯铜方/圆坯结晶器，为发展高效率、高拉速、高质量、长寿命连铸创造了条件。
按照本发明的连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺，采用铬锆镁析出硬化铜合金，采用真空熔炼，并经析出强化处理后经机械加工而制成，新工艺的特点是：
1)合金元素有更宽的含量范围，铜合金的成分(重量百分数)为铬0.3-2.0％，锆0.05-0.3％，镁0.005-1.0％，余量为铜，不用稀土元素。
2)真空熔炼是在真空中频感应炉中，在13.3-1.33Pa真空度下添加铜铬、铜锆、铜镁中间合金进行熔炼。
3)将熔炼好的铜合金在氩气保护下浇铸成铜锭。
4)将铜锭进行热挤压后进行冷拔，再经固溶处理后进行成型冷拔，成型冷拔后进行时效析出强化热处理，再进行机械加工和电镀及最终控制而制成结晶器成品。
按照本发明，铜合金中的铬和锆是析出强化元素，经过时效析出Cr2Zr或者(Cr球+Cr2Zr)等第二相金属间化合物，强化金属组织，提高其力学性能。但是用量不宜过多，也不宜太少，过多会使金属流动性降低，加工性能变差、导热、导电性能变差。一般铬含量上限不宜超过2％，锆含量上限不宜超过0.3％。这些合金元素含量过少时，析出的第二相金属间化合物太少，强化效果不佳，力学性能达不到要求。一般的铬含量下限为0.3％，锆含量下限为0.05％。实验表明，铬含量的最佳范围为0.35-1.4％；锆含量的最佳范围为0.06-0.28％。
按照本发明，在铜合金中用镁元素来提高其抗氧化性能。同时在熔炼铜水过程中还有脱氧作用，但却能降低铜的传导性能，因此只能微量添加。如添加量过高，还会生成MgCu脆性的γ相，使加工性能变坏。因此镁的加入量不宜超过1％。但也不能太少，否则不能有效地提高抗氧化性能，脱氧效果也不会好。因此将其下限定为0.005％。镁的最佳含量范围(重量百分数)为0.008-0.08％。
按照本发明，铬、锆、镁是以中间合金形式加入到铜中的。这些中间合金的成分组成(重量百分数)为：
铜铬中间合金：铬4-6％，余量为铜。
铜锆中间合金：锆8-12％，余量为铜。
铜镁中间合金：镁10-30％，余量为铜。
按照本发明，真空熔炼是在真空中频感应炉中进行熔炼的，真空度保持在13.3-1.33Pa。真空熔炼使铜及诸合金元素不受空气污染，大大减少合金元素的烧损，提高合金元素的收得率，同时减少铜合金中的非金属夹杂物含量和气体含量，提高了铜合金的纯洁度，从而达到设计的性能要求。
按照本发明，所采用的氩气保护浇铸工艺方法及有关参数是：在锭模的上方浇铸水口的上下部用一钢管弯成与锭模相对应形状的弯管，在弯管内侧每隔50mm钻一个直径为0.5-1.0mm的圆孔，浇铸过程中向弯管内通入压力为0.1-0.5MPa的氩气，直到浇铸完毕。氩气保护浇铸防止了注流被二次氧化，保持铜合金的纯洁度。氩气可以用氩气瓶供给，也可以由氩气管道供给。
按照本发明的热挤压、冷拔、固溶处理、成型冷拔、时效析出强化处理、机械加工。电镀等工序均可采用现有技术。
实施例
a、炉号为5-16-1的连续铸钢方坯铬锆镁铜结晶器，其铜合金的化学成分(重量百分数)为Cr0.54％，Zr0.08％，Mg0.017％，余量为Cu。经真空熔炼、氩气保护浇铸、后续工序加工成结晶器。
b、炉号为5-20-1的连续铸钢方坯铬锆镁铜结晶器，其铜合金的化学成分(重量百分数)为Cr0.71％，Zr0.12％，Mg0.010％，余量为Cu。经真空熔炼、氩气保护浇铸、后续工序加工成结晶器。
这种结晶器的常温和中高温力学性能要明显好于纯铜结晶器的性能。表1列出了这些结晶器的常温和中高温力学性能比较。
表1  常温和中高温力学性能比较
 温度℃          σb(MPa)        σ0.2(MPa)             δ％              E，GPa
  T2  a   b   T2  a  b    T2    a    b     T2    a    b
 20   262  435   400   60  368  354    32    25    24     110    122    120
 200   241  347   336   50  297  318    22    23    19
 350   159  283   290   42  265  274    26    21    21
 500   71  262   258   35  247  247    35    20    18
结晶器的使用寿命得到大幅度提高。以115小方坯连铸为例纯铜TP2管制作的结晶器拉钢量仅为700-800吨，按照本发明的结晶器平均拉坯量达到2400吨左右，为前者的3倍左右。更主要的是，本发明的结晶器材料及工艺为制造高效结晶器创造了不可缺少的条件，从而可显著提高拉坯速度，进而显著地提高连铸机的生产率。由于本发明的结晶器具有很好机械性能，有效地防止了结晶器的变形，降低了磨损速度，也使铸坯质量得到保证。

Claims (10)

1、一种连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺，采用含铬锆镁的析出硬化铜合金，真空熔炼，经热挤压固溶冷拔并经析出强化处理后经机械加工而制成，其特征在于：
1)铜合金的成分(重量百分数)为铬0.3-2.0％，锆0.05-0.3％，镁0.005-1.0％。余量为铜，
2)真空熔炼是在真空中频感应炉中，在13.3-1.33Pa真空度下添加铜铬、铜锆、铜镁中间合金进行熔炼。
3)将熔炼好的铜合金在氩气保护下浇铸成铜锭，
4)将铜锭进行热挤压后进行冷拔，再经固溶处理后进行成型冷拔，成型冷拔后进行时效析出强化热处理，再进行机械加工和电镀及最终控制而制成结晶器。
2、根据权利要求1的连续铸钢方/圆坯铬锆镁结晶器制造工艺，其特征在于铜合金中铬的最佳含量(重量百分数)范围为0.35-1.4％。
3、根据权利要求1的连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺，其特征在于铜合金中锆的最佳含量(重量百分数)范围为0.06-0.28％。
4、根据权利要求1的连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺，其特征在于铜合金中镁的最佳含量(重量百分数)范围为0.008-0.08％。
5、根据权利要求1的连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺，其特征在于所述的铜合金成分(重量百分数)为铬0.54％，锆0.08％，镁0.017％。
6、根据权利要求1的连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺，其特征在于所述的铜合金成分(重量百分数)为铬0.71％，锆0.12％，镁0.010％。
7、根据权利要求1的连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺，其特征在于所述的铜铬中同合金成分(重量百分数)为铬4-6％，余量为铜。
8、根据权利要求1的连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺，其特征在于所述的铜锆中间合金成分(重量百分数)为锆8-12％，余量为铜。
9、根据权利要求1的连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺，其特征在于所述的铜镁中间合金成分(重量百分数)为镁10-30％，余量为铜。
10、根据权利要求1的连续铸钢方/圆坯铬锆镁铜结晶器制造工艺，其特征在于所述的氩气保护浇铸为在锭模上方浇铸水口的上下部用一钢管弯成与锭模相对应形状的弯管，在弯管内侧每隔50mm钻一个直径为0.5-1.0mm的圆孔，浇铸过程中向弯管内注入压力为0.1-0.5MPa的氩气，直到浇铸完毕。
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CN1093177C (zh) * 1999-01-13 2002-10-23 陈丕文 一种用于水平连铸结晶器铜套的铜合金及其工艺
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