一种Cu-Zr-Ag合金结晶器铜板及其制备工艺的制作方法

文档序号:8524237阅读:520来源:国知局
一种Cu-Zr-Ag合金结晶器铜板及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于连铸设备部件技术领域,特别涉及一种Cu-Zr-Ag合金结晶器铜板及 其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 随着国内钢铁企业对节能减排及淘汰落后产能的提出,国内各钢铁企业纷纷提高 设备生产效率,从连铸设备方面看就是提高连铸机的利用效率和提高铸机的拉速,板坯铸 机的拉速由原来的0. 5~1.5m/min提高至1.2~2. 8m/min,从连铸方面看就是提高连 铸机的利用效率和提高铸机的拉速,从而降低生产成本,这对连铸结晶器的核心部件结晶 器铜板的材质要求更加高,其核心是在高拉速下大幅提高结晶器铜板的使用寿命,现有的 结晶器铜板主要有Ag-Cu材料结晶器铜板和Cu-Cr-Zr结晶器铜板;Ag-Cu铜板由于再结 晶温度低,强度低,随着拉速的提高,已经显现出其性能的不足,出现铜板高温蠕变导致寿 命降低;Cu-Cr-Zr铜板其材料的强度虽高,但是导热性能差也难以满足高拉速结晶器的需 要,因此迫切需要一种导热性比Cu-Cr-Zr结晶器铜板高,强度及再结晶温度比Ag-Cu结晶 器铜板高,耐磨性能更好的结晶器铜板应用到高拉速条件的连铸机中。

【发明内容】

[0003] 本发明所要解决的问题是提供一种导热性好、耐磨性好、强度高、使用寿命长的 Cu-Zr-Ag合金结晶器铜板及其制备工艺。
[0004] 一种Cu-Zr-Ag合金结晶器铜板,含有0.05%~0.25%质量的金属锆,0.03%~ 0.05%质量的脱氧剂金属镁,0.06%~0.15%质量的金属银,99. 65%~99. 77%质量的金 属铜。
[0005] -种Cu-Zr-Ag合金结晶器铜板的制备工艺,包括如下步骤: a. 经过真空熔炼和真空浇铸得到Cu-Zr-Ag合金的铸坯,其合金配方及真空熔炼和真 空浇铸的工艺参数如下: 金属锆质量百分比:〇. 05%~0. 25%, 金属银质量百分比:〇. 06%~0. 15%, 脱氧剂金属镁质量百分比:〇. 03%~0.05%, 金属铜质量百分比:99. 65%~99. 77%, 精炼真空度:< 30Pa, 耐火漏斗孔径:36mm, 精炼温度:1350°C, 充入氩气后真空度:一 〇. 〇8MPa, 浇注温度:1270°C~1280°C; b. 确定锻造变形方向后将Cu-Zr-Ag合金的铸坯进行热锻,其热锻工艺如下: 热锻加热时间:2. 5h~3h, 始锻温度:800°C~860°C, 锻造变形量:25mm~30mm, 终锻温度:600°C~650°C; c.将热锻后的Cu-Zr-Ag合金板材进行固熔处理,其固熔工艺如下: 固熔温度:850°C~950°C, 固恪时间:lh~2h, 冷却水温度:20°C~30°C, 从出炉到下水时间:30S~60S; d. 将固恪后的Cu-Zr-Ag合金的铸还进行冷乳得到Cu-Zr-Ag合金板材,其冷乳工艺如 下: 冷轧总变形量:15%~20%, 冷乳单次下乳量:2. 5mm; e.将冷轧处理后的Cu-Zr-Ag合金板材进行时效处理得到合格的高拉速连铸机结晶器 铜板母材,其时效处理工艺如下: 时效温度:360°C~500°C, 时效时间:3h~6h; f. 利用数控加工中心,结合连铸工艺,将制备出的高拉速连铸机结晶器铜板母材进行 机械加工,加工出各类型连铸用结晶器铜板。
[0006] 本发明是为了克服Cu-Cr-Zr结晶器铜板的导热性较差,Ag-Cu结晶器铜板的强 度较低的缺点,提供了一种具有很好的导热性能以及较高抗拉强度的Cu-Zr-Ag合金结晶 器铜板,同时还具有很高的软化温度,延长了结晶器铜板的使用寿命,提高了板坯铸机的拉 速,使得板坯的生产效率大大提高。
[0007] 本发明是这样实现的,首先采用了全新的配方,即在传统的金属银、金属镁和金属 铜当中加入了适量的金属锆,其质量百分比为:金属锆质量百分比:〇. 05%~0.25%,金属 银质量百分比:〇. 06%~0.15%,脱氧剂金属镁质量百分比:0. 03%~0.05%,金属铜质量 百分比:99. 65%~99. 77%,锆在铜合金中固溶度小,而降低传统性能少,可在单相纯铜基 体沉淀、析出大量细小均匀弥散质点,以达到强化性能好、抗拉强度高、高温生产稳定性能 好,但是锆在合金中添加量需要严格控制,添加较少对于铜合金的性能提升不明显,添加过 多会导致铜合金的温度传递效果降低。延伸率降低,影响铜合金的整体性能。镁是有限固 溶元素,微量时降低铜合金的热传导性能较少,但是能提高铜合金的抗高温氧化性能以及 在熔炼铜水时具有脱氧的作用,添加量需要严格控制,以免过多时使得铜合金的热传导性 能降低。金属银的化学性质稳定,活跃性低,价格贵,导热、导电性能很好,不易受化学药品 腐蚀,质软,富延展性,银在铜合金中可以增加其热传导性能和延伸率,降低锆和镁对铜合 金性能的影响,使得铜合金的热传递性能较传统未加银的铜合金提高将近10%,提高了板坯 在结晶器铜板内的热传递效率。三种金属元素的结合,保证材料具有较高的致密度以及良 好的导电导热性能、明显的时效强化效果和良好的抗蠕变性能,满足板坯的生产需求,加快 生广进度。
[0008] 其次对生产工艺进行了改进,真空熔炼使得铜水沸腾,利于易发挥性的杂质的析 出,提高了铜液的纯度,此时加入镁、银和锆,形成Cu-Zr-Ag合金液,对于成分的控制精度 更高,合金元素在真空环境下熔炼不易氧化,成分均匀利于铜板的传导性与机械性能的提 高。真空度控制在30Pa以下,使得真空的效果更好,对于Cu-Zr-Ag合金的性能提升更高, 耐火漏斗孔径设置在36_,也便于提高Cu-Zr-Ag合金的性能。
[0009] 在Cu-Zr-Ag合金浇铸成铸坯之后确定锻造变形方向对其进行热锻处理,始锻温 度为800°C~860°C,相比于之前的工艺节省了能源的消耗,热锻主要是减小Cu-Zr-Ag合 金的变形抗力,改变其铸态结构,在热锻过程中经过再结晶,粗大的铸态组织变成细小晶粒 的新组织,并减少铸态结构的缺陷,提高机械性能。然后将Cu-Zr-Ag合金板材进行固熔 处理,固溶温度为850°C~950°C,固溶处理是将合金加热到高温单相区恒温保持,使过剩 相充分溶解到固溶体中后快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理,主要是改善Cu-Zr-Ag 合金的塑性和韧性,为沉淀硬化处理作好准备,使合金中各种相充分溶解,强化固溶体,并 提高韧性及抗蚀性能,消除应力与软化,以便继续加工或成型,结晶器铜板在高温下工作, 因此需要有较高的固溶温度以获得较大的晶粒度,可以具有较好的高温持久和蠕变性能。 固溶处理之后对Cu-Zr-Ag合金铸还进行冷乳得到Cu-Zr-Ag合金板材,冷乳总变形量为 15%~20%,进行连续冷变形引起合金冷作硬化使其强度、硬度上升,经过三个步骤之后, Cu-Zr-Ag合金的布氏硬度、抗拉强度、软化温度以及延伸率会大大提高。
[0010] 将冷轧处理后的Cu-Zr-Ag合金板材进行时效处理得到合格的高拉速连铸机结晶 器铜板母材,时效处理之后的合金母材硬度和强度会再次增加,最后利用数控加工中心,结 合连铸工艺,将制备出的高拉速连铸机结晶器铜板母材进行机械加工,加工出不同的形状, 具有冷却水槽等不同的结构的各类型连铸用结晶器铜板,在高拉速连铸机上代替现有的 Cu-Cr-Zr及Cu-Ag材质的结晶器铜板。
[0011] 本发明通过创新添加合金类别配比,并采用真空熔炼、真空铸锭、热锻、固熔、冷作 硬化、热处理等工艺提尚广品材料的性能,通过先进的加工方法,从而制造出一种新型的尚 导热、高耐温性能的高寿命结晶器铜板。研发出来的高寿命结晶器铜板其强度比现有结晶 器铜板的材质Cu-Ag高,耐磨性能良好,具有较高的再结晶温度,材质高温抗蠕变能力也得 到增强;并具有良好的导电导热性能,其导电性能远高于其传统的结晶器铜板Cu-Cr-Zr ; Cu-Zr-Ag合金结晶器铜板由于其具有高导热性、高强度、高耐温等性能,从而解决高拉速连 铸结晶器铜板热裂问题,提高了结晶器铜板的使用寿命,大大减少了结晶器的非正常下线 频率,增加了铜板修复次数,降低生产成本,同时提高了连铸坯机的作业率和铸坯质量,保 证生产稳定运行。新型Cu-Zr-Ag合金板材制作的结晶器在我厂使用情况是窄边板过钢寿 命560000吨,宽边板过钢寿命1360000吨,板坯铸机的拉速提高到3.4~4. 2m/min,是一 种适合高拉速、高效率、高节凑、高产出连铸作业的新型高寿命结晶器铜板。
[0012] 本发明与现有技术综合性能对比情况如下:
【主权项】
1. 一种Cu-Zr-Ag合金结晶器铜板,其特征在于:含有0. 05%~0. 25%质量的金属 锆,0.03%~0.05%质量的脱氧剂金属镁,0.06%~0.15%质量的金属银,99. 65%~ 99. 77%质量的金属铜。
2. -种Cu-Zr-Ag合金结晶器铜板的制备工艺,其特征在于:包括如下步骤: a. 经过真空熔炼和真空浇铸得到Cu-Zr-Ag合金的铸坯,其合金配方及真空熔炼和真 空浇铸的工艺参数如下: 金属锆质量百分比:〇. 05%~0. 25%, 金属银质量百分比:〇. 06%~0. 15%, 脱氧剂金属镁质量百分比:0.03%~0.05%, 金属铜质量百分比:99.65%~99. 77%, 精炼真空度:< 30Pa, 耐火漏斗孔径:36mm, 精炼温度:1350 °C, 充入氩气后真空度:一 〇. 〇8MPa, 浇注温度:12701:~1280°〇; b. 确定锻造变形方向后将Cu-Zr-Ag合金的铸坯进行热锻,其热锻工艺如下: 热锻加热时间:2. 5h~3h, 始锻温度:800 °C~860 °C, 锻造变形量:25mm~30mm, 终锻温度:600°C~650°C ; c. 将热锻后的Cu-Zr-Ag合金板材进行固熔处理,其固熔工艺如下: 固熔温度:850°C~950°C, 固恪时间:Ih~2h, 冷却水温度:20°C~30°C, 从出炉到下水时间:30S~60S ; d. 将固恪后的Cu-Zr-Ag合金的铸还进行冷乳得到Cu-Zr-Ag合金板材,其冷乳工艺如 下: 冷轧总变形量:15%~20%, 冷乳单次下乳量:2. 5mm ; e. 将冷轧处理后的Cu-Zr-Ag合金板材进行时效处理得到合格的高拉速连铸机结晶器 铜板母材,其时效处理工艺如下: 时效温度:360°C~500°C, 时效时间:3h~6h。
【专利摘要】本发明公开了一种Cu-Zr-Ag合金结晶器铜板,含有0.05%~0.25%质量的金属锆,0.03%~ 0.05%质量的脱氧剂金属镁,0.06%~0.15%质量的金属银,99.65%~99.77%质量的金属铜,本发明还公开了一种Cu-Zr-Ag合金结晶器铜板的制备工艺,本发明具有很好的导热性能以及较高抗拉强度,同时还具有很高的软化温度,延长了结晶器铜板的使用寿命,提高了板坯铸机的拉速,使得板坯的生产效率大大提高,是一种适合高拉速、高效率、高节凑、高产出连铸作业的新型高寿命结晶器铜板。
【IPC分类】C22C1-02, C22C9-00, C22F1-08
【公开号】CN104846234
【申请号】CN201510251678
【发明人】朱书成, 赵家亮, 黄国团, 马超, 王硕
【申请人】西峡龙成特种材料有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月18日
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