专利名称：制造铜或铜合金坯及其管的方法
技术领域：
本发明涉及一种铸造铜或铜合金坯及其管的方法。
背景技术：
制造铜合金管的已有技术中，第一类是先对铸态锭进行热挤压(发生动态再结晶)加工后由皮尔格轧管机冷轧或直接拉拔加工。第二类是对空心铸态管坯通过PSW行星斜辊轧制(在轧制过程中，因管坯变形发热温度可达700℃左右，会发生动态再结晶过程，是热加工过程)，再进行各种方式的拉拔加工。尽管PSW行星斜辊轧制的方法在公开号CN1019750B、名称为“冷加工铜及铜合金管的方法”的专利的标题中有冷加工字样，但其仅指铸坯以常温进入PSW行星轧机而言，它进入轧机后因其变形热使铸坯温度升到700℃左右，超过铜及铜合金发生组织再结晶时的470℃左右的温度，因此它不是物理冶金意义上的冷加工过程。再者，在上述“冷加工铜及铜合金管的方法”专利中，出于对变形热能否满足热加工的需要的担忧，在其说明书中还要求对铸坯通过感应线圈进行预加热。第三类是连铸管坯直接拉拔，在加工过程中需中间热处理，但由于其无法消除连铸管坯的缺陷且晶粒、晶相组织有明显的加工织构，产品性能不良，现已基本淘汰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造铜或铜合金坯及其管的方法，其坯的性能良好，且管的制作过程中没有加热工序。
本发明的技术方案是一种制造铜或铜合金坯的方法，使液相铜或铜合金进入结晶器的内腔中，在液相铜或铜合金的凝固过程中，对结晶器内腔中的铜或铜合金施加旋转磁场或轴向交变磁场，液相铜或铜合金凝固后成为管坯；所述的轴向交变磁场是由与结晶器同轴的螺旋线圈中的交流电所产生的感应磁场。最后对所述的管坯直接冷轧或冷拉拔成为铜管。
本发明的优点在于通过磁场下的铸造过程，消除了通常必须经过热加工过程才能消除或减少的材料组织缺陷，使铸态的铜及铜合金性能达到甚至超过热挤压或PSW行星斜轧时的物理性能通过电磁铸造后的铸态管坯密度可达8.95克/立方厘米，而热挤压的管坯由于普通铸造的缺陷，一般在8.90～8.92克/立方厘米，而PSW行星斜轧的加工过程的应力状态(二向压应力)劣于热挤压(三向压应力)，因此PSW行星斜轧的管坯密度仅为8.88～8.90克/立方厘米。除此之外，通过电磁铸造的坯管的杂质总量及分布低于普通铸造方法生产的用于热挤压或PSW斜轧的铸锭，这是通过热挤压或PSW行星斜轧所不能改善的。电磁铸造管坯具有可与热挤压管坯媲美，并优于PSW行星斜轧管坯的力学性能电磁铸造管坯延伸率45～50％，热挤压延伸率45～50％，PSW行星斜轧管坯延伸率40～45％，这是电磁铸坯能够承受达到的冷加工延伸系数350(坯料截面积/终态截面积)的物理及力学性能基础。
在传统金属连铸中，金属在凝固区的各类偏析(尤其是枝晶偏析、晶界偏析)、凝固缩松、析出型气孔、反应型气孔、非金属夹杂物，导致了铸造管材的冷加工延展性能不良，必须经过大变形量的热加工过程，使得铸造组织破碎再结晶，则上述铸造缺陷得以弥散(如晶界弱面)或减少(如微气孔体积)，从而提高了材料冷加工延展性及耐蚀性。所以，传统连铸铜管在冷加工前都需先经过热加工以改善性能，再适应继续的冷加工工艺要求，热加工过程的缺点是直接成本提高、成材率下降、高额设备投资、场地占用、能耗增加。
利用旋转或轴向交变磁场所产生的磁力使连铸中的液态铜或铜合金沿铸造轴向单向旋转并周期收缩振荡产生以下效果1、在固-液界面上因液相金属的定向流动引起固相组织生长方向由传统的管截面径向转变为具有圆周向生长的倾向，从而使晶界面与冷加工应力产生较大的夹角，使铸造缺陷在冷加工中继续扩展的趋势减少，而从组织上改善了冷加工性能。
2、液相在固-液界面上的强烈单向冲涮，加强了枝晶间的对流，使晶界及枝晶偏析程度降低，同时可快速冲涮带走凝固时析出的气体，减少铸造组织中的微气孔，改善晶界的冷加工性能，紫铜铸造态密度达到8.95克/立方厘米。
3、磁场导致固-液界面上及液相内的磁致伸缩，作为额外形核能量降低了液相金属的气体的在析出时对过饱合度的要求，使金属液中的气体更充分地析出，使液相金属在凝固前与传统连铸方法相比气体溶解量相对下降。
具体实施例方式
一种制造铜或铜合金坯的方法，使液相铜或铜合金进入结晶器的内腔中，在液相铜或铜合金的凝固过程中，对结晶器内腔中的铜或铜合金施加旋转磁场或轴向交变磁场，液相铜或铜合金凝固后成为管坯；所述的轴向交变磁场是由与结晶器同轴的螺旋线圈中的交流电所产生的感应磁场。在结晶器内的铜或铜合金的固-液界面区域，所述的旋转电磁场的转速为600～3000转/分，最大电磁转矩为150～550牛顿.米。所述的轴向交变磁场的频率为50～3000赫兹，交变磁通的幅值为0.05～3特斯拉。最后对所述的管坯直接冷轧或冷拉拔成为所需要的铜管，使得电磁结晶器出来的管坯可直接冷加工至φ9.5毫米×0.35毫米(直径*壁厚)的铜管规格，达到GB/T17791-1999的各项性能要求。
具体地说是将结晶器内制造出80毫米×17毫米的管坯，其晶粒度0.2～3，密度8.95克/立方厘米，其截面金相呈独有的沿周向盘旋的组织，尤其适合径向加工，在皮尔格轧管机中冷轧至φ42毫米×毫米2规格，轧出的硬度85～90HVS，继续直拉拔或盘拉至φ9.52毫米×0.35毫米、φ6毫米×0.3毫米，冷加工管材表面无桔皮现象，管子的硬度为130HVS。软态晶粒度0.02～0.03，延伸率(ε10)50％，抗拉强度(σb)235～255Mpa，完全符合GB/T17791-1999《空调及制冷用铜管》的各项性能要求。
权利要求
1.一种制造铜或铜合金坯的方法，使液相铜或铜合金进入结晶器的内腔中，其特征在于在液相铜或铜合金的凝固过程中，对结晶器内腔中的铜或铜合金施加旋转磁场或轴向交变磁场，液相铜或铜合金凝固后成为管坯；所述的轴向交变磁场是由与结晶器同轴的螺旋线圈中的交流电所产生的感应磁场。
2.根据权利要求1所述的制造铜或铜合金坯的方法，其特征在于在结晶器内的铜或铜合金的固-液界面区域，所述的旋转电磁场的转速为600～3000转/分，最大电磁转矩为150～550牛顿.米。
3.根据权利要求1所述的制造铜或铜合金坯的方法，其特征在于所述的轴向交变磁场的频率为50～3000赫兹，交变磁通的幅值为0.05～3特斯拉。
4.一种制造铜或铜合金管的方法，其特征在于对所述的管坯直接冷轧或冷拉拔成为铜管。
全文摘要
一种制造铜或铜合金坯及其管的方法，使液相铜或铜合金进入结晶器的内腔中，在液相铜或铜合金的凝固过程中，对结晶器内腔中的铜或铜合金施加旋转磁场或轴向交变磁场，液相铜或铜合金凝固后成为管坯；最后对所述的管坯直接冷轧或冷拉拔成为铜管。由于施加了磁场，因此在固－液界面上因液相金属的定向流动引起固相组织生长方向为具有圆周向生长的倾向，减少铸造组织中的微气孔，改善晶界的冷加工性能。
文档编号B22D27/02GK1456406SQ02112998
公开日2003年11月19日 申请日期2002年5月9日 优先权日2002年5月9日
发明者徐 明, 任忠鸣, 邓康, 韩坦 申请人:江苏仓环铜业股份有限公司