专利名称：连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法
技术领域：
本发明属于有色金属合金熔炼及加工领域，具体为一种连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔炼及加工成型方法，主要应用于钢铁行业中连续铸钢用高强高导铬锆铜合金结晶器专用铜合金板的非真空熔炼及加工成型。
背景技术：
目前，国内一般采用真空熔铸工艺生产铬锆铜合金板。例如中国发明专利申请 (申请号01125019. 4)公开了一种连铸结晶器铜板材料的熔铸及加工成型工艺，其材料成份(% )为:CrO. 55-0. 85、ZrO. 15-0. 25、MgO. 01-0. 02、微量稀土、其余为 Cu ；材料在真空状态下熔炼，高真空状态下精炼，低真空状态下铸锭。铸锭经热锻成板、固熔处理、冷锻冷轧、时效析出硬化处理；其主要性能指标为σ s彡420MPa、σ b彡31 OMPa, δ ^ 28%, HB彡125、导电率彡82% IACS0但是，真空熔铸工艺存在一些缺点，不仅生产效率低、成本高，而且就算国内质量过关的工艺方式其最大容量的真空炉只有0. 5吨，按这种工艺方式生产，根本无法满足大型铸钢结晶材料单件重量大于1吨的要求，而若要进口大容量的真空熔炼炉设备，价格又比较昂贵。因此，在美国、日本等发达国家已经开始采用非真空熔炼技术生产该种板材，不过都需要专门的熔炼设备，成本投资较大，严重限制了铜铬锆合金材料的大批量生产以及推广和应用。
发明内容
为了克服上述现有生产工艺技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法，解决了生产成本过高，生产效率低、 产品规格受真空炉容量限制的现状，铸坯经热轧或热锻、固溶处理、冷轧或冷锻及时效析出硬化处理后，可获得所需性能要求的连铸结晶器用铜合金板材。本发明技术方案是一种连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法，铬锆铜合金的化学成分(wt% )为:CrO. 7-1. 0%,Zr0. 01-0. 45%,MgO. 005-0. 5%，稀土元素 0. 001-0. 5%, 其余为铜，具体步骤如下(1)板材熔铸1)将Cr、Zr制成中间合金CuCr与中间合金Cu&，作为中间合金加入材料备用；按重量百分比计，中间合金CuCr中，Cr占20-30%，其余为Cu ；按重量百分比计，中间合金CWr中，rLr占20_30%，其余为Cu ；2)制备该合金铸坯先将阴极铜、覆盖剂、中间合金CuCr—起加入到感应炉中，通电熔化1-2小时后升温至1350-1500°C，使其完全熔化；然后加入中间合金CWr和Mg及稀土金属，再升温至1350-150(TC，待全部熔化后进行浇注，浇注时用炭黑覆盖结晶器，浇注完毕即可以获得合金铸坯；
在上述步骤中，覆盖剂为脱水硼砂和玻璃，脱水硼砂与玻璃的重量比为 (2-4) 1，其作用是将其与铜一起熔化后实现了铜熔体完全覆盖，使铜熔体与空气隔离的效果。在上述步骤中，稀土金属为一种或一种以上镧系或锕系稀土元素。在上述步骤中，浇注完成全部熔体重量的1/3时，按铬锆铜合金的化学成分向炉内的熔体中补充CWr中间合金和Mg及稀土金属。在上述步骤中，当浇注铸锭时，浇注速度为0. 8-1. 5mm/s。(2)加工成型合金铸坯经热轧或热锻处理成型，而后经固溶处理、冷轧或冷锻、时效析出硬化处理，最终获得到性能满足要求的结晶器用板材。其中，热轧或热锻采用大加工率(加工率控制为55-65% )控制内部组织；冷轧或冷锻采用多道次小加工率(加工率控制为23-33% )控制板坯硬度、板型及尺寸精度；固溶处理温度为800-950°C，时效析出硬化温度为400-500°C。本发明提供的这种生产连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔炼及加工成型方法，从根本上解决了合金中的主元素Cr和ττ在空气中极易氧化，难以加入到Cu熔体中的难题，尤其是在大气条件下，如不采取有效的工艺技术措施，熔铸这两种合金几乎是相当困难的。所以，本发明的工艺技术，针对Cr和^ 在大气条件下极易氧化、难以合金化的特点， 通过制造CuCr以及中间合金，以及加入熔体覆盖剂脱水硼砂和玻璃的方法，实现了使用中频感应电炉熔炼的技术工艺，并实施以半连续的浇注方式生产合金的最终效果。与现有技术相比，本发明的有益效果是1、采用本发明在大气的环境条件下，采用感应电炉进行熔炼，并采用半连续的方式进行生产该合金，用来替代目前国内外普遍采用的真空熔铸生产工艺，能够很好地解决铬锆铜合金普遍采用真空熔铸方法的生产成本高、生产效率低的问题，而且该非真空熔铸设备的投入成本仅仅是真空炉熔铸设备的1/10左右，而其生产效率则是相同容量真空炉的2倍以上。实施本发明不仅能大幅度地提高生产效率、降低成本，而且能很好地满足铸钢结晶器产品单件重量大于1吨的要求，解决了困扰国内同行业的重大技术难题。2、采用本发明生产铜合金是通过在铜合金中添加少量铬，通过固溶处理后的铬铜、铬锆铜，具有较高的抗冲击强度、高导电率、良好的耐磨性和较好的焊接性能及优异的抗高温热变形性能，特别适用于冶金铸造行业领域。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明做进一步详细说明。实施例1本实施例中，铬锆铜合金的化学成分(wt%)为Crl.0%，Zr0.45%，Mg0.02%，稀土元素LaO. 05%，其余为铜。本实施例的连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔炼及加工成型方法，按下述步骤进行1、先将Cr、Zr这些容易氧化的元素制成CuCr和CWr中间合金，并作为后续加入的原料备用；2、如图1所示，选用符合质量要求的标准阴极铜1. 2吨，加入到1. 5吨中频感应电炉中，同时加入足够量的脱水硼砂和玻璃作为覆盖剂，这里，脱水硼砂和玻璃的重量比设定为3 1，将阴极铜熔化。其中，将覆盖剂盖在铜熔体上起到避免它与空气直接接触的效果；把熔化的铜水温度提高到1400°C 1450°C左右，加入CuCr中间合金(其成分为Cr25Wt<%，Cu余)，将其熔化，然后取样分析Cr的化学成分，其标准配料重量比设定为 1.0% ；元素取样合格后，将熔体温度再次提高到1400°C 1450°C左右时，按合金成份的要求，迅速加入Cu^ (其成分为&25wt%，Cu余)中间合金和Mg及稀土元素(镧)，将其熔化。其中，Zr的配料重量比设定在0. 45% ；将温度升到1400°C 1450°C时，即看到炉内熔体液面覆盖剂往外喷蓝色的小火苗，这时停电开始浇铸，浇铸时结晶器液面用炭黑覆盖严； 直到整炉铜熔液浇铸结束，获得铬锆铜板坯，毛坯经表面打磨，热轧或热锻成80mm厚板材， 加工率控制为60%，然后在940°C时进行固溶处理，再经过四道次冷轧或冷锻至55mm厚，并在460°C时进行时效析出硬化处理，即可以获得铬锆铜合金板材。该板材的物理性能测试值为σ b = 590MPa, σ s = 475MPa, δ = 25%, HB = 175，导电率 80% IACS0实施例2与实施例1不同之处在于，本实施例中，铬锆铜板坯的化学成分(wt%)为 CrO. 82%, ZrO. 015%, MgO. 012%，稀土元素 LaO. 01%，其余为铜。其中，热轧或热锻加工率控制为55% ；冷轧或冷锻采用三道次小加工率(加工率控制为25% )；固溶处理温度为850°C，时效析出硬化温度为400°C。本实施例中，该板材的物理性能测试值为ο b = 545MPa，σ s = 443MPa, δ = 32%, HB = 129，导电率 87% IACS0实施例3与实施例1不同之处在于，本实施例中，铬锆铜板坯的化学成分(wt%)为 CrO. 99%, ZrO. 02%, MgO. 01%，稀土元素 CeO. 04%，其余为铜。其中，热轧或热锻加工率控制为65% ；冷轧或冷锻采用五道次小加工率(加工率控制为30% )；固溶处理温度为800°C，时效析出硬化温度为500°C。本实施例中，该板材的物理性能测试值为ο b = 565MPa，σ s = 462MPa, δ = 30%, HB = 132，导电率 84% IACS0结果表明，本发明解决了现有真空熔铸工艺生产中存在的工艺复杂，生产成本过高、生产效率低的问题，而且该非真空熔铸设备的投入成本仅仅是真空炉熔铸设备的1/10 左右，而其生产效率则是相同容量真空炉的2倍以上。
权利要求
1.一种连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法，其特征在于，按重量百分比计，铬锆铜合金的化学成分为=CrO. 7-1. 0%, ZrO. 01-0. 45%, MgO. 005-0. 5%，稀土元素0. 001-0.5%，其余为铜，具体步骤如下(1)板材熔铸1)将Cr、&制成中间合金CuCr与中间合金Cu^ ，作为中间合金加入材料备用；2)制备该合金铸坯先将阴极铜、覆盖剂、中间合金CuCr—起加入到感应炉中，通电熔化1-2小时后升温至1350-1500°C，使其完全熔化；然后加入中间合金CWr和Mg及稀土金属，再升温至1350-1500°C，待全部熔化后进行浇注，浇注时用炭黑覆盖结晶器，浇注完毕即可以获得合金铸坯；覆盖剂为脱水硼砂和玻璃，脱水硼砂与玻璃的重量比为0-4) 1 ；(2)加工成型合金铸坯经热轧或热锻处理成型，而后经固溶处理、冷轧或冷锻、时效析出硬化处理， 最终获得到性能满足要求的结晶器用板材。
2.按照权利要求1所述的连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法， 其特征在于，热轧或热锻采用大加工率，加工率控制为55-65%，控制内部组织。
3.按照权利要求1所述的连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法， 其特征在于，冷轧或冷锻采用多道次小加工率，加工率控制为23-33%，控制板坯硬度、板型及尺寸精度。
4.按照权利要求1所述的连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法， 其特征在于，固溶处理温度为800-950°C。
5.按照权利要求1所述的连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法， 其特征在于，时效析出硬化温度为400-500°C。
6.按照权利要求1所述的连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法， 其特征在于，按重量百分比计，中间合金CuCr中，Cr占20-30%，其余为Cu。
7.按照权利要求1所述的连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法， 其特征在于，按重量百分比计，中间合金CWr中，Zr占20-30%，其余为Cu。
8.按照权利要求1所述的连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法， 其特征在于，稀土金属为一种或一种以上镧系或锕系稀土元素。
9.按照权利要求1所述的连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法， 其特征在于，浇注完成全部熔体重量的1/3时，按铬锆铜合金的化学成分向炉内的熔体中补充CWr中间合金和Mg及稀土金属。
10.按照权利要求1所述的连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔铸及成型加工方法，其特征在于，当浇注铸锭时，浇注速度为0. 8-1. 5mm/s。
全文摘要
本发明属于有色金属合金熔炼及加工领域，具体为一种连铸结晶器用铬锆铜合金板的非真空熔炼及加工成型方法。将Cr、Zr制成中间合金CuCr与CuZr备用；制备该合金铸坯，将阴极铜、覆盖剂、中间合金CuCr一起加入到感应炉中，通电熔化，然后加入中间合金CuZr和Mg及稀土金属，再升温至全部熔化后进行浇注，即可以获得合金铸坯；合金铸坯经热轧或热锻处理成型，而后经固溶处理、冷轧或冷锻、时效析出硬化处理，最终获得到性能满足要求的结晶器用板材。本发明解决了现有真空熔铸工艺生产中存在的工艺复杂，生产成本过高、生产效率低的问题，而且该非真空熔铸设备的投入成本仅仅是真空炉熔铸设备的1/10左右，而其生产效率则是相同容量真空炉的2倍以上。
文档编号C22C1/03GK102266922SQ20111016432
公开日2011年12月7日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者刘刚, 李文君, 王瑛 申请人:九星控股集团有限公司