本发明涉及铜管加工
技术领域：
，具体的涉及一种铜合金、铜管及其制备方法。
背景技术：
：铜管重量较轻，导热性好，低温强度高，常用于自来水管道、换热设备(如蒸发器和冷凝器等)、以及制氧设备中装配低温管路等。传统的铜管一般多采用磷脱氧铜制备得到，磷脱氧铜具有良好的热传导性能，且塑性好、易加工和易焊接；而采用磷脱氧铜制备得到的铜管普遍存在抗拉强度及抗压强度较低的问题。技术实现要素：有鉴于此，本发明提供的一种铜合金、铜管及其制备方法，更好的克服了上述现有技术存在的问题和缺陷，通过在铜基体中添加硼、锡及稀土元素，能够有效细化铜合金的晶粒组织，得到的铜合金及铜管，具有较高的拉伸强度、抗压强度以及良好的耐蚀性及耐热性能。一种铜合金，以所述铜合金的总质量为百分百计，包括以下质量百分比的组分：硼0.001～0.01％、锡0.3～0.4％和稀土元素0.0036～0.01％，余量为铜及杂质。进一步地，所述杂质包括硫和磷，所述杂质的总含量小于0.15％。进一步地，所述稀土元素包括镧和铈，所述镧和铈的质量比为1：(0.4～0.5)。本发明还提供了一种铜管的制备方法，包括：将铜基体、铜硼合金、金属锡和稀土合金混合，经熔炉熔炼得到铜液，使所述铜液中硼的质量分数为0.001～0.01％，锡的质量分数为0.3～0.4％和稀土元素的质量分数为0.0036～0.01％，余量为铜及杂质；向所述熔炉中通入惰性气体，然后通过结晶器冷却凝结呈固体，并经连续牵引形成管坯；将所述管坯进行三辊行星轧制。进一步地，所述杂质包括硫和磷，所述杂质的总含量小于0.15％。进一步地，所述铜基体为磷脱氧铜；所述稀土元素包括镧和铈，所述镧和铈的质量比为1：(0.4～0.5)。进一步地，所述熔炼温度为1180～1200℃；在向所述熔炉中通入惰性气体前，在所述铜液表面撒一层覆盖物。进一步地，所述结晶器采用循环冷却水隔套冷却，冷却水的进水温度为25～28℃，出水温度不高于60℃；所述牵引温度为1140～1160℃，所述牵引速度为420～450mm/min。进一步地，在将所述管坯进行三辊行星轧制前，将所述管坯先在氩气保护的感应加热炉中预热至340～350℃；所述轧制温度为720～750℃，所述轧制速度为20～25m/min。本发明还提供了一种铜管，所述铜管由上述的铜管的制备方法制备得到。与现有技术相比，本发明提供的一种铜合金、铜管及其制备方法的有益效果是：(1)本发明通过在铜基体中添加硼、锡及稀土元素，能够有效细化铜合金的晶粒组织，得到的铜合金及铜管，具有较高的拉伸强度、抗压强度以及良好的耐蚀性及耐热性能。(2)本发明的铜管的制备方法工序简单，且成本较低。为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。具体实施方式为了便于理解本发明，下面结合实施例的方式对本发明的技术方案做详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。如本文所用之术语：本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。用量、温度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，a和/或b包括(a和b)和(a或b)。本发明的一种铜合金，以所述铜合金的总质量为百分百计，包括以下质量百分比的组分：硼0.001～0.01％如0.001％、0.003％、0.005％、0.008％或0.01％等；锡0.3～0.4％如0.3％、0.32％、0.35％、0.38％或0.4％等；稀土元素0.0036～0.01％如0.0036％、0.0045％、0.0050％、0.0065％或0.008％或0.01％等；余量为铜及杂质。优选地，所述杂质包括硫和磷，所述杂质的总含量小于0.15％。优选地，所述稀土元素包括镧和铈，所述镧和铈的质量比为1：(0.4～0.5)如1：0.4、1：0.45或1：0.5等。本发明还提供了一种铜管的制备方法，包括：(1)将铜基体、铜硼合金、金属锡和稀土合金混合，经熔炉熔炼得到铜液，使所述铜液中硼的质量分数为0.001～0.01％，锡的质量分数为0.3～0.4％和稀土元素的质量分数为0.0036～0.01％，余量为铜及杂质。优选地，所述铜基体为磷脱氧铜；所述杂质包括硫和磷，所述杂质的总含量小于0.15％。优选地，所述稀土元素包括镧和铈，所述镧和铈的质量比为1：(0.4～0.5)如1：0.4、1：0.45或1：0.5等。优选地，所述熔炼温度为1180～1200℃如1280℃、1300℃、1500℃、1800℃或2000℃等。优选地，在经上述熔炉熔炼之后，还包括在铜液表面撒一层覆盖物，如木炭渣或者木炭渣与石墨片的复合物等，其目的是防止铜液被氧化。铜液上覆盖木炭渣的厚度优选为200～250mm如200mm、230mm或250mm等。(2)向所述熔炉中通入惰性气体，然后通过结晶器冷却凝结呈固体，并经连续牵引形成管坯。可以理解的是，上述向熔炉中通入惰性气体是为了赶走熔炉中的空气，在惰性气氛的保护下，避免后续的冷却凝结及牵引过程中铜液被氧化，影响最终成品的性能。上述惰性气体可以为氩气或氦气等。优选地，所述结晶器采用循环冷却水隔套冷却，冷却水的进水温度为25～28℃，出水温度不高于60℃。若铜液高度(铜液表面至铜液底部的距离)为360～380mm时，结晶器插入熔液的深度为20～22mm。优选地，所述牵引温度为1140～1160℃，所述牵引速度为420～450mm/min如420mm/min、430mm/min、440mm/min或450mm/min等。(3)将所述管坯进行三辊行星轧制。优选地，在将所述管坯进行三辊行星轧制前，将所述管坯先经过锯切和铣面后，然后在氩气保护的感应加热炉中预热至340～350℃如340℃、345℃或350℃等，便于后续进行轧制。上述轧制过程采用三辊行星轧制，所述轧制温度为720～750℃如720℃、730℃、740℃或750℃，所述轧制速度为20～25m/min如20m/min、23m/min或25m/min等。在经过三辊行星轧制之后，还包括将轧制得到毛坯管冷却后通过盘拉机冷拔成型，使得到的铜管没有气孔、裂纹、耳朵、毛刺等不良缺陷；再在退火炉氮气或氩气气氛保护下进行退火处理，以消除应力。其中，退火温度优选为600～700℃，退火时间为30-60min。需要说明的是，硼一方面可以作为一种晶粒细化剂，能够有效细化铜合金的晶粒组织，使后续凝固时裂纹形成的倾向性小，使得成品率提高；另一方面，硼元素的加入可提升铜管的拉伸强度。硼通过以铜硼合金的形式加入磷脱氧铜中制备得到的铜管，能够有效降低铜管单重以及提高其抗压强度，而以单一的金属硼形式加入则不足以降低铜管单重，提高其耐压能力。锡元素的添加，不仅使铜管的成分发生了改变，更主要是引起了铜管组织局部晶体点阵的畸变。溶质锡原子与基体铜原子的尺寸存在差别，局部晶体点阵发生畸变而引起的应变场将产生与位错交互作用的变化，最终起到增加晶体的变形阻力，产生固溶强化的效果。锡元素也是铜管；拉伸强度提高的关键因素，同时屈服强度略有提升，且相对于传统的磷脱氧铜制备的铜管，相同外径相同壁厚的铜管的抗压强度明显提升，如果两者保证抗压强度相同的情况下，锡元素的添加使铜管的壁厚减薄，达到节约材料的目的，且不对铜管的其它性能产生影响；且锡含量在0.3％～0.4％之间时的拉伸强度及抗压强度最优。稀土元素的添加是通过净化基体组织而对合金起强化作用，从而起到了提高合金综合机械性能的目的，同时稀土元素也有细化晶粒的作用。进一步地，研究发现添加0.0036％～0.01％的镧和铈的混合稀土合金，明显细化了铜管的显微组织，有效提高了铜管的抗拉强度，且降低了屈服强度，使得铜管在后续的加工过程中塑性变性能提高。本发明通过在铜基体中添加硼、锡及稀土元素，能够有效细化铜合金的晶粒组织，得到的铜合金及铜管，具有较高的拉伸强度、抗压强度以及良好的耐蚀性及耐热性能；另外，还可以在保证抗压强度的情况下使铜管的壁厚减薄，从而降低了铜管的重量。可以理解的是，上述硼、锡和稀土元素的加入量过高或过低都会降低对铜管的固溶强化和细化效果，从而降低最终铜管成品的综合机械性能。为了便于理解本发明，下面结合实施例来进一步说明本发明的技术方案。申请人声明，本发明通过下述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于下述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明应依赖下述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。实施例1一种铜管的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷脱氧铜、铜硼合金、金属锡和稀土合金混合，经熔炉熔炼得到铜液，使铜液中硼的质量分数为0.001％，锡的质量分数为0.4％和稀土元素的质量分数为0.0036％，余量为铜及杂质，杂质总含量小于0.15％，稀土合金由质量比为1：0.4的镧和铈组成。(2)在铜液表面撒一层厚度为250mm的木炭渣，向所述熔炉中通入惰性气体，然后将连铸机的结晶器伸入铜液内，结晶器内部采用循环冷却水隔套冷却，其进水温度为25～28℃，出水温度不高于60℃，铜液在结晶器内凝结成固体，并经过连铸机中的牵引辊机构连续牵引出形成管坯；其中，牵引温度设置为1160℃，牵引速度设置为420mm/min。(3)将所述管坯先经过锯切和铣面后，然后在氩气保护的感应加热炉中预热至340℃；然后进行三辊行星轧制，得到毛坯管；其中，轧制温度为720℃，轧制速度为20m/min。(4)毛坯管冷却后通过盘拉机冷拔成型，使得到的铜管没有气孔、裂纹、耳朵、毛刺等不良缺陷；再在退火炉氮气或氩气气氛保护下进行退火处理，以消除应力。其中，退火温度优选为600℃，退火时间为60min。实施例2一种铜管的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷脱氧铜、铜硼合金、金属锡和稀土合金混合，经熔炉熔炼得到铜液，使铜液中硼的质量分数为0.003％，锡的质量分数为0.38％和稀土元素的质量分数为0.0045％，余量为铜及杂质，杂质总含量小于0.15％，稀土合金由质量比为1：0.45的镧和铈组成。(2)在铜液表面撒一层厚度为230mm的木炭渣，向所述熔炉中通入惰性气体，然后将连铸机的结晶器伸入铜液内，结晶器内部采用循环冷却水隔套冷却，其进水温度为25～28℃，出水温度不高于60℃，铜液在结晶器内凝结成固体，并经过连铸机中的牵引辊机构连续牵引出形成管坯；其中，牵引温度设置为1150℃，牵引速度设置为430mm/min。(3)将所述管坯先经过锯切和铣面后，然后在氩气保护的感应加热炉中预热至340℃；然后进行三辊行星轧制，得到毛坯管；其中，轧制温度为730℃，轧制速度为23m/min。(4)毛坯管冷却后通过盘拉机冷拔成型，使得到的铜管没有气孔、裂纹、耳朵、毛刺等不良缺陷；再在退火炉氮气或氩气气氛保护下进行退火处理，以消除应力。其中，退火温度优选为550℃，退火时间为50min。实施例3一种铜管的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷脱氧铜、铜硼合金、金属锡和稀土合金混合，经熔炉熔炼得到铜液，使铜液中硼的质量分数为0.005％，锡的质量分数为0.32％和稀土元素的质量分数为0.005％，余量为铜及杂质，杂质总含量小于0.15％，稀土合金由质量比为1：0.5的镧和铈组成。(2)在铜液表面撒一层厚度为200mm的木炭渣，向所述熔炉中通入惰性气体，然后将连铸机的结晶器伸入铜液内，结晶器内部采用循环冷却水隔套冷却，其进水温度为25～28℃，出水温度不高于60℃，铜液在结晶器内凝结成固体，并经过连铸机中的牵引辊机构连续牵引出形成管坯；其中，牵引温度设置为1140℃，牵引速度设置为440mm/min。(3)将所述管坯先经过锯切和铣面后，然后在氩气保护的感应加热炉中预热至350℃；然后进行三辊行星轧制，得到毛坯管；其中，轧制温度为740℃，轧制速度为20m/min。(4)毛坯管冷却后通过盘拉机冷拔成型，使得到的铜管没有气孔、裂纹、耳朵、毛刺等不良缺陷；再在退火炉氮气或氩气气氛保护下进行退火处理，以消除应力。其中，退火温度优选为700℃，退火时间为30min。实施例4一种铜管的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷脱氧铜、铜硼合金、金属锡和稀土合金混合，经熔炉熔炼得到铜液，使铜液中硼的质量分数为0.008％，锡的质量分数为0.32％和稀土元素的质量分数为0.008％，余量为铜及杂质，杂质总含量小于0.15％，稀土合金由质量比为1：0.45的镧和铈组成。(2)在铜液表面撒一层厚度为250mm的木炭渣，向所述熔炉中通入惰性气体，然后将连铸机的结晶器伸入铜液内，结晶器内部采用循环冷却水隔套冷却，其进水温度为25～28℃，出水温度不高于60℃，铜液在结晶器内凝结成固体，并经过连铸机中的牵引辊机构连续牵引出形成管坯；其中，牵引温度设置为1150℃，牵引速度设置为420mm/min。(3)将所述管坯先经过锯切和铣面后，然后在氩气保护的感应加热炉中预热至340℃；然后进行三辊行星轧制，得到毛坯管；其中，轧制温度为720℃，轧制速度为25m/min。(4)毛坯管冷却后通过盘拉机冷拔成型，使得到的铜管没有气孔、裂纹、耳朵、毛刺等不良缺陷；再在退火炉氮气或氩气气氛保护下进行退火处理，以消除应力。其中，退火温度优选为650℃，退火时间为40min。实施例5一种铜管的制备方法，包括以下步骤：(1)将磷脱氧铜、铜硼合金、金属锡和稀土合金混合，经熔炉熔炼得到铜液，使铜液中硼的质量分数为0.01％，锡的质量分数为0.3％和稀土元素的质量分数为0.01％，余量为铜及杂质，杂质总含量小于0.15％，稀土合金由质量比为1：0.4的镧和铈组成。(2)在铜液表面撒一层厚度为230mm的木炭渣，向所述熔炉中通入惰性气体，然后将连铸机的结晶器伸入铜液内，结晶器内部采用循环冷却水隔套冷却，其进水温度为25～28℃，出水温度不高于60℃，铜液在结晶器内凝结成固体，并经过连铸机中的牵引辊机构连续牵引出形成管坯；其中，牵引温度设置为1140℃，牵引速度设置为450mm/min。(3)将所述管坯先经过锯切和铣面后，然后在氩气保护的感应加热炉中预热至340℃；然后进行三辊行星轧制，得到毛坯管；其中，轧制温度为750℃，轧制速度为25m/min。(4)毛坯管冷却后通过盘拉机冷拔成型，使得到的铜管没有气孔、裂纹、耳朵、毛刺等不良缺陷；再在退火炉氮气或氩气气氛保护下进行退火处理，以消除应力；其中，退火温度优选为600℃，退火时间为50min。对比例1与实施例1的区别在于：步骤(1)中，将锡的质量分数替换为0.5％；其它同实施例1。对比例2与实施例1的区别在于：步骤(1)中，将锡的质量分数替换为0.2％；其它同实施例1。对比例3与实施例1的区别在于：步骤(1)中，将稀土元素的质量分数替换为0.003％；其它同实施例1。对比例4与实施例1的区别在于：步骤(1)中，将稀土元素的质量分数替换为0.02％；其它同实施例1。对比例5与实施例1的区别在于：步骤(1)中，直接将磷脱氧铜经熔炉熔炼得到铜液；其它同实施例1。对实施例1～5及对比例1～5制备的铜管进行拉伸强度、抗压强度、屈服强度、耐蚀性及耐热性能进行测试，测试结果如下表1所示。其中，拉伸强度：按照gbt228-2002标准进行测定。抗压强度：按照gbt18033-2007标准进行测定。屈服强度：按照gbt18033-2007标准进行测定耐蚀性：按照gbt10125-1997标准进行测定。表1项目拉伸强度抗压强度屈服强度耐蚀性实施例1300mpa170mpa250mpa良好实施例2290mpa190mpa260mpa良好实施例3350mpa200mpa280mpa良好实施例4320mpa200mpa270mpa良好实施例5310mpa180mpa270mpa良好对比例1150mpa90mpa240mpa较差对比例2190mpa100mpa230mpa较差对比例3160mpa90mpa250mpa较差对比例4200mpa110mpa250mpa较差对比例5180mpa120mpa260mpa较差由上表1可知，本发明制备的铜管具有较高的拉伸强度、较高抗压强度以及良好的耐蚀性。申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属
技术领域：
的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。当前第1页12