專利名稱：一種石油化工裝備用稀土銅合金棒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石油化工裝備用稀土銅合金棒及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著石油化工業(yè)的迅猛發(fā)展，人們對石油化工裝備上所用各類軸套、連桿、曲軸的要求也越來越高，但是傳統(tǒng)的銅鋅合金材料已不能滿足其要求，特別體現(xiàn)在對硬度及耐磨性的要求上。眾所周知，石油化工業(yè)是基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，它為農(nóng)業(yè)、能源、交通、機(jī)械、電子、紡織、輕工、建筑、建材等工農(nóng)業(yè)和人民日常生活提供配套和服務(wù)，在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著舉足輕重的作用，如果石油化工業(yè)中所使用的裝備的主要配件性能較差及不穩(wěn)定將造成不可預(yù)知的后果。傳統(tǒng)以H65黃銅或T2紫銅為材質(zhì)的核電用銅軸套及連桿，由于其耐磨性很差，常用壽命通常僅為4-6年，而且更換方式極為復(fù)雜，甚至可能導(dǎo)致整個核電系統(tǒng)的停止運(yùn)行，甚至?xí)?dǎo)致核電事故。鑭，原子系數(shù)57，原子量13. 89055，質(zhì)子相對質(zhì)量為57. 399，熔點(diǎn)為920°C，密度為
6.7，沸點(diǎn)為3469°C，在地殼中的含量為O. 00183%，是稀土元素中含量最豐富的一個。呈銀白色的軟金屬，具有延展性，化學(xué)性質(zhì)活潑。在銅合金中加入鑭元素可大大增強(qiáng)其硬度及耐磨性。但是，目前該元素在此類方面運(yùn)用還是空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種石油化工裝備用稀土銅合金棒及其制備方法，改善現(xiàn)有技術(shù)中銅合金棒的硬度及耐磨性。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下—種石油化工裝備用稀土銅合金棒，由以下組分組成占合金棒總重量O. 1-0. 3%的稀土元素，占合金棒總重量O. 3-0. 6%的磷，占合金棒總重量5-7%的錫,余量為銅。在本發(fā)明的實(shí)施例中，稀土元素為鑭。在本發(fā)明的實(shí)施例中，銅為電解銅。一種石油化工裝備用稀土銅合金棒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟I)按照上述配比將銅、錫、稀土元素、磷置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1400°C -1450°C,待完全熔化后將液態(tài)合金保溫至1650°C ；2)將保溫2小時后的液態(tài)合金充分?jǐn)嚢?，表面覆蓋事先干燥過的木炭粉，之后加入氧化硅除渣劑，充分?jǐn)嚢璨瞥霰砻娓≡?)進(jìn)行引錠操作，得到合金錠；4)將步驟3)得到的合金錠的表面夾雜及其他缺陷去除，并將合金錠放入真空退火爐中退火，將合金錠從退火爐中取出并置于常溫下自然冷卻后置于第一硫酸溶液中酸洗，之后將合金錠表面的退火氧化皮去除；
5)將步驟4)處理后的合金錠放入銅錠加熱爐中加熱，溫度為640-660°C，將合金擠壓成合金毛坯棒，將合金毛坯棒立即置于第二硫酸溶液中酸洗，在提高其淬火硬度的同時將其表面的因擠壓所產(chǎn)生的氧化皮去除；6)將步驟5)處理后的合金毛坯棒的一端制頭，將合金棒通過剝皮拉伸成為合金坯料棒材，將坯料棒材放入退火爐中退火，將退火后的合金棒再次酸洗制頭拉伸成成品規(guī)格的外徑；7)將步驟6)所得合金棒矯直鋸切成成品規(guī)格的長度。在本發(fā)明公開的制備方法的實(shí)施例中的步驟2)中，覆蓋事先干燥過的木炭粉的厚度為15-30cm，靜止覆蓋時間為1-1. 5小時。在本發(fā)明公開的制備方法的實(shí)施例中的步驟3)中，采取結(jié)晶器間歇鑄造及水平振動相結(jié)合的方法進(jìn)行引錠操作，結(jié)晶器間歇鑄造及水平振動相結(jié)合的方法包括在引錠棒將液態(tài)合金從石墨套中引出至引錠機(jī)構(gòu)雙滾滑輪之間采用結(jié)晶器間歇振動；在合金徒順利通過引徒機(jī)構(gòu)滑輪后將引徒棒從合金徒如端取下，檢查合金徒端口截面無任何氣孔后引錠方法改為結(jié)晶器水平鑄錠法；以及檢測合金錠硬度。在本發(fā)明公開的制備方法的實(shí)施例中的步驟4)中，退火溫度控制為600-620°C，退火時間為4-4. 5小時。在本發(fā)明公開的制備方法的實(shí)施例中的步驟4)中，第一硫酸溶液的濃度為15% -16%。在本發(fā)明公開的制備方法的實(shí)施例中的步驟5)中，第二硫酸溶液的濃度為10% -12%。在本發(fā)明公開的制備方法的實(shí)施例中的步驟6)中，退火溫度為450_500°C。本發(fā)明將鑭加入到銅合金當(dāng)中，利用鑭元素的化學(xué)活潑性將合金硬度由原來的70-80HBS提升至230-300HBS，提高了該合金棒的環(huán)保性能，能夠改善合金的抗拉強(qiáng)度及延伸率。加入鑭元素的合金材料由于其良好的耐磨性，使用壽命可達(dá)到20-30年甚至更長，這就避免了由于更換摩擦基礎(chǔ)配件所導(dǎo)致的核電設(shè)備的停運(yùn)，保證了整個設(shè)備的穩(wěn)定性。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但并非限制本發(fā)明的應(yīng)用范圍。實(shí)施例I石油化工裝備用稀土銅合金棒，由以下組分組成占合金棒總重量O. 1%的稀土(鑭)，占合金棒總重量O. 3%的磷，占合金棒總重量5%的錫,余量為銅。上述石油化工裝備用稀土銅合金棒成品通過以下方法得到步驟一按照配比將銅、錫、稀土元素(鑭)、磷置于工頻電爐內(nèi)，加熱至14000C _1450°C完全熔化后保溫至1650°C。
步驟二 將保溫2小時后的液態(tài)合金充分?jǐn)嚢?，表面覆蓋事先干燥過的木炭粉，厚度為15-30cm，靜止覆蓋時間為1-1. 5小時，加入特制氧化硅除渣劑，充分?jǐn)嚢璨瞥霰砻娓≡?br> 步驟三引錠采取結(jié)晶器間歇鑄造及水平振動相結(jié)合的方法。即在引錠棒將液態(tài)合金從石墨套中引出至引錠機(jī)構(gòu)雙滾滑輪之間采用結(jié)晶器間歇振動，振動頻率為O. 5次/秒，以保證結(jié)晶器與引錠滑輪的水平直度，防止合金錠意外斷裂。在合金錠順利通過引錠機(jī)構(gòu)滑輪后成功將引錠棒從合金錠前端去下，并檢查合金錠端口截面無任何氣孔后引錠方法改為結(jié)晶器水平鑄錠法，頻率為I次/秒。鑄錠規(guī)格外徑為150mm，長度為350mm。并檢測其硬度是否達(dá)到布氏硬度280-290HBS。步驟四采用光錠機(jī)將表面夾雜及其他缺陷去除，外徑尺寸控制到145mm，并將該合金錠放入真空退火爐中退火，溫度控制為600-620°C，退火時間為4-4. 5小時。將合金錠從退火爐中取出并置于常溫下自然冷卻后放于15% -16%的稀硫酸池中酸洗，之后將合金錠表面的退火氧化皮用光錠機(jī)去除，外徑控制到140mm。步驟五將合金錠放入銅錠加熱爐中加熱，溫度為640_660°C，采用1600噸擠壓機(jī)液壓雙動擠壓法，擠壓筒工作前預(yù)熱溫度為350-450°C，預(yù)熱方式為電阻加熱，擠壓速度V =15mm/s,擠壓模角α = 70度,擠壓模具定徑帶長度為9mm。將合金擠壓成外徑為C 70mm的合金毛坯棒，將毛坯棒立即放入濃度為10% -12%的硫酸液中酸洗，在提高其淬火硬度的同時迅速將其表面的因擠壓所產(chǎn)生的氧化皮去除。步驟六通過制頭機(jī)將合金棒的一端制頭，規(guī)格為外徑C 62mm,長度為210mm,用變頻拉伸機(jī)及特制鎢鋼模具將合金棒通過剝皮拉伸成為外徑0 50_的合金坯料棒材。將棒料放入連續(xù)式光亮退火爐中退火，退火溫度為450-500°C，轉(zhuǎn)速為3米/分鐘，將退火后的合金棒再次酸洗制頭拉伸為外徑C 35mm,公差為+/-0. 02mm的成品規(guī)格。步驟七將外徑為Φ 35mm的成品合金棒矯直鋸切成長度為I. 5米/支的成品后進(jìn)行點(diǎn)式渦流探傷，挑出有內(nèi)傷，氣孔等缺陷的合金棒。步驟八包裝并入庫。實(shí)施例2石油化工裝備用稀土銅合金棒，由以下組分組成占合金棒總重量O. 3%的稀土元素，占合金棒總重量O. 6%的磷，占合金棒總重量7%的錫,余量為電解銅。上述石油化工裝備用稀土銅合金棒成品通過與實(shí)施例I相同的方法得到。實(shí)施例3石油化工裝備用稀土銅合金棒，由以下組分組成占合金棒總重量O. 2%的稀土元素，占合金棒總重量O. 5%的磷，占合金棒總重量6%的錫,余量為銅。上述石油化工裝備用稀土銅合金棒成品通過與實(shí)施例I相同的方法得到。比較例I傳統(tǒng)銅合金棒由以下組分組成占合金棒總重量64-66%的銅，余量為鋅。比較例2傳統(tǒng)銅合金棒由以下組分組成占合金棒總重量99. 91%的銅，余量為雜質(zhì)。本發(fā)明的石油化工裝備用稀土銅合金棒以及傳統(tǒng)銅合金棒的機(jī)械性能如表I所
/Jn ο表I硬度耐磨性抗拉強(qiáng)度
實(shí)施例I 230 300HBS 摩擦系數(shù)μ: 450 550MPa >5 —0.13-0.18
摩擰系數(shù)· [I.
實(shí)施例 2 230-300HBS^Λ ' 450~550MPa >5
U. 13 U. I ο
麾檸系數(shù)* LI· 實(shí)施例 3 230-300HBS^Λ ' 450~550MPa >5
U. 13 U. I ο
比較例 I 70 85HBS(M態(tài))摩320~700MPa >15
.25 .3
比較例 2 35 45HBS(M態(tài))、系186~275MPa >32
U.45以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種石油化工裝備用稀土銅合金棒，其特征在于，由以下組分組成占合金棒總重量0. 1-0. 3%的稀土元素，占合金棒總重量0. 3-0. 6%的磷，占合金棒總重量5-7%的錫,余量為銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石油化工裝備用稀土銅合金棒，其特征在于，稀土元素為鑭。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的石油化工裝備用稀土銅合金棒，其特征在于，銅為電解銅。
4.一種如權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的石油化工裝備用稀土銅合金棒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)按照配比將銅、錫、稀土元素、磷置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1400°C-1450°C，待完全熔化后將液態(tài)合金保溫至1650°C ； 2)將保溫2小時后的液態(tài)合金充分?jǐn)嚢瑁砻娓采w事先干燥過的木炭粉，之后加入氧化硅除渣劑，充分?jǐn)嚢璨瞥霰砻娓≡? 3)進(jìn)行引錠操作,得到合金錠； 4)將步驟3)得到的合金錠的表面夾雜及其他缺陷去除，并將合金錠放入真空退火爐中退火，將合金錠從退火爐中取出并置于常溫下自然冷卻后置于第一硫酸溶液中酸洗，之后將合金錠表面的退火氧化皮去除； 5)將步驟4)處理后的合金錠放入銅錠加熱爐中加熱，溫度為640-660°C，將合金擠壓成合金毛坯棒，將合金毛坯棒立即置于第二硫酸溶液中酸洗，在提高其淬火硬度的同時將其表面的因擠壓所產(chǎn)生的氧化皮去除； 6)將步驟5)處理后的合金毛坯棒的一端制頭，將合金棒通過剝皮拉伸成為合金坯料棒材,將坯料棒材放入退火爐中退火,將退火后的合金棒再次酸洗制頭拉伸成成品規(guī)格的外徑； 7)將步驟6)所得合金棒矯直鋸切成成品規(guī)格的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，覆蓋事先干燥過的木炭粉的厚度為15-30cm，靜止覆蓋時間為I-L 5小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，采取結(jié)晶器間歇鑄造及水平振動相結(jié)合的方法進(jìn)行引錠操作，結(jié)晶器間歇鑄造及水平振動相結(jié)合的方法包括 在引錠棒將液態(tài)合金從石墨套中引出至引錠機(jī)構(gòu)雙滾滑輪之間采用結(jié)晶器間歇振動； 在合金錠順利通過引錠機(jī)構(gòu)滑輪后將引錠棒從合金錠前端取下，檢查合金錠端口截面無任何氣孔后引錠方法改為結(jié)晶器水平鑄錠法；以及 檢測合金錠硬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，退火溫度控制為600-620°C，退火時間為4-4. 5小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，第一硫酸溶液的濃度為15% -16%。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟5)中，第二硫酸溶液的濃度為10% -12%。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟6)中，退火溫度為450-500°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種石油化工裝備用稀土銅合金棒，由以下組分組成占合金棒總重量0.1-0.3％的稀土元素，占合金棒總重量0.3-0.6％的磷，占合金棒總重量5-7％的錫，余量為銅。本發(fā)明還涉及一種制備石油化工裝備用稀土銅合金棒方法。該方法在銅合金中加入鑭元素，加入鑭元素的合金材料由于其良好的耐磨性，使用壽命可達(dá)到20-30年甚至更長，這就避免了由于更換摩擦基礎(chǔ)配件所導(dǎo)致的核電設(shè)備的停運(yùn)，保證了整個設(shè)備的穩(wěn)定性。
文檔編號C22F1/08GK102634689SQ20121012379
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者孫飛 申請人:蘇州金倉合金新材料有限公司