一種Cu-Zr-Ag合金結(jié)晶器銅板及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于連鑄設(shè)備部件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種Cu-Zr-Ag合金結(jié)晶器銅板及 其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)對(duì)節(jié)能減排及淘汰落后產(chǎn)能的提出，國(guó)內(nèi)各鋼鐵企業(yè)紛紛提高 設(shè)備生產(chǎn)效率，從連鑄設(shè)備方面看就是提高連鑄機(jī)的利用效率和提高鑄機(jī)的拉速，板坯鑄 機(jī)的拉速由原來的0. 5~1.5m/min提高至1.2~2. 8m/min，從連鑄方面看就是提高連 鑄機(jī)的利用效率和提高鑄機(jī)的拉速，從而降低生產(chǎn)成本，這對(duì)連鑄結(jié)晶器的核心部件結(jié)晶 器銅板的材質(zhì)要求更加高，其核心是在高拉速下大幅提高結(jié)晶器銅板的使用壽命，現(xiàn)有的 結(jié)晶器銅板主要有Ag-Cu材料結(jié)晶器銅板和Cu-Cr-Zr結(jié)晶器銅板；Ag-Cu銅板由于再結(jié) 晶溫度低，強(qiáng)度低，隨著拉速的提高，已經(jīng)顯現(xiàn)出其性能的不足，出現(xiàn)銅板高溫蠕變導(dǎo)致壽 命降低；Cu-Cr-Zr銅板其材料的強(qiáng)度雖高，但是導(dǎo)熱性能差也難以滿足高拉速結(jié)晶器的需 要，因此迫切需要一種導(dǎo)熱性比Cu-Cr-Zr結(jié)晶器銅板高，強(qiáng)度及再結(jié)晶溫度比Ag-Cu結(jié)晶 器銅板高，耐磨性能更好的結(jié)晶器銅板應(yīng)用到高拉速條件的連鑄機(jī)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的問題是提供一種導(dǎo)熱性好、耐磨性好、強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)的 Cu-Zr-Ag合金結(jié)晶器銅板及其制備工藝。
[0004] 一種Cu-Zr-Ag合金結(jié)晶器銅板，含有0.05%~0.25%質(zhì)量的金屬鋯，0.03%~ 0.05%質(zhì)量的脫氧劑金屬鎂，0.06%~0.15%質(zhì)量的金屬銀，99. 65%~99. 77%質(zhì)量的金 屬銅。
[0005] -種Cu-Zr-Ag合金結(jié)晶器銅板的制備工藝，包括如下步驟： a. 經(jīng)過真空熔煉和真空澆鑄得到Cu-Zr-Ag合金的鑄坯，其合金配方及真空熔煉和真 空澆鑄的工藝參數(shù)如下： 金屬鋯質(zhì)量百分比：〇. 05%~0. 25%， 金屬銀質(zhì)量百分比：〇. 06%~0. 15%， 脫氧劑金屬鎂質(zhì)量百分比：〇. 03%~0.05%， 金屬銅質(zhì)量百分比：99. 65%~99. 77%， 精煉真空度：< 30Pa， 耐火漏斗孔徑：36mm， 精煉溫度：1350°C， 充入氬氣后真空度：一 〇. 〇8MPa， 澆注溫度：1270°C~1280°C; b. 確定鍛造變形方向后將Cu-Zr-Ag合金的鑄坯進(jìn)行熱鍛，其熱鍛工藝如下： 熱鍛加熱時(shí)間：2. 5h~3h， 始鍛溫度：800°C~860°C， 鍛造變形量：25mm~30mm， 終鍛溫度：600°C~650°C; c.將熱鍛后的Cu-Zr-Ag合金板材進(jìn)行固熔處理，其固熔工藝如下： 固熔溫度：850°C~950°C， 固恪時(shí)間：lh~2h, 冷卻水溫度：20°C~30°C， 從出爐到下水時(shí)間：30S~60S; d. 將固恪后的Cu-Zr-Ag合金的鑄還進(jìn)行冷乳得到Cu-Zr-Ag合金板材，其冷乳工藝如 下： 冷軋總變形量：15%~20%， 冷乳單次下乳量：2. 5mm; e.將冷軋?zhí)幚砗蟮腃u-Zr-Ag合金板材進(jìn)行時(shí)效處理得到合格的高拉速連鑄機(jī)結(jié)晶器 銅板母材，其時(shí)效處理工藝如下： 時(shí)效溫度：360°C~500°C， 時(shí)效時(shí)間：3h~6h; f. 利用數(shù)控加工中心，結(jié)合連鑄工藝，將制備出的高拉速連鑄機(jī)結(jié)晶器銅板母材進(jìn)行 機(jī)械加工，加工出各類型連鑄用結(jié)晶器銅板。
[0006] 本發(fā)明是為了克服Cu-Cr-Zr結(jié)晶器銅板的導(dǎo)熱性較差，Ag-Cu結(jié)晶器銅板的強(qiáng) 度較低的缺點(diǎn)，提供了一種具有很好的導(dǎo)熱性能以及較高抗拉強(qiáng)度的Cu-Zr-Ag合金結(jié)晶 器銅板，同時(shí)還具有很高的軟化溫度，延長(zhǎng)了結(jié)晶器銅板的使用壽命，提高了板坯鑄機(jī)的拉 速，使得板坯的生產(chǎn)效率大大提高。
[0007] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，首先采用了全新的配方，即在傳統(tǒng)的金屬銀、金屬鎂和金屬 銅當(dāng)中加入了適量的金屬鋯，其質(zhì)量百分比為：金屬鋯質(zhì)量百分比：〇. 05%~0.25%，金屬 銀質(zhì)量百分比：〇. 06%~0.15%，脫氧劑金屬鎂質(zhì)量百分比：0. 03%~0.05%，金屬銅質(zhì)量 百分比：99. 65%~99. 77%，鋯在銅合金中固溶度小，而降低傳統(tǒng)性能少，可在單相純銅基 體沉淀、析出大量細(xì)小均勻彌散質(zhì)點(diǎn)，以達(dá)到強(qiáng)化性能好、抗拉強(qiáng)度高、高溫生產(chǎn)穩(wěn)定性能 好，但是鋯在合金中添加量需要嚴(yán)格控制，添加較少對(duì)于銅合金的性能提升不明顯，添加過 多會(huì)導(dǎo)致銅合金的溫度傳遞效果降低。延伸率降低，影響銅合金的整體性能。鎂是有限固 溶元素，微量時(shí)降低銅合金的熱傳導(dǎo)性能較少，但是能提高銅合金的抗高溫氧化性能以及 在熔煉銅水時(shí)具有脫氧的作用，添加量需要嚴(yán)格控制，以免過多時(shí)使得銅合金的熱傳導(dǎo)性 能降低。金屬銀的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，活躍性低，價(jià)格貴，導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能很好，不易受化學(xué)藥品 腐蝕，質(zhì)軟，富延展性，銀在銅合金中可以增加其熱傳導(dǎo)性能和延伸率，降低鋯和鎂對(duì)銅合 金性能的影響，使得銅合金的熱傳遞性能較傳統(tǒng)未加銀的銅合金提高將近10%，提高了板坯 在結(jié)晶器銅板內(nèi)的熱傳遞效率。三種金屬元素的結(jié)合，保證材料具有較高的致密度以及良 好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、明顯的時(shí)效強(qiáng)化效果和良好的抗蠕變性能，滿足板坯的生產(chǎn)需求，加快 生廣進(jìn)度。
[0008] 其次對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，真空熔煉使得銅水沸騰，利于易發(fā)揮性的雜質(zhì)的析 出，提高了銅液的純度，此時(shí)加入鎂、銀和鋯，形成Cu-Zr-Ag合金液，對(duì)于成分的控制精度 更高，合金元素在真空環(huán)境下熔煉不易氧化，成分均勻利于銅板的傳導(dǎo)性與機(jī)械性能的提 高。真空度控制在30Pa以下，使得真空的效果更好，對(duì)于Cu-Zr-Ag合金的性能提升更高， 耐火漏斗孔徑設(shè)置在36_，也便于提高Cu-Zr-Ag合金的性能。
[0009] 在Cu-Zr-Ag合金澆鑄成鑄坯之后確定鍛造變形方向?qū)ζ溥M(jìn)行熱鍛處理，始鍛溫 度為800°C~860°C，相比于之前的工藝節(jié)省了能源的消耗，熱鍛主要是減小Cu-Zr-Ag合 金的變形抗力，改變其鑄態(tài)結(jié)構(gòu)，在熱鍛過程中經(jīng)過再結(jié)晶，粗大的鑄態(tài)組織變成細(xì)小晶粒 的新組織，并減少鑄態(tài)結(jié)構(gòu)的缺陷，提高機(jī)械性能。然后將Cu-Zr-Ag合金板材進(jìn)行固熔 處理，固溶溫度為850°C~950°C，固溶處理是將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩 相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理，主要是改善Cu-Zr-Ag 合金的塑性和韌性，為沉淀硬化處理作好準(zhǔn)備，使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體，并 提高韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型，結(jié)晶器銅板在高溫下工作， 因此需要有較高的固溶溫度以獲得較大的晶粒度，可以具有較好的高溫持久和蠕變性能。 固溶處理之后對(duì)Cu-Zr-Ag合金鑄還進(jìn)行冷乳得到Cu-Zr-Ag合金板材，冷乳總變形量為 15%~20%，進(jìn)行連續(xù)冷變形引起合金冷作硬化使其強(qiáng)度、硬度上升，經(jīng)過三個(gè)步驟之后， Cu-Zr-Ag合金的布氏硬度、抗拉強(qiáng)度、軟化溫度以及延伸率會(huì)大大提高。
[0010] 將冷軋?zhí)幚砗蟮腃u-Zr-Ag合金板材進(jìn)行時(shí)效處理得到合格的高拉速連鑄機(jī)結(jié)晶 器銅板母材，時(shí)效處理之后的合金母材硬度和強(qiáng)度會(huì)再次增加，最后利用數(shù)控加工中心，結(jié) 合連鑄工藝，將制備出的高拉速連鑄機(jī)結(jié)晶器銅板母材進(jìn)行機(jī)械加工，加工出不同的形狀， 具有冷卻水槽等不同的結(jié)構(gòu)的各類型連鑄用結(jié)晶器銅板，在高拉速連鑄機(jī)上代替現(xiàn)有的 Cu-Cr-Zr及Cu-Ag材質(zhì)的結(jié)晶器銅板。
[0011] 本發(fā)明通過創(chuàng)新添加合金類別配比，并采用真空熔煉、真空鑄錠、熱鍛、固熔、冷作 硬化、熱處理等工藝提尚廣品材料的性能，通過先進(jìn)的加工方法，從而制造出一種新型的尚 導(dǎo)熱、高耐溫性能的高壽命結(jié)晶器銅板。研發(fā)出來的高壽命結(jié)晶器銅板其強(qiáng)度比現(xiàn)有結(jié)晶 器銅板的材質(zhì)Cu-Ag高，耐磨性能良好，具有較高的再結(jié)晶溫度，材質(zhì)高溫抗蠕變能力也得 到增強(qiáng)；并具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，其導(dǎo)電性能遠(yuǎn)高于其傳統(tǒng)的結(jié)晶器銅板Cu-Cr-Zr ; Cu-Zr-Ag合金結(jié)晶器銅板由于其具有高導(dǎo)熱性、高強(qiáng)度、高耐溫等性能，從而解決高拉速連 鑄結(jié)晶器銅板熱裂問題，提高了結(jié)晶器銅板的使用壽命，大大減少了結(jié)晶器的非正常下線 頻率，增加了銅板修復(fù)次數(shù)，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)提高了連鑄坯機(jī)的作業(yè)率和鑄坯質(zhì)量，保 證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。新型Cu-Zr-Ag合金板材制作的結(jié)晶器在我廠使用情況是窄邊板過鋼壽 命560000噸，寬邊板過鋼壽命1360000噸，板坯鑄機(jī)的拉速提高到3.4~4. 2m/min，是一 種適合高拉速、高效率、高節(jié)湊、高產(chǎn)出連鑄作業(yè)的新型高壽命結(jié)晶器銅板。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)綜合性能對(duì)比情況如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種Cu-Zr-Ag合金結(jié)晶器銅板，其特征在于：含有0. 05%~0. 25%質(zhì)量的金屬 鋯，0.03%~0.05%質(zhì)量的脫氧劑金屬鎂，0.06%~0.15%質(zhì)量的金屬銀，99. 65%~ 99. 77%質(zhì)量的金屬銅。
2. -種Cu-Zr-Ag合金結(jié)晶器銅板的制備工藝，其特征在于：包括如下步驟： a. 經(jīng)過真空熔煉和真空澆鑄得到Cu-Zr-Ag合金的鑄坯，其合金配方及真空熔煉和真 空澆鑄的工藝參數(shù)如下： 金屬鋯質(zhì)量百分比：〇. 05%~0. 25%， 金屬銀質(zhì)量百分比：〇. 06%~0. 15%， 脫氧劑金屬鎂質(zhì)量百分比：0.03%~0.05%， 金屬銅質(zhì)量百分比：99.65%~99. 77%， 精煉真空度：< 30Pa， 耐火漏斗孔徑：36mm， 精煉溫度：1350 °C， 充入氬氣后真空度：一 〇. 〇8MPa， 澆注溫度：12701：~1280°〇； b. 確定鍛造變形方向后將Cu-Zr-Ag合金的鑄坯進(jìn)行熱鍛，其熱鍛工藝如下： 熱鍛加熱時(shí)間：2. 5h~3h， 始鍛溫度：800 °C~860 °C， 鍛造變形量：25mm~30mm， 終鍛溫度：600°C~650°C ; c. 將熱鍛后的Cu-Zr-Ag合金板材進(jìn)行固熔處理，其固熔工藝如下： 固熔溫度：850°C~950°C， 固恪時(shí)間：Ih~2h, 冷卻水溫度：20°C~30°C， 從出爐到下水時(shí)間：30S~60S ; d. 將固恪后的Cu-Zr-Ag合金的鑄還進(jìn)行冷乳得到Cu-Zr-Ag合金板材，其冷乳工藝如 下： 冷軋總變形量：15%~20%， 冷乳單次下乳量：2. 5mm ; e. 將冷軋?zhí)幚砗蟮腃u-Zr-Ag合金板材進(jìn)行時(shí)效處理得到合格的高拉速連鑄機(jī)結(jié)晶器 銅板母材，其時(shí)效處理工藝如下： 時(shí)效溫度：360°C~500°C， 時(shí)效時(shí)間：3h~6h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Cu-Zr-Ag合金結(jié)晶器銅板，含有0.05%～0.25%質(zhì)量的金屬鋯，0.03%～ 0.05%質(zhì)量的脫氧劑金屬鎂，0.06%～0.15%質(zhì)量的金屬銀，99.65%～99.77%質(zhì)量的金屬銅，本發(fā)明還公開了一種Cu-Zr-Ag合金結(jié)晶器銅板的制備工藝，本發(fā)明具有很好的導(dǎo)熱性能以及較高抗拉強(qiáng)度，同時(shí)還具有很高的軟化溫度，延長(zhǎng)了結(jié)晶器銅板的使用壽命，提高了板坯鑄機(jī)的拉速，使得板坯的生產(chǎn)效率大大提高，是一種適合高拉速、高效率、高節(jié)湊、高產(chǎn)出連鑄作業(yè)的新型高壽命結(jié)晶器銅板。
【IPC分類】C22C1-02, C22C9-00, C22F1-08
【公開號(hào)】CN104846234
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510251678
【發(fā)明人】朱書成, 趙家亮, 黃國(guó)團(tuán), 馬超, 王碩
【申請(qǐng)人】西峽龍成特種材料有限公司
【公開日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年5月18日