專利名稱：一種析出硬化銅合金的制作方法
技術領域：
本發明屬于冶金鑄造材料，特別涉及連鑄生產備品備件所需材料。
目前，在冶金工業煉鋼生產中，由連鑄取代模鑄是發展趨勢。伴隨著連鑄技術的發展，對其結晶器材質的要求也越加嚴格，尤其要求其具有高的高溫強度及硬度。實踐證明，隨著連鑄機拉速的不斷提高，純銅及銀銅合金已不適于作結晶器材料。國外普遍采用析出硬化銅合金制作結晶器，國內的中、高速板坯連鑄機結晶器銅板均從國外進口，尚未能實現國產化。
經查新檢索，國內外有關析出硬化銅合金的專利技術有1.公告號為10153/9的文獻中公開了一種合金，其主要成分為Cr0.15～0.6％，Zr0.1～0.25％，Ge0.01～0.15％，Nb或Ce0.01～0.08％，這種合金的特點是導電性能好，但力學性能一般，它適用于電阻焊電極材料。
2.專利號為JP04210438中公開了一種合金，其主要成分為Cr0.1～1.5％，Zr0.01～0.5％，Fe/Ni0.01～0.5％，Co1.3～5.0％，Ti0.2～2.0％。該合金由于含有多種合金元素，生產工藝難以控制，同時它的導熱性能非常差。
3.專利號為JP04218629文獻中公開的一種合金，其成分為Fe1.5～3.0％，Pb0.005～0.4％，其它元素含量總和為0.001～2.00％。該種合金力學性能一般，導熱性能也較差。
總之，到目前為止，中、高速板坯連鑄結晶器銅板主要采用Cu-Cr，Cu-Zr，Cu-Cr-Zr等幾類合金。而Cu-Cr，Cu-Zr類合金高溫性能一般，Cu-Cr-Zr合金的耐高溫氧化性能較差，均不是制作銅板結晶器的理想材料。
本發明的目的是為了克服現有合金綜合性能較差等弱點，而提供了一種既有較高高溫強度、高溫硬度，同時又具有良好的導熱能力及高溫抗氧化能力的析出硬化銅合金。用以替代進口，滿足制作連鑄結晶器用材的需要，從而實現連鑄備品備件國產化。
本發明是這樣實現的，它采用一種全新的配方，即合金中同時含有Cr、Zr、Mg、RE合金元素，其成分組成為Cr0.30～1.20％，Zr0.08～0.30％，Mg0.08～0.15％，RE0.05～0.10％，其余為銅。
在本發明中，加入Cr、Zr合金元素的目的是在基體組織α相中析出Cr2Zr，以克服單獨加入Cr或Zr的弱點。單獨加入Cr或Zr元素，雖然合金的室溫強度較高，但是高溫強度并不高。同時加入Cr，Zr元素，不但室溫強度高，且高溫強度也高，綜合性能好。加入Mg元素的目的是提高抗高溫氧化性及耐熱性。加入RE元素的作用主要有兩個一是去除合金原料中硫、硒、鉍等雜質，同時凈化合金；二是增加合金的導熱性能。
本發明的制作工藝為1.將電解銅板在坩堝中(中頻加熱爐或電加熱爐)加熱至1200℃，使其熔化。然后在1240℃～1280℃進行脫氧，脫氧十分鐘后，加入Cr、Mg、Zr、RE合金。加入合金元素的方法均以中間合金形式加入。出爐溫度控制在1300℃以下。
2.合金熔煉后澆注成錠，然后進行熱鍛。在700℃～950℃進行鍛造，合金錠的變形率控制在80～150％。
3.將鍛造后的合金錠進行固溶析出熱處理。
固溶熱處理是在中性氣氛加熱爐內將合金錠加熱至890℃～1000℃，保溫2～6小時后進行水淬處理。
析出硬化熱處理是在中性氣氛加熱爐內將合金錠加熱至380℃～560℃，保溫2～5小時，然后在爐內冷卻至室溫。
經過上述工藝處理的合金錠加工成結晶器銅板或其它部件以供工業使用。
按照本發明提供的配方及工藝制作的合金材料具有良好的綜合機械性能。其抗拉強度σb≥360MPa，屈服強度σ8≥240MPa，硬度HB≥160，軟化溫度≥400℃，導電率I、A、C％≥70％。
本發明克服了現有技術之不足，具有配方合理，工藝易控制，制作過程無毒，綜合性能良好等優點。該合金既有好的高溫強度、高溫硬度，又具有良好的導熱能力和高溫抗氧化性能，各項性能均優于類似成分的Cu-Cr、Cu-Zr、及Cu-Cr-Zr合金，其綜合性能比較結果列入表1。本發明不僅是制作連鑄結晶器的理想材料，而且還可廣泛應用于高爐風口、渣口、氧槍噴頭、電弧爐夾持器及直流電弧爐底陽極等領域。該合金的研制成功，可替代進口材料，有利地促進我國連鑄生產備品備件國產化，并具有顯著的經濟效益和社會效益。
本發明同現有技術綜合性能對比情況 表1
實施例按照本發明的配方及制作工藝制作了三種硬化銅合金，化學成分見表2。其冶煉工藝為電解銅板在中頻感應加熱爐中加熱至1200℃全部熔化，在1250℃采用金屬鎂進行脫氧，脫氧十分鐘后，加入Cu-Cr合金，Cu-Zr-RE合金，在1280℃溫度下澆注成合金錠。然后經鍛造及析出硬化熱處理后加工成成品，其合金具體制作工藝見表3，實際性能列入表4。
權利要求
1.一種析出硬化銅合金，以Cu為基體，其特征是在合金中同時加入Cr、Zr、Mg、RE合金元素，其成分含量(重量百分比)為Cr0.30～1.20％，Zr0.08～0.30％，Mg0.08～0.15％，RE0.05～0.10％。
2.根據權利要求1所述的銅合金，其特征在于Cr元素的最佳含量為0.5～1.0％。
3.根據權利要求1所述的銅合金，其特征在于Zr元素的最佳含量為0.1～0.2％。
4.根據權利要求1所述的銅合金，其特征在于Mg元素的最佳含量為0.08～0.13％。
5.根據權利要求1所述的銅合金，其特征在于RE元素的最佳含量為0.06～0.08％。
6.一種析出硬化銅合金的制作工藝，其特征在于①將電解銅板加熱至1200℃，熔化后在1240℃～1280℃進行脫氧，然后以中間合金形式加入Cr、Zr、Mg、RE合金，出爐溫度小于1300℃；②合金錠在700℃～950℃進行熱鍛，其變形率控制在80～150％為宜；③固溶熱處理是在中性氣氛加熱爐內進行，加熱溫度為890℃～1000℃，保溫2～6小時，然后進行水淬；析出硬化熱處理是在中性氣氛加熱爐內將合金錠加熱至380℃～560℃，保溫2～5小時，然后隨爐冷卻至室溫。
全文摘要
本發明提供了一種析出硬化銅合金，以銅為基體，中間加入Cr、Zr、Mg、RE合金，采用析出硬化處理工藝制作而成。其成分含量為Cr0.30～1.20％，Zr0.08～0.30％，Mg0.08～0.15％，RE0.05～0.10％，其余為銅。該合金具有配方合理，工藝易控制，制作過程無毒，綜合性能良好等優點。它不僅是制作連鑄結晶器的理想材料，而且還適用于高爐風口、渣口、氧槍噴頭、電弧爐夾持器及直流電弧爐底陽極等領域，具有廣泛的應用前景和顯著的經濟效益。
文檔編號C22C9/00GK1160771SQ9611517
公開日1997年10月1日 申請日期1996年3月26日 優先權日1996年3月26日
發明者王久彬, 王世和, 賈素芝, 宋世超, 胡嘉弟, 葉富禮, 郝森 申請人:鞍山鋼鐵公司