專利名稱：：連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝的制作方法
技術領域：
：本發明屬于機械制造工藝領域，特別是一種連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝。目前所使用的連續鑄鋼方/圓坯結晶器使用純銅T2或TP2管材制造，其材料來源容易，加工過程比較簡單。但是這種結晶器不但常溫力學性能低下，而且尤其是工作溫度(230-320℃)中的中高溫熱強力學性能更為低下，因此在使用過程中會發生明顯的變形。同時由于抗磨損能力不足，無法使結晶器保持精確的幾何尺寸和高的拉鋼速度。這不但影響結晶器的使用壽命，而且也影響到連鑄坯的質量和連鑄機的產量。使用純銅TP2管材制造的方坯結晶器拉鋼量僅為700-800噸，生產效率低下，從而限制了連鑄生產的發展。發明專利申請96115175.7公開了一種析出硬化銅合金，含有析出強化元素鉻和鋯及高溫抗氧化元素鎂以及稀土元素。這種銅合金的常溫和高溫力學性能均顯著高于純銅。由于這種銅合金主要用于大板坯結晶器，所以對合金成分控制比較嚴格。該專利申請同時還公開了這種銅合金的析出強化熱處理工藝，取得較好的效果。本發明的目的是提供一種連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器的新制造工藝，采用鉻鋯鎂銅合金，通過真空熔煉、氬氣保護澆鑄、熱擠壓、冷拔、固溶處理、成型冷拔，時效析出強化熱處理，機加工后電鍍和最終控制而制造出管式結晶器。這種方/圓坯結晶器的常溫和中高溫熱力性能、耐磨性能和傳導性能的結合均優于常規純銅方/圓坯結晶器，為發展高效率、高拉速、高質量、長壽命連鑄創造了條件。按照本發明的連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝，采用鉻鋯鎂析出硬化銅合金，采用真空熔煉，并經析出強化處理后經機械加工而制成，新工藝的特點是1)合金元素有更寬的含量范圍，銅合金的成分(重量百分數)為鉻0.3-2.0％，鋯0.05-0.3％，鎂0.005-1.0％，余量為銅，不用稀土元素。2)真空熔煉是在真空中頻感應爐中，在13.3-1.33Pa真空度下添加銅鉻、銅鋯、銅鎂中間合金進行熔煉。3)將熔煉好的銅合金在氬氣保護下澆鑄成銅錠。4)將銅錠進行熱擠壓后進行冷拔，再經固溶處理后進行成型冷拔，成型冷拔后進行時效析出強化熱處理，再進行機械加工和電鍍及最終控制而制成結晶器成品。按照本發明，銅合金中的鉻和鋯是析出強化元素，經過時效析出Cr2Zr或者(Cr球+Cr2Zr)等第二相金屬間化合物，強化金屬組織，提高其力學性能。但是用量不宜過多，也不宜太少，過多會使金屬流動性降低，加工性能變差、導熱、導電性能變差。一般鉻含量上限不宜超過2％，鋯含量上限不宜超過0.3％。這些合金元素含量過少時，析出的第二相金屬間化合物太少，強化效果不佳，力學性能達不到要求。一般的鉻含量下限為0.3％，鋯含量下限為0.05％。實驗表明，鉻含量的最佳范圍為0.35-1.4％；鋯含量的最佳范圍為0.06-0.28％。按照本發明，在銅合金中用鎂元素來提高其抗氧化性能。同時在熔煉銅水過程中還有脫氧作用，但卻能降低銅的傳導性能，因此只能微量添加。如添加量過高，還會生成MgCu脆性的γ相，使加工性能變壞。因此鎂的加入量不宜超過1％。但也不能太少，否則不能有效地提高抗氧化性能，脫氧效果也不會好。因此將其下限定為0.005％。鎂的最佳含量范圍(重量百分數)為0.008-0.08％。按照本發明，鉻、鋯、鎂是以中間合金形式加入到銅中的。這些中間合金的成分組成(重量百分數)為銅鉻中間合金鉻4-6％，余量為銅。銅鋯中間合金鋯8-12％，余量為銅。銅鎂中間合金鎂10-30％，余量為銅。按照本發明，真空熔煉是在真空中頻感應爐中進行熔煉的，真空度保持在13.3-1.33Pa。真空熔煉使銅及諸合金元素不受空氣污染，大大減少合金元素的燒損，提高合金元素的收得率，同時減少銅合金中的非金屬夾雜物含量和氣體含量，提高了銅合金的純潔度，從而達到設計的性能要求。按照本發明，所采用的氬氣保護澆鑄工藝方法及有關參數是在錠模的上方澆鑄水口的上下部用一鋼管彎成與錠模相對應形狀的彎管，在彎管內側每隔50mm鉆一個直徑為0.5-1.0mm的圓孔，澆鑄過程中向彎管內通入壓力為0.1-0.5MPa的氬氣，直到澆鑄完畢。氬氣保護澆鑄防止了注流被二次氧化，保持銅合金的純潔度。氬氣可以用氬氣瓶供給，也可以由氬氣管道供給。按照本發明的熱擠壓、冷拔、固溶處理、成型冷拔、時效析出強化處理、機械加工。電鍍等工序均可采用現有技術。實施例a、爐號為5-16-1的連續鑄鋼方坯鉻鋯鎂銅結晶器，其銅合金的化學成分(重量百分數)為Cr0.54％，Zr0.08％，Mg0.017％，余量為Cu。經真空熔煉、氬氣保護澆鑄、后續工序加工成結晶器。b、爐號為5-20-1的連續鑄鋼方坯鉻鋯鎂銅結晶器，其銅合金的化學成分(重量百分數)為Cr0.71％，Zr0.12％，Mg0.010％，余量為Cu。經真空熔煉、氬氣保護澆鑄、后續工序加工成結晶器。這種結晶器的常溫和中高溫力學性能要明顯好于純銅結晶器的性能。表1列出了這些結晶器的常溫和中高溫力學性能比較。表1常溫和中高溫力學性能比較</tables>結晶器的使用壽命得到大幅度提高。以115小方坯連鑄為例純銅TP2管制作的結晶器拉鋼量僅為700-800噸，按照本發明的結晶器平均拉坯量達到2400噸左右，為前者的3倍左右。更主要的是，本發明的結晶器材料及工藝為制造高效結晶器創造了不可缺少的條件，從而可顯著提高拉坯速度，進而顯著地提高連鑄機的生產率。由于本發明的結晶器具有很好機械性能，有效地防止了結晶器的變形，降低了磨損速度，也使鑄坯質量得到保證。權利要求1.一種連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝，采用含鉻鋯鎂的析出硬化銅合金，真空熔煉，經熱擠壓固溶冷拔并經析出強化處理后經機械加工而制成，其特征在于1)銅合金的成分(重量百分數)為鉻0.3-2.0％，鋯0.05-0.3％，鎂0.005-1.0％。余量為銅，2)真空熔煉是在真空中頻感應爐中，在13.3-1.33Pa真空度下添加銅鉻、銅鋯、銅鎂中間合金進行熔煉。3)將熔煉好的銅合金在氬氣保護下澆鑄成銅錠，4)將銅錠進行熱擠壓后進行冷拔，再經固溶處理后進行成型冷拔，成型冷拔后進行時效析出強化熱處理，再進行機械加工和電鍍及最終控制而制成結晶器。2.根據權利要求1的連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂結晶器制造工藝，其特征在于銅合金中鉻的最佳含量(重量百分數)范圍為0.35-1.4％。3.根據權利要求1的連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝，其特征在于銅合金中鋯的最佳含量(重量百分數)范圍為0.06-0.28％。4.根據權利要求1的連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝，其特征在于銅合金中鎂的最佳含量(重量百分數)范圍為0.008-0.08％。5.根據權利要求1的連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝，其特征在于所述的銅合金成分(重量百分數)為鉻0.54％，鋯0.08％，鎂0.017％。6.根據權利要求1的連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝，其特征在于所述的銅合金成分(重量百分數)為鉻0.71％，鋯0.12％，鎂0.010％。7.根據權利要求1的連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝，其特征在于所述的銅鉻中同合金成分(重量百分數)為鉻4-6％，余量為銅。8.根據權利要求1的連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝，其特征在于所述的銅鋯中間合金成分(重量百分數)為鋯8-12％，余量為銅。9.根據權利要求1的連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝，其特征在于所述的銅鎂中間合金成分(重量百分數)為鎂10-30％，余量為銅。10.根據權利要求1的連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝，其特征在于所述的氬氣保護澆鑄為在錠模上方澆鑄水口的上下部用一鋼管彎成與錠模相對應形狀的彎管，在彎管內側每隔50mm鉆一個直徑為0.5-1.0mm的圓孔，澆鑄過程中向彎管內注入壓力為0.1-0.5MPa的氬氣，直到澆鑄完畢。全文摘要一種連續鑄鋼方/圓坯鉻鋯鎂銅結晶器制造工藝,采用含鉻鋯鎂的析出強化銅合金,真空中頻感應電爐熔煉,氬氣保護澆鑄后進行熱擠壓,冷拔,固培處理,成型冷拔,時效析出強化,機械加工后進行電鍍,制造成結晶器成品。與常規純銅T2或TP2管材制作的結晶器相比,本發明的結晶器的常溫和中高溫力學性能與傳導性能和耐磨性能都有顯著提高和最佳的結合。以115×115小方坯為例,使用壽命從拉700—800噸鋼提高到平均拉鋼2400噸左右。文檔編號C22F1/08GK1195706SQ9711986公開日1998年10月14日申請日期1997年12月30日優先權日1997年12月30日發明者李耀輝,陳羽,張家成,張琴開,張輝,王文洋申請人:鞍山鋼鐵集團公司