一種銅鎂硅合金及其制備方法和結晶器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于銅基合金技術領域，具體涉及一種銅鎂硅合金及其制備方法和結晶 器。
【背景技術】
[0002] 連續鑄造是目前銅坯、鋼坯、鋁坯生產中最常用的方法，結晶器是連鑄生產中的核 心部件，通常由銅合金內襯，外加冷卻水套組成，其用途是將澆鑄的金屬液成形，并把金屬 液體的熱量傳遞出去，使金屬液體冷卻，凝固，在液體外部生成足夠厚度的凝殼，以保證鑄 錠在牽引機作用下，拉出結晶器時，不會發生金屬液泄漏現象。銅合金的技術性能參數直接 影響到連鑄坯的表面質量、連鑄機拉速、連鑄機作業率等指標。
[0003] 理想的用于結晶器的銅合金材料需要具有以下性能：（1)導熱系數高：結晶器銅 合金內襯是將金屬熔體的熱量傳導到冷卻水中，從而實現熔體的凝固成型，因此需要銅合 金具有優良的導熱性能；(2)在高溫下具有足夠的抗拉強度和屈服強度：澆鑄過程中，結晶 器銅合金內襯直接與金屬液接觸，外表面通過10~40°C的冷卻水，因此銅合金內外存在很 大的溫度梯度和熱應力，容易引起其變形，因此需要銅合金具有好的機械強度，具有足夠的 抗拉強度和屈服強度；(3)耐磨性能好：鑄錠在牽引機作用下，移向二次冷卻帶時，會與結 晶器銅管發生摩擦，在鍍層局部磨損的情況下會造成內襯嚴重劃傷，因此需要銅合金具有 很好的耐磨性能；⑷塑性好，易于加工：若銅合金的軟化溫度過低，不具有很好的塑性，會 造成結晶器管材的軟化變形、失效，因此需要銅合金具有較高的軟化溫度，較好的塑性。
[0004] 現有結晶器用銅合金為磷-銅、銀-銅、鈹青銅、銅-鉻-鋯系列合金，如趙建學等 在《板坯結晶器銅板改進》的研宄中公開了將結晶器銅板材質由含銀銅板改進成鉻鋯銅板 以提高鋼板強度，解決銅板變形問題，但是磷-銅合金、銀-銅合金屈服強度和拉伸強度低， 軟化溫度和再結晶溫度低，作為結晶器銅板材料使用時易發生軟化變形而失效，壽命短； 銅-鉻-鋯合金屈服強度和拉升強度雖然優于磷-銅合金和銀-銅合金，但是其導熱系數 低，作為結晶器銅板材料熱量傳導效率低，熔體凝固成型效率低，最終導致生產速率下降， 綜合使用性能低。因此，研制出一種既具有好的導熱性又具有強的機械性能的銅合金，對結 晶器性能的提高和使用壽命的增長具有重要的意義。
【發明內容】
[0005] 為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的之一在于提供一種導熱系數、屈服強度 和抗拉強度高的銅鎂硅合金。
[0006] 本發明的目的之二在于提供一種銅鎂硅合金的制備方法。
[0007] 同時，本發明還在于提供一種連鑄生產用結晶器。
[0008] 為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：
[0009] -種銅鎂娃合金，由以下質量百分含量的組分組成：鎂0.01%~0. 09%，娃 0? 2%~1. 5%，稀土元素0? 09%~0? 5%，余量為銅。
[0010] 為了進一步提高銅鎂硅合金的性能，優選的稀土元素為鈰、鑭。
[0011] 為了進一步提高銅鎂硅合金的性能，減少合金中的雜質，優選的銅為電解銅。
[0012] 可以采用常規方法熔融各組分成澆鑄液，再澆鑄成型的方式制備上述銅鎂硅合 金，為了進一步詳細的說明本發明銅鎂硅合金的制備過程，本發明提供了如下銅鎂硅合金 的制備方法，包括將鎂、硅和稀土元素加入熔融銅液中在1250-1300°C溫度下熔煉成澆鑄 液，在1050-1100°C的澆鑄溫度下澆鑄7-10分鐘，澆鑄成型，即得。
[0013] 為了保證熔煉效率，所述熔煉的時間為20-40分鐘。
[0014] 所述熔融銅液由銅在1250-1280°C溫度下精煉熔融制得。
[0015] 為了保證精煉效率，所述精煉時間為2-4小時。
[0016] 一種連鑄生產用結晶器，結晶器內襯材料為上述銅鎂硅合金。
[0017] 本發明銅鎂硅合金，為鎂、硅和稀土元素為次要組分的銅基合金，少量的鎂提高銅 合金強度、提高合金高溫抗氧化能力，娃提高合金強度和耐磨性能，而稀土元素使合金晶粒 細化、凈化，強化上述鎂和硅的作用，各組分在限定的用量范圍內協同作用，使制備的銅鎂 硅合金的導熱性能與傳統的銀銅合金相當，且軟化溫度、再結晶溫度、屈服強度和抗拉強度 明顯高于銀銅合金，提高了合金的抗蠕變、抗裂能力。另外，本發明的銅鎂硅合金作為結晶 器銅材，高的屈服強度和抗拉強度，避免結晶器內外溫度梯度和熱應力引起的銅材變形；高 的軟化溫度和再結晶溫度，避免結晶器銅材在高溫下軟化變形失效；采用本發明銅鎂硅合 金制備的結晶器的壽命較銀銅合金提高了 30%以上，而且本發明銅鎂硅合金的導熱系數 大，在用于結晶器板材時，具有高的熱量傳導效率，提高熔體凝固成型的速率，進而提高拉 坯成型效率，提高結晶器的綜合使用性能。同時本發明銅鎂硅合金的導電率達到95%以上， 最高達到98 %，可用作導線銅材等其他領域，尤其可適用于制備軌道交通領域導線。
[0018] 本發明銅鎂硅合金的制備方法，采用首先熔融各組分制成澆鑄液，再澆鑄成型的 工藝方法制備銅鎂硅合金，操作簡便，易于控制，成本低，適于工業化推廣應用。
[0019] 本發明連鑄生產用結晶器，其內襯由本發明銅鎂硅合金制作而成，熱量傳導效率 高，拉坯生產效率高，使用壽命長。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明，但不構成對本發明的任何限 制。
[0021] 下述實施例中采用5噸的真空感應冶煉爐進行熔煉。
[0022] 實施例1
[0023] 本實施例銅鎂娃合金，由以下質量百分含量的組分組成：鎂0. 01%、娃0. 2%、鋪 0? 09%，電解銅 99. 7%。
[0024] 本實施例銅鎂硅合金的制備方法，具體操作步驟為：
[0025] (1)在坩堝內加入電解銅3489. 5kg，合金流槽內加入鎂0.35kg、硅7kg、鈰 3. 15kg；
[0026] (2)設定熔煉溫度為1300°C，精煉融化電解銅2小時，制得銅液；
[0027](3)將鎂、硅和鈰通過合金流槽加入步驟⑵制備的銅液中，溫度為1300°C熔煉20 分鐘，制得合金澆鑄液；
[0028] (4)將步驟⑶制備的合金澆鑄液以1050°C的澆鑄溫度，澆鑄10分鐘，冷卻3小 時后取出澆鑄成型的銅鎂硅合金鑄錠，即完成。
[0029] 本實施例銅鎂硅合金采用常規的方法可制備成結晶器內襯。
[0030] 實施例2
[0031] 本實施例銅鎂娃合金，由以下質量百分含量的組分組成