CN101831572A - 一种耐海水腐蚀的拉制铝青铜管材及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐海水腐蚀的拉制铝青铜管材，管材中各组份以质量百分比计为：1.0～10.0％的铝，0.08～2％的锰，0.02～1％的砷，总量不大于0.5％的铁，总量不大于0.3％的铅以及总量不大于0.5％的杂质，余量为铜。加工时，配备加工所需的铝料、锰料、砷料、铜料并将其混合熔炼；合金料进行半连续铸造，铸造温度≥1200℃；所获得的铸锭加热到温度700～940℃；所得合金铸锭热挤压成管坯；管坯经轧管、完全再结晶退火、拉伸后，放入网带式光亮退火炉中软化退火获得最终产品。本发明的拉制铝青铜管材具有优良的耐海水腐蚀及冲刷性能、高耐磨性、高强度，更适于在海水淡化工程中应用，是应用于海水淡化工程的最佳材料。
Description
技术领域
本发明涉及耐海水腐蚀的铝青铜管材，属于合金管材制造技术领域。
背景技术
当今世界淡水资源日趋匮乏，加速水资源的开发，解决淡水危机是世界各国研究的主要课题。海洋虽有着丰富的水资源，但海水必须经过淡化处理才能使用，因此淡化海水是实现新水源生产、缓解淡水危机的唯一途径。作为在海水淡化装置上使用的铜合金无缝管是海水淡化热交换器的关键材料，因长期在在流动海水和砂的冲刷腐蚀环境中工作，特殊的环境对铜合金无缝管的耐海水点蚀、冲刷腐蚀性能、尤其是对游动海水的耐砂蚀性提出了更高的要求。
中国国家专利局2006年9月6日公开的专利号为“200610039282.1”，名称为“耐腐蚀性能优良的热交换器用无缝铜合金管及其制备方法”的专利中提供了一种热交换器用无缝铜合金管，在砷锡黄铜的基础上，又加入了硼、镍、锰等元素，来提高管材的耐腐蚀能力，但铜镍合金易产生电化学腐蚀，而且锡黄铜一直存在耐冲刷腐蚀能力差的问题，限制了海水淡化装置只能流速较低的条件下使用。铝及铝合金以其质量轻、比强度高、热效率高、价格适中，加工性能良好等优点已得到越来越广泛的应用，特别是在金属的防腐蚀领域；我国研制、生产电站用铜合金热交换器管材已有四十余年的历史，先后研制出适应不同冷却水质的锡黄铜、铝黄铜、铁白铜等合金，但上述合金牌号均不适用在其特定水质条件下工作，我国研制的QAI5铝青铜合金，强度要比锡青铜高，抗高温氧化性也较好，又如专利号为“200710106263.0”的专利中提供了一种铝青铜合金管、棒的生产工艺，含有铜、铝、镍、铁的合金铸锭最后进挤压成型，但铜合金无缝管通常需要拉制成型，我国研制的QAI5铝青铜，仅能生产挤制管材、棒材，拉制QAI5铝青铜管材尚属空白。
发明内容
本发明所要解决的问题就是提供一种耐海水腐蚀的拉制铝青铜管材及其生产工艺，具有优良的耐海水腐蚀及冲刷性能、高耐磨性、高强度，更适于在海水淡化工程中应用。
为解决上述技术方案，本发明采用如下技术方案：一种耐海水腐蚀的拉制铝青铜管材，其特征在于：管材中各组份以质量百分比计为：1.0～10.0％的铝，0.08～2％的锰，0.02～1％的砷，总量不大于0.5％的铁，总量不大于0.3％的铅以及总量不大于0.5％的杂质，余量为铜。
进一步的，管材中各组份以质量百分比计为：2.0％的铝，0.1％的锰，0.03％的砷，0.1％的铁，0.5％的杂质，97.27％的铜。
进一步的，管材中各组份以质量百分比计为：5.0％的铝，0.5％的锰，0.1％的砷，0.1％的铅，0.1％的杂质，94.20％的铜。
进一步的，管材中各组份以质量百分比计为：9.0％的铝，1.0％的锰，0.75％的砷，0.2％的铁，0.3％的铅，0.3％的杂质，88.45％的铜。
进一步的，管材中各组份以质量百分比计为：7％的铝，1.5％的锰，0.95％的砷，0.5％的杂质，90.05％的铜。
为解决上述技术问题，本发明还提出了一种拉制铝青铜管材的生产工艺，其特征在于包括如下步骤：
a、配备加工所需的铝料、锰料、砷料、铜料并将其混合熔炼；
b、将步骤a中所得的合金料进行半连续铸造，铸造温度≥1200℃；
c、将步骤a、b所获得的铸锭加热到温度700～940℃；
d、将步骤c中所得合金铸锭热挤压成管坯；
e、管坯经轧管、完全再结晶退火、拉伸后，放入网带式光亮退火炉中采用退火温度为500～800℃，加热时间10-150min的软化退火获得最终产品。
进一步的，步骤a中所述的铜料为电铜或紫铜回料。
进一步的，所述步骤a中的熔炼过程包括合金熔化，快速分析，加冰晶石、捞渣，升温1220～1240℃出炉。
进一步的，所述步骤e中轧管的冷加工率≥60％，结晶退火温度为740～780℃，加热时间为60min，拉伸的冷加工率≥40％。
含铝量小于7.4％的铝青铜在所有温度均具有单相α固溶体组织，其特性柔软，韧性、塑性很好，可冷、热压力加工。铝能增强其自发钝化能力，铝与氧反应形成坚硬致密的氧化膜，提高对气体、溶液特别是高速海水的耐蚀性；同时铝还能提高其耐磨性和具有良好的综合力学性能；
锰能较多地溶入铝青铜中的α固溶体，添加溶解于铝青铜中的锰，能提高合金的耐蚀性、强度和硬度；同时铝青铜中添加0.3～0.5％的锰，能改善其工艺性能，减轻砷对工艺性能的不利影响；
砷能提高合金的耐蚀性，但能使工艺性能恶化，故铝青铜中的砷含量不宜超过0.35％。
本发明在铜合金的基础上加入了铝，少量的铁、铅及微量的砷，经过合理配比，加工性能良好，便于管材的拉制生产，产品具有优良的耐海水腐蚀及冲刷性能、高耐磨性、高强度，适于在高腐蚀性环境中，尤其是在海水淡化工程中，本发明更能体现出其优越的抗腐蚀性及耐冲刷性，是应用于海水淡化工程的最佳材料。
具体实施方式
本发明提供了一种耐海水腐蚀的拉制铝青铜管材，管材中各组份以质量百分比计为：1.0～10.0％的铝，0.08～2％的锰，0.02～1％的砷，总量不大于0.5％的铁，总量不大于0.3％的铅以及总量不大于0.5％的杂质，余量为铜。
实施例一：管材中各组份以质量百分比计为：2.0％的铝，0.1％的锰，0.03％的砷，0.1％的铁，0.5％的杂质，97.27％的铜。
实施例二：管材中各组份以质量百分比计为：5.0％的铝，0.5％的锰，0.1％的砷，0.1％的铅，0.1％的杂质，94.20％的铜。
实施例三：管材中各组份以质量百分比计为：9.0％的铝，1.0％的锰，0.75％的砷，0.2％的铁，0.3％的铅，0.3％的杂质，88.45％的铜。
实施例四：管材中各组份以质量百分比计为：7％的铝，1.5％的锰，0.95％的砷，0.5％的杂质，90.05％的铜。
铁含量低于0.7％则有不易脱模的现象，所以含铁0.8～1.0％反而好压铸。含有大量的铁，会生成金属化合物，形成硬点，且含铁量过1.2％时，降低合金流动性，损害铸件的品质；而铅能改善铝青铜的切屑性能，但也同样属于有毒元素，因此这两种元素的添加量应视实际加工需要而定。
本发明还提出了一种拉制铝青铜管材的生产工艺，其特征在于包括如下步骤：
a、配备加工所需的铝料、锰料、砷料、铜料并将其混合熔炼；
b、将步骤a中所得的合金料进行半连续铸造，铸造温度≥1200℃；
c、将步骤a、b所获得的铸锭加热到温度700～940℃；
d、将步骤c中所得合金铸锭热挤压成管坯；
e、管坯经轧管、完全再结晶退火、拉伸后，放入网带式光亮退火炉中采用退火温度为500～800℃，加热时间10-150min的软化退火获得最终产品。
步骤a中所述的铜料为电铜或紫铜回料。
步骤a中的熔炼过程包括合金熔化，快速分析，加冰晶石、捞渣，升温1220～1240℃出炉。
步骤e中轧管的冷加工率≥60％，结晶退火温度为740～780℃，加热时间为60min，拉伸的冷加工率≥40％。
本发明的铝青铜拉制管材的性能测试见表1
表1
| 抗拉强度Rm(MPa) | 屈服强度Rp0.2(MPa) | 伸长率δ(％) | 硬度HV5 | 晶粒度mm | 扩口试验(60°锥) | 压扁试验 |
| 360～500； | 120～230 | 52～66 | 76～109 | 0.010～0.050 | 无裂纹 | 无裂纹 |
本发明在铜合金的基础上加入了铝，少量的铁、铅及微量的砷，经过合理配比，再经上述加工工艺加工，成品性能良好，具有优良的耐海水腐蚀及冲刷性能、高耐磨性、高强度，适于在高腐蚀性环境中，尤其是在海水淡化工程中，本发明更能体现出其优越的抗腐蚀性及耐冲刷性。
Claims (9)
1.一种耐海水腐蚀的拉制铝青铜管材，其特征在于：管材中各组份以质量百分比计为：1.0～10.0％的铝，0.08～2％的锰，0.02～1％的砷，总量不大于0.5％的铁，总量不大于0.3％的铅以及总量不大于0.5％的杂质，余量为铜。
2.根据权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的拉制铝青铜管材，其特征在于：管材中各组份以质量百分比计为：2.0％的铝，0.1％的锰，0.03％的砷，0.1％的铁，0.5％的杂质，97.27％的铜。
3.根据权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的拉制铝青铜管材，其特征在于：管材中各组份以质量百分比计为：5.0％的铝，0.5％的锰，0.1％的砷，0.1％的铅，0.1％的杂质，94.20％的铜。
4.根据权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的拉制铝青铜管材，其特征在于：管材中各组份以质量百分比计为：9.0％的铝，1.0％的锰，0.75％的砷，0.2％的铁，0.3％的铅，0.3％的杂质，88.45％的铜。
5.根据权利要求1所述的一种耐海水腐蚀的拉制铝青铜管材，其特征在于：管材中各组份以质量百分比计为：7％的铝，1.5％的锰，0.95％的砷，0.5％的杂质，90.05％的铜。
6.一种拉制铝青铜管材的生产工艺，其特征在于包括如下步骤：
a、配备加工所需的铝料、锰料、砷料、铜料并将其混合熔炼；
b、将步骤a中所得的合金料进行半连续铸造，铸造温度≥1200℃；
c、将步骤a、b所获得的铸锭加热到温度700～940℃；
d、将步骤c中所得合金铸锭热挤压成管坯；
e、管坯经轧管、完全再结晶退火、拉伸后，放入网带式光亮退火炉中采用退火温度为500～800℃，加热时间10-150min的软化退火获得最终产品。
7.根据权利要求6所述的一种拉制铝青铜管材的生产工艺，其特征在于：步骤a中所述的铜料为电铜或紫铜回料。
8.根据权利要求6或7所述的一种拉制铝青铜管材的生产工艺，其特征在于：所述步骤a中的熔炼过程包括合金熔化，快速分析，加冰晶石、捞渣，升温1220～1240℃出炉。
9.根据权利要求6所述的一种拉制铝青铜管材的生产工艺，其特征在于：所述步骤e中轧管的冷加工率≥60％，结晶退火温度为740～780℃，加热时间为60min，拉伸的冷加工率≥40％。
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