黃銅H65超厚鑄錠生產(chǎn)工藝研究

文 雅，范先勇

（1.中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.中鋁洛陽(yáng)銅加工有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）

鐵路貫通地線用銅合金材料，多使用黃銅H65產(chǎn)品[1]，且要求銅帶長(zhǎng)度在1000m以上、帶材厚度在0.8mm～1.5mm之間，目前黃銅鑄錠重量普遍在6噸以下，經(jīng)過(guò)熱軋、冷軋等加工后，生產(chǎn)出的產(chǎn)品長(zhǎng)度無(wú)法滿足千米以上要求。同時(shí)，由于黃銅H65產(chǎn)品在冷加工工序的生產(chǎn)工藝是特定的，調(diào)整冷加工工藝對(duì)帶材的長(zhǎng)度影響較小，因此，最佳的解決方法就是從鑄錠重量上做起，增加冷加工的投料量，使鑄錠重量達(dá)到7噸以上，由此來(lái)解決貫通地線用黃銅H65的長(zhǎng)度問(wèn)題，本論文主要研究了鐵路貫通地線用黃銅H65鑄錠，生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵制備技術(shù)，為產(chǎn)業(yè)化、批量生產(chǎn)該合金帶材提供技術(shù)支持。

1 產(chǎn)品技術(shù)要求

1.1 產(chǎn)品規(guī)格

帶材牌號(hào)、狀態(tài)和規(guī)格應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 牌號(hào)、狀態(tài)和規(guī)格

1.2 化學(xué)成分

帶材化學(xué)成分應(yīng)符合表2的規(guī)定。

表2 化學(xué)成分

1.3 尺寸及尺寸允許偏差

（1）帶材的厚度、寬度允許偏差應(yīng)符合表3的規(guī)定。

表3 厚度允許偏差

（2）帶材的長(zhǎng)度應(yīng)大于等于1000米。

2 熔鑄生產(chǎn)

（1）鑄錠規(guī)格的確定。目前鑄錠厚度在215mm以下，無(wú)法生產(chǎn)出長(zhǎng)度千米以上的帶材?？紤]到步進(jìn)爐裝爐能力是可生產(chǎn)厚度240mm以上的鑄錠，且鑄錠長(zhǎng)度最短要4.5米及以上，另外，生產(chǎn)完成的鑄錠需要鋸切頭尾，然后才能送到下道工序。綜上分析認(rèn)為，生產(chǎn)255mm超厚、重量7噸以上的鑄錠比較合適，可滿足帶材千米以上的要求。因此，結(jié)合冷加工設(shè)備能力及產(chǎn)品要求，最終確定鑄錠厚度為255mm、寬度為600mm。

（2）結(jié)晶器設(shè)計(jì)。結(jié)晶器高度的確認(rèn)：結(jié)晶器變厚后，導(dǎo)致鑄錠冷卻中產(chǎn)生的應(yīng)力加大，應(yīng)力大容易導(dǎo)致鑄錠內(nèi)裂問(wèn)題，因此，在設(shè)計(jì)上為減小應(yīng)力，就要延緩二次冷卻，增大結(jié)晶器高度，實(shí)現(xiàn)較理想的高厚比[2]，經(jīng)過(guò)研究，確認(rèn)結(jié)晶器高度在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了80mm，經(jīng)過(guò)結(jié)晶器高度的優(yōu)化，較好的避免了厚錠容易內(nèi)裂的問(wèn)題。

（3）鑄造速度。鑄錠生產(chǎn)過(guò)程中，鑄速不宜過(guò)慢，會(huì)導(dǎo)致流入到結(jié)晶器的熱量過(guò)少導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)銅液溫度過(guò)低；鑄速也不能過(guò)快，否則除了會(huì)導(dǎo)致鑄錠內(nèi)裂外，還會(huì)導(dǎo)致鑄錠收縮過(guò)大，引起凹心問(wèn)題。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的分析和實(shí)驗(yàn)，初次設(shè)計(jì)255＊600mm規(guī)格鑄錠速度在6米/小時(shí)以下，但存在鑄錠表面冷隔大，存在夾渣等問(wèn)題，說(shuō)明鑄造速度設(shè)定得偏慢，于是又重新設(shè)計(jì)了多個(gè)速度，進(jìn)行情況如下表4。

表4 鑄造速度試驗(yàn)對(duì)比

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用6～8米/小時(shí)，中間和邊部厚度差在錠坯驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，而速度為6米/小時(shí)，顯然速度過(guò)慢，夾渣冷隔多，而且鑄錠存在中間突起現(xiàn)象，而9米/小時(shí)鑄錠凹心超出鑄錠驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，因此最終確定鑄造速度為8米/小時(shí)。

（4）鑄造溫度的設(shè)計(jì)。對(duì)于黃銅生產(chǎn)，噴火有利于利用鋅蒸汽的上浮，能把熔體內(nèi)部的氫氣帶出，因此確定鑄造溫度為噴火。

（5）組織檢測(cè)。對(duì)H65的255＊600mm超厚鑄錠切試片取樣，進(jìn)行高低倍檢測(cè)，以檢驗(yàn)措施的有效性及鑄錠內(nèi)部質(zhì)量。

圖1 黃銅H65合金低倍金相組織（50X）

圖2 黃銅H65合金高倍組織

①低倍組織、鑄錠試片經(jīng)硝酸水溶液腐蝕后觀察，組織均由柱狀晶和等軸晶組成，未發(fā)現(xiàn)低倍缺陷，如圖1所示。②高倍組織。對(duì)試樣進(jìn)行高倍制樣后觀察，試樣的組織為α+β相，未發(fā)現(xiàn)高倍組織缺陷，見圖2。

通過(guò)高低倍金相觀察可以看出，通過(guò)合理的工藝試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了超厚鑄錠的正常生產(chǎn)，保證了鑄錠質(zhì)量。通過(guò)工藝設(shè)計(jì)，鑄造速度按8米/小時(shí)生產(chǎn)時(shí)，鑄錠凹心問(wèn)題幾乎可以忽略，且鑄錠表面質(zhì)量良好，合格的宏觀鑄錠照片如圖3所示。

圖3 黃銅H65合金宏觀鑄錠

3 結(jié)論

①為滿足貫通地線用H65產(chǎn)品的長(zhǎng)度要求，加大了鑄錠尺寸，確定鑄錠規(guī)格為255mm×600mm；②為解決超厚鑄錠內(nèi)裂問(wèn)題，增加了結(jié)晶器高度；同時(shí)，通過(guò)對(duì)多種鑄造速度進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，最終確定鑄造速度為8米/小時(shí)；③經(jīng)過(guò)對(duì)鑄錠試片進(jìn)行高低倍檢測(cè)，均為發(fā)現(xiàn)組織缺陷，鑄錠生產(chǎn)滿足質(zhì)量要求，保證了最終產(chǎn)品的長(zhǎng)度要求。