專利名稱：高鋅錫錳鉻黃銅合金及其線材制造工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高鋅錫錳鉻黃銅合金及其線材的制造工藝。
本發明的另一目的是提供一種所述的高鋅錫錳鉻黃銅合金線材的生產工藝。
本發明為達到上述目的所提供的新型合金為該種高鋅錫錳鉻黃銅合金，其含有60.0～68.0％(wt)的銅(Cu)、0.3～1.5％(wt)的錫(Sn)、0.1～2.0(wt)的錳(Mn)、0.01～0.5％(wt)的鉻(Cr)、0.01～0.3％(wt)的硅以及鋁(Al)、鈦(Ti)、鐵(Fe)三種元素中至少一種，所述三種元素的含量分別為鋁(Al)為0～0.5％(wt)，鈦(Ti)為0～0.5％(wt)，鐵(Fe)為0～0.5％(wt)，合金中的余量成份為鋅(Zn)和少量不可避免的雜質。其中，所述合金中元素銅的最佳含量為62.565.5％(wt)；元素錫的最佳含量為0.4～0.9％(wt)；元素錳的最佳含量為0.7～1.1％(wt)；元素鉻的最佳含量為0.01～0.2％(wt)；另外，所述合金的金相組織為α相，或者為以α相為主，另有少量β相(β相含量≤2％)，晶粒度為0.025～0.04mm。
所述的合金成份的選擇原則與要求是銅的成份范圍既要求保證材料具有高塑性，又要保證其具有易加工成型性。Sn的成份用于使合金中產生Cu-Sn強化相以提高材料強度，并使合金具有美麗的顏色，同時可抑制合金脫鋅及提高合金的耐蝕性；Mn的成份用于合金的固溶強化作用，可提高合金的強度、彈性、硬度，改善合金冷熱壓力加工性能，并大大提高合金在各種鹽中的耐蝕性；Cr的成份用于阻止晶粒度過大、細化合金的晶粒，提高合金的軟化溫度和抗腐蝕能力；Si用于使合金具有良好的焊接性能；合金中的其它成份有助進一步提高和均衡合金的各項性能。
本發明采取的生產所述的高鋅錫錳鉻黃銅合金線材的制造工藝過程為a.配投料及熔煉—b.保溫及水平連鑄—c.冷拉扒皮—d.梯度退火—e.酸洗—f.冷拉—g.中間退火—h.酸洗—i.拉伸—j.消除內應力光亮退火。
其投料順序為先加入銅、硅和木炭，待熔化后再加入鋅、錫、錳、冰晶石(Na3AlF6)和選擇性必要組分，出爐前再加入Cu-Cr合金，銅鉻中間合金出爐前加入用于阻止晶粒度大、細化晶粒和提高合金抗軟化溫度；熔煉溫度為1150～1400℃；保溫及水平連鑄溫度為1100～1350℃；梯度退火溫度為520～700℃，時間為1～4小時，且在保護性氣氛N2+(3～25％)H2中進行，在保護性氣體中加入3～25％H2，可使產品表面光潔光亮；中間退火溫度為400～700℃，時間為1～4小時；消除內應力光亮退火(或稱成品退火)溫度為100～450℃，時間為60～150分鐘。
水平連鑄中采用了反推工藝，鑄造速度為0.5～2.2m/min，拉長(節距)為8～25mm，停1～2秒后反推1～2mm，鑄造過程中采用反推工藝，目的是消除鑄坯表面橫向裂紋，最佳的水平連鑄工藝可以使鑄坯表面結晶線光滑，便于后序加工。
所述的拉伸過程中的冷加工率為20％～80％。
此外，在所述的熔煉工藝中采用了木炭覆蓋，木炭層厚度為150mm以上，并在爐內加入有冰晶石(Na3AlF6)，木炭的作用在于吸收熔體中的H2、O2氣體，而冰晶石的加入，可使各種氧化物形成復鹽、浮渣，在連鑄后易于除去；水平連鑄時采用的是高純石墨結晶器，有利于減少高合金拉鑄時的拉鑄阻力，加上反推工藝應用，可防止氧化鋅粘附結晶器內壁，可保證鑄坯具有較光潔的表面。
與現有技術相比，本發明的優點在于高鋅錫錳鉻黃銅合金是一種“無鎳銅合金”材料，其強度、彈性、耐腐蝕、焊接性能和裝飾性能優于15％鎳含量以下鋅白銅，材料成本遠低于鋅白銅，且其生產方法具有工藝流程短、產品質量穩定的特點，成品率可高達84％以上。適用于制作眼鏡架及其它與人體接觸的各種飾品，也可以用來制造各種高強、高彈性、易焊接成型、耐蝕、具有金色外觀且對人體無侵害的各種裝飾物，是低鎳鋅白銅的優良替代品。
實施例表1(見第5頁)列出了本發明10個合金成份配方及其性能參數，從中可以發現其中較佳實施例的合金成份配方如下(見表2)表2較佳實施例的合金成份配方
高鋅錫錳鉻黃銅合金線材的制造工藝過程(參見附
圖1)如下a.配投料及熔煉—b.保溫及水平連鑄—c.冷拉扒皮—d.梯度退火—e.酸洗——f.冷拉—g.中間退火—h.酸洗—i.拉伸—j.消除內應力光亮退火。以上過程祥述如下配投料順序為在中頻感應電爐中先加入銅、硅和木炭，待熔化后再加入鋅、錫、錳、冰晶石(Na3AlF6)和選擇性必要組分，出爐前再加入Cu-Cr合金，銅鉻中間合金出爐前加入用于阻止晶粒度大、細化晶粒和提高合金抗軟化溫度。
熔煉溫度為1150～1400℃，熔煉工藝中采用木炭覆蓋，木炭層厚度為150mm以上，并在爐內加入冰晶石(Na3AlF6)，木炭的作用在于吸收熔體中的H2、O2氣體，而冰晶石的加入，可使各種氧化物形成復鹽、浮渣，在連鑄后易于除去。
保溫及水平連鑄溫度為1100～1350℃，水平連鑄中考慮到合金的氧化鋅而采用了反推工藝，拉鑄規格為Φ10～15mm，鑄造速度為0.5～2.2m/min，拉長(節距)為8～25mm，停1～2秒后反推1～2mm，鑄造過程中采用反推工藝，目的是消除鑄坯表面橫向裂紋，使鑄坯表面結晶線光滑，便于后序加工；此外，水平連鑄時采用了高純石墨結晶器，這樣有利于減少高合金拉鑄時的拉鑄阻力，加上反推工藝應用，可防止氧化鋅粘附結晶器內壁，可保證鑄坯具有較光潔的表面。
梯度退火溫度為520～700℃，時間為1～4小時，且在保護性氣氛N2+(3～25％)H2中進行，在保護性氣體中加入3～25％H2，可使產品表面光潔光亮。
由于水平連鑄坯伸長率并不是很高及該合金表面有局部缺陷與偏析層，為使其在后續加工中能充分發揮其塑性，先將表面缺陷及偏析層去除，拉伸工藝為Φ12→Φ10.8縮10.5刨10.2退火→Φ8.8→Φ7.8退火酸洗→Φ5.6→Φ5.0退火酸洗→直到客戶需求相應規格成品。
中間退火溫度為400～700℃，時間為1～4小時。
消除內應力光亮退火(或稱成品退火)溫度為100～450℃，時間為60～150分鐘。
拉伸過程中的冷加工率為20％～80％。
最終成品規格為Φ0.1～8.0mm，金相組織為α相或α+β相(β相極少≤2％)的合金，晶粒度為0.025～0.04mm，顏色為18～24K金色。
本實施例的高鋅錫錳鉻黃銅及其線材的物理性能達到導電率(％IACS) 8密度(g/cm3)8.56導熱率(W/m.k) ＜65彈性模量(KN/mm2) 96(鋅白銅為130)本實施例的高鋅錫錳鉻黃銅合金及其線材的機械性能(及與鋅金銅比較)見表3表3、高鋅錫錳鉻黃銅合金及其線材的機械性能(及與鋅白銅比較) 從以上數據看，色澤為18～24K金色高鋅錫錳鉻黃銅合金的彈性比淡銀色的鋅白銅明顯要好，且可加工和機械性能也明顯優于鋅白銅。表1本發明10個合金成份配方及其性能參數
權利要求
1.一種高鋅錫錳鉻黃銅合金，其含有60.0～68.0％(wt)的銅(Cu)、0.3～1.5％(wt)的錫(Sn)、0.1～2.0(wt)的錳(Mn)、0.01～0.5％(wt)的鉻(Cr)、0.01～0.3％(wt)的硅以及鋁(Al)、鈦(Ti)、鐵(Fe)三種元素中至少一種，所述三種元素的含量分別為鋁(Al)為0～0.5％(wt)，鈦(Ti)為0～0.5％(wt)，鐵(Fe)為0～0.5％(wt)，合金中的余量成份為鋅(Zn)和少量不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的高鋅錫錳鉻黃銅合金，其特征在于所述合金中元素銅的最佳含量為62.5～65.5％(wt)。
3.根據權利要求1所述的高鋅錫錳鉻黃銅合金，其特征在于所述合金中元素錫的最佳含量為0.4～0.9％(wt)。
4.根據權利要求1所述的高鋅錫錳鉻黃銅合金，其特征在于所述合金中元素錳的最佳含量為0.7～1.1％(wt)。
5.根據權利要求1所述的高鋅錫錳鉻黃銅合金，其特征在于所述合金中元素鉻的最佳含量為0.01～0.2％(wt)。
6.根據權利要求1～5中任一權利要求所述的高鋅錳鉻黃銅合金，其特征在于所述合金的金相組織為α相，或者為以α相為主，另有少量β相(β相含量≤2％)，晶粒度為0.025～0.04mm。
7.一種生產所述的高鋅錫錳鉻黃銅合金線材的制造工藝，其特征在于其生產工藝過程為a.配投料及熔煉—b.保溫及水平連鑄—c.冷拉扒皮—d.梯度退火—e.酸洗—f.冷拉—g.中間退火—h.酸洗—i.拉伸—j.消除內應力光亮退火。
8.根據權利要求7所述的制造工藝，其特征在于其投料順序為先加入銅、硅和木炭，待熔化后再加入鋅、錫、錳、冰晶石(Na3AlF6)和選擇性必要組分，出爐前再加入Cu-Cr合金細化晶粒和提高抗軟化溫度；熔煉溫度為1150～1400℃；保溫及水平連鑄溫度為1100～1350℃；梯度退火溫度為520～700℃，時間為1～4小時，且在保護性氣氛N2+(3～25％)H2中進行；中間退火溫度為400～700℃，時間為1～4小時；消除內應力光亮退火溫度為100～450℃，時間為60～150分鐘。
9.根據權利要求7或8所述的制造工藝，其特征在于所述的水平連鑄中采用了反推工藝，鑄造速度為0.5～2.2m/min，拉長(節距)為8～25mm，停1～2秒后反推1～2mm。
10.根據權利要求7或8所述的制造工藝，其特征在于所述的拉伸過程中的冷加工率為20％～80％。
全文摘要
本發明公開了一種高鋅錫錳鉻黃銅合金及其線材的制造工藝。該種高鋅錫錳鉻黃銅合金，其含有60.0～68.0％(wt)的銅(Cu)、0.3～1.5％(wt)的錫(Sn)、0.1～2.0(wt)的錳(Mn)、0.01～0.5％(wt)的鉻(Cr)、0.01～0.3％(wt)的硅以及鋁(Al)、鈦(Ti)、鐵(Fe)三種元素中至少一種，其含量分別為鋁(Al)為0～0.5％(wt)、鈦(Ti)為0～0.5％(wt)、鐵(Fe)為0～0.5％(wt)，合金中的余量成份為鋅(Zn)和少量不可避免的雜質。其制造工藝為a.配投料及熔煉——b.保溫及水平連鑄—c.冷拉扒皮——d.梯度退火——e.酸洗——f.冷拉——g.中間退火——h.酸洗——i.拉伸——j.消除內應力光亮退火。其強度、彈性、耐腐蝕及焊接性能優于15％鎳含量以下的低鎳鋅白銅且具有環保、成本低的特點；適用于制作眼鏡架、筆套、筆尖、手表殼、鐘殼、表帶及與人體接觸的各種裝飾品。
文檔編號C22C9/04GK1438340SQ0311580
公開日2003年8月27日 申請日期2003年3月14日 優先權日2003年3月14日
發明者樓號榮, 張明 申請人:寧波博威集團有限公司