專利名稱：一種石油化工裝備用稀土銅合金棒及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種石油化工裝備用稀土銅合金棒及其制備方法。
背景技術：
隨著石油化工業的迅猛發展，人們對石油化工裝備上所用各類軸套、連桿、曲軸的要求也越來越高，但是傳統的銅鋅合金材料已不能滿足其要求，特別體現在對硬度及耐磨性的要求上。眾所周知，石油化工業是基礎性產業，它為農業、能源、交通、機械、電子、紡織、輕工、建筑、建材等工農業和人民日常生活提供配套和服務，在國民經濟的發展中起著舉足輕重的作用，如果石油化工業中所使用的裝備的主要配件性能較差及不穩定將造成不可預知的后果。傳統以H65黃銅或T2紫銅為材質的核電用銅軸套及連桿，由于其耐磨性很差，常用壽命通常僅為4-6年，而且更換方式極為復雜，甚至可能導致整個核電系統的停止運行，甚至會導致核電事故。鑭，原子系數57，原子量13. 89055，質子相對質量為57. 399，熔點為920°C，密度為
6.7，沸點為3469°C，在地殼中的含量為O. 00183%，是稀土元素中含量最豐富的一個。呈銀白色的軟金屬，具有延展性，化學性質活潑。在銅合金中加入鑭元素可大大增強其硬度及耐磨性。但是，目前該元素在此類方面運用還是空白。
發明內容
本發明的目的是提供一種石油化工裝備用稀土銅合金棒及其制備方法，改善現有技術中銅合金棒的硬度及耐磨性。為了實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下—種石油化工裝備用稀土銅合金棒，由以下組分組成占合金棒總重量O. 1-0. 3%的稀土元素，占合金棒總重量O. 3-0. 6%的磷，占合金棒總重量5-7%的錫,余量為銅。在本發明的實施例中，稀土元素為鑭。在本發明的實施例中，銅為電解銅。一種石油化工裝備用稀土銅合金棒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟I)按照上述配比將銅、錫、稀土元素、磷置于工頻電爐內，加熱至1400°C -1450°C,待完全熔化后將液態合金保溫至1650°C ；2)將保溫2小時后的液態合金充分攪拌，表面覆蓋事先干燥過的木炭粉，之后加入氧化硅除渣劑，充分攪拌并撈出表面浮渣；3)進行引錠操作，得到合金錠；4)將步驟3)得到的合金錠的表面夾雜及其他缺陷去除，并將合金錠放入真空退火爐中退火，將合金錠從退火爐中取出并置于常溫下自然冷卻后置于第一硫酸溶液中酸洗，之后將合金錠表面的退火氧化皮去除；
5)將步驟4)處理后的合金錠放入銅錠加熱爐中加熱，溫度為640-660°C，將合金擠壓成合金毛坯棒，將合金毛坯棒立即置于第二硫酸溶液中酸洗，在提高其淬火硬度的同時將其表面的因擠壓所產生的氧化皮去除；6)將步驟5)處理后的合金毛坯棒的一端制頭，將合金棒通過剝皮拉伸成為合金坯料棒材，將坯料棒材放入退火爐中退火，將退火后的合金棒再次酸洗制頭拉伸成成品規格的外徑；7)將步驟6)所得合金棒矯直鋸切成成品規格的長度。在本發明公開的制備方法的實施例中的步驟2)中，覆蓋事先干燥過的木炭粉的厚度為15-30cm，靜止覆蓋時間為1-1. 5小時。在本發明公開的制備方法的實施例中的步驟3)中，采取結晶器間歇鑄造及水平振動相結合的方法進行引錠操作，結晶器間歇鑄造及水平振動相結合的方法包括在引錠棒將液態合金從石墨套中引出至引錠機構雙滾滑輪之間采用結晶器間歇振動；在合金徒順利通過引徒機構滑輪后將引徒棒從合金徒如端取下，檢查合金徒端口截面無任何氣孔后引錠方法改為結晶器水平鑄錠法；以及檢測合金錠硬度。在本發明公開的制備方法的實施例中的步驟4)中，退火溫度控制為600-620°C，退火時間為4-4. 5小時。在本發明公開的制備方法的實施例中的步驟4)中，第一硫酸溶液的濃度為15% -16%。在本發明公開的制備方法的實施例中的步驟5)中，第二硫酸溶液的濃度為10% -12%。在本發明公開的制備方法的實施例中的步驟6)中，退火溫度為450_500°C。本發明將鑭加入到銅合金當中，利用鑭元素的化學活潑性將合金硬度由原來的70-80HBS提升至230-300HBS，提高了該合金棒的環保性能，能夠改善合金的抗拉強度及延伸率。加入鑭元素的合金材料由于其良好的耐磨性，使用壽命可達到20-30年甚至更長，這就避免了由于更換摩擦基礎配件所導致的核電設備的停運，保證了整個設備的穩定性。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步說明，但并非限制本發明的應用范圍。實施例I石油化工裝備用稀土銅合金棒，由以下組分組成占合金棒總重量O. 1%的稀土(鑭)，占合金棒總重量O. 3%的磷，占合金棒總重量5%的錫,余量為銅。上述石油化工裝備用稀土銅合金棒成品通過以下方法得到步驟一按照配比將銅、錫、稀土元素(鑭)、磷置于工頻電爐內，加熱至14000C _1450°C完全熔化后保溫至1650°C。
步驟二 將保溫2小時后的液態合金充分攪拌，表面覆蓋事先干燥過的木炭粉，厚度為15-30cm，靜止覆蓋時間為1-1. 5小時，加入特制氧化硅除渣劑，充分攪拌并撈出表面浮渣。
步驟三引錠采取結晶器間歇鑄造及水平振動相結合的方法。即在引錠棒將液態合金從石墨套中引出至引錠機構雙滾滑輪之間采用結晶器間歇振動，振動頻率為O. 5次/秒，以保證結晶器與引錠滑輪的水平直度，防止合金錠意外斷裂。在合金錠順利通過引錠機構滑輪后成功將引錠棒從合金錠前端去下，并檢查合金錠端口截面無任何氣孔后引錠方法改為結晶器水平鑄錠法，頻率為I次/秒。鑄錠規格外徑為150mm，長度為350mm。并檢測其硬度是否達到布氏硬度280-290HBS。步驟四采用光錠機將表面夾雜及其他缺陷去除，外徑尺寸控制到145mm，并將該合金錠放入真空退火爐中退火，溫度控制為600-620°C，退火時間為4-4. 5小時。將合金錠從退火爐中取出并置于常溫下自然冷卻后放于15% -16%的稀硫酸池中酸洗，之后將合金錠表面的退火氧化皮用光錠機去除，外徑控制到140mm。步驟五將合金錠放入銅錠加熱爐中加熱，溫度為640_660°C，采用1600噸擠壓機液壓雙動擠壓法，擠壓筒工作前預熱溫度為350-450°C，預熱方式為電阻加熱，擠壓速度V =15mm/s,擠壓模角α = 70度,擠壓模具定徑帶長度為9mm。將合金擠壓成外徑為C 70mm的合金毛坯棒，將毛坯棒立即放入濃度為10% -12%的硫酸液中酸洗，在提高其淬火硬度的同時迅速將其表面的因擠壓所產生的氧化皮去除。步驟六通過制頭機將合金棒的一端制頭，規格為外徑C 62mm,長度為210mm,用變頻拉伸機及特制鎢鋼模具將合金棒通過剝皮拉伸成為外徑0 50_的合金坯料棒材。將棒料放入連續式光亮退火爐中退火，退火溫度為450-500°C，轉速為3米/分鐘，將退火后的合金棒再次酸洗制頭拉伸為外徑C 35mm,公差為+/-0. 02mm的成品規格。步驟七將外徑為Φ 35mm的成品合金棒矯直鋸切成長度為I. 5米/支的成品后進行點式渦流探傷，挑出有內傷，氣孔等缺陷的合金棒。步驟八包裝并入庫。實施例2石油化工裝備用稀土銅合金棒，由以下組分組成占合金棒總重量O. 3%的稀土元素，占合金棒總重量O. 6%的磷，占合金棒總重量7%的錫,余量為電解銅。上述石油化工裝備用稀土銅合金棒成品通過與實施例I相同的方法得到。實施例3石油化工裝備用稀土銅合金棒，由以下組分組成占合金棒總重量O. 2%的稀土元素，占合金棒總重量O. 5%的磷，占合金棒總重量6%的錫,余量為銅。上述石油化工裝備用稀土銅合金棒成品通過與實施例I相同的方法得到。比較例I傳統銅合金棒由以下組分組成占合金棒總重量64-66%的銅，余量為鋅。比較例2傳統銅合金棒由以下組分組成占合金棒總重量99. 91%的銅，余量為雜質。本發明的石油化工裝備用稀土銅合金棒以及傳統銅合金棒的機械性能如表I所
/Jn ο表I硬度耐磨性抗拉強度
實施例I 230 300HBS 摩擦系數μ: 450 550MPa >5 —0.13-0.18
摩擰系數· [I.
實施例 2 230-300HBS^Λ ' 450~550MPa >5
U. 13 U. I ο
麾檸系數* LI· 實施例 3 230-300HBS^Λ ' 450~550MPa >5
U. 13 U. I ο
比較例 I 70 85HBS(M態)摩320~700MPa >15
.25 .3
比較例 2 35 45HBS(M態)、系186~275MPa >32
U.45以上所述僅為本發明的較佳實施例，并非用來限定本發明的實施范圍；如果不脫離本發明的精神和范圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明權利要求的保護范圍當中。
權利要求
1.一種石油化工裝備用稀土銅合金棒，其特征在于，由以下組分組成占合金棒總重量0. 1-0. 3%的稀土元素，占合金棒總重量0. 3-0. 6%的磷，占合金棒總重量5-7%的錫,余量為銅。
2.根據權利要求I所述的石油化工裝備用稀土銅合金棒，其特征在于，稀土元素為鑭。
3.根據權利要求I所述的石油化工裝備用稀土銅合金棒，其特征在于，銅為電解銅。
4.一種如權利要求I至3中任一項所述的石油化工裝備用稀土銅合金棒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 1)按照配比將銅、錫、稀土元素、磷置于工頻電爐內，加熱至1400°C-1450°C，待完全熔化后將液態合金保溫至1650°C ； 2)將保溫2小時后的液態合金充分攪拌，表面覆蓋事先干燥過的木炭粉，之后加入氧化硅除渣劑，充分攪拌并撈出表面浮渣； 3)進行引錠操作,得到合金錠； 4)將步驟3)得到的合金錠的表面夾雜及其他缺陷去除，并將合金錠放入真空退火爐中退火，將合金錠從退火爐中取出并置于常溫下自然冷卻后置于第一硫酸溶液中酸洗，之后將合金錠表面的退火氧化皮去除； 5)將步驟4)處理后的合金錠放入銅錠加熱爐中加熱，溫度為640-660°C，將合金擠壓成合金毛坯棒，將合金毛坯棒立即置于第二硫酸溶液中酸洗，在提高其淬火硬度的同時將其表面的因擠壓所產生的氧化皮去除； 6)將步驟5)處理后的合金毛坯棒的一端制頭，將合金棒通過剝皮拉伸成為合金坯料棒材,將坯料棒材放入退火爐中退火,將退火后的合金棒再次酸洗制頭拉伸成成品規格的外徑； 7)將步驟6)所得合金棒矯直鋸切成成品規格的長度。
5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，覆蓋事先干燥過的木炭粉的厚度為15-30cm，靜止覆蓋時間為I-L 5小時。
6.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，采取結晶器間歇鑄造及水平振動相結合的方法進行引錠操作，結晶器間歇鑄造及水平振動相結合的方法包括 在引錠棒將液態合金從石墨套中引出至引錠機構雙滾滑輪之間采用結晶器間歇振動； 在合金錠順利通過引錠機構滑輪后將引錠棒從合金錠前端取下，檢查合金錠端口截面無任何氣孔后引錠方法改為結晶器水平鑄錠法；以及 檢測合金錠硬度。
7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，退火溫度控制為600-620°C，退火時間為4-4. 5小時。
8.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，第一硫酸溶液的濃度為15% -16%。
9.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟5)中，第二硫酸溶液的濃度為10% -12%。
10.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟6)中，退火溫度為450-500°C。
全文摘要
本發明涉及一種石油化工裝備用稀土銅合金棒，由以下組分組成占合金棒總重量0.1-0.3％的稀土元素，占合金棒總重量0.3-0.6％的磷，占合金棒總重量5-7％的錫，余量為銅。本發明還涉及一種制備石油化工裝備用稀土銅合金棒方法。該方法在銅合金中加入鑭元素，加入鑭元素的合金材料由于其良好的耐磨性，使用壽命可達到20-30年甚至更長，這就避免了由于更換摩擦基礎配件所導致的核電設備的停運，保證了整個設備的穩定性。
文檔編號C22F1/08GK102634689SQ20121012379
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者孫飛 申請人:蘇州金倉合金新材料有限公司