用于电弧炉电极夹持器的高强度高导电性能铜合金铸件制造技术

本发明专利技术提供一种用于电弧炉电极夹持器的高强度、高导电性能铜合金铸件，合金元素的重量百分数为：Ｃｒ０．３～１．２％，Ｍｇ０．０１～０．６％，Ｚｎ０．３～１．２％，ＲＥ０．０８～０．１５％，Ｆｅ０．０５～０．２％，余量为铜和不可避免的杂质。合金元素以中间合金形式在工艺温度下加入电解铜中，采用硼酸和玻璃作为覆盖剂在１１５０～１１２０℃温度下进行浇铸成型，而后进行固溶热处理。这种铜合金铸件强度高，导电性能好，制作容易，经济效益显著。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于铜合金铸件领域，特别是一种用于电弧炉电极夹持器的高强度高导电性能铜合金铸件。电弧炉炼钢在机械制造和冶金行业中所占的比重越来越大，研究有关电弧炉运行中的节能降耗问题也就变得越来越重要。电弧炉中的三相石墨电极(200～400mm)是通过电极夹持器和电力系统相连接的。为了提高夹持器的导电、导热能力，普遍采用紫铜材料来制造。但是紫铜材料的软化温度低，高温抗氧化性能很差，因此经常发生电极脱落、起弧击穿夹持器等严重事故，不仅要浪费大量铜材，而且要影响正常生产。例如，一台5吨小电弧炉，每年消耗电极夹持器20个以上，消耗铜材3吨多；一台大型铁合金电弧炉每年消耗紫铜材料35吨以上。某厂二台15000kVA电弧炉，因夹持器烧穿而造成的停产时间平均占开炉时间的10％以上，最严重时达到41.5％。到目前为止，还未见国内外有关类似夹持器这样的大型铜铸件制造技术的报导，而关于用于电气制造、电子学等领域的高导电性能的铜合金，则已是许多研究工作的目标。例如中国专利86100394专利技术了一种代替镉铜的用作为轻合金点、缝焊电极的铜合金，其合金成分重量百分数为Zr 0.1～0.25％，Ni 0.06～0.15％，Mg 0.02～0.07％，RE 0.02～0.06％。公开号CN-1040060A提供了一种合金成分为Cr 0.15～0.6％，Zr 0.1～0.25％，Ge 0.01～0.15％，Ni和/或含铈稀土元素0.01～0.08％的铜基合金，用于轻合金、带镀层钢板和耐热合金钢的电阻焊电极材料。日本专利JP04165037提供一种铜合金支持板，其合金成分为Cr 0.05～1.5％，Sn 0.01～0.50％，下列元素中的至少一种Zn 0.01～1.00％，Mg 0.001～0.50％，Co 0.01～1.0％，Ni 0.01～0.50％，Te 0.02～1.00％，Pb 0.01～1.00％。JP60152644提供了一种铜合金铸件，其合金成分为Cr 0.5～1.5％，Li、Mg和REM中的至少一种总量为0.05～0.5％，Zr 0.10～0.40％。所有上述专利和其它有关铜合金的专利，合金元素都包含许多昂贵的金属材料，如Zr、Ti、Mg、Sn、Cr、Li、Zn、Co等，而稀土元素往往只用作一种选择元素。在加工工艺方面，通常都采用铸锭、轧制、热处理工艺过程来制造，或者直接铸造成材，不进行热处理。本专利技术的目的是提供一种以铜为基体，加入一定量的合金元素(Cr、Mg、RE、Zn、Fe)，通过固溶时效处理来制造的电弧炉电极夹持器铜合金铸件。本专利技术的另一个目的是提供一种对电极夹持器铜合金铸件的铜液进行合金化处理的方法。本专利技术的再一个目的是提供一种对上述铜合金铸件进行热处理的工艺。按照本专利技术的用于电弧炉电极夹持器的高强度、高导电性能铜合金铸件，含有Cr、Mg、Zn、Fe、稀土RE等元素，对合金元素进行优化设计，选择其成分重量百分数为Cr 0.3～1.2％，Mg 0.01～0.6％，Zn 0.3～1.2％，RE 0.08～0.15％，Fe 0.05～0.2％，余量为铜和不可避免的杂质。与现有技术相比，本专利技术的稀土元素是作为必要成分而不是象各种现有技术那样作为选择成分(即可有可无的成分)存在的，而且含量也要高得多，上限达到0.15％。与日本专利JP60152644相比(这是所查到的唯一的一种铜合金铸件专利)，本专利技术的Cr含量的上、下限都有所降低，本专利技术不含贵重金属元素Zr和Li，Mg和RE作为必要的两种元素，而非选择元素，Fe也作为一种必要的合金元素。按照本专利技术，合金元素Cr、Zn、Fe主要是以第二相析出，提高铜合金的强度。Mg的作用是脱氧除气以及第二相析出，稀土RE的作用是脱气、净化铜液、细化晶粒、抑制柱状晶的发展，按照本专利技术的铜合金铸件，其加入合金和铸造工艺过程为1)采用Mg含量为14～16％的Cu-Mg合金，在工艺温度下对电解铜进行脱氧，加入量(重量百分数)为0.08～0.1％。2)加入Fe、Cr、Mg、Zn中间合金。3)加入稀土RE含量为8～10％的RE-Cu中间合金。4)采用硼酸和玻璃作为覆盖剂，进行除气造渣。5)在1150～1120℃温度下进行浇铸。按照本专利技术，RE-Cu中间合金的加入方法是，用薄铜板把RE-Cu中间合金包严，用石墨棒将此合金迅速压入铜液中，随即出炉浇铸。这种加入RE-Cu中间合金的方法可以确保减少稀土元素的烧损。提高收得率。以中间合金形式加入合金元素，简化了合金元素的加入工艺，无需使用昂贵的真空熔炼设备，以便很经济地大批量工业生产电极夹持器。常规的紫铜电极夹持器(铸件)无需进行热处理。按照本专利技术的铜合金铸件，为了使合金元素或金属间化合物弥散分布于晶界，需进行固溶时效处理，其热处理工艺为1)以100℃/h的速度升温到930℃，保温1.5小时后空冷。2)再以100℃/h的速度升温到420℃，保温3小时后炉冷。对本专利技术的铜合金铸件的性能检验表明其抗拉强度σb≥280MPa，硬度HB＞170，导电性能ZAC≥87％，软化温度超过520℃。实施例下面提供两种典型成分1.合金成分的重量百分数Cr 0.4％，Mg 0.3％，Zn 1.0％，RE 0.09％，Fe0.15％，余量为铜和其它不可避免的杂质。2.合金成分重量百分数Cr 1.2％，Mg 0.1％，Zn 0.5％，RE 0.15％，Fe0.09％，余量为铜和不可避免的杂质。使用本专利技术的电极夹持器铜合金铸件，与铝青铜材质相比，吨钢电耗从672kWh/t降低到616kWh/t，平均节电8％，使用寿命从平均2.5个月提高到5个月，最长达到7个月。本专利技术的电弧炉电极夹持器铜合金铸件，高温性能好，强度高，导电性能好，制作容易，适合于整体铸造成形，能很好地满足夹持器的工况要求，经济效益显著。权利要求1.一种用于电弧炉电极夹持器的高强度、高导电性能铜合金铸件，含有Cr、Mg、Zn、Fe、稀土RE等元素，其特征在于此铜合金成分重量百分数为Cr 0.3～1.2％，Mg 0.01～0.6％，Zn 0.3～1.2％，RE 0.08～0.15％，Fe 0.05～0.2％，余量为铜和不可避免的杂质。2.根据权利要求1的高强度、高导电性能铜合金铸件，其特征在于所述的成分重量百分数为Cr 0.4％，Mg 0.3％，Zn 1.0％，RE 0.09％，Fe 0.15％，余量为铜和其它不可避免的杂质。3.根据权利要求1的高强度、高导电性能铜合金铸件，其特征在于所述的成分重量百分数为Cr 1.2％，Mg 0.1％，Zn 0.5％，RE 0.15％，Fe 0.09％，余量为铜和不可避免的杂质。4.一种用于浇铸权利要求1所述的铜合金铸件的铜合金的合金化和浇铸工艺，其特征在于1)采用Mg含量为15％的Cu-Mg合金在工艺温度下对电解铜进行脱氧，加入量(重量百分数)为0.08～0.1％，2)加入Fe、Cr、Mg、Zn中间合金，3)加入稀土RE含量为8～10％的RE-Cu中间合金，4)采用硼酸和玻璃作为覆盖剂，进行除气造渣，5)在1150～1120℃温度下进行浇铸。5.根据权利要求4的合金化工艺，其特征在于所述的RE-Cu中间合金加入方法是用薄铜板把RE-Cu中间合金包严，用石墨棒将此合金包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电弧炉电极夹持器的高强度、高导电性能铜合金铸件，含有Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、稀土ＲＥ等元素，其特征在于此铜合金成分重量百分数为Ｃｒ ０．３～１．２％，Ｍｇ ０．０１～０．６％，Ｚｎ ０．３～１．２％，ＲＥ ０．０８～０．１５％，Ｆｅ ０．０５～０．２％，余量为铜和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：盖福英，王久彬，全立国，
申请(专利权)人：鞍山钢铁集团公司，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]