一种高强耐蚀微合金化铜管及其制造方法.pdf

《一种高强耐蚀微合金化铜管及其制造方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种高强耐蚀微合金化铜管及其制造方法.pdf（6页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103866157 A (43)申请公布日 2014.06.18 CN 103866157 A (21)申请号 201410087019.4 (22)申请日 2014.03.11 C22C 9/02(2006.01) C22C 1/03(2006.01) C22F 1/08(2006.01) (71)申请人 宁波金田铜管有限公司 地址 315034 浙江省宁波市江北区慈城镇城 西西路 1 号 申请人 宁波金田铜业 （集团） 股份有限公司 (72)发明人 丁家圆 黄绍辉 巢国辉 叶东皇 (74)专利代理机构 宁波天一专利代理有限公司 33207 代理人 杨高 (54) 。

2、发明名称 一种高强耐蚀微合金化铜管及其制造方法 (57) 摘要 一种高强耐蚀微合金化铜管材料， 其组成含 量为 ： 磷为 0.005 0.04% 重量， 锡为 0.2 1.0% 重量， 镧为0 0.04% 重量、 铈为 0 0.04% 重量， 镍为00.1%重量， 锌为00.1%重量， 钴为0 0.05% 重量、 锰为 0 0.1% 重量， 锆为 0 0.05% 重量， 余量为铜。 通过磷与稀土镧和/或铈的组合 成熔化铜的脱氧剂， 进一步降低熔体中氧的含量， 细化晶粒结构， 提高再结晶温度阻止焊接组织晶 粒异常长大， 进一步提高铜的延展性和导热性。 通 过锡的固溶强化和改善表层氧化膜， 提高基。

3、体强 度和抗腐蚀能力。通过添加微量的锌、 镍、 锰固溶 于铜基体中提高铜基体的强度， 通过添加钴或锆 弥散分布于铜基体中提高铜基体强度和耐热性， 上述的组合效果高于现有无氧铜管或单一磷脱氧 铜管性能和使用效果。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 (10)申请公布号 CN 103866157 A CN 103866157 A 1/1 页 2 1. 一种高强耐蚀合金化铜管材料， 其特征组成含量为 ： 磷为 0.005 0.04% 重量， 锡为 0.21.0%重量， 镧为00.04%重量。

4、、 铈为00.04%重量， 镍为00.1%重量， 锌为0 0.1% 重量， 钴为 0 0.05% 重量、 锰为 0 0.1% 重量， 锆为 0 0.05% 重量， 余量为铜。 2. 根据权利要求 1 所述的一种高强耐蚀微合金化铜管材料， 其特征在于组成含量 ： 磷 为 0.005% 重量， 锡为 0.3% 重量， 镧为 0.008% 重量， 镍为 0.1% 重量， 锌为 0.05% 重量， 锰为 0.05% 重量， 余量为铜。 3. 根据权利要求 1 所述的一种高强耐蚀微合金化铜管材料， 其特征在于组成含量 ： 磷 为 0.018% 重量， 锡为 0.5% 重量， 铈为 0.009% 重量， 。

5、钴为 0.2% 重量， 锰为 0.05% 重量， 余量 为铜。 4. 根据权利要求 1 所述的一种高强耐蚀微合金化铜管材料， 其特征在于组成含量 ： 磷 为 0.025% 重量， 锡为 0.8% 重量， 镧为 0.005% 重量， 铈为 0.005% 重量， 锆为 0.01% 重量， 余 量为铜。 5. 一种高强耐蚀微合金化铜管的制造方法， 其步骤包括 ： a、 按微合金化铜管材料组成配方称重， 然后按电解铜、 电解镍、 电解锰、 电解钴、 磷铜合 金、 锆铜合金、 稀土镧和 / 或铈、 锌锭和锡锭依次加入工频感应电炉中升温熔炼 ； b、 采用木炭覆盖熔炼， 熔炼温度 1150 1250， 待。

6、全部金属熔化后， 保温 5 50 分 钟， 然后进行水平拉铸， 拉铸速度为 150 360mm/ 分， 出口温度为 40 80， 浇铸温度 11001200， 拉成 9225mm 铜合金锭备用 ； c、 将上述铜合金锭采用三辊行星轧制联合拉拨中间退火盘拉成品退火、 定 尺、 检验成品铜管， 三辊行星轧机的主机速度为 950 1350 转 / 分， 辅机速度为 350 850 转 / 分， 轧头倾角 6 10 度， 轧制速度为 0.5 1.0mm/ 分。 6. 根据权利要求 5 所述的一种高强耐蚀微合金化铜管的制造方法， 其特征在于所述磷 铜合金， 按 P ： Cu=14.2% ： 85.8% 。

7、质量比配制， 也可采用市售产品。 7. 根据权利要求 5 所述的一种高强耐蚀微合金化铜管的制造方法， 其特征在于所述锆 铜合金中， 锆 ： 铜 =75 90% ： 25 10% 质量， 采用纯铜与纯锆以真空熔炼方式备制。 8. 根据权利要求 5 所述的一种高强耐蚀微合金化铜管的制造方法， 其特征在于所述中 间退火温度为 500 600， 保温时间 1 5 小时。 9. 根据权利要求 5 所述的一种高强耐蚀微合金化铜管的制造方法， 其特征在于所述成 品退火温度根据产品力学性能指标、 相应冷加工率、 管坯尺寸等分为半硬态退火和软态退 火， 其中半硬态退火为 230 360， 保温 1 5 小时， 。

8、软态退火温度为 480 560， 保温 1 5 小时。 权 利 要 求 书 CN 103866157 A 2 1/4 页 3 一种高强耐蚀微合金化铜管及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种铜合金管材料， 特别是一种微合金化铜管材料及其制造方法。 背景技术 0002 铜合金具有良好的传热性、 耐蚀性等特性， 广泛应用于热交换器， 如空调、 热水器 等领域。目前， 热交换器用材料多为无氧铜管或磷脱氧铜管 （TP2） ， 但在特殊环境服役时， 如高压、 腐蚀性环境， 普通 TP2 或无氧铜管无法满足服役要求。如 TP2 铜管在焊接过程中， 由于焊接处温度急剧升高， 导致焊接处组织发生再结晶。

9、， 晶粒异常长大， 导致焊接热影响区 材料强度偏低， 在临界压力服役时， 材料易发生泄漏而导致产品失效。同时， 由于 TP2 或无 氧铜管其表面为 CuO， 其为两性氧化物， 可与酸或碱反应， 而在日常生活中， 环境中的水质多 偏离中性， 在此环境下， TP2 或无氧铜管表层氧化膜易发生腐蚀从而导致穿孔泄漏。为解决 纯铜管的上述缺陷， 各研究机构已做大量研究， 开发出了一些高强或耐蚀铜管， 多采用复合 多元化进行改进， 如添加 Al、 Ni、 Mn 等元素。但都无法实现兼具高强、 耐蚀、 高效等综合特 性。如专利 201110174411.9 提出的一种热交换器用铜合金管， 其组成 ： Sn0。

10、.5-1.0 wt， P0.05-0.1 wt， Al2.2-8.5 wt， Mn0.5-1.8 wt， Fe0.15-0.35 wt， 余量为铜及不可避 免的杂质构成， 虽然该合金具有较好的强度及耐热性， 但塑性较低， 导致加工成本过高。同 时， 此款材料热传导性偏低， 严重影响材料的换热效率， 无法实现低廉、 高效理想效果。 0003 随着超临界热交换器的迅速发展， 其对材料的耐蚀、 强度有了更高的要求， 市场急 需一款具有良好耐蚀、 高强度、 高热效率性能的管材。 发明内容 0004 本发明要解决的技术问题是针对目前磷脱氧铜管 / 无氧铜管用于热交换器所存 在的缺陷， 通过成分设计及后道。

11、工艺优化以达到高强度、 耐腐蚀和高热效率， 适应超临界热 交换器发展的需要。 0005 一种高强耐蚀微合金化铜管材料， 其组成含量为 ： 磷为 0.005 0.04% 重量， 锡为 0.21.0%重量， 镧为00.04%重量、 铈为00.04%重量， 镍为00.1%重量， 锌为0 0.1% 重量， 钴为 0 0.05% 重量、 锰为 0 0.1% 重量， 锆为 0 0.05% 重量， 余量为铜。 0006 一种高强耐蚀微合金化铜管的制造方法， 其步骤包括 ： a、 按微合金化铜管材料组成配方称重， 然后按电解铜、 电解镍、 电解锰、 电解钴、 磷铜合 金、 锆铜合金、 稀土镧和 / 或铈、 锌。

12、锭和锡锭依次加入工频感应电炉中升温熔炼 ； b、 采用木炭覆盖熔炼， 熔炼温度11501250， 待全部金属熔化后， 保温550分钟， 然后进行水平拉铸， 拉铸速度为 150 360mm/ 分， 浇铸温度 11001200出口温度为 40 80， 拉成 9225mm 铜合金锭备用 ； c、 将上述铜合金锭采用三辊行星轧制-联合拉拨盘拉成品退火、 定尺、 检验成品 铜管， 三辊行星轧机的主机速度为 950 1350 转 / 分， 辅机速度为 350 850 转 / 分， 轧头 倾角 6 10 度， 轧制速度为 0.5 1.0mm/ 分。 说 明 书 CN 103866157 A 3 2/4 页 。

13、4 0007 磷为脱氧剂， 可降低熔体中氧含量， 提高熔体净度。同时， 熔体中适当的磷可提高 其流动性， 改善铸坯质量。 稀土镧和铈具有很强的还原性， 可与熔体中的氧等杂质反应形成 高熔点化合物， 产生净化熔体作用， 同时也可作为异质形核心细化晶粒。 0008 锡通过固溶强化和改善表层氧化膜性能， 以提高材料强度和抗腐蚀能力， Sn 以固 溶的方式存在基体中， 不仅可产生固溶强化的效果， 同时在产品表面形成致密的 SnO 膜， 此 SnO膜较CuO有更好的耐酸腐蚀能力， 而且Sn还以置换的形式存在于CuO膜中， 进一步提高 CuO 膜的耐腐蚀能力。 0009 锌、 镍和锰都为过渡元素， 均能以。

14、固溶的形式存在于铜基体中， 提高铜基体的强 度， Zn、 Ni 可形成致密的氧化膜提高耐腐蚀能力， Mn 可与铜熔体中含氯有机物反应形成钝 化膜， 抑制表面孔型、 蚁穴性腐蚀。 0010 钴和锆都不溶于铜， 弥散分布于铜基体中， 产生析出强化的作用， 起到提高铜基体 强度和耐热性， Zr 也可以与铜基体中含氯有机化合物反应形成钝化膜抑制孔型、 蚁穴性腐 蚀。 0011 本发明通过磷与稀土镧和 / 或铈的组合成熔化铜的脱氧剂， 进一步降低熔体中氧 的含量， 细化晶粒结构， 提高再结晶温度阻止焊接组织晶粒异常长大， 进一步提高铜的延展 性和导热性。通过锡的固溶强化和改善表层氧化膜， 提高基体强度和。

15、抗腐蚀能力。通过添 加微量的锌、 镍、 锰固溶于铜基体中提高铜基体的强度， 通过添加钴或锆弥散分布于铜基体 中提高铜基体强度和耐热性， 上述的组合效果高于现有无氧铜管或单一磷脱氧铜管性能和 使用效果。 具体实施方式 0012 实施例 1 组成含量 ： 磷为 0.005wt% 重量， 锡为 0.3wt% 重量， 镧为 0.008wt% 重量， 镍为 0.1wt% 重 量， 锌为 0.05wt% 重量， 锰为 0.05wt% 重量， 余量为铜。 0013 微合金化铜管的制造方法包括以下步骤 ： a、 按微合金化铜管材料组成配方称重， 然后按电解铜、 电解镍、 电解锰、 磷铜合金、 稀土 镧、 锌锭。

16、和锡锭依次加入工频感应电炉中升温熔炼 ； b、 熔炼采用木炭覆盖熔炼熔炼温度11501250， 待全部金属熔化后， 保温550分 钟， 然后进行水平拉铸， 拉铸速度为 150 360mm/ 分， 浇铸温度 11001200， 出口温度为 40 80， 拉成 9225mm 铜合金锭备用 ； c、 将上述铜合金锭采用三辊行星轧机， 联合拉拨中间退火盘拉成品退火、 定尺、 检验铜管成品。 0014 所述磷铜合金， 按 P ： Cu=14.2wt% ： 85.8wt% 质量比配制， 也可采用市售产品。 0015 所述余量铜为电解铜。 0016 所述三辊行星轧的主机速度为9501350转/分， 辅机速度。

17、为350850转/分， 轧头倾角 6 10 度， 轧制速度为 0.5 1.0mm/ 分。 0017 所述中间退火温度为 500 600， 保温时间 1 5 小时。 0018 所述成品退火温度根据产品力学性能指标、 相应冷加工率、 管坯尺寸等分为半硬 态退火和软态退火， 其中半硬态退火为 230 360， 保温 1 5 小时， 软态退火温度为 说 明 书 CN 103866157 A 4 3/4 页 5 480 560， 保温 1 5 小时。 0019 实施例 2 组成含量 ： 磷为 0.018wt% 重量， 锡为 0.5wt% 重量， 铈为 0.009wt% 重量， 钴为 0.2wt% 重 量。

18、， 锰为 0.05wt% 重量， 余量为铜。 0020 微合金化铜管的制造方法包括以下步骤 ： a、 按微合金化铜管材料组成配方称重， 然后按电解铜、 电解锰、 电解钴、 磷铜合金、 稀土 铈、 锌锭和锡锭依次加入工频感应电炉中升温熔炼 ； b、 熔炼采用木炭覆盖熔炼， 熔炼温度 1150 1250， 待全部金属熔化后， 保温 5 50 分钟， 然后进行水平拉铸， 拉铸速度为150360mm/分， 浇铸温度11001200， 出口温度为 40 80， 拉成 9225 铜合金锭备用 ； c、 将上述铜合金锭采用三辊行星轧机， 联合拉拨中间退火盘拉成品退火、 定尺、 检验铜管成品。 0021 所述。

19、磷铜合金， 按 P ： Cu=14.2wt% ： 85.8wt% 质量比配制， 也可采用市售产品。 0022 所述余量铜为电解铜。 0023 所述三辊行星轧的主机速度为9501350转/分， 辅机速度为350850转/分， 轧头倾角 6 10 度， 轧制速度为 0.5 1.0mm/ 分。 0024 所述中间退火温度为 500 600， 保温时间 1 5 小时。 0025 所述成品退火温度根据产品力学性能指标、 相应冷加工率、 管坯尺寸等分为半硬 态退火和软态退火， 其中半硬态退火为 230 360， 保温 1 5 小时， 软态退火温度为 480 560， 保温 1 5 小时。 0026 实施例。

20、 3 组成含量 ： 磷为 0.025wt% 重量， 锡为 0.8wt% 重量， 镧为 0.005wt% 重量， 铈为 0.005wt% 重量， 锆为 0.01wt% 重量， 余量为铜。 0027 微合金化铜管的制造方法包括以下步骤 ： a、 按微合金化铜管材料组成配方称重， 然后按电解铜、 磷铜合金、 锆铜合金、 稀土镧和 铈、 锌锭和锡锭依次加入电磁搅拌工频感应电炉中升温熔炼 ； b、 熔炼采用木炭覆盖熔炼， 熔炼温度 1150 1250， 待全部金属熔化后， 保温 5 50 分钟， 然后进行水平拉铸， 拉铸速度为150360mm/分， 浇铸温度11001200， 出口温度为 40 80， 。

21、拉成 9225 铜合金锭备用 ； c、 将上述铜合金锭采用三辊行星轧机， 联合拉拨中间退火盘拉成品退火、 定尺、 检验铜管成品。 0028 所述磷铜合金， 按 P ： Cu=14.2% ： 85.8% 质量比配制， 也可采用市售产品。 0029 所述锆铜合金中， 锆 ： 铜=7590% ： 2510%质量， 采用纯铜与纯锆以真空熔炼方 式制备。 0030 所述余量铜为电解铜。 0031 所述三辊行星轧的主机速度为9501350转/分， 辅机速度为350850转/分， 轧头倾角 6 10 度， 轧制速度为 0.5 1.0mm/ 分。 0032 所述中间退火温度为 500 600， 保温时间 1 。

22、5 小时。 0033 所述成品退火温度根据产品力学性能指标、 相应冷加工率、 管坯尺寸等分为半硬 说 明 书 CN 103866157 A 5 4/4 页 6 态退火和软态退火， 其中半硬态退火为 230 360， 保温 1 5 小时， 软态退火温度为 480 560， 保温 1 5 小时。 0034 检测结果与 TP2 管比较， 如下表所示 ： 本发明实施例 1 3 的抗拉强度、 屈服强度、 再结晶温度以及耐腐蚀性能都比对照的 TP2 管有明显提高， 体现出良好的综合性能 屈服强度是工程应用中判断材料是否符合服役条件的关键指标， 当服役环境超过材料 的屈服强度值， 材料发生塑性变形， 导致发生局部塑性变形， 从而引起失效， 出现局部宏观 裂纹， 导致泄露。本实施例的屈服强度远高于 TP2， 其耐蚀性能大幅提高。 0035 再结晶温度对材料的晶粒长大速率和高温蠕变速率有着十分重要的影响， 当材料 进行焊接时， 可抑制晶粒长大速率和高温蠕变速率， 提高材料的高温强度。 0036 同时， 由表可以看出， 在酸性环境下， 本发明实施例具有更好的腐蚀性能。综上所 述， 本发明材料具有高强耐蚀的综合性能。 说 明 书 CN 103866157 A 6 。