[发明专利]一种高铁白铜合金管材及其短流程生产方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，涉及一种高铁白铜管材及其短流程生产方法。

背景技术

含铁白铜合金（简称铁白铜）管材具有较高的强度、良好的导热性能和耐腐蚀性能，广泛应用于火电、舰船、海水淡化等领域的冷凝管和热交换器管。其中，BFe10-1-1合金管材由于镍含量较低（～10wt%），成本较低，是目前工业用量最大的铁白铜管材。随着我国海洋工业的快速发展，对海水管系用铁白铜的耐腐蚀性能、使用寿命提出越来越高的要求，传统的BFe10-1-1管材难以满足使用要求。

提高镍含量（例如镍含量为30wt%左右的BFe30-1-1合金），可显著提高铁白铜管材的腐蚀性能和力学性能，但导热性能下降，BFe30-1-1的导热性比BFe10-1-1下降30%左右，且由于镍较为昂贵，因此大幅提高镍含量不利于降低生产成本和大规模应用。

铁和锰的价格低廉，提高铁和锰含量也可明显改善铁白铜的力学性能和耐腐蚀性能，其中铁元素对改善合金性能的效果更为显著，尤其可大幅度提高合金的抗海水冲刷腐蚀性能。但铁元素在基体中的存在形式显著影响铁白铜的耐腐蚀性能，当铁以第二相析出或以富镍、铁形成偏析组织时，合金的耐腐蚀性能下降，而铁以固溶态形式存在于合金基体时，可显著提高合金的耐腐蚀性能 [见：王伟勇，李建明，金焘，制冷系统冷凝器海水腐蚀研究，船舶工程，2009，Vol.31，No.3，p.70~74]。因此，如能在BFe10-1-1（铁含量为1.0～1.5wt%）合金中较大幅度提高铁含量，并合理控制铁元素在基体中的存在形式，是开发低成本、高耐蚀性能铁白铜管材的有效途径。

    提高铁白铜中铁含量导致的第二个问题是，合金的固溶强化和析出强化作用增强，铁白铜管材的变形抗力显著增大，加工硬化程度明显增加，塑性降低，导致后续加工成形困难且成材率低。目前，国内外铁白铜管材的主要生产方法为“半连铸实心铸锭—热挤压管坯—冷轧—拉拔”工艺（简称挤轧拉法），由于冷轧/拉拔道次多，加上扒皮、酸洗、退火等中间工序，总加工工序达20多个道次[见：郭莉，李耀群，冷凝管生产技术，p.30~32，冶金工业出版社，2007]，存在工艺流程长、能耗大、成材率低、成本高等问题。

本发明申请人等发明的热冷组合铸型水平连铸新技术[见：谢建新等，一种白铜管材热冷组合铸型水平连铸工艺与设备，中国发明专利，授权号ZL 201010501407.4，授权日2010-06-27]可制备较大直径（如直径Φ50mm以上）和壁厚（如5mm以上）的管材，管材内外表面光洁、具有高轴向取向柱状晶组织和优异的冷加工性能，无需铣面等处理可直接进行大变形量冷加工（如冷轧、拉拔）成形。在此基础上，提出了采用热冷组合铸型水平连铸技术制备白铜管坯，结合特定的后续加工与退火工艺，实现铁白铜管材短流程高效生产的方法[见：谢建新等，一种白铜合金管材短流程高效生产方法，中国发明专利，授权号ZL 201110064777.0，授权日2012-10-10]，简称连铸冷加工法，具有工艺流程短、生产效率高、成材率高和能耗低等特点。将申请人的上述两个专利技术用于高铁白铜管材生产，可有效解决难加工和成材率低的问题，但不能解决由于铁含量提高导致明显的微观偏析现象，以及产品退火处理后析出相含量高等对管材耐腐蚀性能带来的不利影响，需要提出一种适合于高铁白铜的热处理制度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型高铁白铜合金BFe10-2-1，铁含量由BFe10-1-1的1.0~1.5 wt%提高为1.6~2.5wt%，镍和锰的含量与BFe10-1-1相同，可大幅度提高合金的力学性能和耐腐蚀性能；采用热冷组合铸型水平连铸制备高铁白铜管坯，以解决铁含量增加后铁白铜加工性能差、成材率低的问题；采用合适的冷加工（冷轧和/或冷拉）工艺和成品退火制度，控制再结晶组织和析出相含量，克服微观偏析以提高成分均匀性，使管材兼具良好的力学性能和耐腐蚀性能。提供一种高铁白铜合金及其高性能管材短流程生产方法，即开发一种高铁白铜合金BFe10-2-1，采用热冷组合铸型水平连铸工艺制备合金管坯，结合后续冷加工（冷轧和/或冷拉）和控制退火工艺，制备耐腐蚀性能和力学性能优异的高铁白铜合金管材。

一种高铁白铜合金管材，合金成分重量百分比为9~11wt%的电解镍、重量百分比1.6~2.5wt%的纯铁、重量百分比0.5~1.0wt%的纯锰和余量电解铜。

所述高铁白铜合金管材采用短流程生产方法制造，具体步骤如下：