一种具有高强度高耐腐蚀性的镍铜合金及其制造方法

摘要

一种具有高强度高耐腐蚀性的镍铜合金及其制造方法，其技术要点是：它包括以电解铜、电解镍为主成份，加入少量的锰、铁、硅、金属镁、金属钛，杂质≤0.5％。本发明是将上述成份通过步骤依次装入熔炼炉中，经熔化，搅拌捞渣，精炼，浇铸成型等步骤，而成为镍铜合金成品。本发明的抗拉强度670～720Rm/MPa，延伸率6-7.5，比目前国内镍铜合金强度提高15%以上，耐腐蚀性提高近2倍以上。本发明具有应用广泛，使用寿命长等特点，可以生产板、带、管、棒、线、锻件。在造船、化工、机械制造、航天航空、电子等行业得到应用。本发明的制造方法改变了原有的真空熔铸过程，采用半连续熔炼法，降低了生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜镍合金技术领域，具体的说是一种具有高强度高耐腐蚀性的镍铜合金及其制造方法。

背景技术

由于镍铜合金耐腐蚀性高、弹性大、强度高（相对其他铜合金）等优点，被广泛用于造船、化工、电子、航天航空等行业。用于制造军工耐蚀构件，各种弹簧与插件。

Ni与Cu高温熔化时为无限固溶体，面心立方晶格。目前国内生产的镍铜合金NCu40-2-1棒材的抗拉强度φ5～φ20  635Rm/MPa，延伸性能4A/%＞φ20～φ30，598Rm/MPa，延伸性能5A/%。长时间海水浸泡会产生一定的腐蚀，如何提高性能的同时提高镍铜合金耐腐蚀性，长期以来一直是本专业科技人员潜心研究的课题，但至今未能见到有关突破的相关报导。

发明内容

本发明的目的是针对上述所存在的技术问题而提供一种高强度、高耐腐蚀性镍铜合金及其制造方法。本发明既大幅度提高强度又大幅度提高耐腐蚀性，比原来的抗拉强度提高10%以上，耐腐蚀性提高2倍以上。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种具有高强度高耐腐蚀性的镍铜合金的制造方法，先按下述的重量百分比组成分别取：电解镍、电解铜、锰、铁、硅、金属镁、金属钛为原料配制合金料备用，然后分别将电解镍、电解铜、锰、铁、金属镁、金属钛、硅粉分步骤依次装入熔炼炉中，其具体操作程序如下：先加入镍、铜、铁+一定量起润滑和覆盖作用的玻璃→熔化→再加入锰、硅→搅拌捞渣→补加玻璃→搅拌→取样炉前分析→测温→加钛、镁→取样→浇铸；出炉温度为450～1480℃，浇铸方式为敞流，润滑剂为烤红烟灰；合格铸锭经加热锻造或热轧，车光或刃模，扒皮人工修理，棒坯表面经800～850℃退火，拉伸，退火轧制后最终为镍铜合金成品；

所述重量百分比组成为：金属铜为36～44%、铁为0.2～1.0%、锰为1.25～2.25%、硅为0.15～0.1%、金属镁为0.05～0.1%，金属钛0.1%～0.15%，金属镍为余量，不可避免的杂质为≤0.5%。

本发明镍铜合金成分优选的重量百分比组成为：金属铜为38～42%、铁为0.2～1.0%、锰为1.25～2.25%、硅为0.15～0.1%、金属镁为0.03～0.08%，金属钛0.1%～0.15%，金属镍为余量，不可避免的杂质为≤0.5%。

本发明在提高耐腐蚀性的同时，大幅度提高产品的强度，经过大量实验，最终采取加入金属镁（Mg）、硅、钛方式。之所以选择镁、硅、钛的原因是：镁+钛一是助熔剂，二是在加热时镁能大量的吸收氧、氢、氮等气体，是理想的吸气剂，再有钛有很好的耐腐蚀性。硅的加入有利于通过固熔强化细化晶粒，提高金属性能。本发明与现有镍铜合金相比有如下优点：

1.抗拉强度670～720Rm/MPa，延伸率6-7.5，比目前国内镍铜合金强度提高15%以上，耐腐蚀性提高近2倍以上。

2.本发明具有应用广泛，使用寿命长等特点，可以生产板、带、管、棒、线、锻件。在造船、化工、机械制造、航天航空、电子等行业得到应用，本发明还具有镍铜合金的加工性良好，加工工艺环节简单易于生产，适用于各应用领域，特别是对高强度、高耐腐蚀性镍铜合金的要求。

本发明的制造方法改变了原有的真空熔铸过程，采用半连续熔炼法，降低了生产成本。

该制造方法改变了原有冷加工道次间采用非真空退火的工艺，采用真空充氮气保护性退火，极大的提高了产品表面质量（因非真空退火后，产品氧化经过酸洗处理，既污染环境又增加了成本）。

下面将通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式：

实施例1   

（1）以电解镍、电解铜、锰、铁、硅、金属镁、金属钛为原料配制合金料，各组设计质量分别为：电解镍为14.275千克、电解铜10.25千克、锰0.325千克、铁0.075千克、硅0.025千克、镁0.02千克、金属钛0.035千克（分步骤装入25kg熔炼炉中）操作程序如下：镍+铜+铁+玻璃→熔化→加锰、硅→搅拌捞渣→补加玻璃→搅拌→取样炉前分析→测温→加钛、镁→取样→浇铸成型；

（2）浇铸形成，铸锭处理后加热至950～1050℃开坯轧制棒坯经多次拉伸刃模扒皮人工修理后经800～850℃退火后拉制合金成品。总加工率控制60-70%之间，成品加工率控制在28-30之间。

各工序说明：

1、原料选择高品质的电解镍、电解铜、锰、铁、金属镁、金属硅粉和金属钛；

2、在熔炼过程中，加入一定量的玻璃属常规选择，熔化后的玻璃水起润滑和覆盖剂的作用。

3、出炉温度1450～1480℃，浇铸方式：敞流，润滑剂：烤红烟灰；

4、成份分析：铜（38-42%）、锰（1.25-2.25%）、铁（0.2-1.0%）、硅（0.15-0.1%）、钛忽略不计，余量镍、杂质≤0.5%；

分析方法：略

5、铸锭φ45×320mm  表面无缺陷；

6、铸锭低倍渗透检查无缺陷；

7、铸锭加热950℃～1050℃保温60分钟，热轧φ30；

8、φ30经4个拉伸道次棒坯表面刃模扒皮人工修理后经800～850℃真空退火保温90分钟，冷却后拉至所需成品。

实施例2

（1）电解镍、电解铜、锰、铁、金属镁、金属钛为原料配制合金料，各分组设计质量分别为电解镍14.458千克、电解铜10千克、锰0.35千克、铁0.1千克、硅粉0.03千克、镁0.0175千克、钛0.0325千克（分步骤装入25kg熔炼炉中）；操作程序如下：镍+铜+铁+玻璃→熔化→加锰、硅→搅拌捞渣→补加玻璃→搅拌→取样炉前分析→测温→加钛、镁→取样→浇铸成型；

（2）铸锭处理后加热至950℃～1050℃开坯轧制棒坯经多次拉伸扒皮人工修理后经800～850℃退火后拉制合金成品；总加工率控制60-70%之间，成品加工率控制在28-30之间。

其各工序说明与实施例1相同，故省略。

实施例3

（1）以电解镍、电解铜、锰、铁、金属镁、金属钛为原料配制合金料，各分组设计质量分别为电解镍14.598千克、电解铜9.78千克、锰0.4千克、铁0.15千克、硅粉0.0325千克、镁0.015千克、钛0.03千克（分步骤装入25kg熔炼炉中）；操作程序如下：镍+铜+铁+玻璃→熔化→加锰、硅→搅拌捞渣→补加玻璃→搅拌→取样炉前分析→测温→加钛、镁→取样→浇铸成型；

（2）铸锭处理后加热至950℃～1050℃开坯轧制棒坯经多次拉伸扒皮人工修理后经800～850℃退火后拉制合金成品；总加工率控制60-70%之间，成品加工率控制在28-30之间。

其各工序说明与实施例1相同，故省略。

实施例4

（1）以电解镍、电解铜、锰、铁、金属镁、金属钛为原料配制合金料，各分组设计质量分别为电解镍14.63千克、电解铜9.625千克、锰0.438千克、铁0.175千克、硅粉0.035千克、镁0.0125千克、钛0.0275千克（分步骤装入25kg熔炼炉中）；操作程序如下：镍+铜+铁+玻璃→熔化→加锰、硅→搅拌捞渣→补加玻璃→搅拌→取样炉前分析→测温→加钛、镁→取样→浇铸成型；

﹝0021﹞（2）铸锭处理后加热至950℃～1050℃开坯轧制棒坯经多次拉伸扒皮人工修理后经800～850℃退火后拉制合金成品；总加工率控制60-70%之间，成品加工率控制在28-30之间。

其各工序说明与实施例1相同，故省略。

实施例5

（1）以电解镍、电解铜、锰、铁、金属镁、金属钛为原料配制合金料，各分组设计质量分别为电解镍13.875千克、电解铜10.375千克、锰0.475千克、铁0.21千克、硅粉0.0375千克、镁0.01千克、钛0.025千克（分步骤装入25kg熔炼炉中）；操作程序如下：镍+铜+铁+玻璃→熔化→加锰、硅→搅拌捞渣→补加玻璃→搅拌→取样炉前分析→测温→加钛、镁→取样→浇铸成型；

（2）铸锭处理后加热至950℃～1050℃开坯轧制棒坯经多次拉伸扒皮人工修理后经800～850℃退火后拉制合金成品；总加工率控制60-70%之间，成品加工率控制在28-30之间。

其各工序说明与实施例1相同，故省略。

实施例6

（1）以电解镍、电解铜、锰、铁、金属镁、金属钛为原料配制合金料，各分组设计质量分别为电解镍13.738千克、电解铜10.3758千克、锰0.5千克、铁0.025千克、硅粉0.0375千克、镁0.0375千克、钛0.025千克（分步骤装入25kg熔炼炉中）；操作程序如下：镍+铜+铁+玻璃→熔化→加锰、硅→搅拌捞渣→补加玻璃→搅拌→取样炉前分析→测温→加钛、镁→取样→浇铸成型；

（2）铸锭处理后加热至950℃～1050℃开坯轧制棒坯经多次拉伸扒皮人工修理后经800～850℃退火后拉制合金成品；总加工率控制60-70%之间，成品加工率控制在28-30之间。

其各工序说明与实施例1相同，故省略。

国内镍铜合金与发明材料力学性能抗腐蚀对照表

 本材料经化工行业和造船工业级电子对镍铜合金Ni40-2-1材料对比，抗拉强度提高10%以上，耐腐蚀性提高2倍以上，相信这种新型材料在其它行业也会应有广泛的应用。