黃銅H65超厚鑄錠生產工藝研究

文 雅，范先勇

（1.中南大學材料科學與工程學院，湖南 長沙 410083；2.中鋁洛陽銅加工有限公司，河南 洛陽 471039）

鐵路貫通地線用銅合金材料，多使用黃銅H65產品[1]，且要求銅帶長度在1000m以上、帶材厚度在0.8mm～1.5mm之間，目前黃銅鑄錠重量普遍在6噸以下，經過熱軋、冷軋等加工后，生產出的產品長度無法滿足千米以上要求。同時，由于黃銅H65產品在冷加工工序的生產工藝是特定的，調整冷加工工藝對帶材的長度影響較小，因此，最佳的解決方法就是從鑄錠重量上做起，增加冷加工的投料量，使鑄錠重量達到7噸以上，由此來解決貫通地線用黃銅H65的長度問題，本論文主要研究了鐵路貫通地線用黃銅H65鑄錠，生產過程中的關鍵制備技術，為產業化、批量生產該合金帶材提供技術支持。

1 產品技術要求

1.1 產品規格

帶材牌號、狀態和規格應符合表1的規定。

表1 牌號、狀態和規格

1.2 化學成分

帶材化學成分應符合表2的規定。

表2 化學成分

1.3 尺寸及尺寸允許偏差

（1）帶材的厚度、寬度允許偏差應符合表3的規定。

表3 厚度允許偏差

（2）帶材的長度應大于等于1000米。

2 熔鑄生產

（1）鑄錠規格的確定。目前鑄錠厚度在215mm以下，無法生產出長度千米以上的帶材?？紤]到步進爐裝爐能力是可生產厚度240mm以上的鑄錠，且鑄錠長度最短要4.5米及以上，另外，生產完成的鑄錠需要鋸切頭尾，然后才能送到下道工序。綜上分析認為，生產255mm超厚、重量7噸以上的鑄錠比較合適，可滿足帶材千米以上的要求。因此，結合冷加工設備能力及產品要求，最終確定鑄錠厚度為255mm、寬度為600mm。

（2）結晶器設計。結晶器高度的確認：結晶器變厚后，導致鑄錠冷卻中產生的應力加大，應力大容易導致鑄錠內裂問題，因此，在設計上為減小應力，就要延緩二次冷卻，增大結晶器高度，實現較理想的高厚比[2]，經過研究，確認結晶器高度在原來的基礎上增加了80mm，經過結晶器高度的優化，較好的避免了厚錠容易內裂的問題。

（3）鑄造速度。鑄錠生產過程中，鑄速不宜過慢，會導致流入到結晶器的熱量過少導致結晶器內銅液溫度過低；鑄速也不能過快，否則除了會導致鑄錠內裂外，還會導致鑄錠收縮過大，引起凹心問題。經過系統的分析和實驗，初次設計255＊600mm規格鑄錠速度在6米/小時以下，但存在鑄錠表面冷隔大，存在夾渣等問題，說明鑄造速度設定得偏慢，于是又重新設計了多個速度，進行情況如下表4。

表4 鑄造速度試驗對比

試驗發現，采用6～8米/小時，中間和邊部厚度差在錠坯驗收標準范圍之內，而速度為6米/小時，顯然速度過慢，夾渣冷隔多，而且鑄錠存在中間突起現象，而9米/小時鑄錠凹心超出鑄錠驗收標準，因此最終確定鑄造速度為8米/小時。

（4）鑄造溫度的設計。對于黃銅生產，噴火有利于利用鋅蒸汽的上浮，能把熔體內部的氫氣帶出，因此確定鑄造溫度為噴火。

（5）組織檢測。對H65的255＊600mm超厚鑄錠切試片取樣，進行高低倍檢測，以檢驗措施的有效性及鑄錠內部質量。

圖1 黃銅H65合金低倍金相組織（50X）

圖2 黃銅H65合金高倍組織

①低倍組織、鑄錠試片經硝酸水溶液腐蝕后觀察，組織均由柱狀晶和等軸晶組成，未發現低倍缺陷，如圖1所示。②高倍組織。對試樣進行高倍制樣后觀察，試樣的組織為α+β相，未發現高倍組織缺陷，見圖2。

通過高低倍金相觀察可以看出，通過合理的工藝試驗，實現了超厚鑄錠的正常生產，保證了鑄錠質量。通過工藝設計，鑄造速度按8米/小時生產時，鑄錠凹心問題幾乎可以忽略，且鑄錠表面質量良好，合格的宏觀鑄錠照片如圖3所示。

圖3 黃銅H65合金宏觀鑄錠

3 結論

①為滿足貫通地線用H65產品的長度要求，加大了鑄錠尺寸，確定鑄錠規格為255mm×600mm；②為解決超厚鑄錠內裂問題，增加了結晶器高度；同時，通過對多種鑄造速度進行對比試驗，最終確定鑄造速度為8米/小時；③經過對鑄錠試片進行高低倍檢測，均為發現組織缺陷，鑄錠生產滿足質量要求，保證了最終產品的長度要求。