程敘毅，汪傳燦，佘之貴，章家婷，黃鋼

（蕪湖長(zhǎng)潤(rùn)特種銅線(xiàn)有限公司，安徽蕪湖 241009）

H72是一個(gè)普通黃銅牌號(hào)，暫未列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5231-2012（加工銅及銅合金牌號(hào)和化學(xué)成分），但隨著市場(chǎng)需求的不斷增加以及短流程、低能耗的要求，目前越來(lái)越多的廠(chǎng)家開(kāi)始生產(chǎn)此類(lèi)產(chǎn)品，傳統(tǒng)水平連鑄生產(chǎn)黃銅產(chǎn)品一般生產(chǎn)鑄坯的牌號(hào)為H62和H65，規(guī)格為φ10mm和φ12mm，大規(guī)格線(xiàn)材鑄坯主要以擠壓機(jī)擠制、水平連鑄、上引法生產(chǎn)線(xiàn)坯，然后拉拔進(jìn)行生產(chǎn)線(xiàn)材，本文以水平連鑄法生產(chǎn)H72φ17mm進(jìn)行研究，主要從大規(guī)格、高品位黃銅線(xiàn)材工藝參數(shù)和過(guò)程控制，對(duì)水平連鑄法生產(chǎn)H72大規(guī)格線(xiàn)材鑄坯（對(duì)應(yīng)成品為φ12-φ13.5mm）產(chǎn)品工藝進(jìn)行探究，更好的提升產(chǎn)品質(zhì)量和成材率。

1 主要設(shè)備及工藝

1.1 水平連設(shè)備

水平連鑄爐分為750KG工頻感應(yīng)熔煉爐和500KG保溫爐組成熔鑄部分，采取高低分體的形式進(jìn)行熔煉和鑄造，保證產(chǎn)品化學(xué)成分，降低熔煉操作對(duì)鑄造結(jié)晶過(guò)程的影響，與伺服牽引機(jī)構(gòu)、張力控制系統(tǒng)和被動(dòng)收線(xiàn)系統(tǒng)組成水平連鑄設(shè)備，如圖1所示。

圖1 水平連鑄示意圖

表1 -化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%

1.2 拉拔設(shè)備

采用650/4巨模拉絲機(jī)。

1.3 工藝路徑

熔鑄：紫銅+鋅→熔化爐熔煉→化驗(yàn)→熔化爐撈渣→銅水放入保溫爐→升溫至噴鋅→牽引連鑄→收線(xiàn)成卷

拉拔：收線(xiàn)成卷鑄坯→拉伸→刨皮→拉伸（多道次）→收線(xiàn)

2 化學(xué)成分要求

通過(guò)前期H62、H65系列黃銅線(xiàn)材積累的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合其他雜質(zhì)元素對(duì)鑄造及加工的影響，并綜合考慮下游生產(chǎn)工藝要求，特制訂如表1所示化學(xué)成分要求。

3 鑄坯質(zhì)量要求

產(chǎn)品在保證化學(xué)成分達(dá)到要求的前提下，抗拉強(qiáng)度＞300Mpa，斷后伸長(zhǎng)率＞45%，拉伸后斷口應(yīng)能基本拼合，不掉渣，斷裂處有顯著的縮頸現(xiàn)象，斷后鑄坯表面應(yīng)有較明顯的、規(guī)則的結(jié)晶紋路。

化學(xué)成分檢測(cè)，所列元素符合要求；鑄坯外觀(guān)質(zhì)量良好，無(wú)夾渣、冷隔、裂紋、氣孔等缺陷，控制表面鋅及雜質(zhì)的吸附。

因?yàn)榫€(xiàn)材生產(chǎn)是一個(gè)連續(xù)化的過(guò)程，所以某一段的質(zhì)量測(cè)試合格不代表全部合格，所以我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中，要有一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的鑄造設(shè)備和對(duì)牽引速度、牽引-停止-反推的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，同時(shí)對(duì)冷卻水溫以及冷卻水壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，再根據(jù)鑄坯質(zhì)量情況及時(shí)調(diào)整、更換石墨模，才可以使產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定。

4 工藝要求

4.1 成分要求

隨著有色金屬壓延加工和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，黃銅生產(chǎn)大多數(shù)都是采用再生資源，不可避免的會(huì)出現(xiàn)如鐵、鋁、鉛、砷、銻、鉍等雜質(zhì)元素的混入，鐵在固態(tài)銅中的溶解極少，呈富鐵相質(zhì)分布于α基體中，具有細(xì)化晶粒作用，但是具有抗磁和沖壓要求的我們一般控制在0.03%以下；鋁在銅中的固溶度可達(dá)到9.4%，所以鋁元素一旦混入將形成固溶體，可明顯提高其機(jī)械性能，但如含量過(guò)高，則不利于后續(xù)加工；鉛和鉍在簡(jiǎn)單黃銅中是一種有害元素，α黃銅中含鉛量大于0.03%將會(huì)出現(xiàn)熱脆性，鉍元素在黃銅中呈連續(xù)脆性薄膜分布在晶界上，使黃銅在加工時(shí)呈現(xiàn)發(fā)脆現(xiàn)象；砷在室溫黃銅中溶解度小于0.01%，砷含量大時(shí)將形成脆性砷化物，且其分布于晶界，降低加工性能；銻在銅中含量不足0.1%時(shí)候，就會(huì)形成脆性化合物，分布于晶界，產(chǎn)生熱脆性，使黃銅的加工性能大幅下降。所以我們?cè)趯?shí)踐中，根據(jù)以往的線(xiàn)材產(chǎn)品加工經(jīng)驗(yàn)，控制鐵含量小于0.025%，鉛含量小于0.01%，鋁含量小于0.003%，砷含量小于0.005%，銻含量小于0.003%，鉍含量小于0.003%，其他雜質(zhì)元素總和小于0.2%，通過(guò)對(duì)上述元素的控制，保障其有一個(gè)良好的后續(xù)加工性能。

4.2 加料要求

在熔煉銅合金時(shí)，采用合理的裝料方式和順序?qū)档徒饘贀p耗，提高工效具有重要的作用，裝料前將銅料分揀干凈，打包處理，加料按照先加總量多的紫銅原料，然后再添加鋅錠，因?yàn)殇\的熔點(diǎn)為419攝氏度，沸點(diǎn)為907攝氏度，而銅的熔點(diǎn)為1083攝氏度，這樣操作就可以降低鋅的氧化、燒損以及揮發(fā)，通過(guò)高溫快速熔化銅料，低溫加鋅的方式降低損耗。

4.3 操作要求

操作要求方面，我們?cè)谌粘３藢?duì)設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)檢、檢修和維保外，生產(chǎn)過(guò)程中保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行主要做好以下幾方面：一是保障爐體的供水和供電的穩(wěn)定性，水主要是爐體線(xiàn)圈冷卻水適中，避免出現(xiàn)斷流或冷卻水汽化現(xiàn)象，這樣對(duì)線(xiàn)圈及爐體安全都存在較大影響，電主要是要保證其穩(wěn)定性，根據(jù)不同時(shí)段選擇不同的電壓保證爐體熔化功率的穩(wěn)定性，特別是0點(diǎn)到6點(diǎn)時(shí)間段電壓會(huì)達(dá)到400V以上；牽引機(jī)構(gòu)在正式牽引前先進(jìn)行空轉(zhuǎn)運(yùn)行，在確保石墨底座和石墨模充分預(yù)熱后再開(kāi)啟牽引機(jī)構(gòu)慢速牽引，因?yàn)闋恳龣C(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)控制，具有精密度高，可往復(fù)運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)，所以在牽引鑄造過(guò)程中“拉-停-反推-停”這一循環(huán)過(guò)程中要避免出現(xiàn)線(xiàn)材與石墨套摩擦力增大導(dǎo)致或冷卻不足導(dǎo)致?tīng)恳〉仍蛟斐傻呢?fù)載過(guò)大，降低設(shè)備的精密度。

此外生產(chǎn)過(guò)程其他方面對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量也存在較大影響，例如擦痕、劃痕、壓痕等，外力作用于鑄坯表面，而引起內(nèi)外表面呈條狀、束狀、凹坑狀尖銳溝槽狀及其他形狀的傷痕，統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)械損傷，常見(jiàn)的有：擦傷、劃傷、碰傷、壓傷等，這些都是影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素，實(shí)踐中主要就是牽引機(jī)構(gòu)、收線(xiàn)機(jī)構(gòu)壓輪不光滑或未與鑄坯充分貼合，以及收線(xiàn)機(jī)構(gòu)導(dǎo)向輪、壓線(xiàn)輪調(diào)整不合理導(dǎo)致。

4.4 工藝要求

水平連鑄主要的參數(shù)有：鑄造溫度、牽引速度、節(jié)距、停止時(shí)間比、反推量、冷卻水溫度、冷卻水強(qiáng)度等，這些參數(shù)只有合理、有機(jī)、保持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡才能連續(xù)化生產(chǎn)出合格穩(wěn)定的產(chǎn)品，我們知道，水平連鑄的操作過(guò)程是開(kāi)啟冷卻水，然后打開(kāi)塞棒，放銅水，開(kāi)啟牽引裝置，調(diào)整水流和鑄造參數(shù)，開(kāi)啟張力架和收線(xiàn)裝置，銅水從爐體經(jīng)過(guò)石墨模具在外側(cè)密閉銅套和銅管形成的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)與冷卻水熱交換，從液態(tài)逐步凝殼，這一過(guò)程如牽引速度過(guò)快，則會(huì)出現(xiàn)鑄坯從結(jié)晶器出口處還是顯示紅色，這時(shí)就要觀(guān)察鑄坯表面，如果表面光滑，則還需關(guān)注一段時(shí)間，避免冷卻不足導(dǎo)致拉漏現(xiàn)象，如鑄坯在結(jié)晶器出口呈金黃色或者暗黃色，或者表面不光滑，存在如圖2所示的麻面或者如圖3所示的縱向條痕現(xiàn)象，在牽引速度一定時(shí)，則需關(guān)注冷卻強(qiáng)度是否過(guò)大，導(dǎo)致內(nèi)部與石墨模具的摩擦力過(guò)大或者爐口、石墨模具、牽引機(jī)構(gòu)是否三點(diǎn)在一條水平線(xiàn)上；此外，冷卻強(qiáng)度大，鑄坯晶粒細(xì)且機(jī)械性能高，冷卻強(qiáng)度過(guò)大也會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力裂紋。

圖2 麻面

圖3 縱向條痕

圖4 凝固過(guò)程示意圖

表2 熔鑄工藝參數(shù)表

我們將H72噴火時(shí)溫度作為可出爐溫度，實(shí)際約1100-1180攝氏度，實(shí)踐中一般噴火次數(shù)在2～3次即可，因?yàn)檫^(guò)多的噴火會(huì)導(dǎo)致鋅損耗加大。

我們從凝固過(guò)程示意圖可以看出，水平連鑄法生產(chǎn)鑄坯時(shí)，銅液進(jìn)入結(jié)晶器后，在結(jié)晶器內(nèi)部逐步形成凝殼，然后轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，這一過(guò)程受到上下兩個(gè)部分的阻力，因?yàn)殍T坯本身重力，所以下部受到的阻力較大，其直接接觸到冷卻的強(qiáng)度更大，晶粒更細(xì)，而上部因重力作用以及液固轉(zhuǎn)變體積縮小，存在一定的間隙，冷卻強(qiáng)度弱，晶粒較下部粗大，為此，我們采用“拉-停-反推-?！边@一牽引方法，使凝殼在很短暫的停止過(guò)程與內(nèi)壁充分交換熱量，同時(shí)反推可使液固-固固附近金屬擠壓而使的結(jié)晶更緊密，而且能清除表面附帶的如鋅、銅氧化物等夾雜物。

通過(guò)多次試驗(yàn)和總結(jié)，綜合考慮各種因素，確定四套工藝參數(shù)，如表2所示。

通過(guò)以上四套參數(shù)試驗(yàn)可知：工藝參數(shù)一生產(chǎn)的鑄坯出現(xiàn)表面不光滑，其組織不致密，結(jié)晶紋較深，存在表面結(jié)疤現(xiàn)象，延伸率為43%～48%，拉力試驗(yàn)斷后斷口能基本拼合；工藝參數(shù)二生產(chǎn)的鑄坯表面存在一定結(jié)晶紋，斷面存在輕微疏松，延伸率為45%～50%，拉力試驗(yàn)斷后斷口能基本拼合，斷裂處有縮頸現(xiàn)象；工藝參數(shù)三生產(chǎn)鑄坯表面光滑，斷面結(jié)晶致密，無(wú)疏松，經(jīng)過(guò)拉伸試驗(yàn)，延伸率為48%～55%，拉力試驗(yàn)后斷口能基本拼合，斷裂處有顯著的縮頸現(xiàn)象，且斷后鑄坯表面應(yīng)有較明顯的、規(guī)則的結(jié)晶紋路。此外，φ17mm相對(duì)線(xiàn)材來(lái)說(shuō)，尺寸較大，需散熱量大，二次冷卻水加入有利于其快速降溫，降低對(duì)牽引機(jī)構(gòu)軸承的影響，避免長(zhǎng)時(shí)間高溫接觸牽引機(jī)構(gòu)導(dǎo)輪導(dǎo)致軸承內(nèi)部油脂碳化。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證工藝參數(shù)對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響，我們通過(guò)以下工藝將其拉拔至13.5mm和12mm成品：

工序一、收線(xiàn)成卷鑄坯17mm→拉伸16mm→刨皮15.7mm→拉伸15.3mm→收線(xiàn)；

工序二、收線(xiàn)成卷坯料15.3mm→拉伸14.85mm→刨皮14.5mm→拉伸13.5mm→收線(xiàn)；

工序三、收線(xiàn)成卷坯料13.5mm退火（600℃，升溫60min，保溫90min）→拉伸12.5mm→拉伸12mm→收線(xiàn)。

將上述四種工藝參數(shù)生產(chǎn)鑄坯經(jīng)過(guò)巨拉機(jī)拉伸至φ13.5mm和φ12mm，過(guò)程中參數(shù)一生產(chǎn)產(chǎn)品拉拔工序一時(shí)出現(xiàn)連續(xù)斷線(xiàn)無(wú)法繼續(xù)生產(chǎn)；參數(shù)二生產(chǎn)產(chǎn)品拉拔工序一和工序二可順利拉拔，但拉拔過(guò)后表面出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象；參數(shù)三、四生產(chǎn)產(chǎn)品拉拔工序一和工序二均可順利拉拔，且拉拔后表面光滑，無(wú)裂紋現(xiàn)象，外觀(guān)光滑，組織致密。

5 結(jié)論

（1）合理的操作工藝及符合規(guī)范的操作要求，確保雜質(zhì)元素不超標(biāo)是生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的基礎(chǔ)，例如工裝、設(shè)備應(yīng)在正常狀態(tài)，滿(mǎn)足正常生產(chǎn)，原材料品質(zhì)達(dá)到入爐原料要求，特別是控制鉛、砷、銻鉍等雜質(zhì)元素的含量。

（2）合理的工藝參數(shù)是生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的必備條件，通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，我們得出水平連鑄法生產(chǎn)H72φ17mm系列產(chǎn)品工藝參數(shù)如下：

鑄造溫度：1040℃～1080℃

牽引速度：1.3～1.4m/min

節(jié)距：8～10mm

停止時(shí)間比：30%～32%

反推量：34%

冷卻水溫度（進(jìn)水）：＜40℃

冷卻水強(qiáng)度：200kpa

二次冷卻水溫度：＜40℃

（3）通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)及操作規(guī)范要求的摸索，利用中等節(jié)距、低頻率牽引所生產(chǎn)的H72φ17mm大規(guī)格水平連鑄鑄坯具有外觀(guān)光滑，組織致密，具有較好的抗拉強(qiáng)度和延伸率，且在保證原材料、操作規(guī)程、工裝設(shè)備等前提下，H72大規(guī)格線(xiàn)材連續(xù)鑄造產(chǎn)品質(zhì)量便可持續(xù)穩(wěn)定。