黄铜H65超厚铸锭生产工艺研究

文 雅，范先勇

（1.中南大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410083；2.中铝洛阳铜加工有限公司，河南 洛阳 471039）

铁路贯通地线用铜合金材料，多使用黄铜H65产品[1]，且要求铜带长度在1000m以上、带材厚度在0.8mm～1.5mm之间，目前黄铜铸锭重量普遍在6吨以下，经过热轧、冷轧等加工后，生产出的产品长度无法满足千米以上要求。同时，由于黄铜H65产品在冷加工工序的生产工艺是特定的，调整冷加工工艺对带材的长度影响较小，因此，最佳的解决方法就是从铸锭重量上做起，增加冷加工的投料量，使铸锭重量达到7吨以上，由此来解决贯通地线用黄铜H65的长度问题，本论文主要研究了铁路贯通地线用黄铜H65铸锭，生产过程中的关键制备技术，为产业化、批量生产该合金带材提供技术支持。

1 产品技术要求

1.1 产品规格

带材牌号、状态和规格应符合表1的规定。

表1 牌号、状态和规格

1.2 化学成分

带材化学成分应符合表2的规定。

表2 化学成分

1.3 尺寸及尺寸允许偏差

（1）带材的厚度、宽度允许偏差应符合表3的规定。

表3 厚度允许偏差

（2）带材的长度应大于等于1000米。

2 熔铸生产

（1）铸锭规格的确定。目前铸锭厚度在215mm以下，无法生产出长度千米以上的带材。考虑到步进炉装炉能力是可生产厚度240mm以上的铸锭，且铸锭长度最短要4.5米及以上，另外，生产完成的铸锭需要锯切头尾，然后才能送到下道工序。综上分析认为，生产255mm超厚、重量7吨以上的铸锭比较合适，可满足带材千米以上的要求。因此，结合冷加工设备能力及产品要求，最终确定铸锭厚度为255mm、宽度为600mm。

（2）结晶器设计。结晶器高度的确认：结晶器变厚后，导致铸锭冷却中产生的应力加大，应力大容易导致铸锭內裂问题，因此，在设计上为减小应力，就要延缓二次冷却，增大结晶器高度，实现较理想的高厚比[2]，经过研究，确认结晶器高度在原来的基础上增加了80mm，经过结晶器高度的优化，较好的避免了厚锭容易內裂的问题。

（3）铸造速度。铸锭生产过程中，铸速不宜过慢，会导致流入到结晶器的热量过少导致结晶器内铜液温度过低；铸速也不能过快，否则除了会导致铸锭內裂外，还会导致铸锭收缩过大，引起凹心问题。经过系统的分析和实验，初次设计255＊600mm规格铸锭速度在6米/小时以下，但存在铸锭表面冷隔大，存在夹渣等问题，说明铸造速度设定得偏慢，于是又重新设计了多个速度，进行情况如下表4。

表4 铸造速度试验对比

试验发现，采用6～8米/小时，中间和边部厚度差在锭坯验收标准范围之内，而速度为6米/小时，显然速度过慢，夹渣冷隔多，而且铸锭存在中间突起现象，而9米/小时铸锭凹心超出铸锭验收标准，因此最终确定铸造速度为8米/小时。

（4）铸造温度的设计。对于黄铜生产，喷火有利于利用锌蒸汽的上浮，能把熔体内部的氢气带出，因此确定铸造温度为喷火。

（5）组织检测。对H65的255＊600mm超厚铸锭切试片取样，进行高低倍检测，以检验措施的有效性及铸锭内部质量。

图1 黄铜H65合金低倍金相组织（50X）

图2 黄铜H65合金高倍组织

①低倍组织、铸锭试片经硝酸水溶液腐蚀后观察，组织均由柱状晶和等轴晶组成，未发现低倍缺陷，如图1所示。②高倍组织。对试样进行高倍制样后观察，试样的组织为α+β相，未发现高倍组织缺陷，见图2。

通过高低倍金相观察可以看出，通过合理的工艺试验，实现了超厚铸锭的正常生产，保证了铸锭质量。通过工艺设计，铸造速度按8米/小时生产时，铸锭凹心问题几乎可以忽略，且铸锭表面质量良好，合格的宏观铸锭照片如图3所示。

图3 黄铜H65合金宏观铸锭

3 结论

①为满足贯通地线用H65产品的长度要求，加大了铸锭尺寸，确定铸锭规格为255mm×600mm；②为解决超厚铸锭内裂问题，增加了结晶器高度；同时，通过对多种铸造速度进行对比试验，最终确定铸造速度为8米/小时；③经过对铸锭试片进行高低倍检测，均为发现组织缺陷，铸锭生产满足质量要求，保证了最终产品的长度要求。