海軍黃銅的制備及應用

2613 編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng) 來源：蘭州金川科技園有限公司、蘭州金川科技科技發(fā)展有限公司

2023-02-28 12:01:22

1 前言

黃銅中加1%的錫能抑制黃銅脫鋅，可明顯提高合金的耐熱性，顯著改善黃銅的抗海水和海洋大氣腐蝕的能力，國際上廣義的泛稱“海軍黃銅”。但實踐中習慣把HSn70-1稱為海軍黃銅。在鋅飽和的“固溶體中，錫的溶解度很小，但當鋅含量增加到一定程度時，錫的溶解度增加。少量錫能溶于a和(a+β)黃銅，提高合金的強度和硬度。錫還能改善黃銅的切削加工性能。

錫能溶入銅基固溶體中，起固溶強化作用。但是隨著含錫量的增加，合金中會出現(xiàn)脆性的r相(CuZnSn化合物)，不利于合金的塑性變形，故錫黃銅的含錫量一般在0.5%～1.5%范圍內(nèi)。常用的錫黃銅有HSn90-1，HSn70-1，HSn62-1，HSn60-1等。前兩者是α合金，具有較高的塑性，可進行冷、熱壓力加工。后兩種牌號的合金具有(α+β)兩相組織，并常出現(xiàn)少量的r相，室溫塑性不高，只能在熱態(tài)下變形。

2海軍黃銅的主要牌號[1]

國內(nèi)海軍黃銅的主要牌號有HSn90-1，HSn70-1，HSn62-1，HSn60-1。HSn90-1，HSn70-1屬于α合金。HSn90-1中銅含量88.0-91.0%，錫含量0.25-0.75%，鋅余量。HSn70-1加入0.02-0.06%的砷，銅含量69.0-71.0%，錫含量0.8-1.3%，鋅余量。HSn62-1，HSn60-1是具有兩相組織的合金。HSn62-1中銅含量61.0-63.0%，錫含量0.7-1.1%，鋅余量。HSn60-1中銅含量59.0-61.0%，錫含量1.0-1.5%，鋅余量。具體見表1。各國海軍黃銅主要牌號的對照表見表2。

表1 國內(nèi)海軍黃銅成分表

表2 海軍黃銅對照表

3 海軍黃銅的應用

國內(nèi)生產(chǎn)海軍黃銅的廠家有西北銅加工有限公司(隸屬于白銀有色集團股份有限公司)、洛陽銅加工廠(隸屬于中國鋁業(yè)股份有限公司)、高新張銅股份有限公司(隸屬于沙鋼股份有限公司)、浙江海量股份有限公司、長沙銅鋁材有限公司、沈陽銅興產(chǎn)業(yè)集團有限公司、上海鑫申江銅業(yè)、桂林漓佳金屬公司等一些大型企業(yè)，產(chǎn)量在1000噸以上的企業(yè)有14家。國內(nèi)還有一些小企業(yè)，如太倉市金倉銅業(yè)有限公司、洛陽市新新銅材加工廠等也生產(chǎn)海軍黃銅。

常用中國牌號錫黃銅的工藝性能和用途為[2]：

(1)HSn90-1，具有較高的耐蝕性和減摩性，導電性能良好，熱、冷加工性能良好，其力學性能近似簡單黃銅H90，用于制作汽車和拖拉機的彈性套管、彈簧墊圈、儀表夾、端子和其他耐蝕減摩零件等。

(2)HSn70-1，含有微量砷的銅鋅錫三元系的a單相黃銅，中國國家標準(GB5232-85)分類中列為加砷黃銅。微量砷能抑制脫鋅腐蝕，進一步提高合金的耐蝕性能。HSn70-1具有良好的力學性能，耐蝕性好，冷熱加工性優(yōu)良，可熱擠，強度高，用于制作換熱器和接觸腐蝕性液體的導管，特別廣泛應用于內(nèi)陸熱電廠制作高強耐蝕的熱交換器冷凝管。近年來研究證明，向HSn70-1中添加微量0.01%硼，能更好地提高合金的耐蝕性能。HSn70-1有應力腐蝕破裂傾向，對冷加工管材必須進行消除應力低溫退火。HSn70-1熱壓加工時易裂，要嚴格控制雜質(zhì)的含量，鉛含量在0.03%以下，錫含量以1.0%-1.2%為宜。

(3)HSn62-1，具有良好的力學性能、切削性和焊接性，熱加工性優(yōu)，強度高，在海水中有較高的耐蝕性，能承受熱、冷壓力加工，在造船工業(yè)中用于制造與海水、汽油等接觸的零件。

(4)HSn60-l，有較高的耐蝕性，熱加工性好，冷加工性差，其性能近似于HSn62-1，常壓力加工成棒材和線材，在造船工業(yè)中用作焊接結(jié)構(gòu)用的焊條。

由于良好的耐海水腐蝕性能，許多銅合金己成為造船的標準材料。一般在軍艦和商船的自重中，銅和銅合金占2~%，軍艦和大部分大型商船的螺旋漿都用鋁青銅或黃銅制造。大船的螺旋漿每支重 20~25噸。伊麗莎白皇后號和瑪麗皇后號航母的螺旋漿每支重達35噸。大船沉重的尾軸、引擎和鍋爐房內(nèi)也用大量用鋼和銅合金。船上的電氣設(shè)備也很復雜，發(fā)動機、電動機、通訊系統(tǒng)等幾乎完全依靠銅和銅合金來工作。

4 生產(chǎn)工藝及技術(shù)難點

4.1生產(chǎn)工藝

工頻有鐵心感應電爐是熔煉黃銅比較理想的熔煉設(shè)備，用木炭做覆蓋劑，爐底部放入陰極銅或廢料，熔化后，低溫加鋅，錫塊和銅砷合金，攪拌扒渣，升溫噴火，最后加磷銅，取樣成分合格后出爐，具體的海軍黃銅的熔煉生產(chǎn)工藝見圖1。

隨著鋅含量的增加而蒸氣壓力增大，溶液中氣體的飽和度越低，，鋅的蒸發(fā)能有利于熔體中各種氣體的排出，因此“噴火”已成為所有高鋅黃銅除氣精煉的重要工藝手段。高鋅黃銅可根據(jù)噴火次數(shù)和程度判斷是否到達出爐溫度[3]。

4.2技術(shù)難點[4]

(1)脫鋅

在熔煉和熱加工過程中加熱溫度高，很容易脫鋅。脫鋅的預防措施主要有：制定嚴格的加熱制度，控制好加熱溫度和保溫時間，鑄錠加熱時確保每一區(qū)內(nèi)溫度分布均勻。

(2)分層、起皮等缺陷

錠坯在加熱過程中有大量的氧化皮產(chǎn)生，清除氧化皮不徹底，在下一步拉伸時把氧化皮壓入進而產(chǎn)生起皮現(xiàn)象，所以在加熱過程中要嚴格控制錠坯加熱溫度，防止產(chǎn)生大量的氧化皮，氧化皮的清除技術(shù)有待提高。

(3)鑄造缺陷

鑄錠內(nèi)部鑄造缺陷如縮孔、縮松、偏析、內(nèi)裂紋、氣孔、夾雜物等，鑄錠表面質(zhì)量缺陷如裂縫、夾雜、凹坑、結(jié)疤等影響產(chǎn)品質(zhì)量，導致產(chǎn)品各項性能指標波動較大。

5 結(jié)論

海軍黃銅海水淡化、船舶制造、石油化工和火力發(fā)電等領(lǐng)域應用廣泛。在海水淡化設(shè)備中需要每年新增約3000-4500噸銅合金冷凝管，造船工業(yè)冷凝管用量可達30萬噸，每年對銅合金冷凝管的需求量有5萬噸的增長[5]，主要產(chǎn)品形式是板材和管材，需求量很大，市場好[5]。海軍黃銅HSn70-1的市場價格42元/公斤，而進口價格為62元/公斤，高鉛還軍黃銅C48500(60Cu-37.5Zn-1.8Pb-0.7Sn，參照標準ASTM B21、ASTM B283)的價格高達142元/公斤，所以利潤空間大。

參考文獻

1. 趙祖德. 銅及銅合金材料手冊[M]. 北京：科學出版社，1993. 217-254.

2. 吳炫禮. HSn70-1合金擠壓工藝及其擠制品常見缺陷研究[J].有色冶金設(shè)計與研究，30(4)：34-37,2009.

3. 肖恩奎. 銅及銅合金熔煉與鑄造技術(shù)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2005. 42-54.

4. 熊雪峰. HSn70-1AB銅合金冷凝管的開發(fā)與研究[J]. 湖南有色金屬，19(5)：36-38,2003.

5. 王君. 國內(nèi)外銅及銅合金冷凝管市場分析[J]. 中國金屬通報, 16：7- 11, 2007.

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