一种铜铁合金管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜铁合金管，其特征在于：该铜铁合金的质量百分比组成为Fe：1.8～2.5％，P：0.01～0.2％，Ti：0.01～0.1％，Sn：0.01～0.2％，杂质含量≤0.3％，其余为铜。在铜中添加Ti、Fe、Sn，通过固溶强化和时效强化作用，在细化组织的同时，提供管材的强度，在满足超高耐压的基础上，保证了铜管具有一定的加工塑性，而且充分凸显Fe相比于Be、Ni、Sn的导热优势，最终实现该铜铁合金管的抗拉强度≥300MPa，延伸率≥30％，热导率≥340W/(m

【技术实现步骤摘要】
一种铜铁合金管及其制备方法


[0001]本专利技术属于铜合金
，具体涉及一种铜铁合金管及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于含氟冷媒会破坏臭氧层，导致温室效应不断加剧，随着低碳环保的要求越来越严苛，因此，含氟冷媒使用范围会越来越小，而像CO2这种天然冷媒受到制冷行业的青睐。但相比含氟冷媒，发挥CO2冷媒的作用需要更大的管压力(要求达到130Bar)和热传导，也因此要求制冷用铜管需要承受更高的耐破压力和导热性能，但同时也需要具备加工塑性，保证铜管扩口与连接。
[0003]制冷用铜管常见的是紫铜管，如果要承受更大的耐破压力，就需要增加紫铜管的厚度，如此一来，首先是成本的上升，其次不满足于现在设备轻量化的发展趋势，因此在不增加厚度的前提下，合金管是最佳选择。现有合金管主要有加工硬化型Cu
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Sn
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P合金管、时效强化型Cu
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Be合金管以及Cu
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Ni
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P合金管等，但相同规格下Cu
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Sn
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P合金管的耐压不超过120Bar，Cu
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Be合金管以及Cu
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Ni
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P合金管成本高，制备难度大。
[0004]因此，针对现有的用于制冷用的铜管需要进一步改进。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种耐压以及导热性能优异的铜铁合金管。
[0006]本专利技术解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铜铁合金管，其特征在于：该铜铁合金的质量百分比组成为Fe：1.8～2.5％，P：0.01～0.2％，Ti：0.01～0.1％，Sn：0.01～0.2％，杂质含量≤0.3％，其余为铜。
[0007]Fe元素作为主要强化相，主要是以富铁相的形式存在基体中，会细化组织，但Fe的固溶度不超过3％，过量的Fe元素添加反而造成成分偏析。另外，铜铁合金兼顾铁的强度，同时对于铜基体的导热性能影响较小，略低于纯铜。
[0008]部分P元素，达到脱氧，防止氢脆作用；其次，P元素与Fe元素反应生成Fe3P，是强化相，但过量的P元素会过度消耗强化元素Fe，同时析出的Fe3P粗大，无法起到强化作用，反而造成合金性能下降；
[0009]Ti元素与Cu元素反应生成Cu3Ti相，是典型的析出强化型，同时Ti与Sn也能够反应生成Ti3Sn强化相，当Ti元素以单质存在于基体中时，虽然也具有提高强度的作用，但相比较于含Ti的析出相对延伸影响极大，因此，Ti元素尽量以含Ti的析出相存在于基体中。
[0010]Sn在铜基体中固溶度大，是典型的固溶强化元素，相比较于Ti，基体中的Sn元素对延伸影响较小，但Ti、Sn的添加量不宜过大，会降低铸坯组织的塑性，对于加工不利。
[0011]作为优选，该铜铁合金的组织以α相为基体，还含有富铁相、Fe3P、含Ti析出相；其中，富铁相中Fe质量含量在80～95％。α相基体塑性高，富铁相沿加工方向成纤维状分布在α相基体中，对铜合金的导热性能影响小；同时沿加工方向均匀分布的纤维状富铁相对于能
够提高高压条件下铜管的周向变形，Fe3P、含Ti析出相作为析出的第二相能够细化组织，抵抗位错，进一步提高耐压强度。
[0012]作为优选，Fe、P的质量添加比满足：Fe/P在15～20；在微观组织中，富铁相面积占比10～15％，Fe3P面积占比控制在10％以下，Fe3P以1μm以下颗粒形式存在于基体中。为了保证富铁相不被过度消耗以及Fe3P颗粒不至于粗化长大，P含量不大于铁含量的1/15，同时为了提高熔体流动性，利用小颗粒Fe3P的强化作用，P含量不小于铁含量的1/20。
[0013]作为优选，Ti、Sn的质量添加比满足：Ti/Sn在0.5～1.0，含Ti析出相以Cu3Ti、Ti3Sn析出，含Ti析出相在微观组织中的面积占比为1～10％。Fe3P的析出强化不够明显，因此添加了少量的Ti元素与Sn元素。Ti的析出强化作用明显，但是对于铸坯导热和延伸的影响较大，因此控制Ti的含量在0.01～0.1％，为了充分保证Ti元素的析出，Ti/Sn要大于0.5，但是Ti不能过量，否则Cu3Ti容易聚集，出现成分偏析，故Ti/Sn要小于1.0。
[0014]作为优选，该铜铁合金管的抗拉强度≥300MPa，延伸率≥30％，热导率≥340W/(m
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K)。
[0015]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种铜铁合金管的制备方法。
[0016]本专利技术解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种铜铁合金管的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
[0017]1)配料：按照所需成分进行配料，其中P、Fe、Ti以中间合金的形式加入，磷铜中间合金中P质量含量5％～15％，铜铁中间合金中Fe质量含量30％～50％，铜钛中间合金中Ti质量含量10％～30％；
[0018]2)半连铸熔铸：先将电解板加入到熔炼炉中，升温熔化，升温过程中加入木炭，待电解板熔化后温度上升至1100～1200℃后，加入Sn，保温20～50min后，升温至1200～1250℃，加入铜铁中间合金，保温30～90min后，捞去木炭，加入磷铜中间合金，然后以冰晶石和氯化钙覆盖，覆盖厚度10cm以上，随后加入铜钛中间合金，保温30～90min后升温至1250～1300℃，将合金熔体浇铸成圆锭；
[0019]3)水封挤压：半连铸铸锭水封挤压成空心管坯，挤压过程中挤压模具预热至400～500℃，铸坯加热至950～1000℃，保温4h以上；
[0020]4)冷拉拔：冷拉拔总加工率不超过80％，单道次加工率不超过30％；
[0021]5)退火：采用还原性气氛，退火温度550～650℃，退火时间为8h以上；
[0022]上述步骤完成后获得成品尺寸或者重复步骤4)和步骤5)直至获得成品尺寸。
[0023]由于Fe元素显著提高材料的再结晶温度，为保证合金再结晶，温度必须高于550℃，同时晶粒不能长大，温度要低于650℃，保温时间8h以上是为了保证合金中多种析出相充分析出，因此，退火温度550～650℃，退火时间为8h以上。
[0024]作为优选，所述步骤3)中，水封挤压后，挤压管坯硬度小于HV90，晶粒尺寸在10μm以下。
[0025]作为优选，所述步骤5)中，还原性气氛的体积占比组成为：20～30％H2，余量为N2，升温速率≤60℃/min。还原气氛是了防止退火过程中管材表面发黑；控制升温速率保证大批量管材退火加热的均匀性，内外圈铜管物相同时析出，性能均一。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：在铜中添加Ti、Fe、Sn，通过固溶强化和时效强化作用，在细化组织的同时，提供管材的强度，在满足超高耐压的基础上，保证了铜管具
有一定的加工塑性，而且充分凸显Fe相比于Be、Ni、Sn的导热优势，最终实现该铜铁合金管的抗拉强度≥300本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜铁合金管，其特征在于：该铜铁合金的质量百分比组成为Fe：1.8～2.5％，P：0.01～0.2％，Ti：0.01～0.1％，Sn：0.01～0.2％，杂质含量≤0.3％，其余为铜。2.根据权利要求1所述的铜铁合金管，其特征在于：该铜铁合金的组织以α相为基体，还含有富铁相、Fe3P、含Ti析出相；其中，富铁相中Fe质量含量在80～95％。3.根据权利要求2所述的铜铁合金管，其特征在于：Fe、P的质量添加比满足：Fe/P在15～20；在微观组织中，富铁相面积占比10～15％，Fe3P面积占比控制在10％以下，Fe3P以1μm以下颗粒形式存在于基体中。4.根据权利要求2所述的铜铁合金管，其特征在于：Ti、Sn的质量添加比满足：Ti/Sn在0.5～1.0，含Ti析出相以Cu3Ti、Ti3Sn析出，含Ti析出相在微观组织中的面积占比为1～10％。5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的铜铁合金管，其特征在于：该铜铁合金管的抗拉强度≥300MPa，延伸率≥30％，热导率≥340W/(m
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K)。6.一种权利要求1至4任一权利要求所述的铜铁合金管的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：1)配料：按照所需成分进行配料，其中P、Fe、Ti以中间合金的形式加入，磷铜中间合金中P质量含量5％～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑良玉，项燕龙，巢国辉，宋崇祥，张永正，崔海峰，
申请(专利权)人：宁波金田铜业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：