|
目前，我国连铸技术发展很快，连铸设备普及程度不断提高，连铸比已达到90％以上。由于石油、化工等行业的快速发展，无缝钢管需求量大增，因此，圆坯连铸技术也获得较快的发展。结晶器是连铸机的核心，结晶器铜管质量的好坏不仅对铸坯产量、质量有很大影响，对其本身的使用寿命更有影响。
以前国内尚无统一的设计、制造、使用、检验、维修等结晶器铜管标准，不仅造成很多不便，更不利于与国外的交流合作。YB/T4141-2005《连铸圆坯结晶器铜管技术条件》填补了国内连铸行业结晶器铜管标准的空白，本标准自2006年6月1日起实施，本标准的实施将会对结晶器铜管的制造、使用起到规范和指导作用，对提高产品质量也会起到一定的促进作用。
一．主要技术要求
标准中规定了结晶器铜管的材料、镀层、尺寸、特理性能、力学性能、检验方法、测量方法、冷却条件、抽检要求、包装、标志、运输等。
1．材料
在充分考察、调研基础上对铜管做了统一的规定，规范了国内普遍采用的TU1、TU2、TP2等材料的性能指标，同时也充分考虑国内外最新技术水平，在材料、镀层等方面引用国际上最新的技术，制定了CuCrZr、CoNi等材料的使用标准。在材料品种以及化学成分上更加完整、全面。为提高钢圆坯结晶器铜管的使用寿命起到积极的促进作用。
2．工艺要求
圆坯结晶器铜管一般采用挤压成型制造工艺，材料大多为无氧铜和磷脱氧铜。由于无氧铜硬度较低，耐磨性差，使用寿命也较低，采用了铜-银合金，其硬度、耐磨性比无氧铜好。
近年国外逐渐推广使用Cu-Cr-Zr合金结晶器铜管。经“挤压-热处理-挤压”工艺处理后，Cu-Cr-Zr合金结晶器铜管的机械性能、硬度、耐磨性都有很大程度的提高，其高温性能更是优异，铜管的抗变形能力和使用寿命也大幅度提高。同时， Cu-Cr-Zr合金硬度高、耐磨性好，在无镀层状态下也能达到使用寿命要求，从而节省电镀费用。
Cu-Cr-Zr合金结晶器铜管是今后的发展方向，目前，Cu-Cr-Zr合金结晶器在板坯连铸中已得到广泛使用。
3．铜管规格及冷却要求
由于铸机机型、铸坯材质以及设计制造单位不同，国内连铸机结晶器铜管尺寸差异很大。本标准考虑了国内情况及市场要求制定铜管的规格。
3.1 形状为弧形或直形，内腔为单锥、多锥或抛物线曲面；
3.2 弧形半径：R6m～R15m
3.3 内径：φ120mm～φ450mm
3.4 长度：700 mm～1100 mm
3.5 冷却水工作压力：0.50MPa～1.20 MPa
3.6 冷却水流速：8m/s～15m/s
4．镀层材料要求
目前，铜管镀层一般都采用镀Cr，镀Cr层硬度很高（>HV600），但厚度较薄（0.06～0.12mm）,使用中很快被磨损掉，镀Cr层耐磨性作用有限。
Ni、Ni-Fe、Co-Ni镀层硬度虽然都比Cr镀层低，但镀层厚度可增加，因此铜管的耐磨性和使用寿命得以提高。近年来，在板坯结晶器铜板上已得到广泛使用，但其在圆坯结晶器铜管中的应用尚有待于进一步开发、试验。本标准编写中将其列入，为今后铜管的设计、制造提供参考依据，具有前瞻性。
|
项目 |
镀层材料 |
|
Cr |
Ni |
Ni-Fe |
Ni-Co |
Co-Ni |
|
硬度HV |
≥600 |
≥140 |
≥250 |
≥280 |
≥220 |
|
热膨胀系数,×10-6/°C |
7 |
14～16.7 |
14 |
14 |
14 |
|
热导率,W/(m．K) |
60～66 |
76～84 |
63～88 |
75～84 |
80～84 |
5．对钢管表面质量
5.1 铜管表面不应有裂纹、起皮、气孔、疏松、压折、锈蚀、夹杂。
5.2 铜管外表面可允许有轻微的、局部的、且不超出允许偏差的划伤、斑点、凹坑、压痕等缺陷。
5.3 铜管内表面镀层,在距上端面50mm～300mm范围内不得有针孔存在,其余部位分散针孔直径不大于0.4 mm,深度小于镀层厚度,且每300 mm2ω面积,数量不得超过2个.
5.4 镀层应晶粒细致、色泽均匀，不应有麻点、裂纹、气泡、脱皮等缺陷。
6. 电导率要求(%IACS)
6.1 测量方法:采用体积测量法直接测量导电系数,退火态纯铜20°C的最大体积导电系数为58 mm/( Ω.mm mm)，测量值相对纯铜导电系数的百分比（% IACS）为该铜的电导率指标。
6.2 测量位置：应在距铜管两端不小于50 mm处检测两点；检测结果应符合表3的规定。
7. 水压试验
结晶器管铜管应进行水压渗漏试验,按批抽查.试验压力为工作压力的1.2～1.5倍,保持30min,不得渗漏.
8．检验项目
8.1 每支结晶器铜管常规检验项目；
a) 表面质量；
b) 尺寸、公差和粗糙度；
c) 铜管锥度；
d) 镀层厚度；
e) 铜管、镀层硬度；
f) 电导率。
8.2 每批结晶器铜管抽样检验项目:
a) 化学成分(氧、杂质含量除外)；
b) 常温力学性能；
c) 水压试验；
d) 无损检测：铜管与镀层的结合强度。
8.3 选择性检验项目由供方与需方商定:
a) 化学成分:氧、杂质含量；
b) 高温力学性能（200°C）：
c) 物理性能：除电导率外的其它项目；
d) 软化温度。
二．与国外同类产品性能比较
标准的主要技术参数参考了国家现行标准和德国KME公司、日本中越合金株式会社连铸结晶器铜管的技术参数和主要条款。该标准主要技术参数达到国际先进水平。
主要技术指标对比分析表
|
|
本标准 |
德国KME公司 |
日本中越合金株式会社 |
国内板坯结晶器标准 |
|
CuAg0.1 |
CuCrZr |
CuAg |
CuCrZr |
AgCuB-H |
CCM-A |
CuAg |
CuCrZr |
|
化学
成份（%） |
Ag0.06~0.12
Cu≥99．5
[O]≤0.05
杂质总和≤0.3 |
Cr0.4～1.2
Zr0.05～0.25
其余Cu
O]≤0.003
杂质总和≤0.5 |
Ag0.09
P0.006
Cu≥99．5
|
0.65Cr 0.1Zr
其余Cu
|
Ag0.07~0.12
其余Cu
|
Cr0.5～1.5
Zr0.08～0.30
Cu≥98.0
杂质总和≤0.5 |
Ag0.08~0.12
P0.004 |
Cr0.5～1.5
Zr0.08～0.28
其余Cu
[O]（ppm）≤20
杂质总和≤0.4 |
|
机械性能 |
Rm (N/mm2) |
≥250 |
≥400 |
≥280 |
≥415 |
≥245 |
≥395 |
≥250 |
≥345 |
|
Rp0.2(N/mm2) |
≥200 |
≥280 |
≥265 |
≥300 |
≥200 |
≥275 |
≥200 |
≥235 |
|
A（%） |
≥12 |
≥15 |
≥18 |
≥25 |
≥10 |
≥15 |
≥12 |
≥25 |
|
硬度(HB) |
≥85 |
≥110 |
≥90 |
≥125 |
≥110 |
≥110 |
≥85 |
≥100 |
|
物理性能 |
电导率(%IACS) |
≥95 |
≥80 |
≥95 |
≥83 |
≥98 |
≥80 |
≥95 |
≥80 |
|
热导率（20℃）(W/m·K) |
≥340 |
≥310 |
≥377 |
≥350 |
|
|
≥377 |
≥320 |
|
弹性模量(103N/mm2) |
≥ |
≥128 |
≥125 |
≥128 |
|
|
≥125 |
≥128 |
|
软化温度（℃） |
≥300 |
≥450 |
|
≥500 |
|
≥450 |
|
≥450 |
|