供稿|吳文博，李海龍，鄭學(xué)清

作者單位：寧夏中色新材料有限公司，寧夏 石嘴山 753000

內(nèi)容導(dǎo)讀

鈹青銅帶材的生產(chǎn)中鑄錠首先要經(jīng)過均勻化加熱后熱軋，高鈹青銅鑄錠的最佳加熱溫度為790 ℃左右。寧夏中色新材料有限公司的均勻化熱處理爐設(shè)計控溫精度為±5 ℃，對于實際控溫精度需要生產(chǎn)實驗驗證。本文隨機在現(xiàn)場選取鑄錠，按實際生產(chǎn)的情況，從裝爐開始到升溫加熱、保溫直至完成均勻化后出爐熱軋，利用預(yù)先安裝在鑄錠內(nèi)部的熱電偶，測量鑄錠不同部位的溫度并加以分析。實驗結(jié)果表明，整根鑄錠的溫差在5 ℃范圍以內(nèi)，爐溫可以精準(zhǔn)控制在785～795 ℃，滿足均熱爐溫控精度要求。

鈹青銅是以鈹為基本合金元素的銅基合金材料，具有較高的強度、硬度和彈性極限，彈性滯后小、彈性穩(wěn)定性好，并且具有耐疲勞、耐腐蝕、無磁性、高導(dǎo)熱導(dǎo)電性，受沖擊時不產(chǎn)生火花，承受冷熱壓力加工的能力很強，具有良好的綜合性能。因此在電子通訊、航空航天、石油化工、冶金礦山、精密儀器和儀表的制造等多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為國民經(jīng)濟建設(shè)中不可缺少的重要功能材料[1-4]。

雖然鈹青銅的優(yōu)良性能和特定的用途推動著鈹銅工業(yè)的發(fā)展，但鈹?shù)亩拘院透甙旱膬r格也在一定程度上制約著鈹青銅的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用[5]。在我國，鈹銅材的消費仍然僅限于軍工及科研，還不具備普遍應(yīng)用的條件，在一定程度上制約著科研和生產(chǎn)的發(fā)展[6]。

對于鈹青銅帶材的生產(chǎn)，鑄錠首先要經(jīng)過均勻化加熱后熱軋，破碎鑄態(tài)組織后，為后續(xù)生產(chǎn)打下基礎(chǔ)[7]。從理論上講，鈹青銅鑄錠加熱溫度為780～800 ℃[8]，如果加熱溫度低于780 ℃，則會導(dǎo)致終軋溫度也相對偏低，熱軋后開裂的概率大大增加；如果開軋溫度高于800 ℃，在此極限高溫條件下加熱，則會有鑄錠過熱和過燒現(xiàn)象。因此，高鈹青銅鑄錠的最佳加熱溫度為790 ℃左右，按照設(shè)備設(shè)計的溫控精度，目前寧夏中色新材料有限公司的均勻化熱處理爐設(shè)計控溫精度為±5 ℃，完全能夠滿足生產(chǎn)要求。但對于均勻化熱處理爐的實際控溫精度，還需要進一步驗證。

均勻化熱處理爐結(jié)構(gòu)

步進式加熱爐的整個爐體分預(yù)熱段、加熱段、均熱段和補熱段四部分。加熱段又分為加熱段一區(qū)和加熱段二區(qū)；均熱段分8個區(qū)供熱，如圖1所示。加熱爐采用頂部平火焰燒嘴供熱，達到對爐溫的自動調(diào)節(jié)和控制。爐尾設(shè)余熱回收段?？紤]到鈹青銅合金坯料加熱溫度的均勻性和對加熱溫度的精準(zhǔn)控制的需求，在出爐時設(shè)置補熱段，確保鈹青銅鑄錠在出爐前的鑄錠溫度在(790±5) ℃范圍內(nèi)。

圖1 步進式加熱爐爐體示意圖

爐子是由爐頂鋼結(jié)構(gòu)、端側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)和爐底鋼結(jié)構(gòu)組成的一個箱形框架結(jié)構(gòu)，由普碳鋼板和型鋼焊接而成，用以保護爐襯、安裝各種燒嘴、固定爐底縱向梁及各種爐子附件，共分為四個主要部分。加熱爐設(shè)置5根固定梁和4根步進梁，采用單排布料方式。生產(chǎn)鈹青銅鑄錠時，根據(jù)加熱工藝，每17 min步進梁走1步，其中16 min靜止1 min步進運動。從裝爐到出爐共計10 h。到保溫時間后，出爐熱軋。

實驗過程

為驗證目前的均勻化熱處理爐是否能夠滿足工藝要求，隨機在現(xiàn)場選取三根鑄錠，按實際生產(chǎn)的情況，裝爐、加熱、步進直至出爐，通過測量鑄錠不同部位的溫度并加以分析，完成對均勻化熱處理爐控溫精度的驗證。

實驗用料

實驗用料為寧夏中色新材料有限公司熔鑄車間生產(chǎn)的鈹青銅鑄錠，相關(guān)參數(shù)見表1所示。

表1 均勻化熱處理爐控溫精度實驗用料

實驗所選的鈹青銅鑄錠，第一個牌號為C17200為美國牌號，剩下兩個是國內(nèi)牌號。這兩個牌號的鈹青銅鑄錠化學(xué)成分基本上一致，對于熱軋前的加熱溫度的要求也完全一致。其鈹含量和其他元素(包括雜質(zhì)元素)含量完全符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

實驗設(shè)計

在鑄錠上均勻地畫三條線，再加上兩個端面，分別標(biāo)記為A、B、C、D、E，如圖2所示。采用相應(yīng)的技術(shù)手段測量出爐時每個端面上的溫度，并記錄。

圖2 鈹青銅鑄錠測溫面示意圖

實驗過程中，按照鈹青銅鑄錠加熱要求，加熱段一區(qū)和加熱段二區(qū)溫度均設(shè)定為795 ℃，保溫段爐頂溫度設(shè)定為790 ℃，加熱、保溫10 h。在此過程中，動梁通過事先設(shè)計好的速度，每17 min向前步進一步。保溫到工藝要求的時間后出爐，觀察表面并記錄各測溫面的溫度。

表面質(zhì)量

出爐后肉眼觀察鑄錠表面通紅，發(fā)紅的顏色正常，無過燒時發(fā)白的現(xiàn)象存在[9]；另外，鑄錠表面光潔，無“流汁”等過燒現(xiàn)象的存在，如圖3所示。銅錠表面氧化較輕，無氧化皮脫落現(xiàn)象。初步判斷，該加熱工藝未超過工藝要求的上限溫度。

圖3 出爐時的鑄錠表面

圖4 試樣腐蝕表面

待冷卻后，在鑄錠上取一塊約50 mm×50 mm的試樣，然后拋光，利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%的硝酸進行腐蝕后，觀察試樣的表面，如圖4所示。圖中可以看出，試樣表面除殘留的酸跡有不同程度的氧化外，表面無細小的裂紋，也沒有晶間腐蝕的跡象[10]。由此說明，在上述加熱工藝下，鑄錠受熱基本正常，沒有過燒或過熱現(xiàn)象。

對均勻化后的鑄錠表面進行微觀分析，如圖5所示。圖中可以看出，試樣表面均光滑，沒有出現(xiàn)過熱組織、晶粒粗大等缺陷，也沒有發(fā)生晶界氧化并在晶界上出現(xiàn)網(wǎng)狀分布的氧化物，使晶間結(jié)合力大為降低或完全消失[11]。綜上所述，無論是宏觀的切片檢驗，還是微觀形貌分析，均未發(fā)現(xiàn)有過熱或過燒組織[12]，說明鑄錠沒有發(fā)生過熱或過燒現(xiàn)象。

鑄錠溫度分析

對實驗用鑄錠各個測試面上采集到的數(shù)據(jù)進行整理，見表2。

圖5 均勻化后鑄錠表面

表2 各測試面溫度(單位：℃)

由表2可知：

(1) 編號為B3-0016的鑄錠，最高溫度為測溫面C，793.1 ℃，最低溫度為測溫面A，789.2 ℃，兩者相差3.9 ℃，在要求的±5℃的范圍之內(nèi)。

(2) 編號為B1-0016的鑄錠，最高溫度為測溫面C，793.5 ℃；最低溫度為測溫面E，788.7 ℃，兩者相差4.8 ℃，在要求的±5 ℃的范圍之內(nèi)。

(3) 編號為B1-0008的鑄錠，最高溫度為測溫面C，793.7 ℃；最低溫度為測溫面A，789.5 ℃，兩者相差4.2 ℃，在要求的±5 ℃的范圍之內(nèi)。

(4) 不同鑄錠之間，平均溫度最高的為B1-0008，其平均溫度為791.34 ℃，平均溫度最低的為B1-0016，其平均溫度為791.12 ℃，兩者相差0.22 ℃，也未超過±5 ℃的范圍。

(5) 各測溫面所測得的溫度均在(790±5) ℃之間，在要求范圍以內(nèi)。各鑄錠不同截面上的溫度差，最大的為B1-0016，為4.8 ℃，但也未超出5 ℃的精度范圍。相同測溫面、不同批號之間的溫差，也均控制在5 ℃的范圍內(nèi)。

結(jié)束語

(1) 理論設(shè)定溫度與鑄錠的真實溫度之間的差值在5 ℃以內(nèi)，在工藝要求的波動范圍之內(nèi)，控溫準(zhǔn)確。

(2) 采用此工藝加熱后的鈹青銅鑄錠，出爐后無過熱或者過燒現(xiàn)象；通過取樣腐蝕后觀察，組織一切正常，符合熱軋的要求。

(3) 通過實驗驗證，進一步確定了鑄錠加熱時步進爐能夠達到的溫控精度，能夠準(zhǔn)確地將鑄錠的加熱溫度控制在785～795 ℃之間，滿足生產(chǎn)需求。

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