分享：高铍青铜铸锭均匀化热处理炉的精准控温验证

铍青铜带材的生产中铸锭首先要经过均匀化加热后热轧，高铍青铜铸锭的最佳加热温度为790℃左右。宁夏中色新材料有限公司的均匀化热处理炉设计控温精度为±5℃，对于实际控温精度需要生产实验验证。本文随机在现场选取铸锭，按实际生产的情况，从装炉开始到升温加热、保温直至完成均匀化后出炉热轧，利用预先安装在铸锭内部的热电偶，测量铸锭不同部位的温度并加以分析。实验结果表明，整根铸锭的温差在5℃范围以内，炉温可以精准控制在785~795℃，满足均热炉温控精度要求。

铍青铜是以铍为基本合金元素的铜基合金材料，具有较高的强度、硬度和弹性极限，弹性滞后小、弹性稳定性好，并且具有耐疲劳、耐腐蚀、无磁性、高导热导电性，受冲击时不产生火花，承受冷热压力加工的能力很强，具有良好的综合性能。因此在电子通讯、航空航天、石油化工、冶金矿山、精密仪器和仪表的制造等多领域具有广阔的应用前景，已经成为国民经济建设中不可缺少的重要功能材料[1-4]。虽然铍青铜的优良性能和特定的用途推动着铍铜工业的发展，但铍的毒性和高昂的价格也在一定程度上制约着铍青铜的研究、生产和应用[5]。在我国，铍铜材的消费仍然仅限于军工及科研，还不具备普遍应用的条件，在一定程度上制约着科研和生产的发展[6]。对于铍青铜带材的生产，铸锭首先要经过均匀化加热后热轧，破碎铸态组织后，为后续生产打下基础[7]。从理论上讲，铍青铜铸锭加热温度为780~800℃[8]，如果加热温度低于780℃，则会导致终轧温度也相对偏低，热轧后开裂的概率大大增加；如果开轧温度高于800℃，在此极限高温条件下加热，则会有铸锭过热和过烧现象。因此，高铍青铜铸锭的最佳加热温度为790℃左右，按照设备设计的温控精度，目前宁夏中色新材料有限公司的均匀化热处理炉设计控温精度为±5℃，完全能够满足生产要求。但对于均匀化热处理炉的实际控温精度，还需要进一步验证。

均匀化热处理炉结构

步进式加热炉的整个炉体分预热段、加热段、均热段和补热段四部分。加热段又分为加热段一区和加热段二区；均热段分8个区供热，如图1所示。加热炉采用顶部平火焰烧嘴供热，达到对炉温的自动调节和控制。炉尾设余热回收段。考虑到铍青铜合金坯料加热温度的均匀性和对加热温度的精准控制的需求，在出炉时设置补热段，确保铍青铜铸锭在出炉前的铸锭温度在(790±5)℃范围内。

炉子是由炉顶钢结构、端侧墙钢结构和炉底钢结构组成的一个箱形框架结构，由普碳钢板和型钢焊接而成，用以保护炉衬、安装各种烧嘴、固定炉底纵向梁及各种炉子附件，共分为四个主要部分。加热炉设置5根固定梁和4根步进梁，采用单排布料方式。生产铍青铜铸锭时，根据加热工艺，每17 min步进梁走1步，其中16 min静止1 min步进运动。从装炉到出炉共计10 h。到保温时间后，出炉热轧。

实验过程

为验证目前的均匀化热处理炉是否能够满足工艺要求，随机在现场选取三根铸锭，按实际生产的情况，装炉、加热、步进直至出炉，通过测量铸锭不同部位的温度并加以分析，完成对均匀化热处理炉控温精度的验证。

实验用料

实验用料为宁夏中色新材料有限公司熔铸车间生产的铍青铜铸锭，相关参数见表1所示。

实验所选的铍青铜铸锭，第一个牌号为C17200为美国牌号，剩下两个是国内牌号。这两个牌号的铍青铜铸锭化学成分基本上一致，对于热轧前的加热温度的要求也完全一致。其铍含量和其他元素(包括杂质元素)含量完全符合相关标准的要求。

实验设计

在铸锭上均匀地画三条线，再加上两个端面，分别标记为A、B、C、D、E，如图2所示。采用相应的技术手段测量出炉时每个端面上的温度，并记录。

实验过程中，按照铍青铜铸锭加热要求，加热段一区和加热段二区温度均设定为795℃，保温段炉顶温度设定为790℃，加热、保温10 h。在此过程中，动梁通过事先设计好的速度，每17 min向前步进一步。保温到工艺要求的时间后出炉，观察表面并记录各测温面的温度。

表面质量

出炉后肉眼观察铸锭表面通红，发红的颜色正常，无过烧时发白的现象存在[9]；另外，铸锭表面光洁，无“流汁”等过烧现象的存在，如图3所示。铜锭表面氧化较轻，无氧化皮脱落现象。初步判断，该加热工艺未超过工艺要求的上限温度。待冷却后，在铸锭上取一块约50 mm×50 mm的试样，然后抛光，利用质量分数为16%的硝酸进行腐蚀后，观察试样的表面，如图4所示。图中可以看出，试样表面除残留的酸迹有不同程度的氧化外，表面无细小的裂纹，也没有晶间腐蚀的迹象[10]。由此说明，在上述加热工艺下，铸锭受热基本正常，没有过烧或过热现象。对均匀化后的铸锭表面进行微观分析，如图5所示。图中可以看出，试样表面均光滑，没有出现过热组织、晶粒粗大等缺陷，也没有发生晶界氧化并在晶界上出现网状分布的氧化物，使晶间结合力大为降低或完全消失[11]。综上所述，无论是宏观的切片检验，还是微观形貌分析，均未发现有过热或过烧组织[12]，说明铸锭没有发生过热或过烧现象。

铸锭温度分析

对实验用铸锭各个测试面上采集到的数据进行整理，见表2。

由表2可知：(1)编号为B3-0016的铸锭，最高温度为测温面C，793.1℃，最低温度为测温面A，789.2℃，两者相差3.9℃，在要求的±5℃的范围之内。(2)编号为B1-0016的铸锭，最高温度为测温面C，793.5℃；最低温度为测温面E，788.7℃，两者相差4.8℃，在要求的±5℃的范围之内。(3)编号为B1-0008的铸锭，最高温度为测温面C，793.7℃；最低温度为测温面A，789.5℃，两者相差4.2℃，在要求的±5℃的范围之内。(4)不同铸锭之间，平均温度最高的为B1- 0008，其平均温度为791.34℃，平均温度最低的为B1-0016，其平均温度为791.12℃，两者相差0.22℃，也未超过±5℃的范围。(5)各测温面所测得的温度均在(790±5)℃之间，在要求范围以内。各铸锭不同截面上的温度差，最大的为B1-0016，为4.8℃，但也未超出5℃的精度范围。相同测温面、不同批号之间的温差，也均控制在5℃的范围内。

结束语

(1)理论设定温度与铸锭的真实温度之间的差值在5℃以内，在工艺要求的波动范围之内，控温准确。(2)采用此工艺加热后的铍青铜铸锭，出炉后无过热或者过烧现象；通过取样腐蚀后观察，组织一切正常，符合热轧的要求。

(3)通过实验验证，进一步确定了铸锭加热时步进炉能够达到的温控精度，能够准确地将铸锭的加热温度控制在785~795℃之间，满足生产需求。

文章来源——金属世界