黄铜合金管材具有较高的强度、优良的导热性能和耐腐蚀性能,在石油化工、海洋工程、建筑装饰等领域应用广泛。目前,工业上主要采用传统的“半连铸实心铸锭→热挤压管材→冷轧→中间退火→拉拔”工艺主产黄铜管材,存在流程长、能耗大、成材率低、生产成本高等问题。本课题组前期开发了一种基于热冷组合铸型(Heating-Cooling Combined Mold,HCCM)水平连铸技术的铜合金管材短流程生产新工艺,并成功应用于BFe10-1-1白铜管材的工业生产,显著缩短了白铜管材生产工艺流程,提高了成材率,降低了生产成本。该新工艺也为解决黄铜管材传统生产工艺存在的问题提供了可行的技术途径。本文在课题组前期研究工作的基础上,重点开展了以下研究工作：针对黄铜管材水平连铸过程中表面点状缺陷和裂纹严重的问题,研究了缺陷的形成机理,提出消除缺陷的措施；研究了HCCM水平连铸HA177-2铝黄铜管材凝固组织的形成规律,确定了合理的连铸制备参数；探明了晶粒尺寸和取向对合金力学性能的影响规律及作用机制,提出通过控制柱状晶晶粒尺寸和取向,提高合金的塑性变形能力的方案,为连铸管材凝固组织工艺控制提供了理论依据。在此基础上,采用HCCM水平连铸工艺制备了具有高表面质量和优异冷加工成形性能的HA177-2铝黄铜管坯,并在不需进行表面处理和中间退火的条件下,实现了累积变形量达95%以上的大变形冷轧加工。本文的主要创新性成果如下：以高锌含量的H62黄铜为典型合金,研究发现,HCCM水平连铸管材外表面出现的点状缺陷主要为富锌低熔点物质,锌含量达80 wt%。连铸过程中,凝固界面附近挥发的锌在铸型内表面形成的锌液滴与高温管材外表面接触后发生熔蚀作用,导致管材表面形成点状缺陷。通过快速降低冷型段内管材温度以减少管材锌元素挥发,可消除点状缺陷。连铸H62黄铜管材上部周期性裂纹是由于凝固时下部早于上部凝固,导致上部受到附加轴向拉伸应力而形成的,提高合金熔体温度、热型加热温度或连铸速度,提高了凝固界面附近的温度梯度,减小了处于凝固两相区的凝固区宽度,可有效消除裂纹。采用连铸实验和凝固组织模拟相结合的方法探明了HCCM水平连铸HA177-2铝黄铜管材凝固组织的形成规律。保持其他参数不变,提高热型加热温度(1040℃→1080℃)使管材下部激冷形核数量减少,同时使凝固前沿温度梯度与凝固速率之间的比值增大,有利于促进柱状晶组织生长,获得沿周向较为均匀的轴向梓状晶组织管材。确定J’合金管材连铸制备参数：熔体温度1100℃,热型加热温度1080-1100℃,连铸速度90-100 mm/min,冷型段冷却水流量500-600 L/h,二次冷却水流量400 L/h。所制备的管材各部位轴向拉伸试样的断后伸长率均超过80.0%,具有优异的塑性变形能力。与小晶粒柱状晶试样相比,大晶粒柱状晶HA177-2铝黄铜具有更优的塑性变形能力,断后伸长率由晶粒直径2.0 mm时的70.4%增大到晶粒直径6.0mm时的84.4%；较好的晶内变形均匀性足大晶粒柱状晶试样具有较优塑性变形能力的主要原因。加载方向与柱状晶生长方向之间夹角为0-300的合金试样,室温拉伸过程中以位错平面滑移为主要变形机制,具有较高的塑性变形能力,断后伸长率大于80.0%；而45-90°试样晶内变形集中程度高,断后伸长率为62.9-65.2%。为获得冷加工成形性能优良的HA177-2合金,应控制定向凝固时柱状晶生长方向与主延伸变形方向之间的夹角在0-30°范围内。与等轴晶组织HA177-2铝黄铜管材由于晶粒随机取向,在冷轧过程中易形成相互交叉的平面位错、形变孪晶和切变带的特点相比,柱状晶管材晶粒取向度高且具有平直的小角度晶界,主要形成平行分布的变形组织,具有较低的残余应力。70%变形量时,柱状晶管材的周向和轴向残余应力分别为201MPa和175 MPa,低于等轴晶管材的281 MPa和238 MPa。等轴晶组织管材累积冷轧变形量达到75%时,表面出现可肉眼观察的宏观裂纹,而柱状晶组织管材累积冷轧变形量可达95%以上。柱状晶管材晶粒取向度高且具有平直的小角度晶界,使其冷轧变形组织较均匀,残余应力较低,因而具有优异冷加工成形性能。在上述结果的基础上,采用HCCM水平连铸工艺制备了高表面质量和优异冷加工性能的柱状晶组织HA177-2铝黄铜管材,将管材直接进行冷轧加工,获得了累积冷加工大于95%的大变形量,从而可省略传统生产工艺中的热挤压、表面处理、中间退火和酸洗等工序,实现HA177-2铝黄铜管材高效短流程制备。