CN107716885B - 一种高强高导铜合金带材短流程生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强高导铜合金带材短流程生产方法,属于金属材料技术领域。针对传统的“半连续铸锭—热轧—铣面—冷轧—固溶—冷轧—时效”工艺生产高强高导铜合金带材需要大型热轧设备,且成材率低、能耗大、成本高等问题,本发明提出采用热冷组合铸型水平连铸制备铜合金板坯,然后进行冷轧—固溶—冷轧—时效,生产高强高导铜合金带材,可以省略坯料再加热和热轧、铣面处理,具有设备投资小、工艺流程短、成材率高、能耗小、生产成本低等优点。水平连铸板坯宽度200~800mm、厚度5~50mm,轧制道次变形量20~50%,轧制速度60~600m/min,加工后产品宽度为200~800mm,厚度为0.05~2mm。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域,涉及一种高强高导铜合金带材短流程生产方法。
背景技术
高强高导铜合金具有较高的强度和优良的导电、导热性能,是电子通讯、交通、航空、航天、新能源等高技术领域的关键结构功能材料,其带材产品在制造集成电路引线框架、精密电子元器件接插件等方面应用广泛,例如Cu-Ni-Si和Cu-Cr-Zr合金已成为各国竞相发展的新一代引线框架材料。
目前,以Cu-Ni-Si系、Cu-Cr-Zr系等为代表的高强高导铜合金带材基本采用传统“半连续铸锭—热轧—铣面—冷轧—固溶—冷轧—时效”工艺[见:汪明朴等,一种CuNiSiMg合金材料和其制备方法以及该合金材料制备带材的方法,中国发明专利,授权号ZL201210209072.8;朱永兵,郭福安,李华清,Cu-Cr-Zr系合金板材的改性制备方法,中国发明专利,申请号CN 200810235978.0]进行生产。该工艺存在的主要问题是:(1)生产过程中,需要将铸锭重新加热至较高温度(如Cu-Ni-Si系和Cu-Cr-Zr系合金需加热至900℃以上)进行热轧,需要大型加热和热轧设备,生产投资大、能耗大;(2)热轧后的带坯需要铣面,增加了工序,降低了成材率;(3)由于铸坯质量差,热轧、冷轧过程中易出现带材开裂、表面起皮、残余应力大、尺寸精度差、工艺控制难度大等问题,导致产品质量差、卷重小;(4)加工硬化速率大,冷轧道次变形量小,加工道次、中间退火和酸洗次数多,导致工艺流程长,环境负荷大。上述问题使得国内高强高导铜合金带材尚未实现大规模生产,大部分该类合金带材需依赖进口,严重制约了我国电子信息等高端技术产业的发展。因此,发展投资小、流程短、成材率高、生产成本低的高强高导铜合金带材生产新工艺,将有助于提升铜合金带材市场竞争力,解决我国在高质量铜合金关键材料方面长期受制于国外的不利局面,满足我国航空、航天、电子通讯以及国防军工等领域对大卷重、高精度、高性能铜合金带材的迫切需求。
采用水平连铸技术制备板坯,取代传统的“半连续铸锭—热轧”的制坯工艺,结合后续冷轧生产不同规格的带材,是高强高导铜合金带材短流程生产工艺发展的重要方向。但是传统水平连铸工艺制备的板坯存在表面橘皮、偏析瘤、裂纹等缺陷,板坯后续加工前须进行表面铣面,对成材率的影响较大;另一方面,板坯组织主要由发达的沿厚度方向柱状晶和大量脆性析出相(如Cu-Ni-Si合金中的Ni2Si、Cu-Cr-Zr合金中的Cu5Zr)组成,并且内部气孔、疏松、夹渣等缺陷较多,致密度较低,导致后续冷加工困难、成材率低和产品质量差。
本发明申请人等发明的热冷组合铸型水平连铸技术[见:谢建新等,一种白铜管材热冷组合铸型水平连铸工艺与设备,中国发明专利,授权号ZL201010501407.4]生产的合金管坯,其外表面光洁、致密度高,具有沿管坯长度方向强取向柱状晶组织,冷加工性能优良,无需铣面等处理可直接进行大变形量冷轧加工等优点。利用这些特点,发展板坯热冷组合铸型水平连铸技术,有可能生产出表面质量好、冷轧性能优良的铜合金板坯,直接用于冷轧,从而省略板坯再加热、热轧和铣面等工序,带来铜合金带材加工工艺的变革。
发明内容
本发明的目的是针对铜合金带材传统生产工艺投资大、流程长、成材率低、成本高等问题,采用热冷组合铸型水平连铸工艺生产大宽幅铜合金(如Cu-Ni-Si系、Cu-Cr-Zr系等)板坯,然后进行冷轧—固溶—冷轧—时效,实现大卷重、高精度、高性能铜合金带材短流程生产,解决传统铜合金带材生产工艺投资大、流程长、能耗大、成材率低、成本高等问题。
一种高强高导铜合金带材短流程生产方法,技术方案为:采用一种热冷组合铸型水平连铸技术,由于在板材固液界面前沿建立较高的沿连铸方向的温度梯度,可生产具有表面质量好、组织致密、沿长度方向取向柱状晶组织、析出相含量低、冷轧性能优良的铜合金板坯,在无需热轧和表面处理的条件下直接进行冷轧—固溶—冷轧—时效,生产高性能铜合金带材。具体步骤如下:
(1)采用热冷组合铸型水平连铸工艺生产宽度为200~800mm、厚度为5~50mm的铜合金板坯(如Cu-Ni-Si系、Cu-Cr-Zr系等)。熔体温度1200~1300℃,热型(铸型加热段)温度1100~1250℃,冷型(水冷结晶器)一次冷却水流量1000~6000L/h,喷水二次冷却水流量500~2000L/h,牵引速度50~200mm/min。
(2)对步骤(1)中厚度为5~50mm的板坯进行多道次连续冷轧,道次变形量为30~50%,轧制速度为60~300m/min,可生产出厚度为2~5mm的铜合金带材。根据需要可对带材进行固溶和淬火处理,以使析出相完全固溶进入基体和提升带材加工性能,固溶温度为900~1000℃,保温时间为0.5~4h,保护气体为70%H2+30%N2,淬火采用水淬方式,冷却水温度为20~50℃。
(3)将步骤(2)中制备的厚度2~5mm的带材进行冷轧,道次变形量为20~40%,轧制速度为100~600m/min,可生产出厚度0.05~2mm的铜合金带材。
(4)对步骤(3)中制备的厚度0.05~2mm的铜合金带材进行时效处理,使产品获得较好的力学性能和电导率匹配,以满足实际使用要求。时效温度为400~550℃,保温时间为2~6h,保护气体为70%H2+30%N2。
本发明的优点在于:
(1)与传统水平连铸工艺相比,本发明采用的热冷组合铸型水平连铸工艺可生产大宽幅、厚度薄的铜合金带坯,具有表面光洁、组织致密、析出相含量低、冷加工性能优良等特点,适合于直接进行大变形量冷轧加工。
(2)本发明所提供的生产方法与现有的“半连续铸锭—热轧—铣面—冷轧—固溶—冷轧—时效”工艺相比,生产工艺和设备简单,投资小。由于采用热冷组合铸型水平连铸工艺生产的铜合金板坯表面质量好,该板坯无需进行铣面,可直接进行后续冷轧加工,省去了坯料再加热和热轧、铣面等工序,简化了生产工艺,降低了能耗;另外,无需大型热轧设备,降低了设备投资。
(3)与“半连续铸锭—热轧—铣面—冷轧—固溶—冷轧—时效”工艺相比,本发明提供的方法工艺流程短、能耗低、成材率高、生产成本低。本发明所采用的连铸铜合金板坯具有高致密、沿长度方向取向柱状晶和低含量析出相组织,其冷加工成形性能大幅度优于普通铸造或热轧的板坯,可进行多道次大变形量的冷轧加工,有利于提高道次加工率,减少轧制道次,减少甚至省去中间退火、酸洗等环节,显著缩短了工艺流程,降低了环境负荷和生产成本,提高了成材率。传统工艺生产壁厚0.2mm的Cu-Ni-Si系和Cu-Cr-Zr系合金带材,成材率低于40%,而采用本发明工艺,成材率可提高到85%以上,工艺流程缩短一半以上。
具体实施方式:
实施例1:宽度500mm、厚度0.2mm的Cu-Ni-Si合金带材生产方法
(1)以Cu-Ni-Si合金中的C70250合金为例,采用热冷组合铸型水平连铸工艺制备宽度为505mm、厚度为15mm的C70250合金板坯,铜液熔化温度为1230℃,热型(铸型加热段)温度为1160℃,一次冷却水流量为5000L/h,喷水二次冷却水流量为1000L/h,牵引速度为100mm/min。
(2)将步骤(1)制备的板坯进行6道次冷轧,平均道次变形量为35%,轧制速度为100m/min,生产厚度2mm的C70250合金带材。对带坯进行固溶和淬火处理,固溶温度为900℃,保温时间为1h,保护气体为70%H2+30%N2,淬火采用水淬方式,冷却水温度为20~50℃。
(3)将步骤(2)制备的C70250合金带材进行7个道次冷轧,平均道次变形量为25%,轧制速度为200m/min,经过切边工序后得到宽度500mm、厚度0.2mm的C70250合金带材。
(4)将步骤(3)制备的C70250合金带材进行时效处理,时效温度为450℃,保温时间为4h,保护气体为70%H2+30%N2,目的是使合金中的析出相充分弥散析出,提升带材的强度和电导率,使产品性能达到使用要求。
实施例2:宽度400mm、厚度0.2mm的Cu-Ni-Si合金带材生产方法
(1)以Cu-Ni-Si合金中的C70350合金为例,采用热冷组合铸型水平连铸工艺制备宽度为405mm,厚度为10mm的C70350合金板坯,铜液熔化温度为1250℃,热型(铸型加热段)温度为1200℃,一次冷却水流量为3000L/h,喷水二次冷却水流量为800L/h,牵引速度为80mm/min。
(2)将步骤(1)制备的板坯进行6道次冷轧,平均道次变形量为30%,轧制速度为100m/min,生产厚度2mm的C70350合金带材。对带坯进行固溶和淬火处理,固溶温度为950℃,保温时间为1.5h,保护气体为70%H2+30%N2,淬火采用水淬方式,冷却水温度为20~50℃。
(3)将步骤(2)制备的C70350合金带材进行8个道次冷轧,平均道次变形量为20%,轧制速度为150m/min,经过切边工序后得到宽度400mm、厚度0.2mm的C70350合金带材。
(4)将步骤(3)制备的C70350合金带材进行时效处理,时效温度为480℃,保温时间为4h,保护气体为70%H2+30%N2,目的是使合金中的析出相充分弥散析出,提升带材的强度和电导率,使产品性能达到使用要求。
实施例3:宽度400mm、厚度0.2mm的Cu-Cr-Zr合金带材生产方法
(1)以Cu-Cr-Zr合金中的C18150合金为例,采用热冷组合铸型水平连铸工艺制备宽度为405mm、厚度为15mm的C18150合金板坯,铜液熔化温度为1250℃,热型(铸型加热段)温度为1180℃,一次冷却水流量为4000L/h,喷水二次冷却水流量为800L/h,牵引速度为100mm/min。
(2)将步骤(1)制备的板坯进行6道次冷轧,平均道次变形量为35%,轧制速度为100m/min,生产厚度2mm的C18150合金带材。对带坯进行固溶和淬火处理,固溶温度为960℃,保温时间为2h,保护气体为70%H2+30%N2,淬火采用水淬方式,冷却水温度为20~50℃。
(3)将步骤(2)制备的C18150合金带材进行7个道次冷轧,平均道次变形量为25%,轧制速度为200m/min,经过切边工序后得到宽度400mm、厚度0.2mm的C18150合金带材。
(4)将步骤(3)制备的C18150合金带材进行时效处理,时效温度为460℃,保温时间为4h,保护气体为70%H2+30%N2,目的是使合金中的析出相充分弥散析出,提升带材的强度和电导率,使产品性能达到使用要求。
Claims (3)
1.一种高强高导铜合金带材短流程生产方法,其特征在于采用热冷组合铸型水平连铸技术,生产具有表面质量好、组织致密、沿长度方向取向柱状晶组织、析出相含量低、冷轧性能优良的铜合金板坯,在无需热轧和表面处理的条件下直接进行冷轧—固溶—冷轧—时效,生产高性能铜合金带材;具体步骤如下:
(1)采用热冷组合铸型水平连铸工艺生产宽度为200~800mm、厚度为5~50mm的铜合金板坯;熔体温度1200~1300℃,热型温度1100~1250℃,冷型一次冷却水流量1000~6000L/h,喷水二次冷却水流量500~2000L/h,牵引速度50~200mm/min;
(2)对步骤(1)中厚度为5~50mm的铜合金板坯进行多道次连续冷轧,道次变形量为30~50%,轧制速度为60~300m/min,生产出厚度为2~5mm的铜合金带材;
(3)将步骤(2)中制备的厚度2~5mm的带材进行冷轧,道次变形量为20~40%,轧制速度为100~600m/min,生产出厚度0.05~2mm的铜合金带材;
(4)对步骤(3)中制备的厚度0.05~2mm的铜合金带材进行时效处理,使产品获得较好的力学性能和电导率匹配,以满足实际使用要求;
所述步骤(1)中的铜合金板坯为Cu-Ni-Si系或Cu-Cr-Zr系板坯,成材率大于85%;
Cu-Ni-Si系板坯包括C70250板坯和C70350板坯,Cu-Cr-Zr系板坯包括C18150。
2.根据权利要求1所述的一种高强高导铜合金带材短流程生产方法,其特征在于根据需要对步骤(2)所述厚度为2~5mm的铜合金带材进行固溶和淬火处理,以使析出相完全固溶进入基体和提升带材加工性能,固溶温度为900~1000℃,保温时间为0.5~4h,保护气体为70%H2+30%N2,淬火采用水淬方式,冷却水温度为20~50℃。
3.根据权利要求1所述的一种高强高导铜合金带材短流程生产方法,其特征在于步骤(4)所述时效温度为400~550℃,保温时间为2~6h,保护气体为70%H2+30%N2。
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