CN113351675A - 一种异型铜带生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异型铜带的生产方法，其具体的生产方法如下：采用连铸+热连轧的工艺制作异型带坯，再将带坯经冷连轧+在线退火+精轧的方式连续且一次性制成异型铜带成品。上述工艺简单、生产效率高、成品质量好、节能且低碳排放，制造成本低。而且由于生产过程中均采用连轧手段，故缩短了工艺流程，且自动化程度高，便于实现智能制造。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属加工技术领域，具体涉及一种异型铜带生产方法。
背景技术
异型铜带主要用于塑封半导体元件的引线框架以及新能源汽车软连接导体。根据其使用特性，主要要求如下：具有高的导电和导热性能，同时应具有良好的强度、硬度、抗软化性、电镀性能、钎焊和塑封性能。目前，国内外生产异型铜带的方法主要包括以下几种：
(1)铣削+轧制法：该方法以同材质的高精度平带为母材，用机械铣削的方法去除多余部分，再经轧制形成最终的产品。该方法制备得到的异型铜带尺寸精度高，异型铜带的形状优良，残余应力小，且工艺流程短。但是，该方法的成材率低，生产效率低，且平带制作设备投入大，生产成本高。
(2)轧制法：该方法以同材质的高精度平带为母材，用多道次冷轧和中间退火的方式制备得到最终的产品。该方法的呈成材率较高，且产品质量的一致性较好。但该方法的工艺路线较长，平带制作设备投入大，生产成本高。
(3)锻压+轧制法：该方法以同材质的高精度的平带为母材，经过快速连续锻压形成异型带坯，再经过在线退火、精轧形成最终产品。该方法的成材率较高，工艺流程相对较短，且产品质量相对较高。但该方法的制造成本较高，产品的表面质量较差，产品应力大，而且生产过程中噪音大，不利于生产人员的健康。
(4)上引带坯+轧制法：该方法采用上引法先制成异型带坯，再经过多道次轧制和中间退火的方式形成最终的产品。该方法从熔炼到成品的工艺流程较短，设备投入少，制作成本低。但该方法所得产品的内部缺陷多，表面质量差，只适合低端要求的市场。
(5)连续挤压+轧制法：该方法以上引法连铸形成圆杆，然后将圆杆进行连续挤压形成异型带坯，再经多道次轧制和中间退火的方式形成最终的产品。该方法成本低，但产品质量还是无法满足市场需求，这是因为用连续挤压制备得到的异型带坯不能完全避免带坯内部会存在气泡的现象，因此异型铜带成品存在分层、断裂和起皮的风险。
因此，本领域急需一种成本低、质量优良的异型铜带生产方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种成本低、质量优良的异型铜带生产方法。
为了实现本发明之目的，本申请提供以下技术方案。
在第一方面中，本申请提供一种异型铜带生产方法，所述方法包括如下步骤：
(1)铸造：通过轮带式连铸设备将熔融铜水铸造形成连铸坯；
(2)热连轧：将所述连铸坯经多道次连续热轧形成热轧异型带坯；
(3)表面还原和固溶处理：利用含乙醇的水溶液对所述热轧异型带坯进行冷却，实现所述热轧异型带坯的表面还原和固溶处理，得到固溶体异型带坯；
(4)冷连轧：通过冷连轧机对所述固溶体异型带坯进行冷连轧，形成冷轧异型带坯；
(5)退火：在连续退火炉中，将所述冷轧异型带坯进行再结晶退火，形成退火状态的异型带坯；
(6)精轧：将所述退火状态的异型带坯表面进行清刷后，进入精轧机进行精轧，得到精轧异型带；
(7)切边及表面研磨：对所述精轧异型带进行定位切边，然后对其进行表面研磨、冷却，即得所述异型铜带。
本发明采用连铸+热连轧的工艺制作异型带坯，再将带坯经冷连轧+在线退火+精轧的方式连续且一次性制成异型铜带成品。上述工艺简单、生产效率高、成品质量好、能耗及料耗小，节能且低碳排放，制造成本低。而且由于生产过程中均采用连轧手段，故缩短了工艺流程，且自动化程度高，便于实现智能制造。
在第一方面的一种实施方式中，在步骤(1)中，所述铜水由燃气反射炉或电炉制备得到；一般来说，制备异型铜带的原料为铜合金，其成分包括0.05～0.15(wt)％的Fe、0.02～0.04(wt)％的P，剩余的为Cu。
所述轮带式连铸设备中设有结晶轮，所述结晶轮的断面形状及尺寸与所述异型铜带相匹配；所述轮带式连铸设备的铸造速度为6～12m/min。
在第一方面的一种实施方式中，在步骤(2)中，连续热轧的道次为3～6次，且连续热轧的初始温度为800～850℃，连续热轧的终止温度为700～750℃。铸坯经热连轧后能显著改善合金的加工工艺性能，即将铸造状态的粗大晶粒破碎、显著裂纹愈合，从而减少或消除铸造缺陷。将铸态阻止转变为变形加工组织，提高了合金的后续加工和使用性能。一般来说，铸坯从液态转变为固态后就可以开始热轧，开轧温度越高，材料的变形抗力越小，能耗越小，但要保证铸坯芯部要完全凝固，所以800～850℃的初始温度是合适的，终轧温度700～750℃是要满足材料接下来进行固溶处理的工艺要求。
在第一方面的一种实施方式中，在步骤(3)中，所述含乙醇的水溶液为质量百分比为5％～10％的乙醇水溶液，且其温度为≤35℃。热轧异型带坯在700～750℃温度时经乙醇水溶液急冷(即水淬)至室温，即完成了材料的固溶强化处理。固溶强化的机理如下：当溶质原子(Fe、P)溶解在溶剂(Cu)晶体中时，溶剂的晶格将发生畸变，晶格常数发生变化，结果合金的强度和硬度得到了提高。经过固溶处理的合金更有利于后续的加工。本申请采用5％～10％的乙醇水溶液作为固溶的冷却液，主要有两个作用：(1)该溶液能使带坯表面的氧化铜与乙醇发生还原反应，从而使得氧化铜还原成铜；(2)急冷效果好，能使得带坯达到固溶处理效果。
在第一方面的一种实施方式中，在步骤(3)中，所述固溶处理结束后，将所述固溶异型带坯进行收卷存放。
在第一方面的一种实施方式中，在步骤(4)中，所述冷连轧机中配置4～6个机架，结构为二辊式，辊的直径为220～300mm，冷连轧机的开轧速度为5～10m/min，终轧速度为15～30m/min。冷连轧的目的是使轧件的截面尺寸更加接近与成品尺寸，表面粗糙度也接近于成品要求，同时，经反复冷轧硬化后，材料的机械强度也不断得以提高。
在第一方面的一种实施方式中，在步骤(5)中，所述连续退火炉内设有感应电加热炉和电阻加热单元两部分，且所述连续退火炉内的温度小于850℃，连续退火炉内用氮气保护，所述连续退火炉内退火状态的异型带坯的前进速度与所述终轧速度相同。本申请所指的退火属于工艺中的中间退火，其目的是将已加工硬化的铜带进行再结晶退火，以满足后续精轧的工艺要求和成品的机械性能要求。退火的结果取决于温度和铜带受热时间这两个因素，受热时间受制于该工况的冷连轧速度和炉膛长度，因此本申请优选的退火温度为700～850℃。
在第一方面的一种实施方式中，在步骤(6)中，所述精轧机为二辊式，辊的直径为170～200mm，辊的表面材质为硬质合金。精轧是该工艺链中最后一道轧制，轧制后的铜带截面尺寸、带型和机械性能都达到了成品的技术要求。
在第一方面的一种实施方式中，在步骤(7)中，所述定位切边在二辊切边机内完成，且切下的废边由收卷机卷取。
在第一方面的一种实施方式中，在步骤(7)中，所述研磨采用3M材质的研磨轮完成，且在研磨过程中，通过轧制油进行冷却。该步骤的目的是为了保证产品的表面质量，使其粗糙度一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)工艺简单、生产效率高。
(2)成品质量好、能耗及料耗小，制造成本低。
(3)由于生产过程中均采用连轧手段，故缩短了工艺流程，且自动化程度高，便于实现智能制造。
具体实施方式
除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。
以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明的实施方式进行修改和替换，所得实施方式也在本发明的保护范围之内。
生产异型铜带的全过程(即从原材料到异型铜带成品，所谓的原料是指铜及其合金)，主要包括两个过程：(1)从原材料到异型带坯的过程，(2)从异型带坯到异型铜带成品的过程。传统的生产方法包括以下五种：(1)铣削+轧制法；(2)轧制法；(3)锻压+轧制法；(4)上引带坯+轧制法；(5)连续挤压+轧制法。综合考虑上述5种生产方法，其存在的问题如下：序号(1)～(3)的生产工艺中，异型带坯的生产制作存在设备投入大、制作工序多(普遍工序在20道次以上)、制造周期长、成本高的问题，如果生产异型铜带的厂家直接向生产高精度平带的厂家购买平带，虽可以减少异型带坯生产所需的设备投入，但购买高精度的平带所需的成本也大大增加了异型铜带的生产成本。序号(4)、(5)的生产工艺中，虽然对带坯的要求不高，生产所需的成本也较低，但由于生产工艺技术的限制，无法生产高质量且性能稳定的带坯，故影响了该工艺生产的产品的市场应用范围，这是因为材料内部存在分层、开裂等缺陷，产品无法应用在安全可靠性要求较高的领域，如汽车电子领域等。另外，这两个工艺从异型带坯带异型铜带成品的生产过程中存在反复轧制+反复退火的工艺，增加了制作周期，也增加了成本以及劳动强度。
实施例
下面将对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种异型铜带的生产方法，包括如下步骤：
带坯阶段：熔炼→连续铸造→热连轧→固溶及表面还原处理→异型带坯→收卷。
成品阶段：异型带坯→冷连轧→在线连续退火→精轧→切边→表面研磨→成品卷取及包装。
每个阶段的具体工艺如下：
熔炼：采用30吨～150吨燃气反射炉或电炉对原材料进行熔化、调配合金、精炼，每次可为后续的连续铸造提供不少于30吨的铜水。
连续铸造：采用轮带式连铸设备，该设备为本领域常用设备，不同点在于其内部使用的结晶轮的轮槽形状与尺寸需与异型铜带的形状、尺寸相匹配，即相当于带坯的成型模具，连续铸造的速度为6～12m/min。
热连轧：该设备与轮带式连铸设备相连，工作时将来自于轮带式连铸设备的、温度约为800～850℃的连铸异型带坯经3～6道次的连续轧制，制成所需的异型带坯。
固溶和表面还原处理：来自于热连轧最后一道的异型带坯的表面温度为700～750℃，经由含量为5％(wt)～10％(wt)的乙醇水溶液快速冷却后，异型带坯的材质实现了固溶处理，且带坯表面的轻微氧化得到了还原。
收卷：经固溶和表面还原处理的带坯，可收卷于绕线架上，一个绕线架的容量可满足一炉铜水生产的带坯。收卷后的异型带坯可用于后续的成品阶段生产。
冷连轧：收卷在绕线架上的异型带坯经放卷后进入冷轧机，冷轧机机组数根据异型铜带成品的不同规格配置4～6个机架，轧机为二辊式，辊径为220～300mm，连轧的开轧速度为4～8m/min，终轧速度为15～25m/min。
连续退火：经冷连轧的带坯进图连续退火炉进行再结晶退火，连续退火炉有感应电加热炉和电阻加热两部分组成，为现有技术，在本实施例中其最高炉温为850℃，连续退火炉内用氮气保护，避免铜表面氧化。退火线速与冷连轧线速相同。
精轧：出自连续退火炉的带坯经表面清刷后进入精轧机进行最后一道次的成品轧制，精轧机为二辊式，辊径为180mm，辊材质为硬质合金。
切边：经二辊切边机定位切边，已达到产品总宽符合要求且异型铜带左右对称，切下的废边由收卷机自动卷取。
研磨：研磨的目的是为了使产品的表面质量得到保证，即粗糙度一致，研磨采用3M材质的研磨轮，并采用轧制油进行冷却。
成品卷取和包装：采用定径自动卷取、不停机卸卷、自动包装，该设备亦为现有技术。
将本实施例制备得到的异型铜带与背景技术中工艺(1)～(5)所制备的异型铜带进行性能测试，其结果如表1所示，比较本申请工艺与背景技术中工艺(1)～(5)的综合指标，结果如表2所示：
表1各工艺成品性能比较
表2各工艺综合指标比较
注1：表2中制造成本不包括原材料成本；
注2：表2中的成品率是从原材料到成品全工序计算。
从表1、表2中我们可以看出，本申请制备得到的成品在内部缺陷、导电率、表面粗糙度、残余应力等方面与工艺(1)～(3)基本相同，在厚度尺寸公差、侧弯等方面还取得优势，能满足各类市场需求，相比于工艺(4)、(5)，本申请制备的成品的性能均有较大的领先。
同时，从工艺的综合指标来看，本申请的工艺在设备投入、生产周期、制造成本、人均产能、成品率、碳排等方面均领先于现有的工艺(1)～(5)。
由此可见，本申请的生产方法，具有工艺简单、生产效率高的优点，且制备得到的异型铜带成品质量好、节能且实现低碳排放，制造成本低。
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。
Claims (10)
1.一种异型铜带生产方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)铸造：通过轮带式连铸设备将熔融铜水铸造形成连铸坯；
(2)热连轧：将所述连铸坯经多道次连续热轧形成热轧异型带坯；
(3)表面还原和固溶处理：利用含乙醇的水溶液对所述热轧异型带坯进行冷却，实现所述热轧异型带坯的表面还原和固溶处理，得到固溶体异型带坯；
(4)冷连轧：通过冷连轧机对所述固溶体异型带坯进行冷连轧，形成冷轧异型带坯；
(5)退火：在连续退火炉中，将所述冷轧异型带坯进行再结晶退火，形成退火状态的异型带坯；
(6)精轧：将所述退火状态的异型带坯表面进行清刷后，进入精轧机进行精轧，得到精轧异型带；
(7)切边及表面研磨：对所述精轧异型带进行定位切边，然后对其进行表面研磨、冷却，即得所述异型铜带。
2.如权利要求1所述的异型铜带生产方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述铜水由燃气反射炉或电炉制备得到；
所述轮带式连铸设备中设有结晶轮，所述结晶轮的断面形状及尺寸与所述异型铜带相匹配；所述轮带式连铸设备的铸造速度为6～12m/min。
3.如权利要求1所述的异型铜带生产方法，其特征在于，在步骤(2)中，连续热轧的道次为3～6次，且连续热轧的初始温度为800～850℃，连续热轧的终止温度为700～750℃。
4.如权利要求1所述的异型铜带生产方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述含乙醇的水溶液为质量百分比为5％～10％的乙醇水溶液，所述含乙醇的水溶液的温度≤35℃。
5.如权利要求1或4所述的异型铜带生产方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述固溶处理结束后，将所述固溶体异型带坯进行收卷存放。
6.如权利要求1所述的异型铜带生产方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述冷连轧机中配置4～6个机架，结构为二辊式，辊的直径为220～300mm，冷连轧机的开轧速度为5～10m/min，终轧速度为15～30m/min。
7.如权利要求6所述的异型铜带生产方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述连续退火炉内设有感应电加热炉和电阻加热单元两部分，且所述连续退火炉内的温度小于850℃，连续退火炉内用氮气保护，所述连续退火炉内退火状态的异型带坯的前进速度与所述终轧速度相同。
8.如权利要求1所述的异型铜带生产方法，其特征在于，在步骤(6)中，所述精轧机为二辊式，辊的直径为170～200mm，辊的表面材质为硬质合金。
9.如权利要求1所述的异型铜带生产方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述定位切边在二辊切边机内完成，且切下的废边由收卷机卷取。
10.如权利要求1所述的异型铜带生产方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述研磨采用3M材质的研磨轮完成，且在研磨过程中，用轧制油进行冷却。
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