CN101502872A

CN101502872A - 一种短流程无氧铜带生产方法

Info

Publication number: CN101502872A
Application number: CNA2009100473818A
Authority: CN
Inventors: 徐恒雷; 杨卫良
Original assignee: JIANGXI KANGCHENG COPPER INDUSTRY Co Ltd; JIANGXI KANGCHENG COPPER INDUSTRIAL Ltd Co
Current assignee: JIANGXI KANGCHENG COPPER INDUSTRY Co Ltd; JIANGXI KANGCHENG COPPER INDUSTRIAL Ltd Co
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2009-08-12

Abstract

本发明提供了一种短流程无氧铜带生产方法，其特征在于，具体步骤为：将电解铜板经清刷后烘干，熔化，保温，经过上引连铸步骤制得铜杆，将铜杆经连续挤压步骤制得带坯，将带坯依次经过冷轧、退火以及后处理后得到铜带成品。本发明应用上引铸杆经过连续挤压成带坯，无需铣面且不经中间退火直接冷轧至成品厚度，在气体保护下实现连续光亮无氧化退火，采用热水脱脂取代碱泡脱脂；结合了上引法和连续挤压法的优点，产品具有氧量低、组织纯净、晶粒细小、综合性能优越的优点；具有工艺流程简短、节能环保无污染等优点。

Description

一种短流程无氧铜带生产方法

技术领域

本发明涉及一种短流程无氧铜带生产方法，属于铜带铸造加工技术领域。

背景技术

传统的无氧铜带生产工艺主要由以下两种：熔炼—保温—水平连铸—铣面—初轧—退火—预精轧—退火—精轧—成品退火—清洗钝化及精整—剪切—包装入库，熔炼—保温—半连铸—加热—热轧—铣面—初轧—退火—预精轧—退火—精轧—成品退火—清洗钝化及精整—剪切—包装入库，简称水平连铸—冷轧和半连铸—热轧—冷轧两种方法。

水平连铸—冷轧工艺因投资少、工艺流程短、成品率高而受到人们高度重视，这种方法愈来愈成为紫铜、无氧铜板带生产的主导方式，是国外以热轧开坯为主的板带生产技术的革命。特别是对目前尚无热轧开坯手段的工厂来说，是一次重大的发展机会，只需增加潜流式水平联合机组，就可以生产市场急需的无氧铜带、变压器带、电缆带等关键产品。但由于后续全部采用冷加工，不能完全消除铸态组织的缺陷。

半连铸—热轧—冷轧工艺中热加工是金属在完全再结晶条件下进行的塑性变形，在此过程中由于再结晶能充分进行和变形时靠三向压应力状态等因素的作用，可使铸态组织中的缩孔、疏松、空隙、气泡等缺陷能够得到压密或焊合；可使晶粒细化和夹杂物破碎，这一作用对改善金属的组织和性能颇为有益。这也是热加工与冷加工相比的优势所在。但是，热轧是加工硬化和再结晶两个过程的相互重叠，铸态中粗大的晶粒在变形过程中遭到破碎并在金属流动的方向上拉长，容易出现热纤维组织，使变形金属在纵向和横向上具有不同的力学性能，沿纤维组织方向具有较高的强度和塑性；热轧前需要加热，热轧后轧件表面生产氧化皮和冷却时产生收缩，所以不如冷加工生产的尺寸精确和光洁；由于热轧未在封闭的条件下进行，产品含氧量高，一般在0.02-0.04％；半连铸与连续铸造相比效率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种含氧量低、组织纯净、晶粒细小、性能优越的铜带生产方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种短流程无氧铜带生产方法，其特征在于，具体步骤为：将电解铜板清刷后烘干，熔化，保温，经过上引连铸步骤制得铜杆，将铜杆经连续挤压步骤制得带坯，将带坯经过冷轧至成品厚度、无氧退火以及后处理后得到铜带成品；

其中，所述的上引连铸步骤包括将铜液温度加热到铸造温度1140-1160℃后，将装有石墨模内有循环冷却水的结晶器插入铜液中，所述的冷却循环水进水温度25-35℃，水压0.2-0.4MPa，将已凝固的铜杆连续不断拉出，在生产过程中均匀加料，加料频率以确保铜液高度为准，连续上引铸造；

所述的连续挤压步骤为将铜杆经校直、清刷后送入压实轮与挤压轮之间，挤压轮转速为4-8r/min，在挤压轮旋转驱动下，铜杆经压实轮压下，在摩擦力的作用下连续送入挤压腔，在模腔挡料块前铜杆停止圆周方向运动，通过预成型扩充区和模具挤压出带坯，在挤压过程中铜杆的温度达到500-700℃，模腔内压力达到1000-1100MPa，带坯挤压出模具后用水冷却到25-35℃，吹干。

进一步地，所述电解铜板的熔炼温度优选为1160-1180℃。

所述电解铜板的保温温度优选为1140-1160℃。

所述冷轧步骤的轧制速度优选为600-800m/min。

所述冷轧后铜带退火的温度优选为400-450℃，压力优选为0.08-0.1Mpa，时间优选为6-8h。

所述冷轧后铜带退火优选采用体积比为3：1的氢气和氮气的混合气体作为保护气体。

所述的后处理步骤优选包括将退火后铜带经脱脂、表面抛光、烘干、钝化、精整和剪切得到铜带成品。

本发明的优点如下：

1.由于连续挤压和传统热轧均属热加工，与热轧一样具备热加工的优点，采用先连续挤压带坯后再冷轧，避免了热纤维组织这一缺陷的产生，各处性能均匀。成形过程为连续热挤压塑性成形，可消除原材料表面的缺陷及机械损伤对产品表面质量的影响，产品表面不会产生传统工艺方法极易出现的起皮、毛刺等现象，因此从根本上保证了产品质量。

2.晶粒细小，组织致密，综合性能优越。该工艺的关键是，将上引连铸引出的无氧铜杆，进行连续挤压热加工，使粗大的铸造金相组织，转变为细小均匀的再结晶组织。粗略地估算，将上引杆的柱状晶折算为同体积的等轴晶，晶粒度约为2mm，挤压后得到的细晶晶粒度设为0.020mm(实际上还要小)。二者的轴长差为100倍，体积差(或单位体积内晶粒个数差)则为10⁶倍。具有细晶粒金相组织(如图3所示，为横向金相组织图，图中的挤压产品横向晶粒尺寸为0.005mm，小于0.020mm)。细化晶粒是既提高强度又改善塑性和韧性最有效的金属强化方法。

3.连续挤压技术于将压力加工中做无用的摩擦力变为变形的驱动力和加热源，无需加热，具有高效节能的优点。省去坯料加热装置，大大降低电耗。由于挤压模腔与坯料间的机械摩擦大部分得到有效利用，因此仅挤压过程本身的能耗比常规挤压降低30％以上，机械摩擦不单为连续挤压提供所需的挤压力，而且由于摩擦生热，加上塑性变形热共同作用可使挤压坯料的温升达到很高的值。可使室温下喂入的铜杆的温度达到600℃以上，可使铜杆挤压前无需预热，直接喂入铜杆而挤压出热态的制品。

4.连续挤压整个过程都在密封条件下进行，带坯挤压出来后经防氧化管直接进入冷却水槽冷却，表面光洁，无氧化皮产生，沿横向和长度方向尺寸均匀，无需铣面。

5.与热轧相比含氧量低，具有无氧铜高纯度、高导电优点。含氧量≤0.001％，软态下的导电率≥100％IACS，最高可达102％IACS。

6.原料为统一规格，备料方便。原料规格由连续挤压机挤压轮槽宽度决定。目前国内最大型600连续挤压机进料规格Φ25mm，生产产品截面积400-5000mm²，可连续化生产，单件最大重量5吨以上。

7.工艺流程简短，设备投资少，组织生产灵活。目前600连续挤压机挤压产品最大宽度260mm，可以挤压10mm厚度以下的带坯(而水平连铸带坯若小于一定厚度，铸造非常困难)，将挤压带坯不经中间退火直接中轧和精轧至成品厚度，可省去了开坯和粗轧工序。在高氢气体保护下实现连续光亮无氧化的退火，后续无需酸洗，环保无污染。

8.连续挤压机由于工装模具耐高温受限，目前仅能生产无氧铜和再结晶温度和硬度比较低的铜银等合金。随着挤压机型号的增大，和模腔材质及形状结构(在模具前面制造一个预成型区域，以帮助扩充)更新完善，将来可扩充挤压截面更大、更宽带坯。

9.由于上引法铜液在炉内没有大落差的流动，对炉衬几乎没有冲刷作用，不易卷入非金属夹杂物，这也是有利于铸杆材质纯净的一个重要原因。

10.上引炉容积小，保有铜液量约为5-7吨(停产前可降到1吨以下)。停炉、拆炉、筑炉恢复生产快，适合间断性供货和多样化产品的生产。

11.上引连铸通常都是采用多头即多个结晶器同时进行的生产方式，克服了生产效率低的缺点。

本发明产品具有水平连铸—冷轧优点，同时结合热轧优点，综合性能优越，可广泛应用于电力、电器、电子、通讯等行业中制做高端产品组件，例如光缆、同轴射频电缆、计算机微型散热器、柔软印刷电路板。该工艺具有流程短，组织生产灵活、节能降耗、环保无污染、加工成材率高、生产成本低的优点。

附图说明

图1为一种铜带生产用上引连铸装置图；

图2为一种铜带生产用连续挤压装置图；

图3为横向金相组织图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。其中，以下实施例采用如图1所示的铜带生产用上引连铸装置和如图2所示的铜带生产用连续挤压装置，所述的铜带生产装置主要由熔化腔1、保温腔2、结晶器3、牵引装置4和收线装置5组成，所述的铜带生产用连续挤压装置由挤压轮6、压实轮7、挤压腔8、模具9、预成型扩充区10和模腔挡料块11组成。

实施例1

一种短流程无氧铜带生产方法，具体步骤为：将电解铜板经钢刷清刷后预热烘干，加至熔化腔1，1160℃熔化后，保温15分钟左右，经流槽流至保温腔2，在1140℃保温，通过调压器调整电压，使保温腔2内铜液温度达到铸造温度后，将装有石墨模内有循环冷却水的结晶器3插入铜液中，冷却循环水进水温度25℃，水压0.2Mpa，用引锭棒引出，经牵引装置4将已凝固的铜杆连续不断拉出，并通过收线装置5成圈。在生产过程中熔化腔均匀加料，保温腔连续上引铸造。加料频率以确保铜液高度为准，加料时间间隔基本一致。主要以加料并辅助调整电压控制铜液温度。

上引铜杆经校直、钢刷清刷后送入压实轮7与挤压轮6之间，在挤压轮6旋转驱动下，铜杆经压实轮7压下，在摩擦力的作用下连续送入挤压腔8，在模腔挡料块11前铜杆沿圆周方向运动受阻改变方向，通过预成型扩充区10和模具9挤压出带坯。挤压轮转速为4r/min。挤压过程中铜杆的温度在短时间内迅速达到500℃，模腔内压力达到1000Mpa左右，铸态组织被破碎后形成动态再结晶，形成晶粒细小，均匀的金相组织。且带坯挤压出模具后即被水冷却到25℃，吹干，晶粒不能继续长大。

将带坯直接冷轧至成品厚度，冷轧选用四辊或六辊高精轧机，同时配有液压压下、液压弯辊、分段冷却及厚度自动控制装置和板型自动控制装置，总加工率最大可达99％，中精轧轧制道次根据根据坯料和成品厚度确定，道次加工率在30-50％，前面道次充分利用轧件塑性，应采用较大的道次加工率，随着轧件的加工硬化的增大，逐道次减少加工率，尤其最后道次为保证成品厚度偏差和平直度考虑采用较小的加工率。本实施例欲生产0.3mm厚度铜带，带坯厚度8mm，中轧轧4道次至1mm，精轧3道次至0.30mm，总轧制7道次，压下规程为8-4-2.4-1.5-1-0.66-0.43-0.30，轧制速度为600m/min，总加工率为(8-0.3)/8*100％＝96.3％，在高氢气体(75vol％H₂+25vol％N₂)保护下450℃卧式连续光亮无氧化退火6h，炉温控制精度±1-2℃，退火炉采用可靠的防爆技术确保生产安全：炉口用严密的毛毡密封，控制炉内正压力0.08Mpa，定期检测炉内含氧量在0.01vol％以下。之后用65℃热水脱脂取代碱泡脱脂，机械抛光，用质量浓度0.3％苯并三氮唑水溶液在70℃钝化，精整和剪切得到铜带。

实施例2

一种短流程无氧铜带生产方法，具体步骤为：将电解铜板经钢刷清刷后预热烘干，加至熔化腔1，1180℃熔化后，保温15分钟左右，经流槽流至保温腔2，在1160℃保温，通过调压器调整电压，使保温腔2内铜液温度达到铸造温度后，将装有石墨模内有循环冷却水的结晶器3插入铜液中，冷却循环水进水温度35℃，水压0.4Mpa，用引锭棒引出，经牵引装置4将已凝固的铜杆连续不断拉出，并通过收线装置5成圈。在生产过程中熔化腔均匀加料，保温腔连续上引铸造。加料频率以确保铜液高度为准，加料时间间隔基本一致。主要以加料并辅助调整电压控制铜液温度。

上引铜杆经校直、钢刷清刷后送入压实轮7与挤压轮6之间，在挤压轮6旋转驱动下，铜杆经压实轮7压下，在摩擦力的作用下连续送入挤压腔8，在模腔挡料块11前铜杆沿圆周方向运动受阻改变方向，通过预成型扩充区10和模具9挤压出带坯。挤压轮转速为4r/min。挤压过程中铜杆的温度在短时间内迅速达到700℃，模腔内压力达到1100Mpa左右，铸态组织被破碎后形成动态再结晶，形成晶粒细小，均匀的金相组织。且带坯挤压出模具后即被水冷却到35℃，吹干，晶粒不能继续长大。

将带坯直接冷轧至成品厚度，冷轧选用四辊或六辊高精轧机，同时配有液压压下、液压弯辊、分段冷却及厚度自动控制装置和板型自动控制装置，总加工率最大可达99％，中精轧轧制道次根据根据坯料和成品厚度确定，道次加工率在30-50％，前面道次充分利用轧件塑性，应采用较大的道次加工率，随着轧件的加工硬化的增大，逐道次减少加工率，尤其最后道次为保证成品厚度偏差和平直度考虑采用较小的加工率。本实施例欲生产0.15mm厚度无氧铜带，带坯厚度6.2mm，中轧轧5道次至0.50mm，精轧3道次至0.15mm.总轧制8道次，压下规程：6.2-3.10-1.85-1.2-0.77-0.50-0.32-0.21-0.15，轧制速度为800m/min，总加工率为(6.2-0.15)/6.2*100％＝97.6％，在高氢气体(75vol％H₂+25vol％N₂)保护下400℃卧式连续光亮无氧化退火8h，炉温控制精度±1-2℃，退火炉采用可靠的防爆技术确保生产安全：炉口用严密的毛毡密封，控制炉内正压力0.1Mpa，定期检测炉内含氧量在0.01vol％以下。之后用85℃热水脱脂取代碱泡脱脂，机械抛光，用质量浓度0.3％苯并三氮唑水溶液在80℃钝化，精整和剪切得到铜带。

实施例3

一种短流程无氧铜带生产方法，具体步骤为：将电解铜板经钢刷清刷后预热烘干，加至熔化腔1，1170℃熔化后，保温15分钟左右，经流槽流至保温腔2，在1150℃保温，通过调压器调整电压，使保温腔2内铜液温度达到铸造温度后，将装有石墨模内有循环冷却水的结晶器3插入铜液中，冷却循环水进水温度30℃，水压0.3Mpa，用引锭棒引出，经牵引装置4将已凝固的铜杆连续不断拉出，并通过收线装置5成圈。在生产过程中熔化腔均匀加料，保温腔连续上引铸造。加料频率以确保铜液高度为准，加料时间间隔基本一致。主要以加料并辅助调整电压控制铜液温度。

上引铜杆经校直、钢刷清刷后送入压实轮7与挤压轮6之间，在挤压轮6旋转驱动下，铜杆经压实轮7压下，在摩擦力的作用下连续送入挤压腔8，在模腔挡料块11前铜杆沿圆周方向运动受阻改变方向，通过预成型扩充区10和模具9挤压出带坯。挤压轮转速为6r/min。挤压过程中铜杆的温度在短时间内迅速达到600℃，模腔内压力达到1000Mpa左右，铸态组织被破碎后形成动态再结晶，形成晶粒细小，均匀的金相组织。且带坯挤压出模具后即被水冷却到30℃，吹干，晶粒不能继续长大。

将带坯直接冷轧至成品厚度，冷轧选用四辊或六辊高精轧机，同时配有液压压下、液压弯辊、分段冷却及厚度自动控制装置和板型自动控制装置，总加工率最大可达99％，中精轧轧制道次根据根据坯料和成品厚度确定，道次加工率在30-50％，前面道次充分利用轧件塑性，应采用较大的道次加工率，随着轧件的加工硬化的增大，逐道次减少加工率，尤其最后道次为保证成品厚度偏差和平直度考虑采用较小的加工率。本实施例欲生产0.10厚度无氧铜带，带坯厚度4.3MM，中轧轧5道次至0.35MM，精轧3道次至0.10MM.总轧制8道次，压下规程：4.3-2.15-1.28-0.83-0.54-0.35-0.23-0.15-0.10，轧制速度为700m/min，总加工率(4.3-0.10)/4.3*100％＝97.7％，在高氢气体(75vol％H₂+25vol％N₂)保护下420℃卧式连续光亮无氧化退火7h，炉温控制精度±1-2℃，退火炉采用可靠的防爆技术确保生产安全：炉口用严密的毛毡密封，控制炉内正压力0.09Mpa，定期检测炉内含氧量在0.01vol％以下。之后用75℃热水脱脂取代碱泡脱脂，机械抛光，用质量浓度0.3％苯并三氮唑水溶液在80℃钝化，精整和剪切得到铜带。

本发明方法生产的铜带与传统的半连铸—热轧—冷轧法生产铜带的性能比较如下：

本发明方法生产的铜带

半连铸—热轧—冷轧法生产

		的铜带
		的铜带	含氧量	小于0.001％	0.02-0.04％
导电率	软态下最高可达102％IACS	最高100％IACS	含氧量	小于0.001％	0.02-0.04％
导电率	软态下最高可达102％IACS	最高100％IACS	晶粒平均直径	小于0.020mm	小于0.05mm
抗拉强度	软态下最高340Mpa	抗拉强度大于196Mpa	晶粒平均直径	小于0.020mm	小于0.05mm
抗拉强度	软态下最高340Mpa	抗拉强度大于196Mpa	伸长率	最高50％	大于35％

Claims

1、一种短流程无氧铜带生产方法，其特征在于，具体步骤为：将电解铜板清刷后烘干，熔化，保温，经过上引连铸步骤制得铜杆，将铜杆经连续挤压步骤制得带坯，将带坯经过冷轧至成品厚度、无氧退火以及后处理后得到铜带成品；

2、如权利要求1所述的一种短流程无氧铜带生产方法，其特征在于，所述电解铜板的熔炼温度为1160-1180℃。

3、如权利要求1所述的一种短流程无氧铜带生产方法，其特征在于，所述电解铜板的保温温度为1140-1160℃。

4、如权利要求1所述的一种短流程无氧铜带生产方法，其特征在于，所述冷轧步骤的轧制速度为600-800m/min。

5、如权利要求1所述的一种短流程无氧铜带生产方法，其特征在于，所述冷轧后铜带退火的温度为400-450℃，压力为0.08-0.1Mpa，时间为6-8h。

6、如权利要求1所述的一种短流程无氧铜带生产方法，其特征在于，所述冷轧后铜带退火采用体积比为3：1的氢气和氮气的混合气体作为保护气体。

7、如权利要求1所述的一种短流程无氧铜带生产方法，其特征在于，所述的后处理步骤包括将退火后铜带经脱脂、表面抛光、钝化、精整和剪切得到铜带成品。