CN101984106A - 一种薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体提供了一种薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材及制造方法，所述低银铜合金板材的化学成分重量百分比为：0.08～0.12％的Ag，0.008～0.11％的Mo、Ti、Nb、Zr中的一种或者它们某几种的组合，同时含有0.01～0.08％的Y、La、Ce、RE(混合稀土)中的一种或者它们某几种的组合，还含有0.005～0.09％的Mg、Be、Si、B、Li中的一种或者它们某几种的组合，其余为Cu。在铜中加入微量银的同时加入微量的Mo、Ti、Nb、Zr中的一种或它们某几种的组合后，对合金的导电、导热性能影响很小，但可以提高合金的抗氧化、耐腐蚀性能，增加合金的强度，且使合金变得更坚韧耐热、耐磨。

Description

一种薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材及制造方法

技术领域

本发明属于有色金属加工技术领域，特别是一种薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材及制造方法。

技术背景

随着高效连铸技术(CSP、FTSC、ASP等)的采用，连铸设备不断朝着高拉速的方向发展，薄板坯连铸机设计拉速已达到6.0m/min。薄板坯连铸与传统的板坯连铸相比，连铸薄板坯断面小、凝固快、拉坯速度高、单位时间注入结晶器的钢液量大、使得结晶器铜板表面温度升高快，承担着大的传热强度，所以目前国内外均选用导热性能较好的含银重量为0.07～0.12％，含磷重量为0.004～0.015％的铜合金制作薄板坯连铸结晶器铜板，但实际使用过程(拉速3.5～5.0m/min)中，其普遍存在明显高温脆性区、抗软化温度低、易疲劳变形、抗腐蚀性较差，其表现是弯月面区域的热裂问题，已成为制约薄板坯连铸结晶器铜板在线使用长寿化的最重要问题。因此，作为河南通宇冶材集团有限公司的抑制和减缓薄板坯连铸结晶器铜板在弯月面区域产生热裂纹的低银铜合金的开发与生产技术研究，较好地符合了当前薄板坯连铸结晶器铜板急需更新替代趋势和发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材及其制造方法，该合金板材具有很好的导电、导热性能，具有较高的强度、硬度、抗软化温度，同时具有良好的耐磨、耐腐蚀性能。

本发明具体提供了一种薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材，其特征在于：所述低银铜合金板材的化学成分重量百分比为：0.08～0.12％的Ag，0.008～0.11％的Mo、Ti、Nb、Zr中的一种或者它们某几种的组合，同时含有0.01～0.08％的Y、La、Ce、RE(混合稀土)中的一种或者它们某几种的组合，还含有0.005～0.09％的Mg、Be、Si、B、Li中的一种或者它们某几种的组合，其余为Cu。

本发明在铜中加入微量的银，虽然稍稍降低了铜的导电、导热性能，但显著提高了铜的再结晶温度和蠕变强度，且有很好的热冷加工性能，为了得到期望的综合性能，银含量控制在0.08～0.12％。在铜中加入微量银的同时加入微量的Mo、Ti、Nb、Zr中的一种或它们某几种的组合后，对合金的导电、导热性能影响很小，但可以提高合金的抗氧化、耐腐蚀性能，增加合金的强度，且使合金变得更坚韧耐热、耐磨。在上述低银铜合金中添加适量的Y、La、Ce、RE(混合稀土)中的一种或者它们某几种的组合后，起到细化晶粒、去除杂质、消除柱状晶的作用，不但可以改善合金的导电、导热性能、冷热加工性能和耐磨性能，还可以提高合金的强度、硬度。除上述元素外，选择Mg、Be、Si、B、Li中的一种或者它们某几种的组合，对合金进行脱氧，可得到优异的脱氧效果。

正是基于以上分析，本发明提出了这种新的低银铜合金，加入0.1％左右的银并实施较大的变形以提高合金的强度、硬度，导电、导热性能不受影响；加入少量的稀土可以大大改善合金在低温和中温的抗氧化能力，同时改善了合金的导电、导热性能和强度、硬度指标；适量加入Mo、Ti、Nb、Zr、Be、Mg、B、Si等微量元素，改善合金在中、高温的抗氧化、耐腐蚀性能、增加合金的强度、硬度、提高合金的抗软化温度、消除合金的高温脆性区；对合金采用真空熔铸与实施低温时效处理可以提高其抗变形等综合性能，延长其使用寿命。

本发明还提供了一种薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材的制造方法，其工艺是：真空熔铸、剥皮切头、加热、热锻或热轧、淬水冷却、冷轧、低温时效处理、检测、入库。其特征在于：采用5吨大型真空感应熔炼炉来熔炼薄板坯连铸结晶器用低银铜合金，所得铸锭含氧和其它气体、非金属夹杂极少；对高熔点难熔金属与极易氧化元素采用中间合金，其它元素采用纯金属加入，所得产品的化学成分稳定，无偏析、结晶组织均匀致密、物理、力学性能好、热冷加工性能优良。本发明所述的薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材的制造方法，包括如下步骤：

(1).真空熔铸：采用1号电解铜或者高纯电解铜、1号纯银、海绵钛、海绵锆、金属镁、结晶硅、铜-4％钼中间合金、铜-4％铌中间合金、铜-5％镧中间合金、铜-5％铈中间合金、铜-5％钇中间合金、铜-5％混合稀土中间合金、铜-4％铍中间合金、铜-5％硼中间合金、铜-6％锂中间合金为原料。首先在石墨坩埚中加入电解铜，然后根据合金设计成分，按加入顺序，把选自上述的其它原料装到合金料仓里，在10～20pa的真空度下熔炼，熔清后，达到1100～1200℃的熔融铜在0.1～13pa的真空度下精炼30～50分钟，铜水温度达到1200～1300℃时，向真空炉内冲氩至3000～1000pa，在氩保护气氛下加入预脱氧材料，熔炼1～3分钟，然后加入纯银、铜—钼中间合金或铜—铌中间合金，熔炼10-15分钟，再加入其它合金元素，经合金化熔炼1～3分钟，铜水温度1200～1250℃时，浇铸。

(2).剥皮切头：对铸锭进行机械加工，保证表面无缺陷，头部无缩孔；

(3).加热：加热温度850～950℃，保温时间2～4小时；

(4).热锻或热轧：采用热锻或者热轧或者热锻后热轧的方法得到热加工板坯。铸锭采用8吨电液锤或者4千吨快锻机进行热锻或采用3300四辊轧机进行热轧。开锻或开轧温度820～920℃，终锻或终轧温度600～700℃，热加工率60～90％。

(5).淬水冷却：热加工结束立即淬水冷却；

(6).冷轧：热加工后的坯料在3300四辊轧机上进行冷轧，冷加工率25～45％

(7).低温时效处理：加热温度300～600℃，保温时间2～12小时，取出空冷。

(8).检测：对板材进行超声波探伤及物理、力学性能检测；

(9).入库：板材经计量、编号后入库。

本发明通过真空熔铸在铜内添加多元微量元素，经热锻或热轧、淬水冷却、冷轧、低温时效处理等工艺，提高了合金的综合性能。其与含磷低银铜合金相比，强度、硬度、抗软化温度、导电、导热性能、耐磨、耐腐蚀性能等，都有较大的提高。

具体实施方式

实施例1：

CuAgMoLaBeSiB合金采用以下原料熔炼：高纯电解铜、1号纯银、铜-4％钼中间合金、铜-5％镧中间合金、铜-4％铍中间合金、铜-5％硼中间合金、结晶硅。合金成分见表1的实施例1。

(1).真空熔铸：采用5吨真空感应熔炼炉进行熔炼。电解铜装入石墨坩埚中，按加料顺序把结晶硅、纯银、铜—钼中间合金、铜—铍中间合金，铜—镧中间合金，铜—硼中间合金装入合金料仓内。在20Pa的真空度下熔炼，熔清后，1170℃的熔融铜在5Pa的真空度下精炼35分钟，铜水温度达到1250℃，向真空炉内冲氩至3000Pa，在氩气氛下加入结晶硅熔炼3分钟，加入纯银、铜—钼中间合金熔炼10分钟，再加入铜—铍中间合金、铜—镧中间合金、铜—硼中间合金，经合金化熔炼2分钟，铜水温度1220℃，浇铸。

(2).剥皮切头：对铸锭进行机械加工，保证表面无缺陷，头部无缩孔；

(3).加热：加热温度950℃，保温时间2小时；

(4).热锻：采用4000吨快锻机进行75％的变形处理，开锻温度920℃，终锻温度690℃；

(5).淬水冷却：热锻结束立即淬水冷却；

(6).冷轧：热锻后的坯料，在3300四辊轧机上进行35％的变形处理；

(7).低温时效处理：加热温度380℃，保温8小时，取出空冷。

(8).检测：对板材进行超声波探伤及物理、力学性能检测；

(9).入库：板材经计量、编号后入库。

经过真空熔铸、热锻、淬水冷却、冷轧及低温时效处理，铜合金板材达到如下性能：抗拉强度320N/mm²，硬度HBW 102，电导率97％ IACS。

中间合金可以在专业厂购买，也可以采用纯金属熔炼制成。

实施例2：

CuAgZrNbYBMgBe合金采用以下原料熔炼合金：高纯电解铜、1号纯银、海绵锆、金属镁、铜-4％铌中间合金、铜-5％钇中间合金、铜-5％硼中间合金、铜-4％铍中间合金。合金成分见表1实施例2。

(1)真空熔铸：采用5吨真空感应熔炼炉进行熔炼。电解铜装入石墨坩埚中，按加料顺序把金属镁、纯银、铜-4％铌中间合金、铜-4％铍中间合金、海绵锆、铜-5％钇中间合金、铜-5％硼中间合金、装入合金料仓内。在15Pa的真空度下熔炼，熔清后，达到1140℃的熔融铜在10Pa的真空度下精炼40分钟，铜水温度达到1260℃，向真空炉内冲氩至1500Pa，在氩气氛下加入金属镁预脱氧，熔炼1分钟后加入纯银、铜-4％铌中间合金、熔炼12分钟，再加入铜-4％铍中间合金、海绵锆、铜-5％钇中间合金、铜-5％硼中间合金，经合金化熔炼3分钟，铜水温度达到1240℃，浇铸。

(2).剥皮切头：对铸锭进行机械加工，保证表面无缺陷，头部无缩孔；

(3).加热：加热温度900℃，保温时间3小时；

(4)热锻热轧：铸锭采用8吨电液锤进行50％的变形处理，开锻温度870℃，终锻温度600℃；锻坯加热到880℃，保温2小时，采用3300四辊轧机进行45％的变形处理，开轧温度850℃，终轧温度700℃；

(5).淬水冷却：热加工结束立即淬水冷却；

(6)冷轧：热轧后的坯料，在3300四辊轧机上进行40％的变形处理；

(7)低温时效处理：加热温度440℃，保温2.5小时，取出空冷。

(8).检测：对板材进行超声波探伤及物理、力学性能检测；

(9).入库：板材经计量、编号后入库。

经过真空熔铸、热锻热轧、淬水冷却、冷轧及低温时效处理后，铜合金板材达到如下性能：抗拉强度325N/mm²，硬度HBW105，电导率96％ IACS。

中间合金可以在专业厂购买，也可以采用纯金属熔炼制成。

实施例3：

CuAgTiNbCeMgLi合金采用以下原料熔炼合金：高纯电解铜、1号纯银、海绵钛、金属镁、铜-4％铌中间合金、铜-5％铈中间合金、铜-6％锂中间合金。合金成分见表1实施例3。

(1)真空熔铸：采用5吨真空感应熔炼炉进行熔铸。首先把电解铜装入石墨坩埚中，按加料顺序把铜—锂中间合金、纯银、铜—铌中间合金、海绵钛、金属镁、铜—铈中间合金，装入合金料仓内。在18Pa的真空度下熔炼，熔清后，达到1160℃的熔融铜在2Pa的真空度下精炼30分钟，铜水温度达到1270℃，向真空炉内冲氩至2100Pa，在氩气氛下加入铜—锂中间合金预脱氧熔炼2分钟，然后加入纯银、铜—铌中间合金，熔炼11分钟，再加入海绵钛、金属镁、铜—铈中间合金，经合金化熔炼2分钟，温度达到1230℃，浇铸；

(2).剥皮切头：对铸锭进行机械加工，保证表面无缺陷，头部无缩孔；

(3).加热：加热温度910℃，保温时间2.5小时；

(4)热轧：铸锭采用3300四辊轧机进行60％的变形处理，开轧温度880℃，终轧温度700℃；

(5).淬水冷却：热加工结束立即淬水冷却；

(6)冷轧：热轧后的坯料，在3300四辊轧机上进行38％的变形处理；

(7)低温时效处理：加热温度420℃，保温4小时，取出空冷；

(8).检测：对板材进行超声波探伤及物理、力学性能检测；

(9).入库：板材经计量、编号后入库。

经过真空熔铸、热轧、淬水冷却、冷轧及低温时效处理后，铜合金板材达到如下性能：抗拉强度322N/mm²，硬度HBW103，电导率97％ IACS。

中间合金可以在专业厂购买，也可以采用纯金属熔炼制成。

表1 合金的化学成分(wt％)

上述实施例及对比合金的主要性能见表2：

表2 实施例及对比合金主要性能：

Claims (3)

1.一种薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材，其特征在于：组成该铜合金板材的化学成分重量百分比为：0.08～0.12％的Ag，0.008～0.11％的Mo、Ti、Nb、Zr中的一种或者它们某几种的组合，同时含有0.01～0.08％的Y、La、Ce、RE(混合稀土)中的一种或者它们某几种的组合，还含有0.005～0.09％的Mg、Be、Si、B、Li中的一种或者它们某几种的组合，其余为Cu。

2.如权利要求1所述的薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材，其特征在于：组成该铜合金板材的化学成分重量百分比为：0.11％的Ag，0.11％的Mo、Ti、Nb、Zr中的一种或者它们某几种的组合，同时含有0.02％的Y、La、Ce、RE(混合稀土)中的一种或者它们某几种的组合，还含有0.06％的Mg、Be、Si、B、Li中的一种或者它们某几种的组合，其余为Cu。

3.一种薄板坯连铸结晶器用低银铜合金板材的制造方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1).真空熔铸：首先在石墨坩埚中加入电解铜，然后根据合金设计成分，按加入顺序，把其它原料装到合金料仓里，在10～20pa的真空度下熔炼，熔清后达到1100～1200℃的熔融铜在0.1～13pa的真空度下精炼30～50分钟，铜水温度达到1200～1300℃时，向真空炉内冲氩至3000～1000pa，在氩保护气氛下加入预脱氧材料，熔炼1～3分钟，然后加入纯银、铜—钼中间合金或铜—铌中间合金，熔炼10-15分钟，再加入其它合金元素，经合金化熔炼1-3分钟，铜水温度1200～1250℃时，浇铸；

(2).剥皮切头：对铸锭进行机械加工，保证表面无缺陷，头部无缩孔；

(3).加热：加热温度850～950℃，保温时间2～4小时；

(4).热锻或热轧：开锻或开轧温度820～920℃，终锻或终轧温度600～700℃，热加工率60～90％。

(5).淬水冷却：热加工结束立即淬水冷却；

(6).冷轧：在3300四辊轧机上冷轧，冷加工率25～45％；

(7).低温时效处理：加热温度300～600℃，保温时间2～12小时、取出空冷；

(8).检测：对板材进行超声波探伤及物理、力学性能检测；

(9).入库：板材经计量、编号后入库。