CN102284842A - 一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺 - Google Patents

Abstract

一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，包括以下步骤：熔炼、铸造、高精度轧制、光亮退火、成品轧制、成品剪切，其特征在于所述铸造采用上引连铸制备坯料，并将上引连铸用于线材生产的装有石墨模具的圆形结晶器工装改制成生产带材的设计截面结晶器工装。相比较原有的生产异型截面黄铜带材加工方法有制造成本低、工装模具便宜的特点。本发明所得到的坯料表面光亮，结晶纹路均匀，在后续加工过程中不需要铣面。同时本方法耗能低，是一种高效率，低成本的异型截面黄铜带材坯料生产方法。

Description

一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺

技术领域

本发明涉及有色金属加工技术领域，具体的涉及异型截面黄铜带材制作工艺方法。

背景技术

异型截面黄铜带材广泛应用于电子、电气行业用来制造能同时满足导电和强度要求的零件和部件。在汽车、手机、电脑、工业电器、军工及工艺品等领域应用甚广。在没有异型截面铜带材加工行业的时候，国内外相关企业采用大吨位的冲压机将矩形截面的铜带材冲制或冷压成异型截面，这种方法对设备的要求高、设备闲置时间长、模具使用寿命短、材料利用率低，加工出的零部件尺寸误差较大，互换性低。2000年国内引进日本、德国等用高精度平带为原材料，经过铣削去材料加工的方法生产异型截面黄铜带材的方法；这种方法生产的异形带尺寸精度、表面质量较差、外观要求合格率低，而且生产成本很高。当表面有氧化物等不光亮时，需要用铣床铣削的方法去除1-2mm厚，对于异型截面的坯料铣面是非常困难的。

我国异型截面黄铜带材在板型状况、残余内应力、表面光洁度、边部毛刺等方面与国外相比，还存在较大差距。目前，国内相关企业除在国内购买部分异型铜带外，大量购买进口的异型截面黄铜带材。原因一方面是国内产量不能满足电子生产企业的需求，另一方面是与国外同类产品比较，质量上还存在较大差距。

发明内容

为克服以上问题，本发明提供一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺。

一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，包括以下步骤：熔炼、铸造、高精度轧制、光亮退火、产品轧制、高精度成品剪切，其特征在于所述铸造采用上引连铸制备坯料，并将上引连铸用于线材生产的装有石墨模具的圆形结晶器工装改制成生产异形截面黄铜带材的设计截面结晶器工装。

所述熔炼与所述上引连铸的设备集成在同一台设备上连续熔炼和铸造。

所述熔炼采用中频感应熔化炉与工频感应保温炉，熔化效率为0.75吨/小时。

所述上引连铸的铸造速度为750kg/h，所得坯料每卷重量2-5吨。

所述高精度轧制包括开坯轧制和后续道次轧制，所述开坯轧制是将所述熔炼铸造的铜坯料在冷轧机上用异形辊冷轧一道次，其加工量大于后续轧制，完成开坯轧制后的材料卷重为500-2000Kg，所述后续轧制为开坯轧制后的材料在冷轧机用异形轧辊多次冷轧。

所述冷轧机前配有在线表面清刷装置，冷轧机机列安装有导卫和带材矫直装置。

所述光亮退火为将高精度轧制后的材料在罩式光亮退火炉中进行一次或两次光亮退火。

所述成品轧制为光亮退火后的异形铜带在冷轧机上成品冷轧一道次，所述轧辊为带有设定尺寸凸台或凹槽的异型辊，每卷黄铜带材的重量为200-500g，所述冷轧机配有在线表面清刷装置、导卫和带材校正装置。

所述高精度成品剪切使用高精度滚剪机组和导卫装置。

所述异形截面黄铜带材为U型、T型或L型异形铜带，尺寸为：总宽度30-150mm，薄部宽度不小于3mm，厚部高度为0.8-4mm，薄部高度为0.15-2.5mm。

技术效果：

本发明所述的一种生产异形截面黄铜带材的加工工艺，采用上引法连续铸造铜带坯料。传统的上引连续铸造是用来生产铜杆和铜线的专用设备，用在本发明中的上引连续铸造设备是将用于线材生产的圆形结晶器工装(装有石墨模具)改制成生产异形截面带材的设计截面结晶器工装，相比较原有的加工工艺有制造成本低、工装模具便宜的特点。这种铸造方法同时能铸造至少3(最多12)根产品坯料，生产过程中可以在不停机的情况下维修和更换出现问题的工装模具(一根或两根)，而不影响生产别的几根产品。可以根据生产需要调节机器的功率生产2根或多根坯料。本发明所得到的坯料表面光亮，结晶纹路均匀。铸造过程中有轻微Zn偏析现象，但与水平连铸相比要轻微的多。

铸造出的异形截面黄铜坯料在后续加工过程中不需要铣面，只需清洗表面的污渍和灰尘即可。而原有方法铸造坯料表面有氧化物等不光亮时，需要用铣床铣削的方法去除1-2mm厚，对于异型截面的坯料铣面是非常困难的。

同时本方法耗能低，是一种高效率，低成本的异形截面黄铜带材坯料生产方法。铸造工序用电量≤350kwh/ton，而传统铸造工艺的用电量为800--1000kwh/ton、铸造工序材料利用率为97％，而传统铸造法的材料利用率为90％。由于本发明采用上引连续铸造制备黄铜坯料，很大程度上也降低了整个工艺(包括铸造、轧制、退火和分切)的用电量，这种方法将传统工艺总用电量1800度/吨降低到1200度/吨，整个生产工艺(包括铸造、轧制、退火和分切)的材料利用率得到明显提高(传统工艺材料成品率45％，此发明工艺材料成品率80％)；且产品表面光滑，易于电镀或涂装，平直，材质稳定，色泽光亮，尺寸精度高、物理性能均匀。本发明能够生产的产品材质为普通黄铜合金(H59-H96，铜含量从57％到97％，如下表所示)，生成品黄铜带材最大宽度可达150mm。

表一：本发明生产的异形截面黄铜带材化学成分

表2.异型截面黄铜带材的尺寸规格

尺寸	W(mm)	T(mm)	t(mm)	C(mm)
					范围值	30～150	0.8～4	0.15～2.5	≥3

(W：总宽度；T：厚部高度；t：薄部高度；C：薄部宽度)

熔炼时严格按照成品的化学成分加料，生产过程中可以加入同样配比的下脚料；根据不同材质要求采用上引连铸机组生产出黄铜带坯料，再经过高精度轧制、光亮退火、表面清洗、高精度剪切等工序加工出异形截面黄铜带材。高精度轧制的开坯轧制是将上引铸造出的铜坯料在冷轧机上冷轧，其目的是使用较大的加工量迫使材料变形，以便获得更高精度的带材版型。开坯轧制加工量为30％左右；完成开坯后的黄铜带在冷轧机上多次冷轧，每次轧制的厚度根据最终成品的厚度尺寸、最终成品的物力性能确定。轧机前配有在线表面清刷装置，对铜带上下表面进行清洗处理。轧机机列安装有高精度专用导卫和带材矫直装置，以保证带材平直。

本发明利用自己的技术力量，研究和开发一种适用于国内外各相关生产厂家所使用的异形截面黄铜带材生产制作的工艺方法，使大多数依靠进口材料的情况有所改善，降低成本，发展民族工业。

附图说明

图1是常见异型铜带加工工艺流程示意图；

图2是T型异型铜带截面示意图；

图3是L型异型铜带截面示意图；

图4是U型异型铜带截面示意图。

图5是多槽型截面铜带截面剖面图；

具体实施方式

为了更好的解释本发明，下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的解释。

实施例1：

要求高精度异型铜带的材质为H65，每卷重量≥120Kg，铜带断面为中间凹槽形状。其截面形状要求见附图4中U型，尺寸要求为T＝1.46±0.02、t＝0.6±0.02、C＝13.6±0.05、W＝61.5±0.1；产品物理性能要求为应状态(Y)、表面硬度HV＝120--160，抗拉强度(Rm/MPa)为410--540Mpa，断后延长率(A11.3/％)达到13％；其生产工艺为：熔炼---上引连铸-高精度轧制-高精度剪切-光亮退火-产品轧制-高精度成品剪切-检验-成品入库；在成品轧制工序或最后高精度剪切工序中间材料分成要求的盘重，100-300Kg/盘。

1、熔炼：严格按照H65的化学成分要求加料：Cu 63.5--68wt％ Zn 32-36.5wt％；P BiSb Fe Pb的总合应≤0.3wt％；生产过程中还可以用H65下角料；使用中频感应熔化炉与工频感应保温炉。熔化效率为0.75吨/小时。

2、上引连铸：采用SY-4000-12-20上引合金铜杆连铸机组引铸H65黄铜光亮异型截面坯料，坯料断面形状为附图4中U型截面，各尺寸为T＝10、t＝4.4、C＝13.3、W＝65，铸造速度750kg/h，用专用的收卷装置收成卷，每卷重量：2～5吨。表面应光洁、无氧化色和裂纹。上引铸造与1所述的熔炼在一台设备上完成，实际操作时设备在熔化炉中将材料熔化成液体，再将熔化的液态材料导入到保温炉中，保温炉中的液态材料流入具有设计截面的石墨结晶器后在冷却水的冷却作用下形成异型截面铜带坯料。在设备上的牵引机的牵引下连续铸造。铸造出来的坯料在头、尾和中间取样在直读光谱仪上检测其化学成分，成分符合GB/T5231---2001《加工铜及铜合金化学成分和产品形状》的要求或客户的特殊要求。

3、高精度轧制：此工艺设计的轧制包括开坯轧制和后续的道次轧制，开坯轧制是将上引铸造出的H65异型截面铜坯料在Φ306mm冷轧机上用预先设计加工好的异型辊冷轧，其目的是使用较大的加工量迫使材料变形，以便获得更高精度的异型截面尺寸。开坯轧制为一道次(即一遍)，加工量为43％，轧辊尺寸为Φ306mm(轧辊直径为Φ306mm)的异型辊(根据需要轧辊表面加工有凸台)，轧制速度为3-10m/m；轧制后断面各尺寸为T＝6.0、t＝2.5、C＝i3.3、W＝66；完成开坯轧制后将材料分切成卷重为200-500Kg的小卷；将小卷材料按5所述在罩式炉中光亮退火；完成开坯后的异型铜带在轧辊直径为Φ200mm或Φ306mm、轧辊表面加工有凸台的冷轧机上冷轧，每轧制一遍需要更换凸台深度和宽度尺寸不同的异型轧辊，轧辊凸台的高度为材料厚部与薄部的高度差即T-t；轧制速度为5-10m/m；卷重为200-500Kg；每次轧制的厚度根据最终成品的厚度尺寸、最终成品的物力性能确定；此例中材料要经过三遍轧制，其厚度尺寸变化分别为T＝6-3.4-2.4-2.0、t＝2.5-1.4-1-0.8；材料宽度尺寸没有明显变化。完成三遍轧制后将材料按5所述在罩式炉中光亮退火。每道轧制时，在轧机前配有在线表面清刷装置，对铜带上下表面进行清洗处理。轧机机列安装有高精度专用导卫和带材矫直装置，以保证带材平直。每道次轧制要求用外景千分尺和游标卡尺测量各个截面尺寸，以保证轧制质量。

4、高精度剪切：经过3所述的开坯和轧制，材料的总宽度有不同程度的微量展宽/缩小，需要再滚剪机上作适当的修整。剪切速度为10-60m/min。设备开卷/取卷承载能力为3000Kg。可加工带材的最大宽度为300mm，剪切后的宽度尺寸要比要求的产品宽度尺寸宽1-3mm，对中尺寸公差≤0.1mm。剪切的边角料为原铜带的2％左右。

5、光亮退火：退火的目的是在高温下让材料再结晶，以便消除材料的加工应力和提高材料的延展性能。此例中加工的H65异型截面铜带材，需要在罩式光亮退火炉中进行两次光亮退火，退火时为了不让材料产生氧化，材料放在不锈钢制成的密闭真空罐中与空气隔离，放入要退火的材料后，先将真空罐内的空气抽出，然后再充满氮气和氢气的混合气体(氢气为还原介质)，分阶段加热到400-600℃，保温时间为8小时左右，让后采用先风冷后水冷再自然冷却的方法冷却到室温。材料在退火过程(包括加热、保温、冷却)中不容许与空气接触，为了保证材料受热均匀，真空罐内的氮气和氢气使用强对流风机循环。整个退火操作过程需要18个小时。退火后的铜带材检测硬度和抗拉强度，以保证材料均匀退火，分别需要使用显微式硬度计检测表面硬度、使用拉力试验机检测抗拉强度和断后延伸率，退火后的物理性能为，表面硬度HV≤90，抗拉强度(Rm/MPa)为≤290Mpa，断后延长率(A11.3/％)40≥13％；

6、成品轧制：退火后的异型铜带在Φ200mm冷轧机上进行成品冷轧，轧制道次为一遍，轧制后用外景千分尺和游标卡尺测得的异型截面铜带材各个截面尺寸分别为T＝1.46±0.02、t＝0.6±0.02、C＝13.6±0.05、W＝66；轧制用的轧辊是直径为Φ200mm带有(高度为0.86、宽度为13.6)凸台的异型辊，轧制速度为5-10m/min；每卷重量为200-500Kg；轧制后异型带材的薄厚边厚度尺寸分别为要求的尺寸，其公差应≤0.015mm。凹槽的宽度尺寸和角度由异型辊的棍型来保证，其公差应≤0.2％；异型带材的物理性能由此道次的轧制量和退火的温度、保温时间来控制。轧机配有在线表面清刷装置，对铜带上下表面进行清洗处理。轧机机列安装有高精度专用导卫和带材矫直装置，以保证带材平直。

7、高精度成品剪切：使用高精度滚剪机组合专用导卫装置，将异型铜带剪切成要求的宽度尺寸，要求宽度公差≤0.02mm，相对中间凹槽的对称尺寸公差≤0.01mm。此例中需要将宽度W＝66mm的异型截面铜带材剪切成宽度W＝61.5±0.1mm的成品带材；剪切中应严格避免异型铜带在剪切过程中划伤、压伤。加工过程中可以根据实际情况省去光亮退火前的高精度剪切，整个加工过程中剪切的边角料为原铜带的≤10％。

8、检验：检测异型铜带的抗拉强度、延伸率、表面硬度、导电率、表面粗糙度(≤1.5um)、正面和侧面弯曲度(≤1mm/m)。此列中根据成品黄铜带材物理性能及化学成分的有求需要分别使用显微式硬度计检测表面硬度、使用拉力试验机检测抗拉强度和断后延伸率、使用直读光谱仪器(德国斯派克)检测化学成分。以保证生产出的黄铜带材满足客户提出的要求。

9、入库：检斤、包装、入库。

实施例2：

要求高精度异型铜带的材质为H62，每卷重量≥120Kg，铜带断面为如图2所示的T型凸台形状。其生产工艺为：熔炼---上引连铸异型截面坯料-高精度轧制-高精度剪切-光亮退火-产品轧制-高精度成品剪切-检验-成品入库；加工过过程中可以根据实际情况省去光亮退火前的高精度剪切，在成品轧制工序或最后高精度剪切工序中间材料分成要求的盘重，100-500Kg/盘。

1、熔炼：严格按照H62的化学成分要求加料：Cu60.5-63.5wt％ Zn36.5-39.5wt％；PBi Sb Pb等杂质总合应≤0.5wt％；使用中频感应熔化炉与工频感应保温炉。熔化效率为0.75吨/小时。

2、上引连铸：采用与实施例1中相同的设备和工艺铸造。

3、高精度轧制：此工艺设计的轧制包括开坯轧制和后续的道次轧制，开坯轧制是将上引铸造出的H62异型截面铜坯料在Φ306mm冷轧机上用预先设计加工好的异型辊冷轧，其目的是使用较大的加工量迫使材料变形，以便获得更高精度的异型截面尺寸。开坯轧制为一道次(即一遍)，加工量为30％左右，轧辊尺寸为Φ306mm(轧辊直径为Φ306mm)的异型辊(根据需要轧辊表面加工有凹槽)，轧制速度为0-10m/m；完成开坯轧制后的材料卷重为200-500Kg；完成开坯后的异型铜带在轧辊直径为Φ200mm或Φ306mm、轧辊表面加工有凹槽的冷轧机上冷轧，每轧制一遍需要更凹槽深度和宽度尺寸不同的异型轧辊，轧制速度为0-10m/m；卷重为200-500Kg；每次轧制的厚度根据最终成品的厚度尺寸、最终成品的物理性能确定。每道轧制时，在轧机前配有在线表面清刷装置，对铜带上下表面进行清洗处理。轧机机列安装有高精度专用导卫和带材矫直装置，以保证带材平直。

4、高精度剪切：采用与实例一中相同的设备和工艺剪切。

5、光亮退火：采用与实例一中相同的设备和工艺退火。

6、成品轧制：采用与实例一中相同的设备、采用表面有设定凹槽的异型轧辊轧制。

7、高精度成品剪切：采用与实例一中相同的设备和工艺剪切。

8、检验：采用实施例1中的仪器检测异型铜带的抗拉强度、延伸率、表面硬度、导电率、表面粗糙度(≤1.5um)、正面和侧面弯曲度(≤1mm/m)。

9、入库：检斤、包装、入库。

实施例3：

要求高精度异型铜带的材质为黄铜，每卷重量≥120Kg，铜带断面为如图3所示的L型异型铜带。其生产工艺为：熔炼---上引连铸-高精度轧制-高精度剪切-光亮退火-产品轧制-高精度成品剪切-检验-成品入库；加工过过程中可以根据实际情况省去光亮退火前的高精度剪切，在成品轧制工序或最后高精度剪切工序中间材料分成要求的盘重，100-500Kg/盘。

如上所述实例1、2的工艺，选择相应的铜合金原料，经过熔炼、上引连铸出凹槽形/T型异形铜坯料、高精度轧制、高精度剪切求边，选择相应的退火条件光亮退火，再轧制成凹槽形/T型异形铜带，将凹槽形/T型异形铜带剪切成符合两排L型异型铜带宽度和公差要求的宽度尺寸；然后在高精度滚剪机上将凹槽形/T型异形铜带从中间剪切成L型异型。

除以上实施例外，本发明还可生产如图5所示的多槽型截面铜带等异形截面带材等。以上实施例均说明本发明的加工工艺在能耗低的前提下生产出性能规格较高的产品，取得了较佳的技术效果。所述实施例并不是对本发明的具体限定，任何符合本发明精神的方案均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，包括以下步骤：熔炼、铸造、高精度轧制、光亮退火、产品轧制、高精度成品剪切，其特征在于所述铸造采用上引连铸制备坯料，并将上引连铸用于线材生产的装有石墨模具的圆形结晶器工装改制成生产异形截面黄铜带材的设计截面结晶器工装。

2.根据权利要求1所述的一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，其特征在于所述熔炼与所述上引连铸的设备集成在同一台设备上连续熔炼和铸造。

3.根据权利要求1或2任一所述的一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，其特征在于所述熔炼采用中频感应熔化炉与工频感应保温炉，熔化效率为0.75吨/小时。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，其特征在于所述上引连铸的铸造速度为750kg/h，所得坯料每卷重量2-5吨。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，其特征在于所述高精度轧制包括开坯轧制和后续道次轧制，所述开坯轧制是将所述熔炼铸造的铜坯料在冷轧机上用异形辊冷轧一道次，其加工量大于后续轧制，完成开坯轧制后的材料卷重为500-2000Kg，所述后续轧制为开坯轧制后的材料在冷轧机用异形轧辊多次冷轧。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，其特征在于所述冷轧机前配有在线表面清刷装置，冷轧机机列安装有导卫和带材矫直装置。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，其特征在于所述光亮退火为将高精度轧制后的材料在罩式光亮退火炉中进行一次或两次光亮退火。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，其特征在于所述成品轧制为光亮退火后的异形铜带在冷轧机上成品冷轧一道次，所述轧辊为带有设定尺寸凸台或凹槽的异型辊，每卷黄铜带材的重量为200-500g，所述冷轧机配有在线表面清刷装置、导卫和带材校正装置。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，其特征在于所述高精度成品剪切使用高精度滚剪机组和导卫装置。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种生产异型截面黄铜带材的加工工艺，其特征在于所述异形截面黄铜带材为U型、T型或L型异形铜带，尺寸为：总宽度30-150mm，薄部宽度不小于3mm，厚部高度为0.8-4mm，薄部高度为0.15-2.5mm。

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