磁控管用无氧铜管的制备方法
技术领域
本发明涉及一种磁控管用无氧铜管的制备方法,属于有色金属加工技术领域。
背景技术
微波炉的基本原理是利用磁控管将电能转换成微波能量,达到加热食物的目的,因此磁控管作为微波炉的心脏,是由高精度、高纯度无氧铜管制成,过去大多依赖进口,并且进口价格高昂,打破国产微波炉生产瓶颈,探索磁控管用无氧铜管生产新工艺、新方法,达成无氧铜管的工程化生产,提高无氧铜管生产效率及品质的研究成为热点。
传统的生产工艺大多采用立式半连续铸造或水平连续铸造→挤压→轧制→拉伸的工艺。立式半连铸其熔炉工艺采用“下引浇铸”的方法,在浇铸时铜液有与氧接触的机会,故对氧含量不能得到控制;水平连铸,其熔炼和铸造过程分别在两台单体电炉上进行,熔体在转炉时也有与氧接触的机会,而且金属损失也大。因此这二种工艺含氧量较高,电阻较大,影响导电率,对产品的品质带来影响。
中国专利200910152606.6公开了一种上引连铸生产黄铜管坯的方法,其采用上引连铸的方式来降低金属的损失,提高产能,但是其也仅采用木炭层来隔绝铜业与氧气的接触,生产的铜管的氧含量仍很高,不能满足磁控管的使用需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种含氧量低、导电优良、成品率高、金属损失少的磁控管用无氧铜管的制备方法。
本发明的目的是这样实现的:
一种磁控管用无氧铜管的制备方法,所述无氧铜管材料中铜+银含量≥99.97%,氧含量≤0.001%,其制备方法包括以下工艺步骤:
步骤一、熔炼:将1#高纯阴极铜置于有芯工频感应电炉内,升炉温熔化成铜液,加入质量分数为0.010%~0.016%的镧,镧作为脱氧剂加入铜液不仅能起到脱氧的作用,还能脱硫,并与铜液中的杂质铅、铋等形成高熔点化合物,呈细小的球形质点均布于晶粒内,细化晶粒,含0.01%~0.15%的镧能提高无氧铜的高温塑性,对铜的力学性能、电导率、抗软化温度均有改善,但为使镧元素的加入不影响磁控管用无氧铜管对铜含量的要求,特选择加入的质量分数为0.010%~0.016%;并保持铜液温度1170℃±10℃,铜液表面覆盖木炭层,木炭层厚度为100-120mm,使铜液始终与氧隔离。铜原料要求使用1#高纯阴极铜,表面干净,无开花粒子,单张铜板铜豆比例小于5%的表面积,铜绿务必除净,切除四边,结构致密。用木炭层隔离的目的是保温、脱氧、防止吸气等,防止氧化和产生还原气体。木炭作为铜液直接接触的覆盖剂,要求耐燃烧,灰少,含水小于1%,用前严格烘烤除水及有机挥发物,并密封干燥备用。木炭粒度为40-60mm,木炭必须经煅烧处理,最好用硬炸木煅烧制成。硬炸木煅烧制成的木炭具备抗烧、灰伤极少,引制的无氧铜空心坯料不易夹灰和含氧量极低等优点;
步骤二、上引连铸:将有蕊石墨结晶器直接伸入铜液内,伸入铜液深度为20-30mm,有蕊石墨结晶器采用水隔套感应冷却,铜液在有蕊石墨结晶器内凝结成固体,固体上端用牵伸机构牵伸制成无氧铜空心坯料。此上引连铸可采用多个结晶器,一次牵引多个无氧铜空心坯料,提高生产效率;
步骤三、精密冷轧:将步骤二所得无氧铜空心坯料经过矫直,弯曲度≤5mm/m,坯料内外表面用压缩空气吹扫,不应有锯切铜屑及其它脏物,管坯内外表面应无起皮、裂纹、深沟、等缺陷。然后置于精密冷轧机上轧制,提高无氧铜的综合力学性能,使晶粒细化,从而使强度得到提高,改善韧性。并利用轧制加工率高的优点,一次制成磁控管用无氧铜母管,简化生产工艺过程,降低生产成本。轧制工艺参数:送进量3-5mm/次,控制速度60-80mm/分钟;
步骤四、再结晶:为使磁控管用无氧铜管得到更加优良产品性能和加工性能,将步骤三所得无氧铜母管置于真空退火内进行再结晶真空退火,退火温度在205℃±20℃(退火时间:2小时)。经再结晶后,金属的强度、硬度显著下降,塑性、韧性大大提高,加工硬化状态消失,内应力完全消除,金属的性能又重新复原到冷变形之前的状态;
步骤五、冷拔成型:将步骤四所得再结晶后的无氧铜母管置于拉拔机上冷拔成型,制成磁控管用无氧铜管成品;
步骤六、精整: 将步骤五所得磁控管用无氧铜管成品进行矫直、定尺、研磨、抛光、去污等处理,使内外表面光洁,并去除表面的碳残渣。所得成品粗糙度8um以下,弯曲度0.8mm以下,尺寸公差:外径±0.05mm,内径-0/+0.04mm,壁厚±0.07mm。
由于本发明采用“上引连铸、水隔冷却”的方法,在连铸时铜液没有与氧接触的机会,故对氧含量能得到控制。本发明无氧铜管主要用于微波炉磁控管。其主要技术指标是:
一、材质:铜+银含量≥99.97%,氧含量≤0.001%;
二、机械性能:
维氏硬度HV1.0≥ 80
抗拉强度Rm ≥ 315 MPa
屈服强度Rp0.2 ≥ 275 MPa
导电率IACS(20℃)≥ 98;
三、表面粗糙度:8um以下;
四、磁控管用无氧铜管产品规格为:
外径:39mm 壁厚:2.0mm 内径:35mm。
与传统的无氧铜管制备方法相比,本发明具有如下优点:
1、含铜量纯,比普通铜管纯0.08%;氧含量低,氧含量≤0.001%;
2、木炭层,含水量、粒度进行控制,进一步隔绝氧气;
3、由于镧的加入,使得无氧铜管电阻较小,导电性能好,比普通铜管高1%;
4、表面粗糙度优良,无碳残渣,易于焊接;
5、上引连铸可采用多个结晶器,一次牵引多个无氧铜空心坯料,并且生产工艺短,生产效率高;加工过程中产生的废旧边角料少,成材率得到提高。从而降低了生产成本和能耗。
具体实施方式
实施例1:
步骤一、熔炼:将优选的1#高纯阴极铜置于有芯工频感应电炉内,升炉温熔化成铜液,加入质量分数为0.012%的镧,并保持铜液温度1160℃,铜液表面覆盖精选的木炭层,木炭粒度为45mm,木炭层厚度为100mm,使铜液始终与氧隔离;
步骤二、上引连铸:将有蕊石墨结晶器直接伸入铜液内,伸入铜液深度为23mm,有蕊石墨结晶器采用水隔套感应冷却,铜液在有蕊石墨结晶器内凝结成固体,固体上端用牵伸机构牵伸制成无氧铜空心坯料。此上引连铸可采用6个结晶器,一次牵引6个无氧铜空心坯料;
步骤三、精密冷轧:将步骤二所得无氧铜空心坯料经过矫直,弯曲度≤5mm/m,坯料内外表面用压缩空气吹扫,不应有锯切铜屑及其它脏物,管坯内外表面应无起皮、裂纹、深沟、等缺陷。然后置于精密冷轧机上轧制,提高无氧铜的综合力学性能,使晶粒细化,从而使强度得到提高,改善韧性。轧制工艺参数:送进量3mm/次,控制速度65mm/分钟;
步骤四、再结晶:为使磁控管用无氧铜管得到更加优良产品性能和加工性能,将步骤三所得无氧铜母管置于真空退火内进行再结晶真空退火,退火温度在190℃(退火时间:2小时);
步骤五、冷拔成型:将步骤四所得再结晶后的无氧铜母管置于拉拔机上冷拔成型,制成磁控管用无氧铜管成品;
步骤六、精整: 将步骤五所得磁控管用无氧铜管成品进行矫直、定尺、研磨、抛光、去污等处理,使内外表面光洁,并去除内表面的碳残渣。所得成品粗糙度为7um,弯曲度为0.6mm,尺寸公差:外径±0.04mm,内径-0/+0.03mm,壁厚±0.05mm。
主要技术指标:
1、材质:铜+银含量:99.975%,氧含量:0.0005%;
2、维氏硬度HV1.0:105
3、抗拉强度Rm:395 MPa
4、屈服强度Rp0.2:315 MPa
5、导电率IACS(20℃):110。
实施例2:
步骤一、熔炼:将优选的1#高纯阴极铜置于有芯工频感应电炉内,升炉温熔化成铜液,加入质量分数为0.013%的镧,并保持铜液温度1170℃,铜液表面覆盖精选的木炭层,木炭粒度为50mm,木炭层厚度为110mm,使铜液始终与氧隔离;
步骤二、上引连铸:将有蕊石墨结晶器直接伸入铜液内,伸入铜液深度为25mm,有蕊石墨结晶器采用水隔套感应冷却,铜液在有蕊石墨结晶器内凝结成固体,固体上端用牵伸机构牵伸制成无氧铜空心坯料。此上引连铸可采用6个结晶器,一次牵引6个无氧铜空心坯料;
步骤三、精密冷轧:将步骤二所得无氧铜空心坯料经过矫直,弯曲度≤5mm/m,坯料内外表面用压缩空气吹扫,不应有锯切铜屑及其它脏物,管坯内外表面应无起皮、裂纹、深沟、等缺陷。然后置于精密冷轧机上轧制,提高无氧铜的综合力学性能,使晶粒细化,从而使强度得到提高,改善韧性。轧制工艺参数:送进量5mm/次,控制速度70mm/分钟;
步骤四、再结晶:为使磁控管用无氧铜管得到更加优良产品性能和加工性能,将步骤三所得无氧铜母管置于真空退火内进行再结晶真空退火,退火温度在210℃(退火时间:2小时);
步骤五、冷拔成型:将步骤四所得再结晶后的无氧铜母管置于拉拔机上冷拔成型,制成磁控管用无氧铜管成品;
步骤六、精整: 将步骤五所得磁控管用无氧铜管成品进行矫直、定尺、研磨、抛光、去污等处理,使内外表面光洁,并去除内表面的碳残渣。所得成品粗糙度为6um,弯曲度为0.5mm,尺寸公差:外径±0.03mm,内径-0/+0.03mm,壁厚±0.03mm。
主要技术指标:
1、材质:铜+银含量:99.973%,氧含量:0.0006%;
2、维氏硬度HV1.0:108
3、抗拉强度Rm:390 MPa
4、屈服强度Rp0.2:310 MPa
5、导电率IACS(20℃):105。
实施例3:
步骤一、熔炼:将优选的1#高纯阴极铜置于有芯工频感应电炉内,升炉温熔化成铜液,加入质量分数为0.015%的镧,并保持铜液温度1180℃,铜液表面覆盖精选的木炭层,木炭粒度为55mm,木炭层厚度为120mm,使铜液始终与氧隔离;
步骤二、上引连铸:将有蕊石墨结晶器直接伸入铜液内,伸入铜液深度为28mm,有蕊石墨结晶器采用水隔套感应冷却,铜液在有蕊石墨结晶器内凝结成固体,固体上端用牵伸机构牵伸制成无氧铜空心坯料。此上引连铸可采用6个结晶器,一次牵引6个无氧铜空心坯料;
步骤三、精密冷轧:将步骤二所得无氧铜空心坯料经过矫直,弯曲度≤5mm/m,坯料内外表面用压缩空气吹扫,不应有锯切铜屑及其它脏物,管坯内外表面应无起皮、裂纹、深沟、等缺陷。然后置于精密冷轧机上轧制,提高无氧铜的综合力学性能,使晶粒细化,从而使强度得到提高,改善韧性。轧制工艺参数:送进量4mm/次,控制速度75mm/分钟;
步骤四、再结晶:为使磁控管用无氧铜管得到更加优良产品性能和加工性能,将步骤三所得无氧铜母管置于真空退火内进行再结晶真空退火,退火温度在225℃(退火时间:2小时);
步骤五、冷拔成型:将步骤四所得再结晶后的无氧铜母管置于拉拔机上冷拔成型,制成磁控管用无氧铜管成品;
步骤六、精整: 将步骤五所得磁控管用无氧铜管成品进行矫直、定尺、研磨、抛光、去污等处理,使内外表面光洁,并去除内表面的碳残渣。所得成品粗糙度为7um,弯曲度为0.6mm,尺寸公差:外径±0.03mm,内径-0/+0.02mm,壁厚±0.02mm。
主要技术指标:
1、材质:铜+银含量:99.976%,氧含量:0.0005%;
2、维氏硬度HV1.0:107
3、抗拉强度Rm:400 MPa
4、屈服强度Rp0.2:320 MPa
5、导电率IACS(20℃):115。