CN103602851A

CN103602851A - 铜合金及其制造方法

Info

Publication number: CN103602851A
Application number: CN201310551851.0A
Authority: CN
Inventors: 钱高祥; 张舟逸
Original assignee: ZHEJIANG BADA COPPER INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG BADA COPPER INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: CN103602851B

Abstract

本发明公开一种铜合金及其制造方法，属于铜合金的技术领域，含有以下重量百分比的锡0.8-2.2%、镍0.5-1.0%、磷0.03-0.15%，余量为铜。本发明铜合金（QBD-6）不仅拥有优异的机械性能，其抗拉强度虽然低于C5191，而其导电率却是C5191青铜的3倍多，黄铜的1.5倍左右，接近C7025的导电率。而且生产QBD-6的主要原材料为市场上价格低廉的边角料，在生产成本上较C7025有很大的优势。它可广泛用于各种小型连接器端子、及通用连接器和引线框架的制造，满足部分中高端客户的需求。总之，本发明铜合金,高性能、低成本。

Description

铜合金及其制造方法

技术领域

本发明公开一种铜合金及其制造方法，属于铜合金的技术领域。

背景技术

如今国内许多生产电气、电子零部件的高端客户在原材料选择上都是从国外进口的高价铜合金，虽然进口的铜材在性能等方面较国内有优势，但是加工后产生的边角料却无法出口退还给国外生产商，因此许多边角料只能在国内低价出售。

联接器在比较高的温度下使用时，雌雄端子间的接触压力会变得越来越小，即所谓的应力松弛。因此，即使最初有足够的接触压力，也会因为在使用过程中电器部品的发热，会产生应力松弛现象。应力松弛一旦发生，接触压力会变小，那么接触点就容易氧化，导致通电电阻增大，进一步导致部品的发热、造成恶性循环，最后导致联接器通电（信号）接触不良，乃至烧损，造成严重后果。

申请人根据市场上的角料情况，以及联接器对应力松驰特性的要求，决定研发一款新型铜合金，以便回收利用市场上部分进口铜合金的边角料，以及适应市场的发展趋势。本申请案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能、低成本的铜合金及其制造方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种铜合金，含有以下重量百分比的锡0.8-2.2%、镍0.5-1.0%、磷0.03-0.15%，余量为铜。

一种铜合金的制造方法，包括如下步骤：

（1）原料的选取：原料由铜合金边角料、镀镍铜合金角料、电解铜、锡锭、镍条、铜-磷中间合金组成。使用干燥炉料，甚至熔化前首先进行预热料料，可以减少甚至避免熔体吸收气体。（2）熔炼。转炉前需进行实际温度检测。熔化后需进行表面铜水表面覆盖，可选用经锻烧干燥的木炭，起到铜水排气除氧的作用。（3）水平连续铸造。（4）铣面。铣面后表面不能有氧化物、压屑、压坑。有条件的在铣面卷取时进行夹纸。（5）粗轧。给予一定的加工率，为了对改善铸造组织，细化“黑色Cu-P”析出物的作用。（6）第一次退火。（7）中间轧制，属正常的中间坯轧制过程，轧制时特别注意不能擦伤带坯表面。（8）第二次退火；属正常再结晶软化退火热处理。（9）中间轧制。属正常的中间坯轧制过程，轧制时特别注意不能擦伤带坯表面、板型、公差等控制。（10）酸洗剪边；去除碎边，清除表面氧化物。（11）第三次退火；属再结晶软化退火热处理。（12）酸洗；去除铜材表面的微量氧化物、灰分。（13）精轧；正常的加工过程，起到呈上启下的作用。（14）第四次退火；再结晶软化退火。（15）酸洗；去除铜材表面的微量氧化物、灰分。（16）精轧；属预精轧控制轧制，一方面给成品轧制留足加工率，另一方面为成品晶粒组织的细化、均匀性给与充足的变形能。（17）第五次退火；再结晶软化退火，同时，控制好成品晶粒度。（18）酸洗；去除铜材表面的微量氧化物、灰分。（19）成品轧制；确保交货时的机械性能、板型、公差等要求。（20）拉弯矫；确保交货时的铜材板型。（21）第六次退火；去应力低温退火，起到提高弹性极限的作用。（22）成品酸洗钝化处理；确保铜带表面干净、防氧化。（23）成品剪切、检验、包装入库。

所述步骤（1）中，原料配比为：电解铜、锡锭、镍条、铜-磷中间合金之间的重量比为120：2：1：1，该四种金属的总重量占原料总重量的10～50%；其余为铜合金边角料和镀镍铜合金边角料，且铜合金边角料和镀镍铜合金边角料之间的重量比为6：1。

所述步骤（2）中，熔化炉转炉温度1250-1300℃。

所述步骤（3）中，保温炉拉铸控制温度1170-1220℃，保温炉液面用锻烧烘干木炭覆盖，覆盖厚度不小于5厘米，铸坯端面的温度差控制在50℃以下。

所述步骤（3）中，采用电磁搅拌工艺，频率20HZ，电流15～26A，搅4秒停15秒。

所述步骤（4）中，上下面各铣掉0.7-0.8mm。

所述步骤（6）的退火温度为680～730℃、保温时间为7小时；步骤（8）的退火温度为500-530℃、保温时间为5.5小时；步骤（11）的退火温度为480℃、保温时间为4.5小时；步骤（14）的退火温度为450℃、保温时间为4.5小时；步骤（17）的退火温度为400-430℃、保温时间为4.5小时；步骤（21）的退火温度为200-230℃、保温时间为4小时。

本发明铜合金中，为了改善二元锡青铜的工艺性能和使用性能，加入镍元素，微量镍可以大大提高它们的机械性能，而且镍还有细化α固溶体晶粒的作用；晶粒细化后，受到加工时位错的自由行程距离缩短，位错塞积引起的集中应力减少，故韧性值提高。熔体中的微量镍，有利于加速熔体的凝固和结晶速度，对减轻和避免偏析有一定的效果。

本发明铜合金中，锡青铜中容易出现有害夹杂SnO₂。SnO₂极其硬脆，其存在不仅使合金性能降低，因此熔炼锡青铜时，一般需加入适量的磷进行脱氧；但磷P的作用更重要的是微量（0.3%）磷能有效地提高合金的机械性能，特别是弹性极限和疲劳极限，使合金具有良好的弹性性能。但其在锡青铜中的最大溶解度为0.15%，更多的磷加入将形成三元共晶体（α+δ+Cu₃P），其熔点仅628℃，使合金在加工过程中出现热脆性。

本发明铜合金（QBD-6）不仅拥有优异的机械性能，其抗拉强度虽然低于C5191，而其导电率却是C5191青铜的3倍多，黄铜的1.5倍左右，接近C7025的导电率。而且生产QBD-6的主要原材料为市场上价格低廉的边角料，在生产成本上较C7025有很大的优势。它可广泛用于各种小型连接器端子、及通用连接器和引线框架的制造，满足部分中高端客户的需求。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的铸坯在第一次退火前的晶相组织；

图2为本发明的铸坯在第一次退火后的晶相组织。

具体实施方式

实施例1

一种铜合金的制造方法，包括如下步骤：

（1）原料的选取：原料由铜合金边角料、镀镍铜合金角料、电解铜、锡锭、镍条、铜-磷中间合金组成。原料中，电解铜、锡锭、镍条、铜-磷中间合金之间的重量比为120：2：1：1，该四种金属的总重量占原料总重量的30%；其余为铜合金边角料和镀镍铜合金边角料，且铜合金边角料和镀镍铜合金边角料之间的重量比为6：1。（2）熔炼，熔化炉转炉温度1280±15℃。（3）水平连续铸造。铸造工艺：拉（12-15）mm、反推一（0-1.6）mm停（3.3-3.8）秒、反推二（1.8-2.2）mm。保温炉拉铸控制温度1185±10℃℃，铸坯厚度16mm。保温炉液面用锻烧烘干木炭覆盖，覆盖厚度不小于5厘米，铸坯端面的温度差控制在50℃以下。采用电磁搅拌工艺，频率20HZ，电流15～26A，搅4秒停15秒。铸造时组织内部会产生粗大黑色“Ni-P”析出物，利用电磁铸造技术生产可以一定程度上细化析出物，起到最终产品使用性能的改善作用。（4）铣面，上下面各铣掉0.7-0.8mm。（5）粗轧（14.5mm轧至8mm)。（6）第一次退火。见图1所示，图1中有关黑点,就是铸造时产生的粗大析出物，主要是对疲劳、韧性、应力松弛性、高温软化特性影响大；对于水平连铸坯，得靠加工过程中利用≥720℃高温热处理进行细化“黑点”析出物，也就是说这个退火决定着最终产品的使用特性，通过细化分散“Ni-P”化合物，抑制住位错或晶界的移动，从而提高材料的弯曲性能、应力松驰特性、以及高温抗软化性能。图2为第一次退火后的晶相组织。（7）中间轧制（8mm轧至3.4mm)。（8）第二次退火。（9）中间轧制（3.4mm轧至1.2mm)。（10）酸洗剪边。（11）第三次退火。（12）酸洗。（13）精轧（1.2mm轧至0.6mm)。（14）第四次退火。（15）酸洗。（16）精轧（0.6mm轧至0.275mm，此为留底轧制，控制最终成品加工率来控制成品性能)。（17）第五次退火。（18）酸洗。（19）成品轧制（0.275mm轧至0.11mm)。（20）拉弯矫。（21）第六次退火。（22）成品酸洗钝化处理。（23）成品剪切、检验、包装入库。

其中，步骤（6）的退火温度为720℃、保温时间为7小时；步骤（8）的退火温度为520℃、保温时间为5.5小时；步骤（11）的退火温度为480℃、保温时间为4.5小时；步骤（14）的退火温度为450℃、保温时间为4.5小时；步骤（17）的退火温度为420℃、保温时间为4.5小时；步骤（21）的退火温度为210℃、保温时间为4小时。

通过上述工艺制备出来的铜合金，含有以下重量百分比的锡1.7-1.8%、镍0.8-0.9%、磷0.10-0.12%，余量为铜。

同时，通过上述工艺制备出来的铜合金具有以下性能：抗拉强度：570～592MPa，延伸率为：5.2%～6.8%，硬度HV0.5为174～182。

实施例2

（1）原料的选取：原料由铜合金边角料、镀镍铜合金角料、电解铜、锡锭、镍条、铜-磷中间合金组成。原料中，电解铜、锡锭、镍条、铜-磷中间合金之间的重量比为120：2：1：1，该四种金属的总重量占原料总重量的22%；其余为铜合金边角料和镀镍铜合金边角料，且铜合金边角料和镀镍铜合金边角料之间的重量比为6：1。（2）熔炼，熔化炉转炉温度1285±15℃。（3）水平连续铸造。铸造工艺：拉（12-15）mm、反推一（0-1.6）mm停（3.3-3.8）秒、反推二（1.8-2.2）mm。保温炉拉铸控制温度1195±10℃，铸坯厚度16mm。保温炉液面用锻烧烘干木炭覆盖，覆盖厚度不小于5厘米，铸坯端面的温度差控制在50℃以下。采用电磁搅拌工艺，频率20HZ，电流15～26A，搅4秒停15秒。铸造时组织内部会产生粗大黑色“Ni-P”析出物，利用电磁铸造技术生产可以一定程度上细化析出物，起到最终产品使用性能的改善作用。（4）铣面，上下面各铣掉0.7-0.8mm。（5）粗轧（14.5mm轧至8mm)。（6）第一次退火。见图1所示，图1中有关黑点,就是铸造时产生的粗大析出物，主要是对疲劳、韧性、应力松弛性、高温软化特性影响大；对于水平连铸坯，得靠加工过程中利用≥720℃高温热处理进行细化“黑点”析出物，也就是说这个退火决定着最终产品的使用特性，通过细化分散“Ni-P”化合物，抑制住位错或晶界的移动，从而提高材料的弯曲性能、应力松驰特性、以及高温抗软化性能。图2为第一次退火后的晶相组织。（7）中间轧制（8mm轧至3.4mm)。（8）第二次退火。（9）中间轧制（3.4mm轧至1.2mm)。（10）酸洗剪边。（11）第三次退火。（12）酸洗。（13）精轧（1.2mm轧至0.6mm)。（14）第四次退火。（15）酸洗。（16）精轧（0.6mm轧至0.244mm，此为留底轧制，控制最终成品加工率来控制成品性能)。（17）第五次退火。（18）酸洗。（19）成品轧制（0.244mm轧至0.11mm)。（20）拉弯矫。（21）第六次退火。（22）成品酸洗钝化处理。（23）成品剪切、检验、包装入库。

其中，步骤（6）的退火温度为720℃、保温时间为7小时；步骤（8）的退火温度为530℃、保温时间为5.5小时；步骤（11）的退火温度为480℃、保温时间为4.5小时；步骤（14）的退火温度为450℃、保温时间为4.5小时；步骤（17）的退火温度为420℃、保温时间为4.5小时；步骤（21）的退火温度为220℃、保温时间为4小时。

通过上述工艺制备出来的铜合金，含有以下重量百分比的锡1.6-1.7%、镍0.75-0.85%、磷0.07-0.10%，余量为铜。

同时，通过上述工艺制备出来的铜合金具有以下性能：抗拉强度：565～578MPa²，延伸率为：7%～7.8%，硬度HV0.5为169～175。高温（450±5℃，1分钟）后材料硬度值能为142～151HV0.5。

实施例3

（1）原料的选取：原料由铜合金边角料、镀镍铜合金角料、电解铜、锡锭、镍条、铜-磷中间合金组成。原料中，电解铜、锡锭、镍条、铜-磷中间合金之间的重量比为120：2：1：1，该四种金属的总重量占原料总重量的18%；其余为铜合金边角料和镀镍铜合金边角料，且铜合金边角料和镀镍铜合金边角料之间的重量比为6：1。（2）熔炼，熔化炉转炉温度1275±15℃。（3）水平连续铸造。铸造工艺：拉（12-15）mm、反推一（0-1.6）mm停（3.3-3.8）秒、反推二（1.8-2.2）mm。保温炉拉铸控制温度1190±10℃，铸坯厚度16mm。保温炉液面用锻烧烘干木炭覆盖，覆盖厚度不小于5厘米，铸坯端面的温度差控制在50℃以下。采用电磁搅拌工艺，频率20HZ，电流15～26A，搅4秒停15秒。铸造时组织内部会产生粗大黑色“Ni-P”析出物，利用电磁铸造技术生产可以一定程度上细化析出物，起到最终产品使用性能的改善作用。（4）铣面，上下面各铣掉0.7-0.8mm。（5）粗轧（14.5mm轧至8mm)。（6）第一次退火。见图1所示，图1中有关黑点,就是铸造时产生的粗大析出物，主要是对疲劳、韧性、应力松弛性、高温软化特性影响大；对于水平连铸坯，得靠加工过程中利用≥720℃高温热处理进行细化“黑点”析出物，也就是说这个退火决定着最终产品的使用特性，通过细化分散“Ni-P”化合物，抑制住位错或晶界的移动，从而提高材料的弯曲性能、应力松驰特性、以及高温抗软化性能。图2为第一次退火后的晶相组织。（7）中间轧制（8mm轧至3.4mm)。（8）第二次退火。（9）中间轧制（3.4mm轧至2.0mm)。（10）酸洗剪边。（11）第三次退火。（12）酸洗。（13）精轧（2.0mm轧至1.0mm)。（14）第四次退火。（15）酸洗。（16）精轧（1.0mm轧至0.6mm，此为留底轧制，控制最终成品加工率来控制成品性能)。（17）第五次退火。（18）酸洗。（19）成品轧制（0.6mm轧至0.11mm)。（20）拉弯矫。（21）第六次退火。（22）成品酸洗钝化处理。（23）成品剪切、检验、包装入库。

其中，步骤（6）的退火温度为700℃、保温时间为7小时；步骤（8）的退火温度为520℃、保温时间为5.5小时；步骤（11）的退火温度为480℃、保温时间为4.5小时；步骤（14）的退火温度为450℃、保温时间为4.5小时；步骤（17）的退火温度为420℃、保温时间为4.5小时；步骤（21）的退火温度为215℃、保温时间为4小时。

通过上述工艺制备出来的铜合金，含有以下重量百分比的锡1.5-1.6%、镍0.70-0.80%、磷0.06-0.85%，余量为铜。

同时，通过上述工艺制备出来的铜合金具有以下性能：抗拉强度505～526N/mm²，延伸率为9.6～10.5%，硬度HV0.5为158～169。

1.本发明铜合金物理特性要求：

比重（g/cm³）	8.9
		比热（J/kg.k）	376
热导系数（W/m.k）	145
		线膨胀系数（10^-6/k）	17.7（25～300℃）
纵弹性系数（GPa）	130
		电阻率（20℃）	50.7*10^-3
导电率（%IACS）	≥30

注：高温（450±10℃）后材料硬度值必须大于规格值下限80%以上。

2.机械特性:

3.机械性能实测典型值：

抗拉强度：570MPa、延伸率：5.5%、硬度HV0.5：176、导电率38.25%IACS。

上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种铜合金，其特征在于：含有以下重量百分比的锡0.8-2.2%、镍0.5-1.0%、磷0.03-0.15%，余量为铜。

2.一种如权利要求1所述的铜合金的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）原料的选取：原料由铜合金边角料、镀镍铜合金角料、电解铜、锡锭、镍条、铜-磷中间合金组成；（2）熔炼；（3）水平连续铸造；（4）铣面；（5）粗轧；（6）第一次退火；（7）中间轧制；（8）第二次退火；（9）中间轧制；（10）酸洗剪边；（11）第三次退火；（12）酸洗；（13）精轧；（14）第四次退火；（15）酸洗；（16）精轧；（17）第五次退火；（18）酸洗；（19）成品轧制；（20）拉弯矫；（21）第六次退火；（22）成品酸洗钝化处理；（23）成品剪切、检验、包装入库。

3.如权利要求2所述的铜合金的制造方法，其特征在于：所述步骤（1）中，原料配比为：电解铜、锡锭、镍条、铜-磷中间合金之间的重量比为120：2：1：1，该四种金属的总重量占原料总重量的10～50%；其余为铜合金边角料和镀镍铜合金边角料，且铜合金边角料和镀镍铜合金边角料之间的重量比为6：1。

4.如权利要求2所述的铜合金的制造方法，其特征在于：所述步骤（2）中，熔化炉转炉温度1250-1300℃。

5.如权利要求2所述的铜合金的制造方法，其特征在于：所述步骤（3）中，保温炉拉铸控制温度1170-1220℃，保温炉液面用锻烧烘干木炭覆盖，覆盖厚度不小于5厘米，铸坯端面的温度差控制在50℃以下。

6.如权利要求2所述的铜合金的制造方法，其特征在于：所述步骤（3）中，采用电磁搅拌工艺，频率20HZ，电流15～26A，搅4秒停15秒。

7.如权利要求2所述的铜合金的制造方法，其特征在于：所述步骤（4）中，上下面各铣掉0.7-0.8mm。

8.如权利要求2所述的铜合金的制造方法，其特征在于：所述步骤（6）的退火温度为680～730℃、保温时间为7小时；步骤（8）的退火温度为500-530℃、保温时间为5.5小时；步骤（11）的退火温度为480℃、保温时间为4.5小时；步骤（14）的退火温度为450℃、保温时间为4.5小时；步骤（17）的退火温度为400-430℃、保温时间为4.5小时；步骤（21）的退火温度为200-230℃、保温时间为4小时。