CN105195550A - 一种金属排的短流程加工方法 - Google Patents

Abstract

一种金属排的短流程加工方法，属于金属材料加工技术领域。其特征是，采用控温铸型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织的金属带坯，后续室温至再结晶温度以下的轧制、分切或拉拔成形，制备高性能金属排。本发明的优点为，采用控温铸型连铸与轧制、分切或拉拔相结合的方法可以直接制备出具有沿长度方向取向度高的微观组织的金属排，导电性、耐弯折性和强度、硬度等性能优异，生产流程短、效率高、产量大，材料利用率高、节约能源、绿色环保、成本低，具有柔性生产特点，有利于满足市场对不同规格金属排的需求。

Description

一种金属排的短流程加工方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种金属排的短流程加工方法。

技术背景

以铜排、铜合金排、铝排、铝合金排等为代表的金属排由于具有特殊的形状和良好的导电性能、高的强度、高的硬度等优异性能，在电力电子、航空航天、交通机械、建筑机电、冶金化工、国防军工以及日常生活等领域用途广泛，市场需求量大。

目前金属排的生产工艺主要包括轧制法、传统挤压法和连续挤压法等。轧制法是采用冷型半连铸或冷型连铸生产金属铸锭，然后加热铸锭，紧接着进行多道次粗轧、多道次中轧，经过锯切、酸洗后，进行一道次拉拔成形金属排；传统挤压法采用冷型半连铸或冷型连铸生产金属铸锭，然后锯切、加热铸锭，紧接着进行卧式挤压，再经过酸洗、校直，后续多道次拉拔，完成退火后进行一道次精整拉拔成形金属排；连续挤压法采用上引冷型连铸生产金属杆坯，后续连续挤压成形金属排坯，然后进行一道次拉拔成形金属排。这三种工艺生产金属排时采用的铸坯都是冷型半连铸法或冷型连铸法制备的，其铸造时的铸型为水冷铜铸型，采用循环水冷却，铸型温度远低于金属的固相线温度，为冷却铸型，将获得从铸坯表面往芯部的凝固组织分别为细小等轴晶、垂直于表面的柱状晶和粗大等轴晶的铸坯，铸坯内部容易出现偏析、疏松、缩孔等缺陷，塑性加工性能普遍不好，铸坯表面质量较差，后续变形前一般需要增加铣面或酸洗等工序，而且都需要经过热轧、热挤或连续挤压，导致变形过程中金属的微观组织会发生再结晶，最终形成等轴状的多晶组织，不仅增加了生产所需能耗与设备投资、提高了生产成本，而且所成形金属排的导电性和耐弯折性等质量及其稳定性较差，降低了材料利用率、成品率与生产率。总之，上述金属排加工工艺存在着工艺流程长、工序复杂，能耗大，材料利用率低，产品的质量不易控制、性能难以满足不断提出的高标准使用要求以及生产成本高等共性问题。

控温铸型连铸法(包括热型连铸法、两相区连铸法和温型连铸法)是新近开发的一类金属高效连铸制备新方法，其原理是通过将连铸的铸型温度控制在金属的液相线温度以上(热型连铸法)或金属的固相线温度和液相线温度之间(两相区连铸法)或低于金属的固相线温度且高于冷却铸型温度的范围内(温型连铸法)，构成加热铸型或两相区铸型或低热铸型，并在铸型出口附近对已凝固金属进行强制冷却，使金属在离开铸型出口前完成凝固，实现连铸成形。控温铸型连铸法所制备的金属带坯表面质量优良(光洁度好、无氧化皮和裂纹等缺陷)，内部组织致密(无疏松和缩孔等)，可不进行铣面直接进行冷加工成形；金属带坯具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织，十分有利于后续冷加工(如轧制、拉拔)延伸变形，且有利于提高导电、强度、耐蚀和耐弯折等性能；金属带坯成分均匀，产品质量的一致性和稳定性好。

因此，控温铸型连铸法为金属排的短流程、高效制备提供了崭新的途径，以该方法为基础，可以开发高性能金属排的短流程加工方法。

发明内容

本发明的目的是针对金属排现有生产方法的工艺流程长、工序复杂，能耗大，材料利用率低，产品质量难以控制，产品的性能难以满足不断提出的高标准使用要求以及生产成本高等问题，为高效生产优质金属排，提高成材率，降低生产成本，提高产品质量和性能，提供一种控温铸型连铸与拉拔相结合的金属排短流程加工方法。

一种金属排的短流程加工方法，具体工艺如下：

采用控温铸型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、厚度2～70mm、宽度10～650mm的金属带坯；在室温至低于金属带坯再结晶温度20～50℃的温度下，对金属带坯进行1～5道次的拉拔成形金属排，拉拔道次变形率为2％～40％。

控温铸型连铸法是热型连铸法、两相区连铸法或温型连铸法，结构采用下拉式、弧形式、水平式或上引式中的任何一种。

可以利用控温铸型连铸法制备宽幅金属带坯，提高产量，同时也可以库存部分宽幅金属带坯，满足生产急需或柔性生产需要，在此基础上在室温下对控温铸型连铸法制备的宽幅金属带坯进行平行于长度方向的分切，获得多根具有相同宽度或不同宽度的金属带坯，采用分切后的金属带坯在室温至低于金属带坯再结晶温度20～50℃的温度下进行1～5道次的拉拔成形金属排，拉拔道次变形率为2％～40％，从而可以利用同一宽幅金属带坯拉拔成形出多根相同宽度或不同宽度的金属排，提高生产效率，或满足实际应用中随时对不同宽度金属排提出的需求，实现金属排的高效灵活生产，降低成本。

可以利用控温铸型连铸法制备厚度较大的金属带坯，提高产量，同时也可以库存部分厚度较大的金属带坯，满足生产急需或柔性生产需要，在此基础上在室温至低于金属带坯再结晶温度20～50℃的温度下对控温铸型连铸法制备的厚度较大的金属带坯进行1道次轧制获得金属带材，轧制压下率为10％～50％，采用金属带材在室温至低于金属带材再结晶温度20～50℃的温度下进行1～5道次的拉拔成形金属排，拉拔道次变形率为2％～40％，从而可以利用同一厚度金属带坯轧制获得不同厚度的金属带材，然后拉拔成形不同厚度的金属排，提高生产效率，或满足实际应用中随时对不同厚度金属排提出的需求，实现金属排的高效灵活生产，降低成本。

可以利用控温铸型连铸法制备宽幅且厚度较大的金属带坯，提高产量，同时也可以库存部分宽幅且厚度较大的金属带坯，满足生产急需或柔性生产需要，在此基础上在室温至低于金属带坯再结晶温度20～50℃的温度下对控温铸型连铸法制备的宽幅且厚度较大的金属带坯进行1道次轧制获得金属带材，轧制压下率为10％～50％，在室温下对轧制后的宽幅金属带材进行平行于长度方向的分切，获得多根具有相同宽度或不同宽度的金属带材，采用分切后的金属带材在室温至低于金属带材再结晶温度20～50℃的温度下进行1～5道次的拉拔成形金属排，拉拔道次变形率为2％～40％，从而可以利用同一宽幅和厚度的金属带坯通过轧制和拉拔后成形出多根相同宽度或不同宽度以及不同厚度的金属排，提高生产效率，或满足实际应用中随时对不同宽度或不同厚度金属排提出的需求，实现金属排的高效灵活生产，降低成本。

轧制或拉拔过程中对金属带坯或金属带材温度的控制是通过在线感应加热方式实现的，并且采用氮气、惰性气体或氮气和氢气的混合气体进行在线保护。

可以根据实际使用需要，对拉拔成形金属排进行退火处理，退火温度低于金属排的再结晶温度20～50℃以下、退火时间1～5h。

金属排的断面形状为直角、圆角、圆边或全圆边的矩形断面或异型断面。

本发明的优点在于：

1、采用控温铸型连铸法制备的金属带坯作为坯料，由于该金属带坯的表面质量优良(光洁度好、无氧化皮和裂纹等缺陷)，内部组织致密(无疏松和缩孔等)，不需进行铣面可直接进行后续塑性加工(轧制和拉拔)，提高了材料利用率，减少了工序，提高了成材率，降低了生产成本。

2、控温铸型连铸法制备的金属带坯具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织，在沿长度方向延伸加工(轧制和拉拔)过程中，能保持很好的塑性加工能力，并且变形过程中金属的微观组织不会发生再结晶，变形后仍然能保留沿长度方向取向度高的微观组织，有利于获得高导电率、很好的耐弯折性、较高的强度和硬度等优异性能的金属排。

3、本发明所提供的金属排加工方法与传统的加工方法相比，取消了加热、铣面、酸洗或连续挤压等工序，缩短了工艺流程，提高了产量和生产效率，节约了能源，实现了高效灵活生产或柔性生产，降低了生产成本，有利于随时满足市场对不同规格金属排的需求。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。

实施例1：宽度25mm、厚度5mm的纯铜排制备

采用下拉式热型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向的连续柱状晶组织、宽度26.5mm、厚度5.7mm的纯铜带坯；在室温下对纯铜带坯直接进行1道次拉拔成形，获得宽度25mm、厚度5mm的纯铜排。

实施例2：宽度20mm、厚度6mm的纯铜排制备

采用水平式温型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、宽度42.2mm、厚度6.9mm的纯铜带坯；在室温下对纯铜带坯进行对半分切；将分切后的纯铜带坯在室温下进行1道次拉拔成形，获得宽度20mm、厚度6mm的纯铜排。

实施例3：宽度15mm、厚度3mm的纯铜排制备

采用下拉式温型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、宽度31.8mm、厚度4mm的纯铜带坯；在室温下对纯铜带坯进行1道次轧制获得宽度31.8mm、厚度3.5mm的纯铜带材；在室温下对纯铜带材进行对半分切；在室温下对分切后的纯铜带材进行1道次拉拔成形，获得宽度15mm、厚度3mm的纯铜排。

实施例4：宽度20mm、厚度6mm的纯铝排制备

采用下拉式热型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向的连续柱状晶组织、宽度21.5mm、厚度6.5mm的纯铝带坯；在室温下对纯铝带坯直接进行1道次拉拔成形，获得宽度20mm、厚度6mm的纯铝排。

实施例5：宽度20mm、厚度6mm的纯铝排制备

采用水平式热型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向的连续柱状晶组织、宽度42.2mm、厚度6.9mm的纯铝带坯；在室温下对纯铝带坯进行对半分切；将分切后的纯铝带坯在室温下进行1道次拉拔成形，获得宽度20mm、厚度6mm的纯铝排。

实施例6：宽度15mm、厚度3mm的纯铝排制备

采用下拉式温型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、宽度15.9mm、厚度4mm的纯铝带坯；在室温下对纯铝带坯进行1道次轧制获得宽度15.9mm、厚度3.5mm的纯铝带材；在室温下对纯铝带材进行1道次拉拔成形，获得宽度15mm、厚度3mm的纯铝排。

实施例7：宽度25mm、厚度5mm的H70黄铜排制备

采用水平式温型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、宽度26.5mm、厚度5.7mm的H70黄铜带坯；在室温下对H70黄铜带坯直接进行1道次拉拔成形，获得宽度25mm、厚度5mm的H70黄铜排。

实施例8：宽度20mm、厚度6mm的H70黄铜排制备

采用水平式温型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、宽度42.2mm、厚度6.9mm的H70黄铜带坯；在室温下对H70黄铜带坯进行对半分切；将分切后的H70黄铜带坯采用氩气进行在线保护在线感应加热到200℃，然后进行1道次拉拔成形，获得宽度20mm、厚度6mm的H70黄铜排。

实施例9：宽度15mm、厚度3mm的H70黄铜排制备

采用下拉式两相区连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、宽度31.8mm、厚度4mm的H70黄铜带坯；对采用氮气和氢气的混合气体进行在线保护在线感应加热到200℃的H70黄铜带坯进行1道次轧制获得宽度31.8mm、厚度3.5mm的H70黄铜带材；在室温下对H70黄铜带材进行对半分切；在室温下对分切后的H70黄铜带材进行1道次拉拔成形，获得宽度15mm、厚度3mm的H70黄铜排；对拉拔成形的H70黄铜排进行退火处理，退火温度200℃、退火时间2h。

Claims (8)

1.一种金属排的短流程加工方法，其特征在于，采用控温铸型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、厚度2～70mm、宽度10～650mm的金属带坯；在室温至低于金属带坯再结晶温度20～50℃的温度下，对金属带坯进行1～5道次的拉拔成形金属排，拉拔道次变形率为2％～40％。

2.一种金属排的短流程加工方法，其特征在于，采用控温铸型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、厚度2～70mm、宽度10～650mm的金属带坯；在室温下对金属带坯进行平行于长度方向的分切，获得具有相同宽度或不同宽度的金属带坯；在室温至低于金属带坯再结晶温度20～50℃的温度下，对分切后的金属带坯进行1～5道次的拉拔成形金属排，拉拔道次变形率为2％～40％。

3.一种金属排的短流程加工方法，其特征在于，采用控温铸型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、厚度2～70mm、宽度10～650mm的金属带坯；在室温至低于金属带坯再结晶温度20～50℃的温度下，对金属带坯进行1道次轧制获得金属带材，轧制压下率为10％～50％；在室温至低于金属带坯再结晶温度20～50℃的温度下，对金属带材进行1～5道次的拉拔成形金属排，拉拔道次变形率为2％～40％。

4.一种金属排的短流程加工方法，其特征在于，采用控温铸型连铸法制备出表面光滑、具有沿长度方向取向度高的柱状晶组织、厚度2～70mm、宽度10～650mm的金属带坯；在室温至低于金属带坯再结晶温度20～50℃的温度下，对金属带坯进行1道次轧制获得金属带材，轧制压下率为10％～50％；在室温下对金属带材进行分切；在室温至低于金属带材再结晶温度20～50℃的温度下，对分切后的金属带材进行1～5道次的拉拔成形金属排，拉拔道次变形率为2％～40％。

5.如权利要求1至权利要求4所述任意一种金属排的短流程加工方法，其特征在于，所述控温铸型连铸法是热型连铸法、两相区连铸法或温型连铸法，结构采用下拉式、弧形式、水平式或上引式中的任何一种。

6.如权利要求1至权利要求4所述任意一种金属排的短流程加工方法，其特征在于，在所述轧制或所述拉拔过程中对所述金属带坯或所述金属带材温度的控制是通过在线感应加热方式实现的，采用氮气、惰性气体或氮气和氢气的混合气体进行在线保护。

7.如权利要求1至权利要求4所述任意一种金属排的短流程加工方法，其特征在于，对所述金属排进行退火处理，退火温度低于所述金属排的再结晶温度20～50℃以下、退火时间1～5h。

8.如权利要求1至权利要求4所述任意一种金属排的短流程加工方法，其特征在于，所述金属排的断面形状为直角、圆角、圆边或全圆边的矩形断面或异型断面。