CN105349819B - 一种高强高导铜合金板带的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铜合金领域，尤其涉及一种高强高导铜合金板带的制备方法。解决了目前的高强高导铜合金存在的强度低、塑性差抗疲劳松弛性差的技术问题。本发明的制备方法利用了固溶强化、析出强化和加工硬化的理论。采用热轧固溶处理，利用高温时溶质原子溶解度较高，以固溶体形式存在于基铜中，快速冷却后溶质元素来不及析出，形成过饱和固溶体；析出强化过程中Cr、Ti原子在铜中的溶解度急剧下降，从基体中析出，基体贫化；冷轧过程中铜合金板带产生塑性变形，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化。实现了高强度、高屈服、高导电要求，从而提高了TKB铜合金板带的最终抗拉强度、屈服强度、导电率。

Description

一种高强高导铜合金板带的制备方法
技术领域
本发明涉及铜合金领域，尤其涉及一种高强高导铜合金板带的制备方法。
背景技术
随着电子技术领域的快速发展，对微合金化高强高导铜合金的抗拉强度和屈服强度等性能要求越来越高，目前所希望的理想的用高强高导铜合金的抗拉强度Rm为520-620MPa，屈服强度Rp0.2≥500MPa，断后延伸率A11.3≥7%，导电率≥75%IACS，维氏硬度HV为160-190（维氏硬度值，无单位）。
目前，国内外电子技术领域用高强高导铜合金存在的问题是：部分合金强度低、塑性差、抗疲劳松弛性能差。
发明内容
本发明为解决目前的高强高导铜合金存在的强度低、塑性差抗疲劳松弛性差的技术问题，提供一种高强高导铜合金（TKB）板带的制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种高强高导铜合金板带的制备方案，包括如下步骤：
（1）、根据工频有芯感应炉的有效容积，按照质量比为铜：铬：银：铁：硅：钛=99.23：0.55：0.08：0.06：0.03：0.05进行配料；将铜、铁铜中间合金、银放入工频有芯感应炉的炉体内后在熔体表面覆盖一层厚度为50-100mm的硼砂与玻璃粉的混合物，加热到1280-1300℃进行熔炼，熔炼完成后将硅、铬加入炉体内升温至1350℃进行熔炼，熔炼完成后将钛铜中间合金加入炉体内，保温30分钟，然后将温度降至1260-1280℃，得到铜水（也称为熔炼水）；
（2）、采用带石墨内套的结晶器对上述铜水进行温度为1260℃-1280℃、拉铸速度1.6-2.0米/小时的半连续铸造工艺得到厚度为170mm，宽度为400mm的矩形铸锭；
（3）、将上述矩形铸锭放入煤气连续加热炉中由室温加热3小时至930-950℃后再保温2-2.5小时；再将铸锭用热轧轨道上下均安装在线冷却装置的两辊可逆热轧机进行初轧温度为930-950℃、终轧温度为700-750℃的7道次可逆轧制；最后一道次出轧后打开安装于热轧轨道上下的在线冷却装置进行冷却速度为10℃/s的带坯在线水冷，冷却至室温后将热轧坯直接空心打卷；
（4）、将上述空心打卷后的热轧坯在开卷机上开卷后用双面铣削设备进行上下铣削厚度均为0.8-1mm的双面铣面以去除热轧坯表面的氧化皮，得到板带；
（5）、将上述板带采用四辊可逆初轧机进行7道次可逆轧制；再用钟罩退火炉进行加热温度为460℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺；
（6）、将步骤（5）中退火后的板带采用四辊可逆精轧机进行3道次可逆轧制；再用钟罩退火炉进行加热温度为400℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺；
（7）、将步骤（6）中退火后的板带采用四辊可逆精轧机进行2道次可逆轧制；再用钟罩退火炉进行加热温度为280℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺，从而得到TKB高铜合金板带。
所述工频有芯感应炉、石墨内套结晶器、两辊可逆热轧机、开卷机、双面铣削设备、四辊可逆初轧机、钟罩退火炉均为现有产品，可直接从市场中购得。
将上述制备方法步骤（1）中得到的熔炼水用坩埚取样，冷却至固态后去掉底部的氧化层，在光谱分析仪上进行化学分析，其结果如下表1所示。
本发明的制备方法利用了固溶强化（合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高的现象）、析出强化（沉淀强化，也称析出强化，指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区或由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺）和加工硬化（也称冷作硬化，指金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象）的理论。采用热轧固溶处理（步骤3），利用高温时溶质原子溶解度较高，以固溶体形式存在于基铜中，快速冷却后溶质元素来不及析出，形成过饱和固溶体；析出强化过程（步骤5~7）中Cr、Ti原子在铜中的溶解度急剧下降，从基体中析出，基体贫化；冷轧过程中（步骤5~7）铜合金板带产生塑性变形，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化。实现了高强度、高屈服、高导电要求，从而提高了TKB铜合金板带的最终抗拉强度、屈服强度、导电率。
本发明制得的TKB铜合金板带产品为Y态产品，其各项性能指标见下表2所示。
本发明的TKB铜合金板带制备方法主要通过在配料中调整微量元素的添加顺序，改善熔铸工艺，而提高熔铸质量，减少铸锭气孔、疏松等缺陷；生产工艺采用冷轧工序提高强度，退火工序消除加工硬化；通过最终的冷加工及应力消除方法获得理想的高强高导铜合金材料性能。
具体实施方式
TKB铜合金板带的制备方法，包括如下步骤：
（1）、根根据工频有芯感应炉的有效容积，按照质量比为铜：铬：银：铁：硅：钛=99.23：0.55：0.08：0.06：0.03：0.05进行配料；将铜、铁铜中间合金、银放入工频有芯感应炉的炉体内后在熔体表面覆盖一层厚度为50-100mm的硼砂与玻璃粉（硼砂与玻璃粉质量比例为2:1）的混合物，加热到1280-1300℃（1280℃、1290℃、1300℃）进行熔炼，熔炼完成后将硅、铬加入炉体内升温至1350℃进行熔炼，熔炼完成后将钛铜中间合金加入炉体内，保温30分钟，然后将温度降至1260-1280℃（1260℃、1270℃、1280℃）；
（2）、采用带石墨内套的结晶器对上述铜水进行温度为1260℃-1280℃（1280℃、1270℃、1260℃）、拉铸速度1.6-2.0米/小时（2.0米/小时、1.8米/小时、1.6米/小时）的半连续铸造工艺得到厚度为170mm，宽度为400mm的矩形铸锭；
（3）、将上述矩形铸锭放入煤气连续加热炉中由室温加热3小时至930-950℃（930℃、935℃、950℃）后再保温2-2.5小时；再将铸锭用热轧轨道上下均安装在线冷却装置的两辊可逆热轧机进行初轧温度为930-950℃（930℃、935℃、950℃）、终轧温度为700-750℃（700℃、730℃、750℃）的7道次可逆轧制；最后一道次出轧后打开安装于热轧轨道上下的在线冷却装置进行冷却速度为10℃/s的带坯在线水冷，冷却至室温后将热轧坯直接空心打卷；
（4）、将上述热轧坯在开卷机上开卷后用双面铣削设备进行上下铣削厚度均为0.8-1mm的双面铣面以去除热轧坯表面的氧化皮，得到板带；
（5）、将上述带采用四辊可逆初轧机进行7道次可逆轧制（室温下）；再用钟罩退火炉进行加热温度为460℃、升温时间为5小时、保温时间为6小时、出炉温度为40-50℃（40℃、45℃、50℃）的退火工艺；
（6）、将上述板带采用四辊可逆精轧机进行3道次可逆轧制（室温下）；再用钟罩退火炉进行加热温度为400℃、升温时间为4小时、保温时间为5小时、出炉温度为40-50℃（40℃、45℃、50℃）的退火工艺；
（7）、将上述板带采用四辊可逆精轧机进行2道次可逆轧制（室温下）；再用钟罩退火炉进行加热温度为280℃、升温时间为3小时、保温时间为5小时、出炉温度为40-50℃（40℃、45℃、50℃）的退火工艺，从而得到TKB铜合金板带。
步骤（3）中第一道次~第七道次热轧的温度由初轧的温度向终轧温度逐渐下降，每道次的温度都比前一道次降低即可。

Claims (2)

1.一种高强高导铜合金板带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、根据工频有芯感应炉的有效容积，按照质量比为铜：铬：银：铁：硅：钛=99.23：0.55：0.08：0.06：0.03：0.05进行配料；将铜、铁铜中间合金、银放入工频有芯感应炉的炉体内后在熔体表面覆盖一层厚度为50-100mm的硼砂与玻璃粉的混合物，加热到1280-1300℃进行熔炼，熔炼完成后将硅、铬加入炉体内升温至1350℃进行熔炼，熔炼完成后将钛铜中间合金加入炉体内，保温30分钟，然后将温度降至1260-1280℃，得到铜水；
（2）、采用带石墨内套的结晶器对上述铜水进行温度为1260℃-1280℃、拉铸速度1.6-2.0米/小时的半连续铸造工艺得到厚度为170mm，宽度为400mm的矩形铸锭；
（3）、将上述矩形铸锭放入煤气连续加热炉中由室温加热3小时至930-950℃后再保温2-2.5小时；再将铸锭用热轧轨道上下均安装在线冷却装置的两辊可逆热轧机进行初轧温度为930-950℃、终轧温度为700-750℃的7道次可逆轧制；最后一道次出轧后打开安装于热轧轨道上下的在线冷却装置进行冷却速度为10℃/s的带坯在线水冷，冷却至室温后将热轧坯直接空心打卷；
（4）、将上述空心打卷后的热轧坯在开卷机上开卷后用双面铣削设备进行上下铣削厚度均为0.8-1mm的双面铣面以去除热轧坯表面的氧化皮，得到板带；
（5）、将上述板带采用四辊可逆初轧机进行7道次可逆轧制；再用钟罩退火炉进行加热温度为460℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺；
（6）、将步骤（5）中退火后的板带采用四辊可逆精轧机进行3道次可逆轧制；再用钟罩退火炉进行加热温度为400℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺；
（7）、将步骤（6）中退火后的板带采用四辊可逆精轧机进行2道次可逆轧制；再用钟罩退火炉进行加热温度为280℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺，从而得到TKB高铜合金板带。
2.如权利要求1所述的一种高强高导铜合金板带的制备方法，其特征在于，步骤（1）中硼砂与玻璃粉质量比为2:1。
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