CN107326168A - 一种铜‑钢‑铜复合材料的热处理系统和方法 - Google Patents

一种铜‑钢‑铜复合材料的热处理系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铜‑钢‑铜复合材料的热处理系统和方法。所述方法包括：将所述复合后的铜‑钢‑铜复合材料带材进行连续在线退火，当所述钢为普碳钢时，所述连续在线退火的加热温度为700‑750℃，当所述钢为低碳钢时，所述连续在线退火的加热温度为500‑550℃；加热时间为1.5‑2.5小时。本发明的连续在线热处理，其升温、保温时间短，可实现产品的连续生产，避免了铜层与铜层的粘合，产品交付周期短，节约能源，使材料内外受热均匀，保证了材料退火后性能的均匀一致。

Description

一种铜-钢-铜复合材料的热处理系统和方法
技术领域
本发明主要涉及一种复合板的热处理技术，尤其涉及一种铜-钢-铜复合材料的热处理系统和方法。
背景技术
退火是加工过程中降低变形抗力、改善塑性加工性能的不可缺少的工序，也是产品性能调控的重要手段。在退火工艺中，相对于保温时间，退火温度是影响材料性能更重要的因素。本发明涉及的材料，铜-钢-铜复合材料是由铜层材料与钢层材料轧制复合而成，铜厚度占总厚的5％-10％，该材料主要是用于替代纯铜材料，以实现降低成本的目的。
铜-钢-铜复合材料经过轧制复合变形后，为获得所需力学性能，需进行退火处理，一般退火工艺为温度600℃-700℃之间，保温时间为24h-48h之间，目前采用最多的退火炉为箱式退火炉、罩式退火炉，使用燃气加热，退火过程有气氛保护，箱式退火炉和罩式退火炉单次退火量大，退火工艺较为稳定，在金属卷材退火中应用十分广泛。退火过程如图1所示。其中1为铜钢铜复合带；2为铜钢铜复合卷；3为罩式退火炉；4为保护性气体；5为燃气加热系统；6为行车。
但铜-钢-铜复合材料使用箱式退火炉、罩式退火炉时有以下缺点：
铜-钢-铜复合材料是由铜层和钢层材料轧制复合成铜-钢-铜复合带后收卷成为铜-钢-铜复合卷，收卷后，铜层材料和铜层材料间隙非常小，而铜-钢-铜复合材料主要是由钢材组成，其退火温度相比铜(退火温度≤400℃)材高出非常多(一般＞600℃)，在如此高温下，会在铜层材料和铜层材料间发生严重的热扩散，导致铜层材料与铜层材料发生粘合。
退火前铜-钢-铜复合材料示意图如图2所示，退火后铜-钢-铜复合材料的示意图如图3所示。其中50为铜-钢-铜复合卷，501为内圈铜钢铜层，502为外圈铜钢铜层，503为两圈间缝隙。
使用箱式退火炉、罩式退火炉退火铜-钢-铜复合材料，材料卷重量一般＞6吨，卷径＞1.5m，为使材料卷内外受热均匀，会加长升温和保温时间，这样会极大地增加燃料的使用量，且增加铜层材料与铜层材料在高温条件下的接触扩散时间，铜层材料与铜层材料的扩散粘合变得严重。
使用箱式退火炉、罩式退火炉退火铜-钢-铜复合材料，材料重量一般＞6吨，卷径＞1.5m，虽然退火过程会经过长时间的升温、保温，但仍难以保证卷材内外性能均匀、一致。
由于需要长时间的升温和保温，大大延长了材料的制备时间和产品的交付周期。
因此为了避免铜-钢-铜复合材料在高温退火时，发生铜层材料与铜层材料粘合的现象，以及缩短退火时间，有必要发明一种有效的热处理技术。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种铜-钢-铜复合材料的热处理系统和方法，使得铜-钢-铜复合材料在高温退火时，避免铜层材料与铜层材料发生粘合，并能在短时间内对铜-钢-铜复合材料进行退火热处理。
本发明提供了一种铜-钢-铜复合材料的热处理方法，所述方法包括：将所述复合后的铜-钢-铜复合材料带材进行连续在线退火，当所述钢为普碳钢时，所述连续在线退火的加热温度为700-750℃，当所述钢为低碳钢时，所述连续在线退火的加热温度为500-550℃；加热时间为1.5-2.5小时。
上述的方法，所述连续在线退火采用隧道式退火炉的方式。
上述的方法，所述连续在线退火采用燃气加热的方式。
上述的方法，所述连续在线退火的保护性气体为NH3。
上述的方法，所述方法还包括，在所述连续在线退火前轧制复合成所述铜-钢-铜复合材料带材。
上述的方法，所述方法还包括，在所述连续在线退火后对所述铜-钢-铜复合材料带材进行收卷。
本发明还提供一种铜-钢-铜复合材料的热处理系统，其采用上述的方法进行热处理，所述系统包括依次设置的隧道式退火炉和收卷机。
上述的系统，所述隧道式退火炉内设有燃气加热装置。
采用本发明所述的技术方案，铜-钢-铜复合材料使用连续在线热处理时，材料是以带材平铺的方式在隧道炉中运动退火，铜层与铜层间不会发生接触，同样不会产生铜层在热处理后发生粘合的情况。
使用本发明的连续在线热处理，其升温、保温时间短，可实现产品的连续生产，产品交付周期短，节约了能源。
使用本发明的连续在线热处理，加热时对运行的带材进行加热，可使材料内外受热均匀，保证了材料退火后性能的均匀一致。
附图说明
图1是对铜-钢-铜复合材料进行退火热处理的现有技术系统示意图；
图2是退火前铜-钢-铜复合材料的结构示意图；
图3是退火后铜-钢-铜复合材料的结构示意图；
图4是本发明对铜-钢-铜复合材料进行退火热处理的系统示意图；
图5是图4中对铜-钢-铜复合材料进行退火热处理的局部I的放大图；
图6是本发明实施例铜-钢-铜复合材料退火热处理后的金相组织结构图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本发明使用连续在线热处理的方式，对铜-钢-铜复合带进行连续在线退火处理。
如图4所示，本发明的连续在线热处理系统包括依次设置的隧道式退火炉20和收卷机30，当然，退火前设置有轧制带材复合板的轧辊10。铜层和钢层材料经过轧制复合成铜-钢-铜复合带40，铜-钢-铜复合带40经过连续在线热处理炉后收卷成铜-钢-铜复合卷50。热处理的带材如图5所示，其中中间层为钢层401，两侧为铜层402。
如图4所示，所述隧道式退火炉20用于对复合带进行加热保温退火处理，内设有燃气加热装置201，并在保护性气体202气氛中进行。保护性气体202可选用N2、NH3等。
本发明的铜-钢-铜复合材料的热处理方法，包括：将所述复合后的铜-钢-铜复合材料带材进行连续在线退火，当所述钢为普碳钢时，所述连续在线退火的加热温度为700-750℃，当所述钢为低碳钢时，所述连续在线退火的加热温度为500-550℃；加热时间均为1.5-2.5小时。
材料是以带材平铺的方式在隧道炉中运动退火，铜层与铜层间不会发生接触，同样不会产生铜层在热处理后发生粘合的情况。
其中，所述连续在线退火采用隧道式退火炉的方式。隧道式退火炉的长度可根据复合带的进给速度与加热时间来确定，如果进给速度快可采用较长的隧道式退火炉，如果进给速度慢，可采用较短的隧道式退火炉。
在隧道式退火炉中，所述连续在线退火采用燃气加热的方式。
在所述连续在线退火前对所述铜-钢-铜复合材料带材进行轧制复合。
上述的方法，所述方法还包括，在所述连续在线退火后对所述铜-钢-铜复合材料带材进行收卷。
除了能够避免铜层与铜层的粘合，使用本发明的连续在线热处理，其升温、保温时间短，可实现产品的连续生产，产品交付周期短，节约能源。
此外，使用本发明的连续在线热处理，加热时对运行的带材进行加热，可使材料内外受热均匀，保证了材料退火后性能的均匀一致。
实施例1
本实施例的铜-钢-铜复合材料制备选用0.3mm厚的纯铜板材和5mm厚的普碳钢；0.3mm厚的纯铜板材和5mm厚的低碳钢板材，其宽度均为400mm，纯铜板为完全退火态，普碳钢板与低碳钢板为热轧态。
轧制复合前对纯铜板材、普碳钢、低碳钢板材先进行酸碱洗，然后利用钢丝刷对板材表面进行打磨，为了保证对中轧制及避免材料之间的打滑，用电焊机将铜与钢材料的顶部点焊在一起，在Φ420mm四辊轧机上经一道次轧制，压下量为46％，轧制变形后复合带的厚度为3mm。
选用60m长的隧道式退火炉，保护气体使用NH3，加热燃气选用天然气，带材进给速度为0.5m/min，普碳钢复合带的加热温度为700℃，低碳钢复合带的加热温度为500℃，复合带的热处理时间均为2小时。
热处理后复合带的金相组织选用普碳钢复合带作为示例，如图6所示，从该图可看出纤维状的组织转变为细小等轴的再结晶组织，基本完成再结晶过程。
热处理后的力学性能如下。
普碳钢复合带的硬度如表1所示：
表1硬度
低碳钢复合带的硬度如表2所示：
表2硬度
普碳钢复合带的拉伸性能如表3所示：
表3拉伸性能
低碳钢复合带的拉伸性能如表4所示：
表4拉伸性能
从上述力学性能看出，本实施例采用本发明的热处理技术，使得铜-钢-铜复合材料获得了良好的综合物理性能，具有较好的硬度、强度与延伸性。
本实施例的铜与铜成卷后可避免粘结，且与现有技术相比，极大地缩短了热处理时间，保障了产品的高效运行。
实施例2
本实施例的铜-钢-铜复合材料制备选用0.3mm厚的纯铜板材和5mm厚的普碳钢；0.3mm厚的纯铜板材和5mm厚的低碳钢板材，其宽度均为400mm，纯铜板为完全退火态，普碳钢板与低碳钢板为热轧态。
轧制复合前对纯铜板材、普碳钢、低碳钢板材先进行酸碱洗，然后利用钢丝刷对板材表面进行打磨，为了保证对中轧制及避免材料之间的打滑，用电焊机将铜与钢材料的顶部点焊在一起，在Φ420mm四辊轧机上经一道次轧制，压下量为46％，轧制变形后复合带的厚度为3mm。
选用45m长的隧道式退火炉，保护气体使用NH3，加热燃气选用天然气，带材进给速度为0.5m/min，普碳钢复合带的加热温度为725℃，低碳钢复合带的加热温度为525℃，复合带的加热时间均为1.5小时。
热处理后的力学性能如下。
普碳钢复合带的硬度如表5所示：
表5硬度
低碳钢复合带的硬度如表6所示：
表6硬度
普碳钢复合带的拉伸性能如表7所示：
表7拉伸性能
低碳钢复合带的拉伸性能如表8所示：
表8拉伸性能
同样，本实施例采用本发明的热处理技术，使得铜-钢-铜复合材料获得了良好的物理性能，具有较好的硬度、强度与延伸性。
本实施例的铜与铜成卷后可避免粘结，且极大地缩短了热处理时间。
实施例3
本实施例的铜-钢-铜复合材料制备选用0.3mm厚的纯铜板材和5mm厚的普碳钢；0.3mm厚的纯铜板材和5mm厚的低碳钢板材，其宽度均为400mm，纯铜板为完全退火态，普碳钢板与低碳钢板为热轧态。
轧制复合前对纯铜板材、普碳钢、低碳钢板材先进行酸碱洗，然后利用钢丝刷对板材表面进行打磨，为了保证对中轧制及避免材料之间的打滑，用电焊机将铜与钢材料的顶部点焊在一起，在Φ420mm四辊轧机上经一道次轧制，压下量为46％，轧制变形后复合带的厚度为3mm。
选用75m长的隧道式退火炉，保护气体使用NH3，加热燃气选用天然气，带材进给速度为0.5m/min，普碳钢复合带的加热温度为750℃，低碳钢复合带的加热温度为550℃，复合带的加热时间均为2.5小时。
热处理后的力学性能如下。
普碳钢复合带的硬度如表9所示：
表9硬度
低碳钢复合带的硬度如表10所示：
表10硬度
普碳钢复合带的拉伸性能如表11所示：
表11拉伸性能
低碳钢复合带的拉伸性能如表12所示：
表12拉伸性能
同样，本实施例采用本发明的热处理技术，使得铜-钢-铜复合材料获得了良好的物理性能，具有较好的硬度、强度与延伸性。获得的材料内外受热均匀，保证了材料退火后性能的均匀一致。
本实施例的铜与铜成卷后可避免粘结，且极大地缩短了热处理时间。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种铜-钢-铜复合材料的热处理方法，其特征在于，所述方法包括：将所述复合后的铜-钢-铜复合材料带材进行连续在线退火，当所述钢为普碳钢时，所述连续在线退火的加热温度为700-750℃，当所述钢为低碳钢时，所述连续在线退火的加热温度为500-550℃；加热时间为1.5-2.5小时。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连续在线退火采用隧道式退火炉的方式。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述连续在线退火采用燃气加热的方式。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述连续在线退火的保护性气体为NH3。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述连续在线退火前轧制复合成所述铜-钢-铜复合材料带材。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在所述连续在线退火后对所述铜-钢-铜复合材料带材进行收卷。
7.一种铜-钢-铜复合材料的热处理系统，其采用如权利要求1至6任一所述的方法进行热处理，其特征在于，所述系统包括依次设置的隧道式退火炉和收卷机。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述隧道式退火炉内设有燃气加热装置。
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