CN109930099A - 一种高强度强立方织构Cu-Fe-Zr-P合金基带的制备方法 - Google Patents

一种高强度强立方织构Cu-Fe-Zr-P合金基带的制备方法 Download PDF

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高强度强立方织构Cu‑Fe‑Zr‑P合金基带的制备方法，包括步骤：(1)合金熔炼：采用熔炼技术获得Cu‑Fe‑Zr‑P合金，Zr含量2％～7％，Fe含量0.03％～0.06％，P含量.01％～0.02％，其余为Cu，均为质量百分比；(2)板坯制备:将铸锭经过1090℃～1110℃保温19～21小时，锻造并热轧至18‑20mm厚，锻造及热轧开始温度均为1090℃～1110℃；(3)冷轧及再结晶退火:将表层氧化皮去掉后冷轧，道次变形量3‑5％，总形变量99％～99.5％，将基带厚度减小至80‑120um；再结晶退火，先将热处理炉升温至950℃～1000℃，将冷轧基带直接推入加热区并保温19min～21min，纯氢气氛；(4)时效退火:随炉升温退火，升温速率4.5℃～5.5℃/min，340℃～360℃保温3～5小时，纯氢气氛。铜基合金基带高强度、强立方织构、无铁磁性。

Description

一种高强度强立方织构Cu-Fe-Zr-P合金基带的制备方法
技术领域
本发明涉及高温涂层超导带材强化织构金属基带的制备方法，尤其涉及高强度强立方织构基带的制备方法。
背景技术
高温涂层超导带材由韧性的高强度金属基带、过渡层及超导层组成，其中金属基带作为涂层超导带材的最底层起着十分重要的作用，高性能涂层超导带材需要金属基带具有高强度、无铁磁性，如果在金属基带上外延沉积过渡层及超导层还需要金属基带具有强立方织构。
目前，Ni-W合金基带是研究最多的金属基带，其中Ni-5at.％W合金基带容易获得强立方织构，已经可以工业化生产，但是其屈服强度较低，且具有铁磁性能，仍然不能满足高性能涂层超导带材的要求。虽然W原子含量增加可以降低铁磁性，提高其力学性能，但是通过传统的轧制及再结晶退火难以形成强立方织构，目前还难以有效兼顾铁磁性、力学性能及织构的问题，尽管铜镍合金基带可以获得强立方织构，然而铜基合金的屈服强度太低，难以在工业上应用。
因此，具有高强度、无铁磁性及强立方织构特点的金属基带是目前涂层超导带材领域发展的重点和难点。
发明内容
本发明之目的是提供一种用于制备高性能的织构金属基带的方法，以解决铜基合金力学性能差的问题，同时使其为无铁磁性并获得强立方织构。
为此，本发明提供一种高强度强立方织构Cu-Fe-Zr-P合金基带的制备方法，包括以下步骤：(1)Cu-Zr-Fe-P合金熔炼：采用熔炼技术获得Cu-Fe-Zr-P合金，其中Zr含量为2％～7％，Fe含量为0.03％～0.06％，P含量为0.01％～0.02％，其余为Cu，含量均为质量百分比；(2)冷轧前的合金板坯制备:将上述Cu-Fe-Zr-P合金的铸锭经过1090℃～1110℃保温19～21小时，然后进行锻造并热轧至18-20mm厚，锻造开始温度及热轧开始温度均为1090℃～1110℃，最终获得热轧板；(3)热轧板的冷轧及再结晶退火:将上述热轧板表层氧化皮去掉后进行冷轧，道次变形量为3-5％，总形变量为99％～99.5％，将基带厚度减小至80-120um，得到冷轧基带；然后进行再结晶退火，先将热处理炉升温至950℃～1000℃，将冷轧基带直接推入加热区并保温19min～21min，退火气氛为纯氢气；(4)时效退火:将上述再结晶后的合金基带进行时效处理，工艺为：随炉升温的退火方式，升温速率为4.5℃～5.5℃/min，在340℃～360℃保温3～5小时，退火气氛为纯氢气。
作为优选方式，在步骤(1)中，所述熔炼技术是真空感应熔炼。
作为优选方式，在步骤(1)中，所述Cu-Fe-Zr-P合金中Zr含量为6％，Fe含量为0.04％，P含量为0.01％，其余为Cu，含量均为质量百分比。
作为优选方式，在步骤(2)中，将所述Cu-Fe-Zr-P合金的铸锭经过1100℃保温20小时，然后进行锻造并热轧至18mm厚，锻造开始温度及热轧开始温度均为1100℃。
作为优选方式，所述道次变形量为5％，并且再结晶退火时热处理炉升温至950℃，并保温20min。
作为优选方式，在步骤(4)中，在进行所述时效处理时，所述升温速率为5℃/min，在350℃保温5小时。
与现有技术相比，本发明以Cu-Zr-Fe-P合金为基底材料，合理设计合金成分，通过大变形量冷轧及合适的再结晶退火工艺先获得强立方织构，然后再进行合适的时效工艺来析出第二相粒子，并保留再结晶退火形成的强立方织构，最终可以获得高强度、强立方织构及无铁磁性的铜基合金基带。
附图说明
下面将简要说明本申请所使用的附图，显而易见地，这些附图仅用于解释本发明的构思。
图1是本发明实施例1中基带的{001}面极图。
图2是本发明实施例2中基带的{001}面极图。
具体实施方式
下面将描述本发明的高强度强立方织构Cu-Fe-Zr-P合金基带的制备方法的实施例。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案。
实施例1
本发明实施例1的制备方法的步骤如下：
(1)Cu-Zr-Fe-P合金熔炼
采用熔炼技术获得Cu-Fe-Zr-P合金，其中Zr含量为2％，Fe含量为0.06％，P含量为0.02％，其余为Cu，含量均为质量百分比。
(2)冷轧前的合金板坯制备
将上述铸锭经过1100℃保温20小时，然后进行锻造并热轧至20mm厚，锻造开始温度及热轧开始温度均为1100℃，最终获得热轧板。
(3)热轧板的冷轧及再结晶退火
将热轧板表层氧化皮去掉后进行冷轧，道次变形量为3％，总形变量为99.5％，得到厚度约为90um的冷轧基带。然后进行再结晶退火，先将热处理炉升温至950℃，将冷轧基带直接推入加热区并保温20min，退火气氛为纯氢气。
(4)时效退火
将再结晶后的合金基带进行时效处理，工艺为：随炉升温的退火方式，升温速率为5℃/min，在350℃保温5小时，退火气氛为纯氢气，最终获得高强度的合金基带。
本实施例制备的合金基带表面的{001}面极图如图1所示。该基带在室温下的屈服强度为400MPa，明显高于Ni-5at.％W合金基带的屈服强度。
实施例2
本发明实施例2的制备方法的步骤如下：
(1)Cu-Zr-Fe-P合金熔炼
采用熔炼技术获得Cu-Fe-Zr-P合金，其中Zr含量为6％，Fe含量为0.04％，P含量为0.01％，其余为Cu，含量均为质量百分比。
(2)冷轧前的合金板坯制备
将上述铸锭经过1100℃保温20小时，然后进行锻造并热轧至18mm厚，锻造开始温度及热轧开始温度均为1100℃，最终获得热轧板。
(3)热轧板的冷轧及再结晶退火
将热轧板表层氧化皮去掉后进行冷轧，道次变形量为5％，总形变量为99.3％，得到厚度约为100um的冷轧基带。然后进行再结晶退火，先将热处理炉升温至950℃，将冷轧基带直接推入加热区并保温20min，退火气氛为纯氢气。
(4)时效退火
将再结晶后的合金基带进行时效处理，工艺为：随炉升温的退火方式，升温速率为5℃/min，在350℃保温3小时，退火气氛为纯氢气，最终获得高强度的合金基带。
本实施例制备的合金基带表面的{001}面极图如图2所示。该基带在室温下的屈服强度为420MPa，明显高于Ni-5at.％W合金基带的屈服强度。
上述实施例1和2的步骤(1)均采用了熔炼技术制造初始合金铸锭，优选采用真空感应熔炼法。
以上实施例仅是为了说明本发明的构思而选用的特定的具体实施方式，在这些实施例中，特定的工艺虽然是本发明的特定方案的组成部分，但是在特定工艺中的具体参数只是优选的，并不一定构成为对本发明范围的限制。下面分步骤说明本发明的强立方织构层状合金基带的制备方法的一些工艺参数的优选范围。
步骤(1)：Cu-Zr-Fe-P合金熔炼
Cu-Fe-Zr-P合金中Zr含量可以为2％～7％，例如5％，Fe含量可以为0.03％～0.06％，例如0.04％，P含量可以为0.01％～0.02％。
步骤(2)：冷轧前的合金板坯制备
将合金铸锭可以经过1090℃～1110℃保温19～21小时，锻造并热轧得到的热轧板厚度可以为18-20mm，锻造开始温度及热轧开始温度可以均为1090℃～1110℃。
步骤(3)：热轧板的冷轧及再结晶退火
冷轧的道次变形量可以为3-5％，总形变量可以为99％～99.5％，将基带厚度可以减小至80-120um，得到冷轧基带。再结晶退火时热处理炉可以升温至950℃～1000℃，将冷轧基带直接推入加热区并保温19min～21min，退火气氛为纯氢气。
步骤(4)：时效退火
将合金基带进行时效退火的升温速率可以为4.5℃～5.5℃/min，可以在340℃～360℃保温3～5小时。
本发明所限定的具体工艺能够使合金基带具备不同的性能，是本申请发明人经艰苦研究而得到的。
本发明以Cu-Zr-Fe-P合金为基底材料，合理设计合金成分，通过大变形量冷轧及合适的再结晶退火工艺先获得强立方织构，然后再进行合适的时效工艺来析出第二相粒子，并保留再结晶退火形成的强立方织构，最终可以获得高强度、强立方织构及无铁磁性的铜基合金基带。
本发明提供了一种新的制备高强度强立方织构合金基带的制备方法，克服了现有技术之缺陷，为获得无铁磁性织构合金基带找到了新的途径。
另外，对于本发明的高强度强立方织构Cu-Fe-Zr-P合金基带的制备方法的具体特征如具体的工艺参数可以根据上述披露的特征的作用进行具体设计，这些设计均是本领域技术人员能够实现的。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明目的。

Claims (6)

1.一种高强度强立方织构Cu-Fe-Zr-P合金基带的制备方法，包括以下步骤：
(1)Cu-Zr-Fe-P合金熔炼
采用熔炼技术获得Cu-Fe-Zr-P合金，其中Zr含量为2％～7％，Fe含量为0.03％～0.06％，P含量为0.01％～0.02％，其余为Cu，含量均为质量百分比；
(2)冷轧前的合金板坯制备
将上述Cu-Fe-Zr-P合金的铸锭经过1090℃～1110℃保温19～21小时，然后进行锻造并热轧至18-20mm厚，锻造开始温度及热轧开始温度均为1090℃～1110℃，最终获得热轧板；
(3)热轧板的冷轧及再结晶退火
将上述热轧板表层氧化皮去掉后进行冷轧，道次变形量为3-5％，总形变量为99％～99.5％，将基带厚度减小至80-120um，得到冷轧基带；然后进行再结晶退火，先将热处理炉升温至950℃～1000℃，将冷轧基带直接推入加热区并保温19min～21min，退火气氛为纯氢气；
(4)时效退火
将上述再结晶后的合金基带进行时效处理，工艺为：随炉升温的退火方式，升温速率为4.5℃～5.5℃/min，在340℃～360℃保温3～5小时，退火气氛为纯氢气。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，所述熔炼技术是真空感应熔炼。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，所述Cu-Fe-Zr-P合金中Zr含量为6％，Fe含量为0.04％，P含量为0.01％，其余为Cu，含量均为质量百分比。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(2)中，将所述Cu-Fe-Zr-P合金的铸锭经过1100℃保温20小时，然后进行锻造并热轧至18mm厚，锻造开始温度及热轧开始温度均为1100℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(3)中，所述道次变形量为5％，并且再结晶退火时热处理炉升温至950℃，并保温20min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(4)中，在进行所述时效处理时，所述升温速率为5℃/min，在350℃保温5小时。
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