CN110076211A - 一种热交换器用高杯突值铜带的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热交换器用高杯突值铜带的制备方法,采用上引连铸铜杆、矫直、吹扫、抛光、第二次吹扫、挤压成型、冷却、第二次抛光、卷取、第二次挤压成型、冷却、第三次抛光、第二次卷取、第一次轧制、退火、第二次轧制、退火、分切的工艺;制备的铜带的厚度为0.1‑0.2mm,铜带的侧边弯曲度每米小于1mm,铜带的抗拉强度为220‑250MPa,伸长率为大于50%,导电率大于99%IACS,杯突值大于15mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种有色金属材料的制备方法,尤其涉及一种热交换器用高杯突值铜带的制备方法。
背景技术
热交换器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,是化工、石油、钢铁、汽车、食品及其他许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位。尤其在化工生产中,换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,民用生活中可作为快速热水器,包括燃气热水器、太阳能热水器、电热水器等等,应用甚为广泛。
热交换器的结构主要包括外壳、热交换片和进出水管,其中外壳和热交换片为热交换器用铜及铜合金带材,要求铜带其具备良好的导热性能、冲压性能、耐腐蚀性、杀菌新能、焊接性能等。
杯突性能是用来检验铜带在拉胀成形时的塑性变形性能,杯突值高的铜带在成型过程中容易,焊接时不易开裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热交换器用高杯突值铜带的制备方法,采用上引连铸铜杆、矫直、吹扫、抛光、第二次吹扫、挤压成型、冷却、第二次抛光、卷取、第二次挤压成型、冷却、第三次抛光、第二次卷取、第一次轧制、退火、第二次轧制、退火、分切的工艺;制备的热交换器用铜带的化学成分按照重量百分比计,铟含量0.005-0.01%,铜、铟的总含量大于99.999%,氧含量小于10ppm,厚度为0.1-0.2mm,厚度纵向公差为±0.005mm,厚度横向公差为±0.001mm,宽度为20-380mm,宽度公差为±0.10mm,铜带的侧边弯曲度每米小于1mm,铜带的抗拉强度为220-250MPa,伸长率为大于50%,导电率大于99%IACS,杯突值大于15mm。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是:
(1)上引连铸铜杆:采用工频上引连铸炉,将高纯铜、铜铟中间合金烘干后投放进熔炼装置中,熔炼装置包括熔炼炉、隔仓、保温炉三部分组成,其中熔炼炉温度为1150-1200℃,保温炉温度为1100-1150℃,隔仓安装有在线除气装置,通过在线除气装置向铜液内充入99.996%的氩气,并通过受控的旋转石墨轴和转子,将氩气压入铜液中并打散成微小气泡,使其均匀的分散在铜液中,从而达到除气、脱氧的目的,气源出口压力0.5MPa,流量0.5~1.0Nm3/h,转子转速控制在150~200r/min,通过在线除气装置,使铜液中的氧含量小于10ppm。
熔炼炉采用木炭覆盖,隔仓、保温炉采用石墨鳞片覆盖,采用牵引机组在保温炉内上引连铸铜杆,铜杆节距为2.5~3.0mm,上引连铸的速度为550-600mm/min,停拉比率为50%-55%,采用小节距、大停拉比率提高铜杆表面质量,避免铜杆拉断。上引连铸直径Ф30mm,结晶器的冷却循环水进水温度小于35℃,结晶器的冷却循环水进水和出水温度差小于8℃。
上引连铸使用的结晶器为石墨材质,同时,结晶器内表面镀铬,镀铬层的厚度为0.05~0.2mm。
(2)矫直:Ф30mm铜杆通过矫直装置,将弯曲的铜杆内部残余应力得到释放,消除铜杆的形状缺陷。
(3)吹扫:采用0.2~0.3MPa的压缩空气,将铜杆表面的灰尘等污染物吹扫干净,保证无氧铜杆洁净的表面质量。
(4)抛光:采用钢刷将铜杆表面进行抛光。
(5)第二次吹扫:采用0.2~0.3MPa的压缩空气,将铜杆表面进行吹扫;
(6)挤压成型:依次通过扩展变形通道、垫片和模具一次挤压成型软态铜棒;挤压成型的速度为5m/min,温度为大于750℃,挤压成型制备的铜棒的直径为30mm。
(7)冷却:挤压成型的铜棒通过真空防氧化管,采用10-20%的酒精与水的混合液进行冷却,冷却到30℃~50℃;
(8)第二次抛光:采用粗抛和精抛相结合的方法,将铜棒的粗糙度达到0.05~0.15μm;其中粗抛采用100~300目的磨料刷进行抛光预处理,精抛2000~3000目的不织布刷辊;
(9)卷取:将铜棒进行卷取,其中内径500~600mm,外径1500~2500mm。
(10)第二次挤压成型:依次通过扩展变形通道、垫片和模具一次挤压成型软态铜板带坯;
扩展变形通道包括第一级变形扩展通道、第二级变形扩展通道、第三级变形扩展通道和第四级变形扩展通道,其中,第一级变形扩展通道的扩展角度为5℃,扩展高度为25mm,扩展宽度为为45mm,扩展厚度为45mm;第二级变形扩展通道扩展角度为125℃,扩展高度为20mm,扩展宽度为为110mm,扩展厚度为45mm;第三级变形扩展通道扩展角度为155℃,扩展高度为20mm,扩展宽度为为280mm,扩展厚度为45mm;第四级变形扩展通道扩展角度为60℃,扩展高度为30mm,扩展宽度为为390mm,扩展厚度为45mm。
垫片为促流区和阻流区相结合的收缩变形通道垫片,促流区的促流角为40℃,阻流区的阻流角为5℃。
模具的定径带高度为15mm,中点宽度大于最边部宽度0.2mm,且中点宽度与最边部的宽度为逐渐变化过渡,构成“哑铃”形状。
模具入口厚度尺寸大于出口厚度尺寸,形成喇叭状。
挤压成型的速度为5m/min,温度为大于800℃。
(11)冷却:挤压成型的铜带坯通过真空防氧化管,采用10-20%的酒精与水的混合液进行冷却,将铜带坯冷却到30℃~50℃;
(12)第三次抛光:采用粗抛和精抛相结合的方法,将铜带坯的粗糙度达到0.05~0.15μm;其中粗抛采用100~300目的磨料刷进行抛光预处理,精抛2000~3000目的不织布刷辊;
(13)第二次卷取:将铜带坯进行无芯卷取,其中内径500~600mm,外径1500~2500mm。
(14)第一次轧制:第一次轧制的总加工率为50-90%,第一道次轧制的目的是将铜带厚度减薄,提高铜带的强度和硬度,使铜带的厚度横向公差小于±0.002mm,第一次的轧制速度为150-200m/min,轧制前张力为16-18KN,轧制后张力为20-25KN,轧制时采用5%的乳化液冷却,采用0.3-0.5MPa的压缩空气进行吹扫,将乳化液吹扫干净,不需要酸洗。
(15)退火:将第一次轧制后的铜带进行退火,退火温度为400℃,保温6小时,退火时采用气体保护,采用25%氢气和75%氮气的混合气体。
(16)第二次轧制:第二次轧制的总加工率分别为30-50%,第二次轧制的目的是控制铜带的板型,使铜带的厚度横向公差小于±0.002mm。第二次轧制速度为80-100m/min,轧制前张力为10-12KN,轧制后张力为15-16KN。第二次轧制时采用7%的乳化液冷却,采用0.5-0.6MPa的压缩空气进行吹扫,将乳化液吹扫干净,不需要酸洗。
(17)退火:将第二次轧制后的铜带进行退火,退火温度为400℃,保温6小时,退火时采用气体保护,采用25%氢气和75%氮气的混合气体。
(18)分切:分切时刀片压下量为铜带厚度的50%,分切刀片的间隙为铜带厚度的10%。
本发明的有益效果是:
1.通过两次的挤压成型,制备的铜带杯突值高,铜带的成型性能优异。
2.优化铜带制备工艺,不需要酸洗、铜带坯铣面等工艺,节约了大量的时间和能耗。
3.采用高纯铜为原料,制备的铜带中铜和铟含量高,铜带的焊接性能等优异。
具体实施方式
一种热交换器用高杯突值铜带的制备方法,所述铜带的化学成分按照重量百分比计,铟含量0.01%,铜、铟的总含量大于99.999%,氧含量小于10ppm。
所述的制备方法基体步骤是:
(1)上引连铸铜杆:采用工频上引连铸炉,将高纯铜、铜铟中间合金烘干后投放进熔炼装置中,熔炼装置包括熔炼炉、隔仓、保温炉三部分组成,其中熔炼炉温度为1170℃,保温炉温度为1150℃,隔仓安装有在线除气装置,通过在线除气装置向铜液内充入99.996%的氩气,并通过受控的旋转石墨轴和转子,将氩气压入铜液中并打散成微小气泡,使其均匀的分散在铜液中,从而达到除气、脱氧的目的,气源出口压力0.5MPa,流量0.5~1.0Nm3/h,转子转速控制在150~200r/min,通过在线除气装置,使铜液中的氧含量小于10ppm。
熔炼炉采用木炭覆盖,隔仓、保温炉采用石墨鳞片覆盖,采用牵引机组在保温炉内上引连铸铜杆,铜杆节距为2.5~3.0mm,上引连铸的速度为550-600mm/min,停拉比率为50%-55%,采用小节距、大停拉比率提高铜杆表面质量,避免铜杆拉断。上引连铸直径Ф30mm,结晶器的冷却循环水进水温度小于35℃,结晶器的冷却循环水进水和出水温度差小于8℃。
上引连铸使用的结晶器为石墨材质,同时,结晶器内表面镀铬,镀铬层的厚度为0.05~0.2mm。
(2)矫直:Ф30mm铜杆通过矫直装置,将弯曲的铜杆内部残余应力得到释放,消除铜杆的形状缺陷。
(3)吹扫:采用0.2MPa的压缩空气,将铜杆表面的灰尘等污染物吹扫干净,保证铜杆洁净的表面质量。
(4)抛光:采用钢刷将铜杆表面进行抛光。
(5)第二次吹扫:采用0.2MPa的压缩空气,将铜杆表面进行吹扫;
(6)挤压成型:依次通过扩展变形通道、垫片和模具一次挤压成型软态铜棒;挤压成型的速度为5m/min,温度为大于750℃,挤压成型制备的铜棒的直径为30mm。
(7)冷却:挤压成型的铜棒通过真空防氧化管,采用10-20%的酒精与水的混合液进行冷却,冷却到30℃~50℃;
(8)第二次抛光:采用粗抛和精抛相结合的方法,将铜棒的粗糙度达到0.05~0.15μm;其中粗抛采用100~300目的磨料刷进行抛光预处理,精抛2000~3000目的不织布刷辊;
(9)卷取:将铜棒进行卷取,其中内径500~600mm,外径1500~2500mm。
(10)第二次挤压成型:依次通过扩展变形通道、垫片和模具一次挤压成型软态铜板带坯;
扩展变形通道包括第一级变形扩展通道、第二级变形扩展通道、第三级变形扩展通道和第四级变形扩展通道,其中,第一级变形扩展通道的扩展角度为5℃,扩展高度为25mm,扩展宽度为为45mm,扩展厚度为45mm;第二级变形扩展通道扩展角度为125℃,扩展高度为20mm,扩展宽度为为110mm,扩展厚度为45mm;第三级变形扩展通道扩展角度为155℃,扩展高度为20mm,扩展宽度为为280mm,扩展厚度为45mm;第四级变形扩展通道扩展角度为60℃,扩展高度为30mm,扩展宽度为为390mm,扩展厚度为45mm。
垫片为促流区和阻流区相结合的收缩变形通道垫片,促流区的促流角为40℃,阻流区的阻流角为5℃。
模具的定径带高度为15mm,中点宽度大于最边部宽度0.2mm,且中点宽度与最边部的宽度为逐渐变化过渡,构成“哑铃”形状。
模具入口厚度尺寸大于出口厚度尺寸,形成喇叭状。
挤压成型的速度为5m/min,温度为大于800℃。
(11)冷却:挤压成型的铜带坯通过真空防氧化管,采用10-20%的酒精与水的混合液进行冷却,将铜带坯冷却到30℃~50℃;
(12)第三次抛光:采用粗抛和精抛相结合的方法,将铜带坯的粗糙度达到0.05~0.15μm;其中粗抛采用100~300目的磨料刷进行抛光预处理,精抛2000~3000目的不织布刷辊;
(13)第二次卷取:将铜带坯进行无芯卷取,其中内径500~600mm,外径1500~2500mm。
(14)第一次轧制:第一次轧制的总加工率为90%,第一道次轧制的目的是将铜带厚度减薄,提高铜带的强度和硬度,使铜带的厚度横向公差小于±0.002mm,第一次的轧制速度为150-200m/min,轧制前张力为16-18KN,轧制后张力为20-25KN,轧制时采用5%的乳化液冷却,采用0.3-0.5MPa的压缩空气进行吹扫,将乳化液吹扫干净,不需要酸洗。
(15)退火:将第一次轧制后的铜带进行退火,退火温度为400℃,保温6小时,退火时采用气体保护,采用25%氢气和75%氮气的混合气体。
(16)第二次轧制:第二次轧制的总加工率分别为50%,第二次轧制的目的是控制铜带的板型,使铜带的厚度横向公差小于±0.002mm。第二次轧制速度为80-100m/min,轧制前张力为10-12KN,轧制后张力为15-16KN。第二次轧制时采用7%的乳化液冷却,采用0.5-0.6MPa的压缩空气进行吹扫,将乳化液吹扫干净,不需要酸洗。
(17)退火:将第二次轧制后的铜带进行退火,退火温度为400℃,保温6小时,退火时采用气体保护,采用25%氢气和75%氮气的混合气体。
(18)分切:分切时刀片压下量为铜带厚度的50%,分切刀片的间隙为铜带厚度的10%。
上述实例制备的铜带厚度为0.1-0.2mm,厚度纵向公差为±0.005mm,厚度横向公差为±0.001mm,宽度为20-380mm,宽度公差为±0.10mm,铜带的侧边弯曲度每米小于1mm,铜带的抗拉强度为220-250MPa,伸长率为大于50%,导电率大于99%IACS,杯突值大于15mm。
Claims (1)
1.一种热交换器用高杯突值铜带的制备方法,其特征在于:所述的铜带的化学成分按照重量百分比计,铟含量0.005-0.01%,铜、铟的总含量大于99.999%,氧含量小于10ppm;所述的制备方法是上引连铸铜杆、矫直、吹扫、抛光、第二次吹扫、挤压成型、冷却、第二次抛光、卷取、第二次挤压成型、冷却、第三次抛光、第二次卷取、第一次轧制、退火、第二次轧制、退火、分切;制备的铜带厚度为0.1-0.2mm,厚度纵向公差为±0.005mm,厚度横向公差为±0.001mm,宽度为20-380mm,宽度公差为±0.10mm,铜带的侧边弯曲度每米小于1mm,铜带的抗拉强度为220-250MPa,伸长率为大于50%,导电率大于99%IACS,杯突值大于15mm;
所述的制备方法具体包括:
(1)上引连铸铜杆:采用工频上引连铸炉,将高纯铜、铜铟中间合金烘干后投放进熔炼装置中,熔炼装置包括熔炼炉、隔仓、保温炉三部分组成,其中熔炼炉温度为1150-1200℃,保温炉温度为1100-1150℃,隔仓安装有在线除气装置,通过在线除气装置向铜液内充入99.996%的氩气,并通过受控的旋转石墨轴和转子,将氩气压入铜液中并打散成微小气泡,使其均匀的分散在铜液中,从而达到除气、脱氧的目的,气源出口压力0.5MPa,流量0.5~1.0Nm3/h,转子转速控制在150~200r/min,通过在线除气装置,使铜液中的氧含量小于10ppm;
熔炼炉采用木炭覆盖,隔仓、保温炉采用石墨鳞片覆盖,采用牵引机组在保温炉内上引连铸铜杆,铜杆节距为2.5~3.0mm,上引连铸的速度为550-600mm/min,停拉比率为50%-55%,采用小节距、大停拉比率提高铜杆表面质量,避免铜杆拉断;上引连铸直径Ф30mm,结晶器的冷却循环水进水温度小于35℃,结晶器的冷却循环水进水和出水温度差小于8℃;上引连铸使用的结晶器为石墨材质,同时,结晶器内表面镀铬,镀铬层的厚度为0.05~0.2mm。
(2)矫直:Ф30mm铜杆通过矫直装置,将弯曲的铜杆内部残余应力得到释放,消除铜杆的形状缺陷;
(3)吹扫:采用0.2~0.3MPa的压缩空气,将铜杆表面的灰尘等污染物吹扫干净,保证无氧铜杆洁净的表面质量;
(4)抛光:采用钢刷将铜杆表面进行抛光;
(5)第二次吹扫:采用0.2~0.3MPa的压缩空气,将铜杆表面进行吹扫;
(6)挤压成型:依次通过扩展变形通道、垫片和模具一次挤压成型软态铜棒;挤压成型的速度为5m/min,温度为大于750℃,挤压成型制备的铜棒的直径为30mm;
(7)冷却:挤压成型的铜棒通过真空防氧化管,采用10-20%的酒精与水的混合液进行冷却,冷却到30℃~50℃;
(8)第二次抛光:采用粗抛和精抛相结合的方法,将铜棒的粗糙度达到0.05~0.15μm;其中粗抛采用100~300目的磨料刷进行抛光预处理,精抛2000~3000目的不织布刷辊;
(9)卷取:将铜棒进行卷取,其中内径500~600mm,外径1500~2500mm;
(10)第二次挤压成型:依次通过扩展变形通道、垫片和模具一次挤压成型软态铜板带坯;
扩展变形通道包括第一级变形扩展通道、第二级变形扩展通道、第三级变形扩展通道和第四级变形扩展通道,其中,第一级变形扩展通道的扩展角度为5℃,扩展高度为25mm,扩展宽度为为45mm,扩展厚度为45mm;第二级变形扩展通道扩展角度为125℃,扩展高度为20mm,扩展宽度为为110mm,扩展厚度为45mm;第三级变形扩展通道扩展角度为155℃,扩展高度为20mm,扩展宽度为为280mm,扩展厚度为45mm;第四级变形扩展通道扩展角度为60℃,扩展高度为30mm,扩展宽度为为390mm,扩展厚度为45mm;
垫片为促流区和阻流区相结合的收缩变形通道垫片,促流区的促流角为40℃,阻流区的阻流角为5℃;
模具的定径带高度为15mm,中点宽度大于最边部宽度0.2mm,且中点宽度与最边部的宽度为逐渐变化过渡,构成“哑铃”形状;
模具入口厚度尺寸大于出口厚度尺寸,形成喇叭状;
挤压成型的速度为5m/min,温度为大于800℃;
(11)冷却:挤压成型的铜带坯通过真空防氧化管,采用10-20%的酒精与水的混合液进行冷却,将铜带坯冷却到30℃~50℃;
(12)第三次抛光:采用粗抛和精抛相结合的方法,将铜带坯的粗糙度达到0.05~0.15μm;其中粗抛采用100~300目的磨料刷进行抛光预处理,精抛2000~3000目的不织布刷辊;
(13)第二次卷取:将铜带坯进行无芯卷取,其中内径500~600mm,外径1500~2500mm;
(14)第一次轧制:第一次轧制的总加工率为50-90%,第一道次轧制的目的是将铜带厚度减薄,提高铜带的强度和硬度,使铜带的厚度横向公差小于±0.002mm,第一次的轧制速度为150-200m/min,轧制前张力为16-18KN,轧制后张力为20-25KN,轧制时采用5%的乳化液冷却,采用0.3-0.5MPa的压缩空气进行吹扫,将乳化液吹扫干净,不需要酸洗;
(15)退火:将第一次轧制后的铜带进行退火,退火温度为400℃,保温6小时,退火时采用气体保护,采用25%氢气和75%氮气的混合气体;
(16)第二次轧制:第二次轧制的总加工率分别为30-50%,第二次轧制的目的是控制铜带的板型,使铜带的厚度横向公差小于±0.002mm。第二次轧制速度为80-100m/min,轧制前张力为10-12KN,轧制后张力为15-16KN;第二次轧制时采用7%的乳化液冷却,采用0.5-0.6MPa的压缩空气进行吹扫,将乳化液吹扫干净,不需要酸洗;
(17)退火:将第二次轧制后的铜带进行退火,退火温度为400℃,保温6小时,退火时采用气体保护,采用25%氢气和75%氮气的混合气体;
(18)分切:分切时刀片压下量为铜带厚度的50%,分切刀片的间隙为铜带厚度的10%。
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