CN112322917A - 一种Cu-Cr-Si-Ti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，具体为一种先进Cu‑Cr‑Si‑Ti铜合金板带的制备方法，包括熔炼、铸造、热轧、铣面、初轧、退火、冷轧、成轧、研磨。本发明所述的TKC铜合金板带制备方法主要通过在配料中添加和调整微量元素，改善熔铸组织，减少铸锭缺陷，提高熔铸质量；生产工艺采用冷轧提高强度，退火工序消除加工硬化；通过最终的冷加工及应力消除并时效方法获得理想的高强高导铜合金材料性能。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金领域，具体为一种先进Cu-Cr- Si -Ti铜合金板带的制备方法。
背景技术
随着电子电气、通讯、新能源汽车领域的高速发展，对高端铜合金的需求急剧增长，要求材料具有高强高导、耐蚀、优良的折弯等综合性能，目前所希望的理想的用高性能铜合金的抗拉强度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。
目前，国内高性能铜合金存在的问题是：1、部分合金强度低、塑性差、抗松弛应力性能差；2、材料生产需要使用银等贵金属，生产成本高，3、此类高性能材料国内没有成熟生产技术，材料主要依赖进口。
发明内容
本发明提供了一种Cu-Cr- Si -Ti铜合金（TKC）板带的制备方法，达到了以上高强高导综性能指标要求。
本发明是采用如下技术方案实现的：高性能铜合金（TKC）板带的制备方案，包括如下步骤：
（1）熔炼：使用工频有芯感应炉，按照质量比为铜：硅：钛：铬=99.23：0.07：0.4：0.3进行配料；将铜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的煅烧木炭，加热到1240-1300℃进行熔炼，熔化后将硅、铬加入炉体内升温至1350℃进行熔炼，完成后将钛铜中间合金加入炉体内，保温20-50分钟，然后将温度降至1250-1300℃，得到铜水；
（2）铸造：采用整体结晶器对上述铜水进行温度为1230℃-1300℃、拉铸速度1.6-2.0米/小时的半连续铸造工艺得到厚度为150-170mm，宽度为300-420mm的矩形铸锭；
（3）热轧：将上述矩形铸锭放入连续加热炉中加热至900-980℃后再保温1-2.5小时；使用两辊热轧机进行初轧温度为900-980℃、终轧温度为650-750℃的7-11道次可逆轧制；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）铣面；将上述热轧坯用双面铣削设备进行上下铣削厚度均为0.5-1mm的双面铣面以去除热轧坯表面的氧化层，得到板带；
（5）初轧：将步骤（4）所述板带采用四辊可逆初轧机进行7-11道次轧制；冷轧总加工率50％~70％，冷轧工作辊平均粗糙度为0.25~0.50μm，将板带轧制成半成品带材；
（6）退火：将步骤（5）处理后的产品再用钟罩退火炉进行加热温度为400-460℃、氮氢分解气保护退火；退火后进行酸洗后裁边；
（7）冷轧；将步骤（6）处理后的板带采用四辊精轧机进行3道次冷轧；
（8）退火：再用钟罩退火炉进行加热温度为400-460℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺，氮氢分解气保护退火；
（9）成轧：将步骤（8）处理后的板带采用四辊可逆精轧机进行2道次可逆轧制；
（10）退火：再用钟罩退火炉进行加热温度为300-350℃、出炉温度为40℃-50℃的退火时效工艺。
（11）研磨：将上述步骤（10）中的成品软态带材使用研磨机研磨，使用2000-3000#不织布研磨刷，机列速度20~60m/min，分切后得到TKC成品铜合金板带。
所述工频有芯感应炉、整体结晶器、两辊可逆热轧机、双面铣削设备、四辊可逆初轧机、钟罩退火炉均为通用设备，可直接从市场中购得。
将上述制备方法（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。采用工频感应炉按一定顺序添加微量元素熔炼（步骤1）后铸造（步骤2），然后采用热轧（步骤3）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，快速冷却后荣之元素来不及析出，形成过饱和固溶体；然后经铣面（步骤4）除去表面氧化层；初轧（步骤5）冷轧（步骤7）成轧（步骤,9）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，实现了变形强化。采用保护气体退火时效（步骤6.，8，10），使合金中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，进一步析出强化；实现了高强度、高屈服、高导电要求。
采用研磨（步骤11）工艺，使用不织布研磨刷对带材表面进行研磨处理，获得高质量均匀一致的合金表面。结合其它步骤的所述工艺，从而提高了TKC铜合金板带的最终抗拉强度、屈服强度、导电率。得到了高强、高导、高表面质量的合金带材。
本发明制得的TKC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TKC铜合金板带制备方法主要通过在配料中添加和调整微量元素，改善熔铸组织，减少铸锭缺陷，提高熔铸质量；生产工艺采用冷轧提高强度，退火工序消除加工硬化；通过最终的冷加工及应力消除并时效方法获得理想的高强高导铜合金材料性能。
具体实施方式
TKC铜合金板带的制备方法，包括如下步骤：
（1）熔炼：使用工频有芯感应炉，按照质量比为铜：硅：钛：铬=99.23：0.07：0.4：0.3进行配料；将铜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的煅烧木炭，加热到1240-1300℃进行熔炼，熔化后将硅、铬加入炉体内升温至1350℃进行熔炼，完成后将钛铜中间合金加入炉体内，保温20-50分钟，然后将温度降至1250-1300℃；
（2）铸造：采用整体结晶器对上述铜水进行温度为1230℃-1300℃、拉铸速度1.6-2.0米/小时的半连续铸造工艺得到厚度为150-170mm，宽度为300-420mm的矩形铸锭；
（3）热轧：将上述矩形铸锭放入连续加热炉中加热至900-980℃后再保温1-2.5小时；使用两辊热轧机进行初轧温度为900-980℃、终轧温度为650-750℃的7-11道次可逆轧制；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）铣面；将上述热轧坯用双面铣削设备进行上下铣削厚度均为0.5-1mm的双面铣面以去除热轧坯表面的氧化层；
（5）初轧：将上述板带采用四辊可逆初轧机进行7-11道次轧制；冷轧总加工率50％~70％，冷轧工作辊平均粗糙度为0.25~0.50μm，轧制成半成品带材；
（6）退火：再用钟罩退火炉进行加热温度为400-460℃、氮氢分解气保护退火，退火后进行酸洗后裁边；
（7）冷轧；将上述板带采用四辊精轧机进行3道次冷轧；
（8）再用钟罩退火炉进行加热温度为400-460℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺，氮氢分解气保护退火；
（9）成轧：将上述板带采用四辊可逆精轧机进行2道次可逆轧制；
（10）退火：再用钟罩退火炉进行加热温度为300-350℃、出炉温度为40℃-50℃的退火时效工艺；
（11）研磨：将上述成品软态带材使用研磨机研磨，使用2000-3000#不织布研磨刷，机列速度20~60m/min，分切后得到TKC成品铜合金板带。
Claims (2)
1.一种Cu-Cr-Si-Ti铜合金板带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）熔炼：使用工频有芯感应炉，按照质量比为铜：硅：钛：铬=99.23：0.07：0.4：0.3进行配料；将铜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的煅烧木炭，加热到1240-1300℃进行熔炼，熔化后将硅、铬加入炉体内升温至1350℃进行熔炼，完成后将钛铜中间合金加入炉体内，保温20-50分钟，然后将温度降至1250-1300℃，得到铜水；
（2）铸造：采用整体结晶器对上述铜水进行温度为1230℃-1300℃、拉铸速度1.6-2.0米/小时的半连续铸造工艺得到厚度为150-170mm，宽度为300-420mm的矩形铸锭；
（3）热轧：将上述矩形铸锭放入连续加热炉中加热至900-980℃后再保温1-2.5小时；使用两辊可逆热轧机进行初轧温度为900-980℃、终轧温度为650-750℃的7-11道次可逆轧制；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）铣面；将上述热轧坯用双面铣削设备进行上下铣削厚度均为0.5-1mm的双面铣面以去除热轧坯表面的氧化层，得到板带；
（5）初轧：将步骤（4）所述板带采用四辊可逆初轧机进行7-11道次轧制；冷轧总加工率50％~70％，冷轧工作辊平均粗糙度为0.25~0.50μm，将板带轧制成半成品带材；
（6）退火：将步骤（5）处理后的产品再用钟罩退火炉进行加热温度为400-460℃、氮氢分解气保护退火；退火后进行酸洗后裁边；
（7）冷轧；将步骤（6）处理后的板带采用四辊精轧机进行3道次冷轧；
（8）退火：再用钟罩退火炉进行加热温度为400-460℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺，氮氢分解气保护退火；
（9）成轧：将步骤（8）处理后的板带采用四辊可逆精轧机进行2道次可逆轧制；
（10）退火：再用钟罩退火炉进行加热温度为300-350℃、出炉温度为40℃-50℃的退火时效工艺。
2.如权利要求1所述的一种Cu-Cr-Si-Ti铜合金板带的制备方法，其特征在于，还包括步骤（11）研磨：将步骤（10）所得成品软态带材使用研磨机研磨，使用2000-3000#不织布研磨刷，机列速度20~60m/min，分切后得到Cu-Cr-Si-Ti铜合金板带。
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