CN113005325B - 一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种具有微晶结构高铁含量的铜铁合金带材及其制备方法，通过配料、熔炼、保温镇静、快速冷却一系列工艺进行制备，所制备的铜铁合金硬度大于160HV；析出相分布弥散均匀，析出相尺寸小于3μm；单辊快淬法喷制铜铁合金，工艺更加简单，可一次成带，喷制的铜铁合金带材铁含量高，成本低廉，具备替代传统产品的潜力，可广泛应用于电子、航空等高端领域的需求。

Description

一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制备领域，尤其涉及一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材及其制备方法。
背景技术
铜铁合金带材一般采用水平连铸法并经过多道轧制及热处理工艺制得，所生产的铜铁合金带材含铁量普遍较低(＜5％)，而用上述方法生产铜合金带材铁含量较高时，所生产的带材一般晶粒粗大，富铁析出相颗粒较大，甚至出现枝晶或二次枝晶，并且析出相不均匀，带材性能较差；
具有微晶结构的高铁含量铜铁合金带材，具有优异的强度与硬度，通过后续热处理工艺，在保留高强、高硬基础上可显著提升其导电、导热性，由于铁元素的均匀分布，使其兼具电磁屏蔽性能，是一种新型结构功能一体化材料，可以满足电子、航空等高端需求，具有广阔的市场应用前景，而且成本低廉，具备替代传统产品的潜力，因此制备具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材尤为重要。
发明内容
针对上述现有技术的现状，本发明为制备高强度、高硬度，富铁相均匀弥散分布的高铁含量铜铁合金带材，从而提供了一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材及其制备方法，
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材，各组分重量百分数为Fe：5％～35％；Si：0.01％～0.3％，余量Cu和微量杂质，并通过配料、熔炼、保温镇静、快速冷却制带以得到具有微晶结构铜铁合金带材，其制备方法，包括如下步骤：
(1)配料：原料为工业纯铁、电解铜以及高纯硅，按照高铁含量铜铁合金的组分配比进行称料；
(2)熔炼：将所述电解铜、所述工业纯铁放置于中频感应电炉中进行熔化，待熔化后所得到的合金液表面采用SiO2质覆盖剂进行覆盖，并将所述合金液的温度升至1480～1520℃，保温1～1.5h，保温结束后捞渣并加入含Mg脱氧剂，在上述熔炼过程中，所述中频感应电炉炉底通氩气，从而实现搅拌、脱氧、除渣之功效；
(3)保温镇静：将步骤(2)中冶炼得到的所述合金液通过导流槽流至中间包内进行保温、镇静，所述中间包保温温度为1480～1520℃，保温时间30～60min，保温结束后向所述合金液内加入所述高纯硅与所述脱氧剂并静置10～20min，所述中间包炉底通氩气；
(4)快速冷却制带：将步骤(3)中所得到的所述合金液升温至1500～1550℃，并将所述合金液从所述中间包浇注至喷包内，所述合金液浇注至所述喷包之前通有高纯氩气，并且所述喷包需提前采用硅碳棒进行预加热，所述合金液浇注至所述喷包并到达预定液位后，在压力作用下，从所述喷包上的喷嘴喷至旋转的冷却辊上，从而快速冷却得到具有微晶结构铜铁合金带材，喷带过程中，所述喷嘴前后均采用CO进行保护，从而稳定喷射液流，防止带材氧化；
优选的，在步骤(4)中，所述冷却辊转速为18～25m/s。
优选的，在步骤(4)中，所述喷嘴的嘴缝宽度为0.5～2mm。
通过采用上述技术方案，由于当嘴缝宽度小于0.5mm时，合金液难以从喷嘴中顺利喷出，容易使喷嘴堵塞；而嘴缝宽度大于2mm，合金液流量过大，单辊法难以及时冷却，很容易出现剧烈氧化现象，成带困难，因此选择0.5～2mm的喷缝宽度即保证了喷带顺畅，也保证了不会因为喷缝过宽而冷却不够及时。
优选的，在步骤(4)中，所述喷包的喷带液位高度为390～440mm，所述喷包温度为1400～1480℃。
通过采用上述技术方案，喷包温度在1400～1480℃时，即可以防止喷包温度过低而引起的合金液流动性不好，也可以防止喷包温度过高而造成包体内耐火材料容易发生变形，从而提高喷带效率。
优选的，在步骤(4)中所述中间包与所述喷包之间设有环形喷嘴，所述高纯氩气由所述环形喷嘴通入，防止氧化。
优选的，在步骤(4)中为弥补所述硅碳棒加热与保护效果的不足，另采用外置火焰在喷带前对喷嘴进行加热与保护，进一步提高喷嘴温度，保证合金液从喷嘴中顺利喷出，所述外置火焰是通过CO气体燃烧所得，防止所述喷嘴在高温下氧化。
优选的，在步骤(4)中冷却辊与喷嘴之间的间距为0.3～2mm。
通过采用上述技术方案，由于冷却辊与喷嘴间距过低，合金液容易在喷嘴处凝结堵塞喷嘴；而间距过高合金液容易飞溅在喷嘴前沿处凝固挂渣，导致带材表面出现划痕，甚至劈裂，并且间距过高导致带材厚度较大，冷却不及时，易出现氧化，因此将冷却辊与喷嘴之间的间距设置在0.3～2mm之间，能有效起到防止上述现象发生的作用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
通过采用上述技术方案，所制得铜铁合金带材厚度在30～200μm，宽度在30～200mm，带材外观上致密，无明显孔洞、网眼等外观缺陷，表面呈金属光泽；经金相检测及性能检测，析出相弥散均匀分布，析出相尺寸小于3μm；其硬度大于160HV；单辊快淬法喷制铜铁合金，工艺更加简单，可一次成带，喷制的铜铁合金带材铁含量高，成本低廉，具备替代传统产品的潜力，可广泛应用于电子、航空等高端领域的需求。
附图说明
图1为实施例一的金相图；
图2为实施例二的金相图；
图3为实施例三的金相图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明公开的一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材及其制备方法。
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例一：
Figure BDA0002952010650000031
Figure BDA0002952010650000041
表1
具体方法如下：
(1)成分：铜铁合金的组分质量百分含量为Cu69.75％；Fe29.67％；Si0.11％以及其他元素0.47％；
(2)制备步骤：配料、熔炼、保温镇静、快速冷却制带；
(3)配料：原料为工业纯铁、电解铜以及金属硅，按照高铁含量铜铁合金微晶薄带的组分配比进行称料；
(4)熔炼：将电解铜、工业纯铁放置于中频感应电炉中进行熔化，待熔化后所得到的合金液表面采用SiO2质覆盖剂进行覆盖，并将合金液的温度升至1480～1520℃，保温1～1.5h，保温结束后捞渣并加入含Mg脱氧剂，在上述熔炼过程中，所述中频感应电炉炉底通有氩气，从而实现搅拌、脱氧、除渣之功效；
(5)保温镇静：将冶炼的合金液通过导流槽流至中间包内进行保温、镇静，中间包保温温度为1480～1520℃，保温时间30～60min，保温结束后加入余量高纯硅，与少量脱氧剂并静置10～20min，所述中间包炉底通氩气；
(6)快速冷却制带：把中间包内的合金液浇注到喷包内，合金液达到预定液位后，在压力作用下，从喷嘴喷出至水冷铜辊得到实施例带材；喷包液位高度390～440mm，喷包温度1400-1480度；
(7)中间包与喷包之间使用环形喷嘴通入氩气，防止氧化；
(8)喷嘴缝宽度0.5～2mm，长度30～200mm；
(9)喷带前，为保证喷嘴温度，另外采用外置火焰进行加热与保护，火焰为CO气体燃烧获得，除加热功能外，也可以保护喷嘴防止高温氧化；
(10)喷嘴结构：采用多点导流结构，钢液稳流槽长宽适宜，喷嘴缝尽量矮；
(11)冷却辊转速：18-25m/s；
(12)开包辊嘴间距：0.3～2mm；
(13)喷带过程中，喷嘴前后采用CO气体保护，一方面，可防止带材氧化，另一方面，可以提高熔潭稳定性使带材表面一致性好；
(14)带材厚度：70μm；带材宽度：50mm；
(15)带材外观：带材致密，无明显空洞、网眼等外观缺陷，表面呈金属光泽；
(16)金相检测结果及性能检测结果：析出相弥散均匀分布，析出相尺寸2.1μm；硬度214hv；具体见表1，金相图见图1。
实施例二：
表2
Figure BDA0002952010650000051
实施例二与实施例一的不同之处在于其成分配置为Cu73.89％；Fe 25.67％；Si0.07％以及其他元素0.37％，具体结果所见表2，金相图见图2，由实验得知所制备的铜铁合金析出相弥散均匀分布，析出相尺寸1.5μm；硬度191hv。
实施例三：
表3
Figure BDA0002952010650000061
施例三与实施例一的不同之处在于其成分配置为Cu79.12％；Fe20.41％；Si0.05％以及其他元素0.42％，具体结果所见表3，金相图见图3，由实验得知所制备的铜铁合金析出相弥散均匀分布，析出相尺寸1.3μm；硬度170hv。
由上述实施例所知，采用本办法所制得铜铁合金带材厚度在30～200μm，宽度在30～200mm，带材外观上致密，无明显孔洞、网眼等外观缺陷，表面呈金属光泽；经金相检测及性能检测，析出相弥散均匀分布，析出相尺寸小于3μm，其硬度大于160HV，而且采用单辊快淬法喷制铜铁合金，工艺更加简单，可一次成带，喷制的铜铁合金带材铁含量高，成本低廉。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。

Claims (7)

1.一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材，其特征在于，各组分重量百分数为Fe：5％～35％；Si：0.01％～0.3％，余量Cu和微量杂质，并通过配料、熔炼、保温镇静、快速冷却制带以得到具有微晶结构铜铁合金带材，其制备方法，包括如下步骤：
(1)配料：原料为工业纯铁、电解铜以及高纯硅，按照高铁含量铜铁合金的组分配比进行称料；
(2)熔炼：将所述电解铜、所述工业纯铁放置于中频感应电炉中进行熔化，待熔化后所得到的合金液表面采用SiO2质覆盖剂进行覆盖，并将所述合金液的温度升至1480～1520℃，保温1～1.5h，保温结束后捞渣并加入含Mg脱氧剂，在上述熔炼过程中，所述中频感应电炉炉底通氩气；
(3)保温镇静：将步骤(2)中冶炼得到的所述合金液通过导流槽流至中间包内进行保温、镇静，所述中间包保温温度为1480～1520℃，保温时间30～60min，保温结束后向所述合金液内加入所述高纯硅与所述脱氧剂并静置10～20min，所述中间包炉底通氩气；
(4)快速冷却制带：将步骤(3)中所得到的所述合金液升温至1500～1550℃，并将所述合金液从所述中间包浇注至喷包内，所述合金液浇注至所述喷包之前通有高纯氩气，并且所述喷包需提前采用硅碳棒进行预加热，所述合金液浇注至所述喷包并到达预定液位后，在压力作用下，从所述喷包上的喷嘴喷至旋转的冷却辊上，从而快速冷却得到具有微晶结构铜铁合金带材，喷带过程中，所述喷嘴前后均采用CO进行保护。
2.根据权利要求1的一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材，在步骤(4)中，所述冷却辊转速为18～25m/s。
3.根据权利要求2的一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材，在步骤(4)中，所述喷嘴的嘴缝宽度为0.5～2mm。
4.根据权利要求3的一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材，在步骤(4)中，所述喷包的喷带液位高度为390～440mm，所述喷包温度为1400～1480℃。
5.根据权利要求4的一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材，在步骤(4)中所述中间包与所述喷包之间设有环形喷嘴，所述高纯氩气由所述环形喷嘴通入。
6.根据权利要求5的一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材，在步骤(4)中为弥补所述硅碳棒加热与保护效果的不足，另采用外置火焰在喷带前对喷嘴进行加热与保护，所述外置火焰是通过CO气体燃烧所得。
7.根据权利要求6的一种具有微晶结构高铁含量铜铁合金带材，在步骤(4)中冷却辊与喷嘴之间的间距为0.3～2mm。
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