CN113215424A - 一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺 - Google Patents

一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于青铜带材制造技术领域,尤其涉及一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺,包括如下步骤:S1、熔炼;S2、铸造;S3、铣削;S4、均匀化热处理;S5、冷粗轧;S6、中间退火;S7、冷中轧;S8、冷精轧;S9、成品退火。本发明所提出的技术方案,其熔炼工艺可以提高铸坯成分与组织均匀性,并且可以有效减少熔体中气体含量,同时熔炼炉内成分分布均匀,合金元素烧损率低。后续加工过程可以通过促进高温扩散过程消除晶内、晶界偏析等微观偏析形式,通过组合形变热处理工艺控制再结晶组织并减少残余应力,进一步改善合金微观偏析与应力分布均匀性,从而获得组织和性能均匀性好的锡磷青铜带材。

Description

一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺
技术领域
本发明涉及青铜带材制造技术领域,尤其涉及一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺。
背景技术
由于高Sn含量锡磷青铜具有优良的强度、弹性、抗磁性,耐磨,耐腐蚀,因而被广泛应用于需要弹性、耐磨、抗磁等性能的结构器件。由于该合金液相线与固相线温度差高达140~160℃,在凝固过程中易形成粗大枝晶,并发生Sn元素偏析,形成鳞片状硬质脆性区域,该脆性相具有灰白色的外观,使合金呈现青灰色表面,影响产品美观。此外由于该合金难以进行热加工,因此无法通过热轧消除铸造组织中的疏松、偏析、柱状晶组织,而连续的冷加工易导致应力、应变分布不均匀,导致后续加工中存在显著的组织、性能不均匀性,影响下游的产品使用,降低产品质量稳定性。
发明内容
本发明提出了一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺及其制备工艺,以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明提出了一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺的制备方法,包括如下步骤:
S1、熔炼:将电解铜原料放入熔炉中彻底熔化,然后升温至1200~1300℃,再采用氧化气氛进行氧化除气,之后采用还原性覆盖剂严密覆盖,再加入脱氧剂进行脱氧,然后加入金属锡原料(若电解铜原料中含有金属锡,则不用再加入金属锡原料),最后得到金属液;
S2、铸造:采用卧式连铸方法对金属液进行铸造,铸造过程中对结晶器内熔体施加电磁外场,铸造厚度控制在14~17mm,最后获得铸坯;
S3、铣削:对铸坯进行双面铣削,单面铣削量控制在0.4~0.8mm,获得第一半成品;
S4、均匀化热处理:采用罩式退火炉对第一半成品进行均匀化热处理,获得第二半成品;
S5、冷粗轧:对第二半成品进行冷粗轧处理,总变形量控制在60~90%,轧制后厚度控制在1.5~4.5mm,获得第三半成品;
S6、中间退火:采用罩式退火炉对第三半成品进行中间退火处理,获得第四半成品;
S7、冷中轧:对第四半成品进行冷中轧处理,总变形量控制在20~85%,轧后厚度控制在0.5~1.2mm,最后获得第五半成品;
S8、冷精轧:对第五半成品进行冷精轧,总变形量控制在30~90%,成品厚度控制在0.08~0.8mm,最后获得第六半成品;
S9、成品退火:采用罩式退火炉对六半成品进行成品退火处理,最后获得成品。
优选的,在步骤1中,熔炉内可采用机械、电磁等方式进行搅拌,提高熔体成分均匀性,所述脱氧剂为Cu-P中间合金或P单质等。
优选的,在步骤2中,开始铸造温度控制在1170~1230℃,铸造速度控制在100-250mm/min,引拉频率控制在20~60次/min,冷却水压力控制在3-8Bar,进水温度控制在20-35℃,出水温度控制在25-45℃,并对结晶器内熔体施加电磁外场,电流强度控制在10-100A,频率控制在10-60Hz。
优选的,在步骤4中,升温速度控制在70~150℃/小时,随炉升温至650~750℃后,保温4-15小时,保护气氛为氢气与氮气的混合气体,其中氢气含量控制在25~75%,随炉冷却至80℃以下方可出炉,可采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度。
优选的,在步骤6中,升温速度控制在60~150℃/小时,随炉升温至400~580℃后,保温4-15小时,保护气氛为氢气与氮气的混合气体,其中氢气含量控制在25~75%,随炉冷却至80℃以下方可出炉,可采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度。
优选的,在步骤9中,升温速度控制在60~120℃/小时,随炉升温至200~300℃后,保温2-10小时,保护气氛为氢气与氮气的混合气体,其中氢气含量控制在25~75%,随炉冷却至80℃以下方可出炉,可采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:采用本发明所述熔炼方法,可以有效减少熔体中气体含量,相关研究表明熔体中气体会加重锡元素偏析,因此该熔炼工艺可以提高铸坯成分与组织均匀性,同时熔炼炉内成分分布均匀,合金元素烧损率低。由于高Sn含量锡磷青铜凝固区间较大,铸造过程中,通过适当降低铸造温度,提高引拉频率,同时在外场的作用下,抑制粗大柱状晶的形成,减少宏观逆偏析。后续加工过程可以通过促进高温扩散过程消除晶内、晶界偏析等微观偏析形式,通过组合形变热处理工艺控制再结晶组织并减少残余应力,进一步改善合金微观偏析与应力分布均匀性,从而获得组织和性能均匀性好的锡磷青铜带材。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明提出了一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺,其特征在于,包括如下步骤:
S1、熔炼:将电解铜原料(也可选择青铜旧料)放入熔炉中彻底熔化,然后升温至1200~1300℃,再采用氧化气氛进行氧化除气,之后采用还原性覆盖剂(可采用木炭、石油焦等)严密覆盖,再加入脱氧剂(可采用Cu-P合金或单质P)进行脱氧,最后加入金属锡,得到金属液。熔炉内可采用机械、电磁等方式进行搅拌,提高熔体成分均匀性。
S2、铸造:采用卧式连铸方法对金属液进行铸造,铸造厚度控制在14~17mm,最后获得铸坯;开始铸造温度控制在1170~1230℃,铸造速度控制在100-250mm/min,引拉频率控制在20~60次/min,冷却水压力控制在3-8Bar,进水温度控制在20-35℃,出水温度控制在25-45℃,并对结晶器内熔体施加电磁外场,电流强度控制在10-100A,频率控制在10-60Hz(本领域技术人员同样可采用其他外场如机械场、超声波场等,以及多种外场的复合场实现类似效果)。铸造过程包括引拉、停顿、反推等步骤。
S3、铣削:对铸坯进行双面铣削,单面铣削量控制在0.4~0.8mm,获得第一半成品;
S4、均匀化热处理:采用罩式退火炉对第一半成品进行均匀化热处理,获得第二半成品;升温速度控制在70~150℃/小时,随炉升温至650~750℃后,保温4-15小时,保护气氛为氢气与氮气的混合气体,其中氢气含量控制在25~75%,随炉冷却至80℃以下方可出炉,可采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度。后续均匀化热处理主要通过促进高温扩散过程消除晶内、晶界偏析等微观偏析形式,对改善宏观偏析作用有限,与熔铸过程控制所针对的为不同形式的成分不均匀性,因此无法通过改善熔铸工艺完全取代均匀化热处理。
S5、冷粗轧:对第二半成品进行冷粗轧处理,总变形量控制在60~90%,轧制后厚度控制在1.5~4.5mm,获得第三半成品;
S6、中间退火:采用罩式退火炉对第三半成品进行中间退火处理,获得第四半成品;升温速度控制在60~150℃/小时,随炉升温至400~580℃后,保温4-15小时,保护气氛为氢气与氮气的混合气体,其中氢气含量控制在25~75%,随炉冷却至80℃以下方可出炉,可采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度。本领域技术人员同样可采用其他退火设备如气垫式退火炉等实现类似效果。中间退火一方面需要保证变形组织完全转化为再结晶组织,另一方面需避免晶粒长大,因此退火工艺参数需适应预变形量。
S7、冷中轧:对第四半成品进行冷中轧处理,总变形量控制在20~85%,轧后厚度控制在0.5~1.2mm,最后获得第五半成品;
S8、冷精轧:对第五半成品进行冷精轧,总变形量控制在30~90%,成品厚度控制在0.08~0.8mm,最后获得第六半成品;由于水平连铸锡磷青铜合金无法通过热轧补缩、动态再结晶等机制显著改善初始铸态组织均匀性,因此冷轧变形对锡磷青铜合金组织均匀性及后续热处理具有较大影响,若初轧冷变形总量过小可能导致应变不均匀,从而导致少数再结晶晶粒异常长大,造成组织及性能的不均匀。
S9、成品退火:采用罩式退火炉对六半成品进行成品退火处理,最后获得成品。升温速度控制在60~120℃/小时,随炉升温至200~300℃后,保温2-10小时,保护气氛为氢气与氮气的混合气体,其中氢气含量控制在25~75%,随炉冷却至80℃以下方可出炉,可采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度。本领域技术人员同样可采用其他退火设备如气垫式退火炉等实现类似效果。成品退火主要目的为消除应力分布不均,减少残余应力,同时研究表明在进行较大变形量后进行低温退火可以在抗拉强度不下降的情况下略微提高锡磷青铜合金屈服强度,改善该系合金屈强比。
本发明适用于易产生成分、组织、性能不均匀的高Sn含量锡磷青铜合金,其具体成分范围为(wt%):Sn:4.5~9,P:0.03~0.3,Pb:≤0.02,Fe:≤0.1,Zn≤0.2,杂质元素含量总和≤0.5。通过采用本发明所述方法可生产表面色泽、成分、组织及性能均匀的高Sn含量锡磷青铜合金带材。由于高Sn含量锡磷青铜凝固区间大,易产生成分偏析,难以进行热变形的合金特性,因此需要系统性设计该合金的制备工艺,而难以通过对现有技术进行机械性组合实现本发明所述效果。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺,其特征在于,包括如下步骤:
S1、熔炼:将电解铜原料放入熔炉中彻底熔化,然后升温至1200~1300℃,再采用氧化气氛进行氧化除气,之后采用还原性覆盖剂严密覆盖,再加入脱氧剂进行脱氧,然后加入金属锡原料,最后得到金属液;
S2、铸造:采用卧式连铸方法对金属液进行铸造,铸造过程中对结晶器内熔体施加电磁外场,铸造厚度控制在14~17mm,最后获得铸坯;
S3、铣削:对铸坯进行双面铣削,单面铣削量控制在0.4~0.8mm,获得第一半成品;
S4、均匀化热处理:采用罩式退火炉对第一半成品进行均匀化热处理,获得第二半成品;
S5、冷粗轧:对第二半成品进行冷粗轧处理,总变形量控制在60~90%,轧制后厚度控制在1.5~4.5mm,获得第三半成品;
S6、中间退火:采用罩式退火炉对第三半成品进行中间退火处理,获得第四半成品;
S7、冷中轧:对第四半成品进行冷中轧处理,总变形量控制在20~85%,轧后厚度控制在0.5~1.2mm,最后获得第五半成品;
S8、冷精轧:对第五半成品进行冷精轧,总变形量控制在30~90%,成品厚度控制在0.08~0.8mm,最后获得第六半成品;
S9、成品退火:采用罩式退火炉对六半成品进行成品退火处理,最后获得成品。
2.根据权利要求1所述的一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺,其特征在于,在步骤1中,熔炉内采用机械或电磁的方式进行搅拌,提高熔体成分均匀性,所述脱氧剂为Cu-P中间合金或P单质。
3.根据权利要求1所述的一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺,其特征在于,在步骤2中,开始铸造温度控制在1170~1230℃,铸造速度控制在100-250mm/min,引拉频率控制在20~60次/min,冷却水压力控制在3-8Bar,进水温度控制在20-35℃,出水温度控制在25-45℃,并对结晶器内熔体施加电磁外场,电流强度控制在10-100A,频率控制在10-60Hz。
4.根据权利要求1所述的一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺,其特征在于,在步骤4中,升温速度控制在70~150℃/小时,随炉升温至650~750℃后,保温4-15小时,保护气氛为氢气与氮气的混合气体,其中氢气含量控制在25~75%,随炉冷却至80℃以下方可出炉,可采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度。
5.根据权利要求1所述的一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺,其特征在于,在步骤6中,升温速度控制在60~150℃/小时,随炉升温至400~580℃后,保温4-15小时,保护气氛为氢气与氮气的混合气体,其中氢气含量控制在25~75%,随炉冷却至80℃以下方可出炉,可采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度。
6.根据权利要求1所述的一种高均匀性锡磷青铜带材制备工艺,其特征在于,在步骤9中,升温速度控制在60~120℃/小时,随炉升温至200~300℃后,保温2-10小时,保护气氛为氢气与氮气的混合气体,其中氢气含量控制在25~75%,随炉冷却至80℃以下方可出炉,可采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度。
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