CN113231485A - 一种高膨胀合金无焊缝大卷重带材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高膨胀合金无焊缝大卷重带材的制备方法，通过冶炼浇铸重量大于2500kg的高膨胀合金单支合金锭、重锤快打的合金锭锻造方法、采用连轧机热轧及层流冷却的热处理方法等措施，解决了现有技术存在的合金带材拼焊成卷、水槽淬水热处理的方法。本发明克服了焊缝对产品性能一致性的影响，提高了成材率、合格率，可实现批量化、连续化生产，降低生产成本，促进绿色生产。

Description

一种高膨胀合金无焊缝大卷重带材的制备方法
技术领域
本发明属于特种材料冶炼技术领域，涉及一种高膨胀合金无焊缝大卷重带材的制备方法。
背景技术
现有技术生产4J72高膨胀合金带材的制备(小合金锭、淬火法、拼焊成卷)通常包括以下步骤：
1、冶炼：一般一炉500～2000kg左右，按照预定比例称取原材料Mn、Ni、Cu及加入少量比例的Cr、Zn、Co、Fe、Si、C、Mg和/或稀土元素并控制有害元素P、S、Pb、Hg，所述稀土元素可以选自Se、Tb、Nd、Ga和Nb中的一种或几种。将称取的原材料按炉料入炉工艺装入非真空感应熔炼炉。
2、浇铸：将步骤1完成冶炼成为熔融状态的金属液浇注入合金锭模内(500kg以下锭型)。
3、锻造：将步骤2完成的合金锭经扒皮、切冒口后锻造成扁坯(400kg)以下。
4、热轧：将步骤3完成的扁坯采用单机架往复轧制的方式进行热轧成带卷。
5、拼焊：将步骤4完成的热轧带卷料拼焊成2000kg以上的大卷。
6、退火：对步骤5完成的拼焊热轧带材卷料进行退火。
7、修磨：将步骤6完成的退火带材卷料用砂轮机或千页轮进行表面修磨。
8、冷轧：将步骤7修磨完毕的合金带材卷料冷轧成型，得到成品厚度的合金带材。
上述现有技术4J72高膨胀合金带材的制备方法主要存在以下不足：1、合金锭锭型小，锻坯重量轻，无法实现连续化生产；2、大卷需要拼焊形成，拼焊成的合金带材大卷产品内部组织结构一致性差，特别是拼接焊缝处，这是现有工艺最致命的缺点；3、淬水的方法，淬水槽不可能制造的太长，使热轧带的长度受到限制；4、拼焊前每一支带料均需切头尾，成材率低。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种高膨胀合金(4J72)无焊缝大卷重带材的制备方法，获得合金锭重量可达2500kg以上，高膨胀合金带材无焊缝时卷重可达2000kg以上，减速少了拼焊工序，带卷单重增加后作业效率提高，产品内在质量的一致性提高，成材率高。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种高膨胀合金无焊缝大卷重带材的制备方法，包括以下操作：
1)熔炼及浇铸：
按Mn72Ni10Cu18合金的配料需求称取原料，将称取好的原料均匀混合后装入非真空感应熔炼炉，升温至1600℃进行熔炼，熔炼时间2～5h，熔炼过程中再炉口吹保护气防氧化；
原料完全熔化成合金液时，开始加入其质量0.03～0.04％的SiCa粉，并用点渣棒点渣，点渣频率至少30次/min；
精炼完后下注浇入合金锭模，自然冷却；浇注完成后每间隔15～30min在冒口加入发热剂进行覆盖，以补充冒口合金液的热量损失；
脱模后得到2500kg重以上的合金锭；
2)锻造：
将合金锭加热至850～1000℃，保温80～100min；
采用重锤快打的方式将合金锭锻造成厚度120～130mm的坯料，锻锤频率控制在30次/min以上，锻造比大于7；锻造时先锻合金锭的小头，再锻合金锭的大头；锻造终端温度800℃，低于800℃需回炉升温后再锻造；
3)热轧及层流热处理：
将锻造好的坯料加热至800～1000℃保温80～100min，然后在配置层流冷却设备的热连轧机上进行热连轧，终轧速度7～9m/s，层流冷却速度100～200℃/s，热轧完毕得到重量2000kg以上、厚度3～5mm的高膨胀合金无焊缝合金热轧带卷；
4)将热轧带卷表面清理后，在可逆轧机上进行冷轧；将厚度3～5mm的热轧带卷轧制成厚度1.9～2.5mm的冷轧带卷；
5)热处理：
将冷轧带卷在连续退火炉上进行800～1000℃热处理，其中800℃时带材运行速度0.3～0.5m/min,1000℃时带材运行速度0.9～1.2m/min；使退火后的带材表面硬度达到HV140～HV180，得到4J72高膨胀合金无焊缝大卷重带材。
所述的发热剂是由60～70％的铝粉，30～40％的硝酸钠混合组成；2500kg合金锭需加三次发热剂，锭型重量则相应增加发热剂加入次数。
所述锻造好的坯料规格为(120～150)×500×(3000～5000)mm。
所述的合金锭锻是在快锻机上进行的锭锻，采用10吨以上自由式锻锤，保持80％以上的负荷快速锤击。
所述的热轧带卷表面清理包括：将热轧带卷在连续式砂带修磨机上进行表面修磨，去除氧化皮。
所述的冷轧是在四辊或六辊可逆轧机上进行冷轧。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的高膨胀合金(Mn72Ni10Cu18，4J72)无焊缝大卷重带材的制备方法，通过冶炼浇铸重量大于2500kg的高膨胀合金单支合金锭、重锤快打的合金锭锻造方式、采用层流冷却的热连轧及热处理等操作，实现国内首家无焊缝大卷重带材，填补了国内在这一领域的空白；按本方法制备获得的4J72高膨胀合金无焊缝大卷重带材产品，省去小卷切头拼焊工序，综合成材率高可提高10％以上，生产成本低，减轻工人的劳动强度；
进一步的，本发明熔炼浇铸2500kg的4J72高膨胀合金合金铸锭，补缩效果好、内在缺陷少，可实现工业化、连续化生产；重锤快打的锻造方式解决500kg以上大锭型锻造易开裂的难题；而使用层流冷却工艺代替了现有技术中的淬火热处理工艺，解决了现有技术存在的热连轧技术难题、轧后替代水槽淬水以及合金带材拼焊成卷、水槽淬水热处理等问题，克服了焊缝对产品性能一致性的影响；本发明提高了4J72高膨胀合金大卷材的成材率、合格率，可实现批量化、连续化生产，降低生产成本，促进绿色生产。
本发明所制备的无焊缝大卷重带材，无拼焊接口，产品内在一致性好；克服了现有技术拼焊接口处电阻率、膨胀系数与材料本体不一致的缺陷，对后续加工电子器件保证功能性一致来讲是革命性的创新。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
解决现有技术难题的关键在于：1、解决冶炼浇铸单支2500kg以上高膨胀合金大锭型且不产生铸造缺陷的技术难题；2、解决500kg以上大锭型锻造易开裂的难题；3、解决热连轧技术难题、轧后替代水槽淬水的技术难题。
本发明提出了以下技术手段以解决以上技术问题。
1、优化冶炼及浇铸工艺：熔炼过程中采用防氧化保护、点渣去渣控制，冒口补缩采取多次加发热剂的方法，从而延长浇铸时合金锭的补缩时间，以生产无铸造缺陷的4J72高膨胀合金2500kg重以上合金锭；
2、优化锻造压力、锻造频率、锻造方式：采用10吨以上自由式锻锤，保持80％以上的负荷快速锤击，锻锤频率控制在30次/min以上，要先锻合金锭的小头，再锻合金锭的大头；从而克服500kg以上大锭型锻造易开裂的问题；
3、采用层流冷却工艺操作代替热轧之后的入水槽淬火操作，热连轧时终轧速度7～9m/s，冷却速度100～200℃/s。
本发明提出的一种高膨胀合(4J72)金无焊缝大卷重带材的制备方法，包括以下操作：
包括如下工序步骤：
1)，熔炼及浇铸：称取原料电解锰1908Kg、金川一号镍260Kg、电解铜477Kg，将称取好的原料均匀混合在一起装入非真空感应熔炼炉，升温至1600℃进行熔炼(整个熔炼过程需要2～5h)，熔炼过程炉口吹氩气保护防氧化；
原料完全熔化成合金液时，即开始加入0.03-0.04％的SiCa粉(总用量约80～100kg)用点渣棒点渣，点渣频率至少30次/min，精炼完后下注浇入合金锭模(自然冷却)，浇注完成后在冒口加发热剂(以质量分数计，包括70％的铝粉和30％的硝酸钠)覆盖，利用发热剂燃烧的热量补充冒口合金液的热量损失；这样利于合金锭冒口补缩，减少缩孔深度，每间隔15～30min加一次发热剂，一般2500kg锭型需加三次(锭型重量增加需相应增加次数)。
2)锻造：将合金锭加热至800～1000℃，保温100min；然后在10T快锻机上将合金锭锻造成坯料，坯料锻造规格为(120～150)×500×(3000～5000)mm；
保持80％以上的负荷快速锤击，锻锤频率控制在30次/min以上，，锻造比大于7；要先锻合金锭的小头，再锻合金锭的大头，锻造终端温度800℃，低于800℃需回炉升温从新锻造；
用超声波探伤仪对热轧带坯进行探伤，切除冒口，确保无内部组织结构缺陷。
3)热轧及层流热处理：将锻造的坯料(厚度尺寸120～130mm)加热至800～1000℃保温100min，在二立八平热连轧机上进行热连轧；
热连轧生产线需配置20m的层流冷却设备，终轧速度7～9m/s，层流冷却速度100～200℃/s，热轧完毕得到重量2000kg以上的4J72高膨胀合金无焊缝合金热轧带卷(厚度尺寸3～5mm)。
4)表面清理：将热轧完毕后得到的5.0mm厚4J72合金带卷，在连续式砂带修磨机上进行表面修磨，去除氧化皮。
5)冷轧：在四辊(或六辊)可逆轧机上进行冷轧，将表面修磨后的合金带卷(厚度尺寸3～5mm)轧制到成品(厚度尺寸1.9～2.5mm)。
6)热处理：将成品厚冷轧带卷在7m连续退火炉上进行800～1000℃热处理，800℃时带材运行速度0.3～0.5m/min,1000℃时带材运行速度0.9～1.2m/min使退火后的带材表面硬度达到HV140～HV180，得到4J72无焊缝高膨胀合金带材产品。
本发明所制备的4J72带材品质主要性能参数
1、化学成分％
C Si P S Ni Cu Fe Mn
≤0.0500 ≤0.2000 ≤0.0250 ≤0.0250 8～11 17～19 ≤1.0 余量
2、膨胀系数
Figure BDA0003054831650000061
3、成品硬度范围HV130～140；
4、成品带材电阻率范围：1.7～1.8μΩ·m。
本发明的方法通过冶炼浇铸重量大于2500kg的高膨胀合金单支合金锭、重锤快打的合金锭锻造方法、采用连轧机热轧及层流冷却的热处理方法等措施，解决了现有技术存在的合金带材拼焊成卷、水槽淬水热处理的方法，克服了焊缝对产品性能一致性的影响，提高了成材率、合格率，可实现批量化、连续化生产，降低生产成本，促进绿色生产。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高膨胀合金无焊缝大卷重带材的制备方法，其特征在于，包括以下操作：
1)熔炼及浇铸：
按Mn72Ni10Cu18合金的配料需求称取原料，将称取好的原料均匀混合后装入非真空感应熔炼炉，升温至1600℃进行熔炼，熔炼时间2～5h，熔炼过程中再炉口吹保护气防氧化；
原料完全熔化成合金液时，开始加入其质量0.03～0.04％的SiCa粉，并用点渣棒点渣，点渣频率至少30次/min；
精炼完后下注浇入合金锭模，自然冷却；浇注完成后每间隔15～30min在冒口加入发热剂进行覆盖，以补充冒口合金液的热量损失；
脱模后得到2500kg重以上的合金锭；
2)锻造：
将合金锭加热至850～1000℃，保温80～100min；
采用重锤快打的方式将合金锭锻造成厚度120～130mm的坯料，锻锤频率控制在30次/min以上，锻造比大于7；锻造时先锻合金锭的小头，再锻合金锭的大头；锻造终端温度800℃，低于800℃需回炉升温后再锻造；
3)热轧及层流热处理：
将锻造好的坯料加热至800～1000℃保温80～100min，然后在配置层流冷却设备的热连轧机上进行热连轧，终轧速度7～9m/s，层流冷却速度100～200℃/s，热轧完毕得到重量2000kg以上、厚度3～5mm的高膨胀合金无焊缝合金热轧带卷；
4)将热轧带卷表面清理后，在可逆轧机上进行冷轧；将厚度3～5mm的热轧带卷轧制成厚度1.9～2.5mm的冷轧带卷；
5)热处理：
将冷轧带卷在连续退火炉上进行800～1000℃热处理，其中800℃时带材运行速度0.3～0.5m/min,1000℃时带材运行速度0.9～1.2m/min；使退火后的带材表面硬度达到HV140～HV180，得到4J72高膨胀合金无焊缝大卷重带材。
2.如权利要求1所述的高膨胀合金无焊缝大卷重带材的制备方法，其特征在于，所述的发热剂是由60～70％的铝粉，30～40％的硝酸钠混合组成；2500kg合金锭需加三次发热剂，锭型重量则相应增加发热剂加入次数。
3.如权利要求1所述的高膨胀合金无焊缝大卷重带材的制备方法，其特征在于，所述锻造好的坯料规格为(120～150)×500×(3000～5000)mm。
4.如权利要求1所述的高膨胀合金无焊缝大卷重带材的制备方法，其特征在于，所述的合金锭锻是在快锻机上进行的锭锻，采用10吨以上自由式锻锤，保持80％以上的负荷快速锤击。
5.如权利要求1所述的高膨胀合金无焊缝大卷重带材的制备方法，其特征在于，所述的热轧带卷表面清理包括：将热轧带卷在连续式砂带修磨机上进行表面修磨，去除氧化皮。
6.如权利要求1所述的高膨胀合金无焊缝大卷重带材的制备方法，其特征在于，所述的冷轧是在四辊或六辊可逆轧机上进行冷轧。
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