CN113444900A - 一种铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，铜基富铁合金具有以下成分特征：主合金元素Fe含量为4％‑10％质量分数，并包含微合金化元素的一种或多种、其他杂质元素以及余量的Cu；制备工艺包含以下步骤：一：熔铸；二：均匀化热处理；三：热轧；四：在线淬火处理；五：铣面；六：冷初轧；七：时效热处理；八：终轧；九：精整。该铜基富铁合金板带箔材制备工艺，改善Fe元素不均匀分布，使合金具备足够的热塑性，便于后续进行热加工，使合金具有铁磁性，从而保证合金电磁屏蔽性能，可以避免由于变形抗力增加导致热轧轧制困难及热轧开裂现象，且使合金性能均匀，使合金获得良好的导电率的同时产生显著的析出强化效果，使产品具有优异的性能。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体为一种铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺。
背景技术
由于1095℃下Fe元素在Cu中的最大溶解度约4wt％，因此铜基富铁合金主要指Fe元素含量在4％以上的铜基合金，该成分合金中将存在初生富Fe相，因此也属于形变原位复合材料。
相对其他铜基复合材料，铜基富铁合金具有以下特性：
1、适用熔铸法制备，易于工业生产；
2、Fe元素原料丰富，成本低廉；
3、具有高强度与高导电率；
4、具有良好的变形性能；
5、具有宽频电磁屏蔽性能。
铜基富铁合金2018年开始在日本开始被广泛应用于5个方向15个领域。主要应用方向为：电磁屏蔽材料、磁性导电材料、导电材料、构造材料、放电加工材料。
铜基富铁合金制备方法主要包括粉末冶金法与熔铸法。
粉末冶金法不仅工艺复杂，成本较高，而且难以制备大规格产品。同时该方法制备合金Fe元素固溶度较大，严重降低合金导电率。
熔铸法适用于工业化大规模生产，易于进行微合金化，且Fe元素易于以富Fe相形式析出。
在电磁屏蔽材料中，铁磁材料适用于低频(＜100kHz)磁场的屏蔽，金属良导体适用于中高频(100kHz～1.5GHz)磁场以及静电场的屏蔽。
现有宽频电磁屏蔽材料主要为铜铁叠层材料，该材料存在层间性能差异，构件体积大，界面间机械结合其结合力较弱。
相比之下铜铁合金作为宽频电磁屏蔽材料具有性能均匀、体积小、结构简单的优点，因而具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，具有改善Fe元素不均匀分布，使合金具备足够的热塑性，便于后续进行热加工，使合金具有铁磁性，从而保证合金电磁屏蔽性能，可以避免由于变形抗力增加导致热轧轧制困难及热轧开裂现象，且使合金性能均匀，使合金获得良好的导电率的同时产生显著的析出强化效果，使产品具有优异的性能的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，所述铜基富铁合金具有以下成分特征：主合金元素Fe含量为4％-10％质量分数，并包含微合金化元素的一种或多种、其他杂质元素以及余量的Cu；其中所述微合金化元素包括但不限于Ag、P、Cr、Zr元素的一种或多种；
所述铜基富铁合金的制备工艺包含以下步骤：
步骤一：熔铸，将原料进行配料装炉，重溶用铜铁中间合金及纯铜板、其他纯铜或含Fe铜合金旧料先装炉熔化，采用还原性覆盖剂严密覆盖，采用脱氧剂进行脱氧，随后进行微合金化元素的添加，铸造采用立式铸造，结晶器厚度130-260mm，铸造过程中采用还原性覆盖剂严密覆盖。选择具有独立二次冷却水的结晶器，采用低二次冷却强度的红锭铸造方式；
步骤二：均匀化热处理，取步骤一中熔铸的铸锭，进行均匀化热处理，保温一定时间后出炉；
步骤三：热轧，对经过热处理的铸锭直接进行热轧，所述热轧开轧温度940℃-1010℃，热轧轧制时间不多于8分钟，终轧温度750-850℃；
步骤四：在线淬火处理；
步骤五：铣面，将热轧后的板料在双面铣设备上进行铣削，除去坯料表面缺陷；
步骤六：冷初轧，对铣面后坯料进行冷初轧至中间厚度；
步骤七：时效热处理，对冷轧板进行时效热处理；
步骤八：终轧，将冷轧板轧至最终厚度；
步骤九：精整，对冷轧板成品进行清洗、矫直以及切边，得到板、带、箔材成品合金板，且所制备板、带、箔材成品合金板厚度0.05mm-2mm。
优选的，所述铜基富铁合金的成分特征中单个微合金化元素含量为0.0003％-0.03％，且其他杂质元素含量总和≤0.3％。
优选的，所述步骤一中熔铸微合金化元素P、Cr、Zr等采用中间合金形式添加，熔炼炉内采用机械或电磁等方式对熔体进行搅拌。
优选的，所述步骤二中均匀化热处理采用步进式加热炉，且均匀化加热温度为960℃-1050℃，保温时间3h-9h，出炉温度950℃-1020℃。
优选的，所述步骤四中在线淬火处理的淬火速率保持在60℃/s以上，且淬火过程中均匀淬火，并且淬火横向温度偏差小于10℃。
优选的，所述步骤五中铣刀材质选用硬质合金钢。
优选的，所述步骤六冷初轧中坯料轧制中间厚度为0.5mm-5mm。
优选的，所述步骤七中冷轧板时效热处理温度450℃-600℃，优选500-560℃，保温时间2-12小时，优选4-8小时，保护气体为氢气与氮气的混合气体。
优选的，所述冷轧板随炉冷却至80℃以下出炉，其中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，本发明的有益效果是：该铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺：
1.本发明所述合金中Fe含量超过合金最大固溶度，因此铸造时将以富Fe相形式存在，并在后续加工过程中形成纤维状组织获得纤维强化效果。所述微合金化元素可起到细化富Fe相纤维，降低Fe元素固溶度，促进固溶Fe元素析出的效果，从而提高合金强度和导电率，使合金获得高强高导性能；
2.本发明中熔铸工艺，可以有效减少微合金化元素损失，并避免热应力产生内部裂纹。
3.本发明中均匀化预热处理参数，可以使Fe元素在Cu基体中固溶度显著增加，并可以使部分粗大富Fe相部分溶解，改善Fe元素不均匀分布的问题，同时使合金具备足够的热塑性，便于后续进行热加工；
4.本发明中热轧参数可以使初生及高温γ-Fe相转化为α-Fe，从而使合金具有铁磁性，从而保证合金电磁屏蔽性能，可以避免由于变形抗力增加导致热轧轧制困难及热轧开裂现象；
5.本发明中淬火参数可以使合金获得较高过饱和度，且使合金性能均匀；
6.本发明中铣刀材质可解决铣面过程中粘刀，铣削不干净的问题；
7.本发明中时效退火工艺可以使固溶铁元素充分析出，同时避免析出相产生明显粗化，从而使合金获得良好的导电率的同时产生显著的析出强化效果；所述热处理工艺同样可以获得较细的再结晶晶粒；
8.本发明中在时效退火后进行较大的冷变形，产生足够加工硬化的同时，可以使初生富铁相纤维化，产生纤维强化效果，通过结合塑性变形与热处理工艺，析出强化、加工硬化与纤维强化的共同作用使产品具有优异的性能。
附图说明
图1为本发明制备工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供技术方案：一种铜基富铁合金板带箔材制备工艺，所述铜基富铁合金具有以下成分特征：主合金元素Fe含量4％-10％质量分数，微合金化元素的一种或多种、其他杂质元素以及余量的Cu；其中所述微合金化元素包括但不限于Ag、P、Cr、Zr元素的一种。
所述铜基富铁合金的制备工艺包含以下步骤：
步骤一：熔铸，将原料进行配料装炉，重溶用铜铁中间合金及纯铜板、其他纯铜或含Fe铜合金旧料先装炉熔化，采用还原性覆盖剂严密覆盖，采用脱氧剂进行脱氧，随后进行微合金化元素的添加，P、Cr、Zr等元素添加形式为中间合金。炉内采用机械或电磁等方式进行搅拌。铸造采用立式铸造，结晶器厚度130-260mm，选择具有独立二次冷却水的结晶器，采用低二次冷却强度的红锭铸造方式；
步骤二：均匀化热处理，取步骤一中熔铸的铸锭，进行均匀化热处理，保温一定时间后出炉，其中均匀化热处理采用步进式加热炉，且均匀化加热温度为960℃-1050℃，保温时间3h-9h，出炉温度950℃-1020℃；
步骤三：热轧，对经过热处理的铸锭直接进行热轧，所述热轧开轧温度940℃-1010℃，热轧轧制时间不多于8分钟，终轧温度750-850℃；
步骤四：在线淬火处理，其中在线淬火处理的淬火速率保持在60℃/s以上，且淬火过程中均匀淬火，并且淬火横向温度偏差小于10℃；
步骤五：铣面，将热轧后的板料在双面铣设备上进行铣削，除去坯料表面缺陷，其中铣刀材质选用硬质合金钢；
步骤六：冷初轧，对铣面后坯料进行冷初轧至中间厚度，其中冷初轧中坯料轧制中间厚度为0.5mm-5mm；
步骤七：时效热处理，对冷轧板进行时效热处理，其中时效热处理温度450℃-600℃，优选500-560℃，保温时间2-12小时，优选4-8小时，保护气体为氢气与氮气的混合气体，同时冷轧板随炉冷却至80℃以下出炉，其中采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度；
步骤八：终轧，将冷轧板轧至最终厚度；
步骤九：精整，对冷轧板成品进行清洗、矫直以及切边，得到板、带、箔材成品合金板，且所制备板、带、箔材成品合金板厚度0.05mm-2mm。
实施例：
首先将重量为百分比计的以下原料：Fe6％、0.004％的Ag、0.0083％的P和余量的Cu，进行熔铸成6吨的铸锭，所测得其他杂质元素含量0.11％；
熔铸时选择铜铁中间合金及纯铜旧料作为原材料，采用木炭作为覆盖剂严密覆盖，铜磷合金作为脱氧剂，Ag以金属单质形式添加，炉内进行机械搅拌，结晶器厚度210mm，选择具有独立二次冷却水的结晶器进行红锭铸造；
取铸锭采用步进式加热炉进行均匀化热处理，均匀化加热温度为1000℃，保温时间6h，出炉温度980℃；对经过热处理的铸锭直接进行热轧，热轧开轧温度970℃，热轧轧制时间为5分钟，终轧温度800℃；
热轧完成后立即对热轧板进行在线淬火处理，在线淬火处理的淬火速率保持在75℃/s，且淬火过程中均匀淬火，并且淬火横向温度偏差小于10℃；
而后对热轧板进行铣面，将热轧后的板料在双面铣设备上进行铣削，除去坯料表面缺陷，其中铣刀材质选用硬质合金钢；
对铣面后坯料进行冷初轧至中间厚度，其中冷初轧中坯料轧制中间厚度为3mm，对冷轧板进行时效热处理，其中时效热处理温度500℃，保温时间6小时，保护气体为氢气与氮气的混合气体，同时冷轧板随炉冷却至50℃出炉，其中采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度；
再将冷轧板轧至最终厚度；对冷轧板成品进行清洗、矫直以及切边，得到0.8mm合金板材；
使得成品达到抗拉强度525MPa，导电率64％IACS，延伸率4.5％，同时具有铁磁性，且具有良好的表面质量。
本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置以及方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图以及框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法产品的可能实现的体系架构、功能以及操作。在这点上，流程图或者框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段的一部分，模块、程序段的一部分包含一个或者多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或者两个以上模块集成形成一个独立的部分。
需要说明的是，在本文中，诸如第一以及第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改以及变化。凡在本申请的精神以及原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号以及字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义以及解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或者替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，其特征在于：所述铜基富铁合金具有以下成分特征：主合金元素Fe含量为4％-10％质量分数，并包含微合金化元素的一种或多种、其他杂质元素以及余量的Cu；其中所述微合金化元素包括但不限于Ag、P、Cr、Zr元素的一种或多种；
所述铜基富铁合金的制备工艺包含以下步骤：
步骤一：熔铸，将原料进行配料装炉，重溶用铜铁中间合金及纯铜板、其他纯铜或含Fe铜合金旧料先装炉熔化，采用还原性覆盖剂严密覆盖，采用脱氧剂进行脱氧，随后进行微合金化元素的添加，铸造采用立式铸造，结晶器厚度130-260mm，铸造过程中采用还原性覆盖剂严密覆盖。选择具有独立二次冷却水的结晶器，采用低二次冷却强度的红锭铸造方式；
步骤二：均匀化热处理，取步骤一中熔铸的铸锭，进行均匀化热处理，保温一定时间后出炉；
步骤三：热轧，对经过热处理的铸锭直接进行热轧，所述热轧开轧温度940℃-1010℃，热轧轧制时间不多于8分钟，终轧温度750-850℃；
步骤四：在线淬火处理；
步骤五：铣面，将热轧后的板料在双面铣设备上进行铣削，除去坯料表面缺陷；
步骤六：冷初轧，对铣面后坯料进行冷初轧至中间厚度；
步骤七：时效热处理，对冷轧板进行时效热处理；
步骤八：终轧，将冷轧板轧至最终厚度；
步骤九：精整，对冷轧板成品进行清洗、矫直以及切边，得到板、带、箔材成品合金板，且所制备板、带、箔材成品合金板厚度0.05mm-2mm。
2.根据权利要求1所述的铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，其特征在于：所述铜基富铁合金的成分特征中单个微合金化元素含量为0.0003％-0.03％，且其他杂质元素含量总和≤0.3％。
3.根据权利要求1所述的铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，其特征在于：所述步骤一中熔铸微合金化元素P、Cr、Zr等采用中间合金形式添加，熔炼炉内采用机械或电磁等方式对熔体进行搅拌。
4.根据权利要求1所述的铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，其特征在于：所述步骤二中均匀化热处理采用步进式加热炉，且均匀化加热温度为960℃-1050℃，保温时间3h-9h，出炉温度950℃-1020℃。
5.根据权利要求1所述的铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，其特征在于：所述步骤四中在线淬火处理的淬火速率保持在60℃/s以上，且淬火过程中均匀淬火，并且淬火横向温度偏差小于10℃。
6.根据权利要求1所述的铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，其特征在于：所述步骤五中铣刀材质选用硬质合金钢。
7.根据权利要求1所述的铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，其特征在于：所述步骤六冷初轧中坯料轧制中间厚度为0.5mm-5mm。
8.根据权利要求1所述的铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，其特征在于：所述步骤七中冷轧板时效热处理温度450℃-600℃，优选500-560℃，保温时间2-12小时，优选4-8小时，保护气体为氢气与氮气的混合气体。
9.根据权利要求8所述的铜基富铁合金板带箔材及其制备工艺，其特征在于：所述冷轧板随炉冷却至80℃以下出炉，其中采用水冷等辅助冷却方式提高随炉冷却速度。
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