CN113862511A - 一种Cu-Ni-Mn-P合金及其制备方法 - Google Patents

一种Cu-Ni-Mn-P合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种Cu‑Ni‑Mn‑P合金及其制备方法，属于有色金属加工技术领域。本发明提供的Cu‑Ni‑Mn‑P合金，按质量百分比计，包括：Ni0.35～2％，Mn0.15～1.2％，P0.05～0.5％，和余量的Cu。实施例的结果显示，本发明提供的Cu‑Ni‑Mn‑P合金的抗拉强度≥760MPa，导电率≥72％IACS，高温抗软化温度≥550℃，同时具有良好的抗应力松弛和电磁屏蔽性。

Description

一种Cu-Ni-Mn-P合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及有色金属加工技术领域，尤其涉及一种Cu-Ni-Mn-P合金及其制备方法。
背景技术
高强高导铜合金由于其同时具有优异强度和导电性能，被广泛应用在轨道交通、电子信息、建筑、新能源汽车、航空航天等方面。随着信息技术的发展和电子工业向着微型化、集成化和高可靠性方向发展，这对铜合金的性能提出了更高的要求。传统使用的高强高导铜合金已经逐渐无法满足发展的要求，因此亟需开发出更高性能高强高导铜合金。目前市场上提出“双70”铜合金概念，即导电率≥70％IACS并且强度也要≥700MPa。这种合金同时具有优异的导电和强度，受到市场的追捧，有望成为下一代高强高导铜合金主要材料。目前的技术往往通过加入稀土元素的方式来提高铜合金的导电性和强度，以满足“双70”的技术要求，但是稀土元素的价格高，导致铜合金的生产成本大幅度增加，不适用于高强高导铜合金的大规模推广，严重限制了铜合金的应用。因此需要提供一种无需加入稀土元素，即可满足“双70”铜合金概念的高强高导铜合金。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Cu-Ni-Mn-P合金及其制备方法，本发明提供的Cu-Ni-Mn-P合金具有高强度和高导电性能，符合“双70”铜合金概念，能够应用于引线框架、继电器、电阻焊电极、高速铁路接触线。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种Cu-Ni-Mn-P合金，按质量百分比计，包括：Ni 0.35～2％，Mn0.15～1.2％，P 0.05～0.5％和余量的Cu。
优选地，按质量百分比计，所述Cu-Ni-Mn-P合金包括：Ni 0.4～1.6％，Mn 0.2～0.9％，P 0.1～0.35％和余量的Cu。
优选地，所述Cu-Ni-Mn-P合金中Ni、Mn、P的原子比为(0.3～2.2)：(0.3～1.4)：(0.1～1.2)。
本发明提供了上述技术方案所述Cu-Ni-Mn-P合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料熔炼后依次进行浇铸和铣面，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行均匀化退火、热轧和酸洗，得到热轧合金铸锭；
(3)对所述步骤(2)得到的热轧合金铸锭依次进行固溶处理、冷轧和时效处理，得到Cu-Ni-Mn-P合金。
优选地，所述步骤(1)中的原料包括金属铜、金属Ni、Cu-Mn中间合金和Cu-P中间合金。
优选地，所述步骤(2)中均匀化退火的温度为910～970℃，均匀化退火的时间为1～3h。
优选地，所述步骤(2)中热轧的总加工率≥80％。
优选地，所述步骤(3)中固溶处理的温度为850～940℃，固溶处理的时间为1～4h。
优选地，所述步骤(3)中冷轧的总加工率为65～85％。
优选地，所述步骤(3)中时效处理的温度为450～530℃，时效处理的时间为1.5～5h。
本发明提供了一种Cu-Ni-Mn-P合金，按质量百分比计，包括：Ni 0.35～2％，Mn0.15～1.2％，P 0.05～0.5％和余量的Cu。本发明通过加入Ni元素，能够提高合金的析出强化效果并且细化晶粒，且Ni元素在时效过程中促进了析出相的析出，大幅提高合金的强度，同时控制Ni的加入量可以降低Ni对于合金导电率的影响；Mn的加入能够改善铸态组织，抑制铸态组织中枝晶的生长，减少合金的偏析，同时通过抑制合金的回复与再结晶以及析出相的粗化，提高合金在高温工作条件下的强度，通过控制Mn的加入量，可以防止合金中生成过多的MnO导致合金性能的下降；P的加入能够提高熔体的流动性，减少铸态组织的偏析，同时也可以作为脱氧剂，减少合金铸态的夹杂和缩孔改善铸态组织性能；利用室温条件下P在铜中低溶解度的特点，与其它元素作用起到协同作用形成析出相析出，不仅提高了合金的强度，还提高了合金的导电率。实施例的结果显示，本发明提供的Cu-Ni-Mn-P合金的抗拉强度≥760MPa，导电率≥72％IACS，高温抗软化温度≥550℃，同时具有良好的抗应力松弛和电磁屏蔽性。
具体实施方式
本发明提供了一种Cu-Ni-Mn-P合金，按质量百分比计，包括：Ni 0.35～2％，Mn0.15～1.2％，P 0.05～0.5％和余量的Cu。
按质量百分比计，本发明提供的Cu-Ni-Mn-P合金包括Ni 0.35～2％，优选为0.4～1.6％，更优选为0.5～1.5％，进一步优选为0.6～1.3％。本发明通过加入Ni元素，能够提高合金的析出强化效果并且细化晶粒，且Ni元素在时效过程中促进了析出相的析出，能够大幅提高合金的强度，同时控制Ni的加入量可以降低Ni对于合金导电率的影响。
按质量百分比计，本发明提供的Cu-Ni-Mn-P合金包括Mn 0.15～1.2％，优选为0.2～0.9％，更优选为0.25～0.8％，进一步优选为0.3～0.75％。本发明通过加入Mn能够改善铸态组织，抑制铸态组织中枝晶的生长，减少合金的偏析，同时通过抑制合金的回复与再结晶以及析出相的粗化，提高合金在高温工作条件下的强度，通过控制Mn的加入量，可以防止合金中生成过多的MnO导致合金性能的下降。
按质量百分比计，本发明提供的Cu-Ni-Mn-P合金包括P 0.05～0.5％，优选为0.1～0.35％，更优选为0.15～0.3％，进一步优选为0.2～0.25％。本发明通过加入P能够提高熔体的流动性，减少铸态组织的偏析，同时也可以作为脱氧剂，减少合金铸态的夹杂和缩孔改善铸态组织性能；利用室温条件下P在铜中低溶解度的特点，与其它元素作用起到协同作用形成析出相析出，不仅提高了合金的强度，还提高了合金的导电率。
在本发明中，所述Cu-Ni-Mn-P合金中Ni、Mn、P的原子比优选为(0.3～2.2)：(0.3～1.4)：(0.1～1.2)，更优选为(0.5～2.0)：(0.4～1.2)：(0.2～1.0)，进一步优选为(0.7～1.8)：(0.5～1.0)：(0.3～0.8)。本发明将Ni、Mn和P原子比控制在上述范围内，可以进一步提高各元素间的协同效应，从而进一步提高合金的强度和导电率。
本发明提供的Cu-Ni-Mn-P合金具有较高的抗拉强度和导电率，满足“双70”高强高导铜合金的技术要求，同时高温抗软化性能优异，且具有良好的抗应力松弛和电磁屏蔽性。
本发明提供了上述技术方案所述Cu-Ni-Mn-P合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料熔炼后依次进行浇铸和铣面，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行均匀化退火、热轧和酸洗，得到热轧合金铸锭；
(3)对所述步骤(2)得到的热轧合金铸锭依次进行固溶处理、冷轧和时效处理，得到Cu-Ni-Mn-P合金。
本发明将原料熔炼后依次进行浇铸和铣面，得到合金铸锭。
在本发明中，所述原料优选包括金属铜、金属Ni、Cu-Mn中间合金和Cu-P中间合金。在本发明中，所述金属铜优选为上引铜杆，所述上引铜杆的纯度优选≥99.95wt.％；所述金属Ni优选为纯Ni带，所述纯Ni带的纯度优选≥99.95wt.％；所述Cu-Mn中间合金优选为Cu-30wt.％Mn中间合金；所述Cu-P中间合金优选为Cu-14wt.％P中间合金。本发明采用上述原料能够减少合金铸锭中杂质的含量，提高其纯度，进而提高合金的性能。
在本发明中，所述原料的配料方式优选为：按照Ni的烧损率12～23％，Mn的烧损率15～25％，P的烧损率35～55％进行配料。本发明通过上述配料方式，可以避免由于原料的烧损导致合金中元素含量不符合要求的问题。
在本发明中，所述熔炼优选包括以下步骤：
1)在金属铜表面覆盖煅烧木炭，熔炼后得到金属铜液；
2)在所述步骤1)得到的金属铜液中依次加入Cu-Mn中间合金、金属Ni和Cu-P中间合金，搅拌均匀后扒渣，得到熔液。
本发明优选在金属铜表面覆盖煅烧木炭，熔炼后得到金属铜液。在本发明中，所述煅烧木炭的覆盖厚度优选为50～80mm，更优选为60～70mm；所述煅烧木炭的粒径优选为30～60mm。本发明采用煅烧木炭可以使金属铜快速熔化。
得到金属铜液后，本发明优选在所述金属铜液中依次加入Cu-Mn中间合金、金属Ni和Cu-P中间合金，搅拌均匀后扒渣，得到熔液。
加入Cu-Mn中间合金后，本发明优选熔炼8～15min，更优选为9～14min，进一步优选为10～13min。加入金属Ni后，本发明优选熔炼3～9min，更优选为4～8min，进一步优选为5～7min。加入Cu-P中间合金后，本发明优选熔炼2～6min，更优选为3～5min，进一步优选为5min。本发明采用依次加入原料的方式进行熔炼可以使原料快速熔化。
在本发明中，所述搅拌的方式优选为用石墨棒搅拌；所述搅拌的时间优选为10～30s。本发明通过搅拌可以使熔体中各组分混合均匀。
本发明通过扒渣工艺可以去除金属熔液表面的木炭，减少杂质。
在本发明中，所述浇铸的温度优选为1280±30℃，更优选为1280±20℃。本发明将浇铸的温度控制在上述范围内，可以避免浇铸过程中出现缩孔、缩松等缺陷。
本发明对所述熔炼的仪器没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的仪器即可。
在本发明中，所述铣面的铣削量优选为上刀0.5mm，下刀0.5mm。本发明通过铣面处理，可以将合金表面粗糙部分去除。
得到合金铸锭后，本发明将所述合金铸锭依次进行均匀化退火、热轧和酸洗，得到热轧合金铸锭。
在本发明中，所述均匀化退火的温度优选为910～970℃，更优选为920～960℃，进一步优选为930～950℃；所述均匀化退火的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2.5h，进一步优选为2h。本发明通过均匀化退火，可以使合金铸锭内的成分和组织均匀化。
在本发明中，所述均匀化退火优选在电阻炉中进行，本发明对所述电阻炉的具体型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述热轧的初轧温度优选为850～950℃，更优选为870～930℃，进一步优选为880～900℃；所述热轧的终轧温度优选≥500℃。本发明通过控制热轧的温度，可以保证合金具有较好的塑性和韧性。
热轧前，本发明优选将均匀化退火的产物在初轧温度保温1～3.5h，更优选为1.5～3h，进一步优选为2～2.5h。本发明通过保温处理，可以使合金的温度保持在轧制温度。
在本发明中，所述热轧的道次优选为5道次。在本发明中，所述热轧的第一道次的变形率优选为17～25％，更优选为20％，变形量优选为3.5～4.0mm，更优选为3.6～3.8mm；所述热轧的第二道次的变形率优选为30～40％，更优选为35％，变形量优选为4.5～5.5mm，更优选为5.0～5.3mm；所述热轧的第三道次的变形率优选为35～45％，更优选为40％，变形量优选为3.5～4.0mm，更优选为3.7～3.8mm；所述热轧的第四道次的变形率优选为20～30％，更优选为25％，变形量优选为1.2～1.6mm，更优选为1.3～1.5mm；所述热轧的第五道次的变形率优选为10～20％，更优选为15％，变形量优选为0.5～1.0mm，更优选为0.6～0.8mm。在本发明中，所述热轧的总加工率优选≥80％。本发明将热轧的参数限定在上述范围内，可以使合金中的晶粒细化。
本发明优选在轧制温度≥620℃时完成50～80％的变形率。本发明通过上述工艺，可以防止随着温度的降低，合金的韧性和塑性变差。
在本发明中，所述酸洗优选为使用硝酸溶液酸洗；所述硝酸溶液的体积浓度优选为15～30％，更优选为20～25％；所述酸洗的时间优选为20～40min，更优选为25～35min，进一步优选为30min。本发明通过酸洗去除合金表面的氧化皮和锈蚀物。
得到热轧合金铸锭后，本发明对所述热轧合金铸锭依次进行固溶处理、冷轧和时效处理，得到Cu-Ni-Mn-P合金。
在本发明中，所述固溶处理的温度优选为850～940℃，更优选为870～920℃，进一步优选为880～910℃；所述固溶处理的时间优选为1～4h，更优选为2～3h，进一步优选为2.5h。本发明通过固溶处理可以改善合金的塑性和韧性。
在本发明中，所述固溶处理优选在电阻炉中进行，本发明对所述电阻炉的具体型号没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述冷轧的单次加工率优选为4～8％，更优选为5～7％；所述冷轧的总加工率优选为65～85％，更优选为70～80％，进一步优选为75％。在本发明中，所述冷轧优选在室温条件下进行。本发明通过冷轧处理，可以使合金的硬度提高，塑性和韧性降低。
在本发明中，所述时效处理的温度优选为450～530℃，更优选为470～510℃，进一步优选为480～500℃；所述时效处理的时间优选为1.5～5h，更优选为2～4h，进一步优选为3～3.5h。本发明通过时效处理可以提高合金的强度和硬度。
本发明的制备方法简单，无需特殊的工具，适用于工业大规模生产。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
实施例1
一种Cu-Ni-Mn-P合金，按质量百分比计，组成为：Ni 1.6％，Mn 0.9％，P 0.35％和余量的Cu；
所述Cu-Ni-Mn-P合金的制备方法，由以下步骤组成：
(1)按照Ni的烧损率20.6％，Mn的烧损率17.3％，P的烧损率47.8％进行配料，选用99.95wt.％的上引铜杆、99.95wt.％的纯Ni带、Cu-30wt.％Mn中间合金和Cu-14wt.％P中间合金作为原料，将原料熔炼后，温度控制在1280±30℃进行浇铸，然后进行铣面，铣面的铣削量为上刀0.5mm，下刀0.5mm，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放入电阻炉中进行均匀化退火，然后在900℃保温1h，再进行热轧，最后采用体积浓度为20％的硝酸溶液进行酸洗30min，得到厚度为3.5mm的热轧合金铸锭；所述均匀化退火的温度为930℃，均匀化退火的时间为1.5h；所述热轧的初轧温度为900℃，终轧温度＞500℃；所述热轧的道次数目为5道次，第一道次的变形率为20％，变形量为3.6mm，第二道次的变形率为35％，变形量为5.04mm，第三道次的变形率为40％，变形量为3.74mm，第四道次的变形率为25％，变形量为1.405mm，第五道次的变形率为15％，变形量为0.632mm；
(3)对所述步骤(2)得到的热轧合金铸锭放入电阻炉中进行固溶处理，冷却至室温后进行冷轧，最后进行时效处理，得到Cu-Ni-Mn-P合金；所述固溶处理的温度为880℃，固溶处理的时间为2h；所述冷轧时的每次压下量为0.2mm，冷轧的总加工率为75％；所述时效处理的温度为480℃，时效处理的时间为3h；
所述熔炼的工艺由以下步骤组成：
1)将上引铜杆放入坩埚中，在上引铜杆的表面覆盖厚度为60mm、粒径为30～60mm的煅烧木炭，熔炼后得到金属铜液；
2)在所述步骤1)得到的金属铜液中加入Cu-Mn中间合金熔炼10min，再加入纯Ni带熔炼6min，最后加入Cu-P中间合金熔炼3min，使用石墨棒搅拌30s后扒渣去除表面木炭，得到熔液。
实施例2
一种Cu-Ni-Mn-P合金，按质量百分比计，组成为：Ni 0.93％，Mn 0.34％，P 0.25％和余量的Cu；
所述Cu-Ni-Mn-P合金的制备方法，由以下步骤组成：
(1)按照Ni的烧损率20.6％，Mn的烧损率17.3％，P的烧损率47.8％进行配料，选用99.95wt.％的上引铜杆、99.95wt.％的纯Ni带、Cu-30wt.％Mn中间合金和Cu-14wt.％P中间合金作为原料，将原料熔炼后，温度控制在1280±30℃进行浇铸，然后进行铣面，铣面的铣削量为上刀0.5mm，下刀0.5mm，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放入电阻炉中进行均匀化退火，然后在850℃保温2h，再进行热轧，最后采用体积浓度为20％的硝酸溶液进行酸洗30min，得到厚度为3.5mm的热轧合金铸锭；所述均匀化退火的温度为910℃，均匀化退火的时间为3h；所述热轧的初轧温度为850℃，终轧温度＞500℃；所述热轧的道次数目为5道次，第一道次的变形率为20％，变形量为3.6mm，第二道次的变形率为35％，变形量为5.04mm，第三道次的变形率为40％，变形量为3.74mm，第四道次的变形率为25％，变形量为1.405mm，第五道次的变形率为15％，变形量为0.632mm；
(3)对所述步骤(2)得到的热轧合金铸锭放入电阻炉中进行固溶处理，冷却至室温后进行冷轧，最后进行时效处理，得到Cu-Ni-Mn-P合金；所述固溶处理的温度为910℃，固溶处理的时间为3.5h；所述冷轧时的每次压下量为0.2mm，冷轧的总加工率为75％；所述时效处理的温度为500℃，时效处理的时间为2h；
所述熔炼的工艺由以下步骤组成：
1)将上引铜杆放入坩埚中，在上引铜杆的表面覆盖厚度为60mm、粒径为30～60mm的煅烧木炭，熔炼后得到金属铜液；
2)在所述步骤1)得到的金属铜液中加入Cu-Mn中间合金熔炼10min，再加入纯Ni带熔炼6min，最后加入Cu-P中间合金熔炼3min，使用石墨棒搅拌30s后扒渣去除表面木炭，得到熔液。
实施例3
一种Cu-Ni-Mn-P合金，按质量百分比计，组成为：Ni 2.0％，Mn 0.15％，P 0.1％和余量的Cu；
所述Cu-Ni-Mn-P合金的制备方法，由以下步骤组成：
(1)按照Ni的烧损率20.6％，Mn的烧损率17.3％，P的烧损率47.8％进行配料，选用99.95wt.％的上引铜杆、99.95wt.％的纯Ni带、Cu-30wt.％Mn中间合金和Cu-14wt.％P中间合金作为原料，将原料熔炼后，温度控制在1280±30℃进行浇铸，然后进行铣面，铣面的铣削量为上刀0.5mm，下刀0.5mm，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放入电阻炉中进行均匀化退火，然后在950℃保温1.5h，再进行热轧，最后采用体积浓度为20％的硝酸溶液进行酸洗30min，得到厚度为3.5mm的热轧合金铸锭；所述均匀化退火的温度为950℃，均匀化退火的时间为1h；所述热轧的初轧温度为950℃，终轧温度＞500℃；所述热轧的道次数目为5道次，第一道次的变形率为20％，变形量为3.6mm，第二道次的变形率为35％，变形量为5.04mm，第三道次的变形率为40％，变形量为3.74mm，第四道次的变形率为25％，变形量为1.405mm，第五道次的变形率为15％，变形量为0.632mm；
(3)对所述步骤(2)得到的热轧合金铸锭放入电阻炉中进行固溶处理，冷却至室温后进行冷轧，最后进行时效处理，得到Cu-Ni-Mn-P合金；所述固溶处理的温度为870℃，固溶处理的时间为3h；所述冷轧时的每次压下量为0.2mm，冷轧的总加工率为75％；所述时效处理的温度为490℃，时效处理的时间为4h；
所述熔炼的工艺由以下步骤组成：
1)将上引铜杆放入坩埚中，在上引铜杆的表面覆盖厚度为60mm、粒径为30～60mm的煅烧木炭，熔炼后得到金属铜液；
2)在所述步骤1)得到的金属铜液中加入Cu-Mn中间合金熔炼10min，再加入纯Ni带熔炼6min，最后加入Cu-P中间合金熔炼3min，使用石墨棒搅拌30s后扒渣去除表面木炭，得到熔液。
实施例4
一种Cu-Ni-Mn-P合金，按质量百分比计，组成为：Ni 1.3％，Mn 1.0％，P 0.05％和余量的Cu；
所述Cu-Ni-Mn-P合金的制备方法，由以下步骤组成：
(1)按照Ni的烧损率20.6％，Mn的烧损率17.3％，P的烧损率47.8％进行配料，选用99.95wt.％的上引铜杆、99.95wt.％的纯Ni带、Cu-30wt.％Mn中间合金和Cu-14wt.％P中间合金作为原料，将原料熔炼后，温度控制在1280±30℃进行浇铸，然后进行铣面，铣面的铣削量为上刀0.5mm，下刀0.5mm，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放入电阻炉中进行均匀化退火，然后在880℃保温2.5h，再进行热轧，最后采用体积浓度为20％的硝酸溶液进行酸洗30min，得到厚度为3.5mm的热轧合金铸锭；所述均匀化退火的温度为920℃，均匀化退火的时间为2.5h；所述热轧的初轧温度为880℃，终轧温度＞500℃；所述热轧的道次数目为5道次，第一道次的变形率为20％，变形量为3.6mm，第二道次的变形率为35％，变形量为5.04mm，第三道次的变形率为40％，变形量为3.74mm，第四道次的变形率为25％，变形量为1.405mm，第五道次的变形率为15％，变形量为0.632mm；
(3)对所述步骤(2)得到的热轧合金铸锭放入电阻炉中进行固溶处理，冷却至室温后进行冷轧，最后进行时效处理，得到Cu-Ni-Mn-P合金；所述固溶处理的温度为940℃，固溶处理的时间为1h；所述冷轧时的每次压下量为0.2mm，冷轧的总加工率为75％；所述时效处理的温度为520℃，时效处理的时间为3.5h；
所述熔炼的工艺由以下步骤组成：
1)将上引铜杆放入坩埚中，在上引铜杆的表面覆盖厚度为60mm、粒径为30～60mm的煅烧木炭，熔炼后得到金属铜液；
2)在所述步骤1)得到的金属铜液中加入Cu-Mn中间合金熔炼10min，再加入纯Ni带熔炼6min，最后加入Cu-P中间合金熔炼3min，使用石墨棒搅拌30s后扒渣去除表面木炭，得到熔液。
实施例5
一种Cu-Ni-Mn-P合金，按质量百分比计，组成为：Ni 0.35％，Mn 1.2％，P 0.2％和余量的Cu；
所述Cu-Ni-Mn-P合金的制备方法，由以下步骤组成：
(1)按照Ni的烧损率20.6％，Mn的烧损率17.3％，P的烧损率47.8％进行配料，选用99.95wt.％的上引铜杆、99.95wt.％的纯Ni带、Cu-30wt.％Mn中间合金和Cu-14wt.％P中间合金作为原料，将原料熔炼后，温度控制在1280±30℃进行浇铸，然后进行铣面，铣面的铣削量为上刀0.5mm，下刀0.5mm，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放入电阻炉中进行均匀化退火，然后在910℃保温2h，再进行热轧，最后采用体积浓度为20％的硝酸溶液进行酸洗30min，得到厚度为3.5mm的热轧合金铸锭；所述均匀化退火的温度为940℃，均匀化退火的时间为3h；所述热轧的初轧温度为910℃，终轧温度＞500℃；所述热轧的道次数目为5道次，第一道次的变形率为20％，变形量为3.6mm，第二道次的变形率为35％，变形量为5.04mm，第三道次的变形率为40％，变形量为3.74mm，第四道次的变形率为25％，变形量为1.405mm，第五道次的变形率为15％，变形量为0.632mm；
(3)对所述步骤(2)得到的热轧合金铸锭放入电阻炉中进行固溶处理，冷却至室温后进行冷轧，最后进行时效处理，得到Cu-Ni-Mn-P合金；所述固溶处理的温度为850℃，固溶处理的时间为4h；所述冷轧时的每次压下量为0.2mm，冷轧的总加工率为75％；所述时效处理的温度为450℃，时效处理的时间为5h；
所述熔炼的工艺由以下步骤组成：
1)将上引铜杆放入坩埚中，在上引铜杆的表面覆盖厚度为60mm、粒径为30～60mm的煅烧木炭，熔炼后得到金属铜液；
2)在所述步骤1)得到的金属铜液中加入Cu-Mn中间合金熔炼10min，再加入纯Ni带熔炼6min，最后加入Cu-P中间合金熔炼3min，使用石墨棒搅拌30s后扒渣去除表面木炭，得到熔液。
实施例6
一种Cu-Ni-Mn-P合金，按质量百分比计，组成为：Ni 0.4％，Mn 0.6％，P 0.5％和余量的Cu；
所述Cu-Ni-Mn-P合金的制备方法，由以下步骤组成：
(1)按照Ni的烧损率20.6％，Mn的烧损率17.3％，P的烧损率47.8％进行配料，选用99.95wt.％的上引铜杆、99.95wt.％的纯Ni带、Cu-30wt.％Mn中间合金和Cu-14wt.％P中间合金作为原料，将原料熔炼后，温度控制在1280±30℃进行浇铸，然后进行铣面，铣面的铣削量为上刀0.5mm，下刀0.5mm，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭放入电阻炉中进行均匀化退火，然后在870℃保温2.5h，再进行热轧，最后采用体积浓度为20％的硝酸溶液进行酸洗30min，得到厚度为3.5mm的热轧合金铸锭；所述均匀化退火的温度为970℃，均匀化退火的时间为1h；所述热轧的初轧温度为870℃，终轧温度＞500℃；所述热轧的道次数目为5道次，第一道次的变形率为20％，变形量为3.6mm，第二道次的变形率为35％，变形量为5.04mm，第三道次的变形率为40％，变形量为3.74mm，第四道次的变形率为25％，变形量为1.405mm，第五道次的变形率为15％，变形量为0.632mm；
(3)对所述步骤(2)得到的热轧合金铸锭放入电阻炉中进行固溶处理，冷却至室温后进行冷轧，最后进行时效处理，得到Cu-Ni-Mn-P合金；所述固溶处理的温度为900℃，固溶处理的时间为2h；所述冷轧时的每次压下量为0.2mm，冷轧的总加工率为75％；所述时效处理的温度为530℃，时效处理的时间为1.5h；
所述熔炼的工艺由以下步骤组成：
1)将上引铜杆放入坩埚中，在上引铜杆的表面覆盖厚度为60mm、粒径为30～60mm的煅烧木炭，熔炼后得到金属铜液；
2)在所述步骤1)得到的金属铜液中加入Cu-Mn中间合金熔炼10min，再加入纯Ni带熔炼6min，最后加入Cu-P中间合金熔炼3min，使用石墨棒搅拌30s后扒渣去除表面木炭，得到熔液。
对比例1
铜铬系列的合金C18150，按质量百分比计，组成为：0.5～1.5％的Cr、0.02～0.2％的Zr和余量的铜。合金C18150的硬度为170～200HV，屈服强度≥560MPa。
对比例2
铜铬系列的合金C18140，按质量百分比计，组成为：0.15～0.45％的Cr、0.05～0.25％的Zr，0.005～0.05％的Si和余量的铜。
实施例1～6制备的Cu-Ni-Mn-P合金和对比例1～2提供的合金的力学性能如表1所示：
表1实施例1～6制备的Cu-Ni-Mn-P合金和对比例1～2提供的合金的力学性能
Figure BDA0003294890180000131
通过表1可以看出，本发明制备的Cu-Ni-Mn-P合金的抗拉强度超过700MPa，最高能够达到840MPa，同时合金的导电率≥70％IACS，最高能够达到80％IACS，可以满足“双70”高强高导铜合金的技术要求，同时Cu-Ni-Mn-P合金的高温抗软化温度≥550℃，具有更加广泛的应用范围。
通过对比例1和对比例2提供的合金的性能可以看出，现有的合金虽然具有较高的导电率，但是其抗拉强度普遍低于700MPa，无法满足“双70”高强高导铜合金的技术要求。
通过本发明制备的Cu-Ni-Mn-P合金的力学性能与对比例1和对比例2提供的铜铬系列合金的力学性能对比可以看出，本发明在保证铜合金具有高导电率的情况下提高了其抗拉强度，使得铜合金的抗拉强度达到700MPa以上，甚至能够达到800MPa，满足“双70”高强高导铜合金的技术要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种Cu-Ni-Mn-P合金，按质量百分比计，包括：Ni 0.35～2％，Mn0.15～1.2％，P0.05～0.5％和余量的Cu。
2.根据权利要求1所述的Cu-Ni-Mn-P合金，其特征在于，按质量百分比计，包括：Ni 0.4～1.6％，Mn 0.2～0.9％，P 0.1～0.35％和余量的Cu。
3.根据权利要求1或2所述的Cu-Ni-Mn-P合金，其特征在于，所述Cu-Ni-Mn-P合金中Ni、Mn、P的原子比为(0.3～2.2)：(0.3～1.4)：(0.1～1.2)。
4.权利要求1～3任意一项所述Cu-Ni-Mn-P合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料熔炼后依次进行浇铸和铣面，得到合金铸锭；
(2)将所述步骤(1)得到的合金铸锭依次进行均匀化退火、热轧和酸洗，得到热轧合金铸锭；
(3)对所述步骤(2)得到的热轧合金铸锭依次进行固溶处理、冷轧和时效处理，得到Cu-Ni-Mn-P合金。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的原料包括金属铜、金属Ni、Cu-Mn中间合金和Cu-P中间合金。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中均匀化退火的温度为910～970℃，均匀化退火的时间为1～3h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热轧的总加工率≥80％。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中固溶处理的温度为850～940℃，固溶处理的时间为1～4h。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中冷轧的总加工率为65～85％。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中时效处理的温度为450～530℃，时效处理的时间为1.5～5h。
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Denomination of invention: A Cu Ni Mn P alloy and its preparation method

Effective date of registration: 20230823

Granted publication date: 20220712

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Shaoxing Shangyu sub branch

Pledgor: Zhejiang Weijing New Material Co.,Ltd.

Registration number: Y2023330001823

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