CN113957286A - 一种薄带激冷结晶器用铜合金及其制备方法以及薄带激冷结晶器 - Google Patents

一种薄带激冷结晶器用铜合金及其制备方法以及薄带激冷结晶器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄带激冷结晶器用铜合金，按重量百分数计，其成分为：Be:1.2‑1.75％，Co+Ni:0.2‑1.0％，微量合金元素<0.5％，其余为Cu。本发明能够制得β相无富集且晶粒均匀细小的铜合金，且其制成的薄带激冷结晶器使用寿命长。本发明还提供了上述薄带激冷结晶器用铜合金的制备方法以及薄带激冷结晶器。

Description

一种薄带激冷结晶器用铜合金及其制备方法以及薄带激冷结 晶器
技术领域
本发明涉及合金材料领域，特别涉及一种薄带激冷结晶器用铜合金及其制备方法以及薄带激冷结晶器。
背景技术
铍铜合金作为一种连续淬火介质，已在双辊薄带连铸、铝合金铸轧、纳米晶甩带、非晶甩带等多个领域得到了广泛的应用，它既具备高的硬度、机械性能、疲劳强度、弹性极限、耐磨性、耐蚀性、耐高低温、无磁性，又能满足导电、导热要求。但传统的薄带激冷结晶器用铍铜合金为CuBe25或C17200合金，Be含量为1.8％～2.0％。Be含量过高时，在铸造过程中由于铸锭尺寸较大，在一次凝固过程中易产生硬脆的β相，并且会出现β相偏析。这些偏析的β相在后续锻造及热处理过程中无法被完全破碎并实现均匀分布，因此会导致结晶器在制带过程中，富集的β相位置出现脱落形成凹坑缺陷影响带材正常生产；并且高铍铜在成型加工和热处理过程中，晶粒尺寸不容易控制，易产生晶粒粗大或晶粒不均匀的情况，严重影响结晶器的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中β相富集且晶粒粗大、晶粒不均匀，薄带激冷结晶器使用寿命有限的技术问题。本发明提供了一种薄带激冷结晶器用铜合金及其制备方法以及薄带激冷结晶器，可提供一种β相无富集且晶粒均匀细小的铜合金，且使用寿命长的薄带激冷结晶器。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种薄带激冷结晶器用铜合金，按重量百分数计，所述铜合金的成分为：Be:1.2-1.75％，Co+Ni:0.2-1.0％，微量合金元素<0.5％，其余为Cu。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种薄带激冷结晶器用铜合金，微量合金元素为Al、Si、Fe、Zr、Zn、Mg、Ti中的一种或多种。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种薄带激冷结晶器用铜合金，微量合金元素的含量为0.05-0.3％。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种薄带激冷结晶器用铜合金，Co与Ni的重量百分数的比值为3-6。
本发明的实施方式还公开了一种基于上述薄带激冷结晶器用铜合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)熔炼：按照所述重量百分数加入电解铜、铍铜合金、金属镍、金属钴以及微量合金元素进行熔炼，真空浇铸成合金铜锭；
(2)锻造：将步骤(1)得到的所述合金铜锭进行锻造得到毛坯；
(3)固溶：将步骤(2)得到的所述毛坯进行加热固溶处理，然后快速水冷
(4)时效处理：将步骤(3)经固溶处理的毛坯进行时效处理。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种薄带激冷结晶器用铜合金的制备方法，骤(1)中，所述熔炼的工艺条件为温度1200-1400℃，熔炼时间为5-60分钟。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种薄带激冷结晶器用铜合金的制备方法，步骤(2)中，所述锻造温度为600-850℃。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种薄带激冷结晶器用铜合金的制备方法，步骤(3)中，所述固溶的工艺条件为温度700-800℃，加热时间1-8小时。
根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种薄带激冷结晶器用铜合金的制备方法，步骤(4)中，所述时效处理的工艺条件为控制温度250-350℃时效处理1-10小时。
本发明的实施方式还公开了一种薄带激冷结晶器，由上述薄带激冷结晶器用铜合金制成。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明采用真空熔炼铸锭-锻造成型-固溶热处理-时效热处理的生产工艺，通过降低传统铍铜合金Be的含量，来降低熔炼过程中的β相偏析，从而减少结晶器组织中的硬脆相，Be含量的降低的优点还可以进一步提高导电率，提高激冷效果；本发明的薄带激冷结晶器用铜合金，控制合金成分含量，通过Al、Si、Fe、Zr、Zn、Mg、Ti等微量元素的加入，在热加工和热处理过程中可以充分抑制晶粒的长大从而细化合金的晶粒，提高疲劳寿命。通过实验数据分析Co与Ni百分含量比在3-6范围内，生产出的带材的综合性能最佳；本发明制得的铜合金的平均晶粒尺寸≤40um，硬度HRC≥36，导电率≥28％IACS，组织内部无富集的硬脆β相，材料内部组织均匀，抗热疲劳性能优异，使用寿命长。
附图说明
图1示出本发明实施例1的铜合金的金相图片；
图2示出本发明实施例2的铜合金的金相图片；
图3示出本发明实施例3的铜合金的金相图片；
图4示出本发明实施例4的铜合金的金相图片；
图5示出本发明实施例5的铜合金的金相图片；
图6示出本发明对比例1的铜合金的金相图片；
图7示出本发明对比例2的铜合金的金相图片。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本实施例铜合金的成分构成为Be:1.70％，Co:0.25％，Ni:0.05％，Zr:0.11％，余量为Cu。
本实施例的铜合金的制备工艺为：
(1)熔炼：真空感应电炉内加入电解铜、铍铜合金、金属镍、金属钴、海绵锆进行熔炼，熔清后升温至1350℃的温度下熔炼10分钟，真空浇铸成铸锭；
(2)锻造：将步骤(1)中制得的铜锭进行锻造，锻造的工艺条件为：加热至780℃开始锻造，终锻温度650℃，得到所需的形状、大小；
(3)固溶：将步骤(2)中得到的毛坯进行固溶处理，固溶的工艺条件为：加热至790℃，保温2小时立即水冷；
(4)时效处理：将步骤(3)中得到的毛坯进行时效处理，时效的工艺条件为：加热至325℃，保温3小时后空冷。
经过上述制备工艺制成的铜合金的最终性能为：硬度HRC：43；导电率：29％IACS；上线使用寿命良好。
实施例2
本实施例铜合金的成分构成为Be:1.5％，Co:0.24％，Ni:0.04％，Ti:0.11％，余量为Cu。
本实施例的铜合金的制备工艺为：
(1)熔炼：真空感应电炉内加入电解铜、铍铜合金、金属镍、金属钴、海绵钛进行熔炼，熔清后升温至1350℃的温度下熔炼10分钟，真空浇铸成铸锭；
(2)锻造：将步骤(1)中制得的铜锭进行锻造，锻造的工艺条件为：加热至780℃开始锻造，终锻温度650℃，得到所需的形状、大小；
(3)固溶：将步骤(2)中得到的毛坯进行固溶处理，固溶的工艺条件为：加热至790℃，保温2小时立即水冷；
(4)时效处理：将步骤(3)中得到的毛坯进行时效处理，时效的工艺条件为：加热至325℃，保温3小时后空冷。
经过上述制备工艺制成的铜合金的最终性能为：硬度HRC：39；导电率：31％IACS；上线使用寿命良好。
实施例3
本实施例铜合金的成分构成为Be:1.7％，Co:0.24％，Ni:0.04％，Mg:0.2％，余量为Cu。
本实施例的铜合金的制备工艺为：
(1)熔炼：真空感应电炉内加入电解铜、铍铜合金、金属镍、金属钴、铜镁合金进行熔炼，熔清后升温至1350℃的温度下熔炼10分钟，真空浇铸成铸锭；
(2)锻造：将步骤(1)中制得的铜锭进行锻造，锻造的工艺条件为：加热至780℃开始锻造，终锻温度650℃，得到所需的形状、大小；
(3)固溶：将步骤(2)中得到的毛坯进行固溶处理，固溶的工艺条件为：加热至790℃，保温2小时立即水冷；
(4)时效处理：将步骤(3)中得到的毛坯进行时效处理，时效的工艺条件为：加热至325℃，保温3小时后空冷。
经过上述制备工艺制成的铜合金的最终性能为：硬度HRC：42；导电率：30％IACS；上线使用寿命良好。
实施例4
本实施例铜合金的成分构成为Be:1.65％，Co:0.28％，Ni:0.07％，Si:0.08％，Zr:0.1％，余量为Cu。
本实施例的铜合金的制备工艺为：
(1)熔炼：真空感应电炉内加入电解铜、铍铜合金、金属镍、金属钴、海绵锆、结晶硅进行熔炼，熔清后升温至1350℃的温度下熔炼10分钟，真空浇铸成铸锭；
(2)锻造：将步骤(1)中制得的铜锭进行锻造，锻造的工艺条件为：加热至780℃开始锻造，终锻温度650℃，得到所需的形状、大小；
(3)固溶：将步骤(2)中得到的毛坯进行固溶处理，固溶的工艺条件为：加热至790℃，保温2小时立即水冷；
(4)时效处理：将步骤(3)中得到的毛坯进行时效处理，时效的工艺条件为：加热至325℃，保温3小时后空冷。
经过上述制备工艺制成的铜合金的最终性能为：硬度HRC：42；导电率：30.5％IACS；上线使用寿命良好。
实施例5
本实施例铜合金的成分构成为Be:1.74％，Co:0.28％，Ni:0.07％，Al:0.05％，Ti:0.13％，余量为Cu。
本实施例的铜合金的制备工艺为：
(1)熔炼：真空感应电炉内加入电解铜、铍铜合金、金属镍、金属钴、海绵钛、电解铝进行熔炼，熔清后升温至1350℃的温度下熔炼10分钟，真空浇铸成铸锭；
(2)锻造：将步骤(1)中制得的铜锭进行锻造，锻造的工艺条件为：加热至780℃开始锻造，终锻温度650℃，得到所需的形状、大小；
(3)固溶：将步骤(2)中得到的毛坯进行固溶处理，固溶的工艺条件为：加热至790℃，保温2小时立即水冷；
(4)时效处理：将步骤(3)中得到的毛坯进行时效处理，时效的工艺条件为：加热至325℃，保温3小时后空冷。
经过上述制备工艺制成的铜合金的最终性能为：硬度HRC：44；导电率：29％IACS；上线使用寿命良好。
对比例1
本对比例铜合金的成分构成为Be:1.84％，Co:0.25％，余量为Cu。
本对比例的铜合金的制备工艺为：
(1)熔炼：真空感应电炉内加入电解铜、铍铜合金、金属钴进行熔炼，熔清后升温至1350℃的温度下熔炼10分钟，真空浇铸成铸锭；
(2)锻造：将步骤(1)中制得的铜锭进行锻造，锻造的工艺条件为：加热至780℃开始锻造，终锻温度650℃，得到所需的形状、大小；
(3)固溶：将步骤(2)中得到的毛坯进行固溶处理，固溶的工艺条件为：加热至790℃，保温2小时立即水冷；
(4)时效处理：将步骤(3)中得到的毛坯进行时效处理，时效的工艺条件为：加热至325℃，保温3小时后空冷。
经过上述制备工艺制成的铜合金的最终性能为：硬度HRC：45；导电率：28％IACS；但是晶粒较为粗大、晶粒不均匀且β相富集。
对比例2
本对比例铜合金的成分构成为Be:1.93％，Co:0.28％，余量为Cu。
本对比例的铜合金的制备工艺为：
(1)熔炼：真空感应电炉内加入电解铜、铍铜合金、金属钴进行熔炼，熔清后升温至1350℃的温度下熔炼10分钟，真空浇铸成铸锭；
(2)锻造：将步骤(1)中制得的铜锭进行锻造，锻造的工艺条件为：加热至780℃开始锻造，终锻温度650℃，得到所需的形状、大小；
(3)固溶：将步骤(2)中得到的毛坯进行固溶处理，固溶的工艺条件为：加热至790℃，保温2小时立即水冷；
(4)时效处理：将步骤(3)中得到的毛坯进行时效处理，时效的工艺条件为：加热至325℃，保温3小时后空冷。
经过上述制备工艺制成的铜合金的最终性能为：硬度HRC：46；导电率：27％IACS；但是晶粒较为粗大、晶粒不均匀且β相富集。
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种薄带激冷结晶器用铜合金，其特征在于，按重量百分数计，所述铜合金的成分为：Be:1.2-1.75％，Co+Ni:0.2-1.0％，微量合金元素<0.5％，其余为Cu。
2.如权利要求1所述的薄带激冷结晶器用铜合金，其特征在于，所述微量合金元素为Al、Si、Fe、Zr、Zn、Mg、Ti中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的薄带激冷结晶器用铜合金，其特征在于，所述微量合金元素的含量为0.05-0.3％。
4.如权利要求1所述的薄带激冷结晶器用铜合金，其特征在于，所述Co与Ni的重量百分数的比值为3-6。
5.一种权利要求1-4中任一项所述的薄带激冷结晶器用铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)熔炼：按照所述重量百分数加入电解铜、铍铜合金、金属镍、金属钴以及微量合金元素进行熔炼，真空浇铸成合金铜锭；
(2)锻造：将步骤(1)得到的所述合金铜锭进行锻造得到毛坯；
(3)固溶：将步骤(2)得到的所述毛坯进行加热固溶处理，然后快速水冷；
(4)时效处理：将步骤(3)经固溶处理的毛坯进行时效处理。
6.如权利要求5所述的薄带激冷结晶器用铜合金的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述熔炼的工艺条件为温度1200-1400℃，熔炼时间为5-60分钟。
7.如权利要求5所述的薄带激冷结晶器用铜合金的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述锻造温度为600-850℃。
8.如权利要求5所述的薄带激冷结晶器用铜合金的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述固溶的工艺条件为温度700-800℃，加热时间1-8小时。
9.如权利要求5所述的薄带激冷结晶器用铜合金的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述时效处理的工艺条件为控制温度250-350℃时效处理1-10小时。
10.一种薄带激冷结晶器，其特征在于，所述薄带激冷结晶器由权利要求1-4中任一项所述的薄带激冷结晶器用铜合金制成。
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