CN114525390A - 一种铜锡合金带材的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜锡合金带材的生产方法，包括如下步骤：S1、原料熔炼；S2、水平连铸；S3、铣面；S4、粗轧并切边；S5、第一次清洗；S6、第一次中间退火；S7、中轧；S8、第二次中间退火；S9、精轧；S10、第二次清洗；S11、分切成品入库，本发明所提供的生产方法基于国内铜板带企业广泛拥有水平连铸机组和冷轧机的事实，未涉及热轧和热挤压等热加工，工艺过程可控，设备投资成本低，易于规模化生产，所制得的铜锡合金带材的综合性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属带材加工的方法，具体涉及一种铜锡合金带材的生产方法。
背景技术
纯铜的导电性能很好，约为100％IACS，但强度和抗软化温度低，例如，硬态纯铜合金带材的抗拉强度一般低于400MPa。为了提高铜带的强度和抗软化温度，同时保持导电率在85％IACS以上，锡的加入是一个很好的选择，但锡的添加量一般需低于0.12％。铜锡合金带材(锡含量在0.1-0.12％)具有较高的导电、导热性，耐蚀性，适中的强度、易加工成形性，和纯铜相比具有较好的抗高温软化性能，可广泛应用于汽车水箱、散热片、电机整流子、继电器等。
近年来，学者对铜锡合金的研究集中在铜锡合金线材的生产工艺方法上。例如，专利号CN100538917公开了一种铜锡合金导线的生产方法，公开的方法采用连铸连轧工艺生产铸坯，再经过连续轧制和拉拔或连续挤压制得高速电气化铁路专用的接触线及承力索产品。专利号CN101763910B公开了一种用于电气化铁道的低锡铜合金接触线及其制造方法，公开的方法采用连铸连轧+拉拔的方式生产电气化铁路专用的接触线。由此可见，类似的专利和方法主要集中在铜锡合金线材的生产方法方面，采用的生产方法也主要是连铸连轧+拉拔。很少有关于铜锡合金带材的生产方法。
目前，水平连铸+冷轧已成为国内铜合金加工企业生产铜合金带材的常用方法。自从20世纪60年代水平连铸生产方法被首次使用于生产铜合金以来，由于水平连铸铸法能够解决一些复杂合金难以铸造及难以热轧的难题，并且能够减少设备投资、减少能源消耗，因此，水平连铸+冷轧生产方法已被现代的铜加工企业广泛采用。为了生产具有应用前景的铜锡合金带材(锡含量在0.1-0.12％)，以及基于国内铜板带企业广泛拥有水平连铸机组和冷轧机的事实，急需开发出一种用水平连铸+冷轧铜锡合金带材的生产方法。
发明内容
基于上述表述，本发明提供了一种铜锡合金带材的生产方法，以解决现有技术中主要集中铜锡合金线材的生产研究，尚没有系统的完备的采用水平连铸+冷轧工艺制作铜锡合金带材的生产方法的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种铜锡合金带材的生产方法，包括如下步骤：
S1、原料熔炼，将经过预处理的铜原料加入熔炼炉后表面覆盖木炭，加热待铜原料完全融化后，加入锡原料，成分符合后转入保温炉内，用石墨鳞片覆盖；
S2、水平连铸，采用连铸工艺制备铜铸坯；
S3、铣面，对铸坯进行外表面进行铣削；
S4、粗轧并切边，冷开坯粗轧，轧制后得到粗轧带卷，然后对带卷进行切边处理；
S5、第一次清洗，将粗轧带卷先碱洗，然后酸洗，最后钝化；
S6、第一次中间退火，将清洗后所得的粗轧带卷进行第一次中间退火；
S7、中轧，将第一次中间退火的粗轧带卷冷轧得到中轧带卷；
S8、第二次中间退火，将中轧带卷进行第二次中间退火；
S9、精轧，将第二次中间退火后的中轧带卷精轧得到精轧薄带；
S10、第二次清洗，将精轧薄带先碱洗，然后酸洗，最后钝化；
S11、分切成品入库。
与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：
本发明所提供的生产方法基于国内铜板带企业广泛拥有水平连铸机组和冷轧机的事实，未涉及热轧和热挤压等热加工，工艺过程可控，设备投资成本低，易于规模化生产，所制得的铜锡合金带材的综合性能优异(强度，抗高温软化性能以及导电性好)。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步的，所述铜原料包括纯度为99.99％的阴极铜和紫铜废料，其中紫铜废料占铜原料的质量分数不超过40％，所述预处理包括将阴极铜和紫铜废料除油并烘干，所述锡原料为纯度99.99％的纯锡锭。
进一步的，其中木炭与石墨鳞片预先烘干处理，木炭的覆盖厚度范围为100±5mm，木炭粒度为55mm～70mm，石墨鳞片的覆盖厚度为120±5mm。
进一步的，熔炼时熔炼炉的温度控制在1190℃～1210℃，控制氧含量低于20ppm，锡的添加量控制在0.1-0.12％范围内，保温炉的温度为1195±5℃。
进一步的，步骤S2中的连铸工艺参数为：
铸造温度：1170～1180℃；
拉铸工艺：拉—停—反推—停；
拉铸工艺参数：6.0mm/0.63s—1.5s—1.3mm/0.25s—0.25s；
拉铸速度：140～160mm/min；
结晶器冷却水压：0.4～0.7MPa，结晶器冷却水进口温度：20～35℃，结晶器冷却水出口温度：40～55℃。
进一步的，粗轧采用四辊可逆轧机进行直接冷开坯粗轧，粗轧带卷的带厚为1.5±0.1mm，粗轧变形量为85％～95％，粗轧轧制道次为6-7道次；中轧采用四辊可逆轧机进行冷轧，中轧带卷的带厚为0.6±0.1mm，中轧变形量为55％～65％，轧制道次为3-4道次；精轧采用多棍可逆精轧机进行精轧，精轧薄带的厚度为0.1±0.01mm，精轧变形量为80％～85％，轧制道次为4-5道次。
进一步的，步骤S5和步骤S10中，碱洗的碱液浓度3-5％，温度70-80℃，酸洗采用硫酸溶液，其中硫酸浓度10-15％，温度为室温；钝化剂采用选用CC-2002，其浓度0.07-0.12％，温度70-80℃；清洗速度70-80m/min。
进一步的，第一次中间退火和第二次中间退火均在钟罩炉内进行，其中第一次中间退火的退火温度为400℃、保温5h、升温速率120℃/h，采用含3％的氢气，余量为氮气的低氢气氛保护；第二次中间退火的退火温度为370℃、保温5h、升温速率120℃/h，采用含3％的氢气，余量为氮气的低氢气氛保护。
进一步的，在进行第二次清洗前对精轧薄带进行拉弯矫工艺，以消除板型缺陷。
进一步的，步骤S4中切边在保证边部裂纹切除干净的条件下，单边切除量不大于10mm。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将对本申请进行更全面的描述。给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
本发明实施例提供了一种铜锡合金带材的生产方法，依次包括如下工艺：
原料熔炼——水平连铸——铣面——粗轧并切边——第一次清洗——第一次中间退火——中轧——第二次中间退火——精轧——第二次清洗——分切成品入库。
具体工艺步骤为：
S1、原料熔炼，将经过预处理的铜原料加入熔炼炉后表面覆盖木炭，加热待铜原料完全融化后，加入锡原料，成分符合后转入保温炉内，用石墨鳞片覆盖。
具体的，所述铜原料包括纯度为99.99％的阴极铜和紫铜废料，锡原料为纯度99.99％的纯锡锭，选用一定量的紫铜废料代替部分阴极铜，可以有效节约生产成本，但为了控制杂质元素的含量，其中紫铜废料占铜原料的质量分数不超过40％，其中铜原料的预处理包括将阴极铜和紫铜废料除油并烘干。
进一步的，其中木炭与石墨鳞片预先烘干处理，木炭的覆盖厚度范围为100mm，木炭粒度为55mm～70mm，优选为65mm，石墨鳞片的覆盖厚度为120mm，其中，木炭和石墨鳞片的覆盖厚度误差不宜超过5mm。
具体的操作过程为：选用分体炉熔炼铜锡合金，将阴极铜和紫铜废料放入熔炼炉后，表面覆盖木炭，木炭的厚度控制在100mm左右，木炭粒度为55mm～70mm。通电加热，熔炼炉的温度控制在1190℃～1210℃，等铜板完全融化之后，加入纯锡锭，为了严格控制熔体中Sn元素及其它杂质元素含量，搅拌捞渣取样，采用直读光谱分析仪进行成分分析，控制氧含量低于20ppm，Sn的添加量控制在0.1-0.12％范围内。成分符合后转入保温炉内，保温炉的温度为1195℃，采用石墨磷片覆盖，其覆盖厚度120mm。
S2、水平连铸，采用连铸工艺制备铜铸坯；
具体的，连铸工艺参数为：
铸造温度：1170～1180℃；
拉铸工艺：拉—停—反推—停；
拉铸工艺参数：6.0mm/0.63s—1.5s—1.3mm/0.25s—0.25s；
拉铸速度：140～160mm/min；
结晶器冷却水压：0.4～0.7MPa，结晶器冷却水进口温度：20～35℃，结晶器冷却水出口温度：40～55℃。
S3、铣面，对铸坯进行外表面进行铣削；
为了清除铸坯表面的微裂纹以及氧化层，需对铸坯进行四面铣削，铣削工艺为上表面和下表面分别铣削0.5mm厚，边部铣削1.0mm厚。
S4、粗轧并切边，冷开坯粗轧，轧制后得到粗轧带卷，然后对带卷进行切边处理；
具体的，粗轧采用四辊可逆轧机进行直接冷开坯粗轧，粗轧带卷的带厚为1.5±0.1mm，粗轧变形量为85％～95％，粗轧轧制道次为6-7道次。
S5、第一次清洗，将粗轧带卷先碱洗，然后酸洗，最后钝化；
其中，碱洗的碱液浓度3-5％，温度70-80℃，酸洗采用硫酸溶液，其中硫酸浓度10-15％，温度为室温；钝化剂采用选用CC-2002，其浓度0.07-0.12％，温度70-80℃；清洗速度70-80m/min。
S6、第一次中间退火，将清洗后所得的粗轧带卷进行第一次中间退火；
第一次中间退火的退火温度为400℃、保温5h、升温速率120℃/h，采用含3％的氢气，余量为氮气的低氢气氛保护。
S7、中轧，将第一次中间退火的粗轧带卷冷轧得到中轧带卷；
中轧采用四辊可逆轧机进行冷轧，中轧带卷的带厚为0.6±0.1mm，中轧变形量为55％～65％，轧制道次为3-4道次。
S8、第二次中间退火，将中轧带卷进行第二次中间退火；
其中，第二次中间退火的退火温度为370℃、保温5h、升温速率120℃/h，采用含3％的氢气，余量为氮气的低氢气氛保护。
S9、精轧，将第二次中间退火后的中轧带卷精轧得到精轧薄带；
其中，精轧采用多棍可逆精轧机进行精轧，精轧薄带的厚度为0.1±0.01mm，精轧变形量为80％～85％，轧制道次为4-5道次。
S10、第二次清洗，将精轧薄带先碱洗，然后酸洗，最后钝化；
第一清洗前对精轧薄带进行拉弯矫工艺，以消除板型缺陷，其中，第二次清洗的碱洗的碱液浓度3-5％，温度70-80℃，酸洗采用硫酸溶液，其中硫酸浓度10-15％，温度为室温；钝化剂采用选用CC-2002，其浓度0.07-0.12％，温度70-80℃；清洗速度70-80m/min。
S11、分切成品入库。
根据订单要求，将带材分切成需要的宽度，将产品性能合格以及表面无损伤和缺陷后的产品入库，入库时按要求填写标签，分类入库。
采用本实施例生产方法所制得的0.1mm厚铜锡合金带材，经检测，抗拉强度为418MPa，导电率87％IACS，抗软化温度420℃左右，综合性能优于紫铜带。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铜锡合金带材的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、原料熔炼，将经过预处理的铜原料加入熔炼炉后表面覆盖木炭，加热待铜原料完全融化后，加入锡原料，成分符合后转入保温炉内，用石墨鳞片覆盖；
S2、水平连铸，采用连铸工艺制备铜铸坯；
S3、铣面，对铸坯进行外表面进行铣削；
S4、粗轧并切边，冷开坯粗轧，轧制后得到粗轧带卷，然后对带卷进行切边处理；
S5、第一次清洗，将粗轧带卷先碱洗，然后酸洗，最后钝化；
S6、第一次中间退火，将清洗后所得的粗轧带卷进行第一次中间退火；
S7、中轧，将第一次中间退火的粗轧带卷冷轧得到中轧带卷；
S8、第二次中间退火，将中轧带卷进行第二次中间退火；
S9、精轧，将第二次中间退火后的中轧带卷精轧得到精轧薄带；
S10、第二次清洗，将精轧薄带先碱洗，然后酸洗，最后钝化；
S11、分切成品入库。
2.根据权利要求1所述的铜锡合金带材的生产方法，其特征在于，所述铜原料包括纯度为99.99％的阴极铜和紫铜废料，其中紫铜废料占铜原料的质量分数不超过40％，所述预处理包括将阴极铜和紫铜废料除油并烘干，所述锡原料为纯度99.99％的纯锡锭。
3.根据权利要求2所述的铜锡合金带材的生产方法，其特征在于，其中木炭与石墨鳞片预先烘干处理，木炭的覆盖厚度范围为100±5mm，木炭粒度为55mm～70mm，石墨鳞片的覆盖厚度为120±5mm。
4.根据权利要求3所述的铜锡合金带材的生产方法，其特征在于，熔炼时熔炼炉的温度控制在1190℃～1210℃，控制氧含量低于20ppm，锡的添加量控制在0.1-0.12％范围内，保温炉的温度为1195±5℃。
5.根据权利要求1所述的铜锡合金带材的生产方法，其特征在于，步骤S2中的连铸工艺参数为：
铸造温度：1170～1180℃；
拉铸工艺：拉—停—反推—停；
拉铸工艺参数：6.0mm/0.63s—1.5s—1.3mm/0.25s—0.25s；
拉铸速度：140～160mm/min；
结晶器冷却水压：0.4～0.7MPa，结晶器冷却水进口温度：20～35℃，结晶器冷却水出口温度：40～55℃。
6.根据权利要求1所述的铜锡合金带材的生产方法，其特征在于，粗轧采用四辊可逆轧机进行直接冷开坯粗轧，粗轧带卷的带厚为1.5±0.1mm，粗轧变形量为85％～95％，粗轧轧制道次为6-7道次；中轧采用四辊可逆轧机进行冷轧，中轧带卷的带厚为0.6±0.1mm，中轧变形量为55％～65％，轧制道次为3-4道次；精轧采用多棍可逆精轧机进行精轧，精轧薄带的厚度为0.1±0.01mm，精轧变形量为80％～85％，轧制道次为4-5道次。
7.根据权利要求1所述的铜锡合金带材的生产方法，其特征在于，步骤S5和步骤S10中，碱洗的碱液浓度3-5％，温度70-80℃，酸洗采用硫酸溶液，其中硫酸浓度10-15％，温度为室温；钝化剂采用选用CC-2002，其浓度0.07-0.12％，温度70-80℃；清洗速度70-80m/min。
8.根据权利要求1所述的铜锡合金带材的生产方法，其特征在于，第一次中间退火和第二次中间退火均在钟罩炉内进行，其中第一次中间退火的退火温度为400℃、保温5h、升温速率120℃/h，采用含3％的氢气，余量为氮气的低氢气氛保护；第二次中间退火的退火温度为370℃、保温5h、升温速率120℃/h，采用含3％的氢气，余量为氮气的低氢气氛保护。
9.根据权利要求1所述的铜锡合金带材的生产方法，其特征在于，在进行第二次清洗前对精轧薄带进行拉弯矫工艺，以消除板型缺陷。
10.根据权利要求1所述的铜锡合金带材的生产方法，其特征在于，步骤S4中切边在保证边部裂纹切除干净的条件下，单边切除量不大于10mm。
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