CN114536018A - 一种提升铜锡合金带材弯曲成形的制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种提升铜锡合金带材弯曲成形的制备工艺，工艺流程步骤为：配料→熔炼→铸造→锯切→加热→热轧→铣面→中间轧制→剪边→酸洗→成品轧制→双级低温退火→清洗→性能检测→成品剪切→包装入库；本发明通过对含有0.2wt.％以下微量锡的铜合金材料生产工艺及方法的再造，满足了材料同时具有高强度以及良好成型性的要求。

Description

一种提升铜锡合金带材弯曲成形的制备工艺

技术领域

本发明涉及有色金属加工领域，尤其涉及一种提升铜锡合金带材弯曲成形的制备工艺。

背景技术

近年来，随着锡磷青铜材料的广泛应用，掀起了含锡铜合金材料的研发热潮，其中锡含量在0.2wt.％以下的含锡铜合金，因其具有高导性、较高强度、低成本等优势，迅速的抢占部分中高温工作环境的连接器市场，成为近期炙手可热的材料之一。由于锡含量在0.2wt.％以下时，材料依靠热处理强化提升性能效果不明显，需要通过加工硬化来提高材料强度(硬度Hv≥128，抗拉强度Rm≥430Mpa)，但会导致材料弯曲成型性降低(延伸率A50≥2％)，特别是材料厚度t满足1.0mm≤t≤3.0mm，90°弯曲的弯曲半径R与材料厚度t比，即R/t小于2.0时，出现弯曲开裂的问题，成为限制锡含量0.2％以下铜合金材料广泛应用的主要因素之一。同时，由于该材料仅含有微量锡元素，材料的抗软化能力不足，依靠现有工艺提升材料塑性会明显降低材料强度，不能满足连接器的支撑强度使用要求。

针对含锡0.2wt.％以下的铜合金材料制备，怎样在保证材料强度的情况下，突破现有技术难题，改善其弯曲成型性，满足电连接器的使用要求，成为长期以来难以解决的技术难题。

鉴于上述原因，现研发出一种提升铜锡合金带材弯曲成形的制备工艺。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种提升铜锡合金带材弯曲成形的制备工艺，通过对含有0.2wt.％以下微量锡的铜合金材料生产工艺及方法的再造，满足了材料同时具有高强度以及良好成型性的要求。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种提升铜锡合金带材弯曲成形的制备工艺，工艺流程步骤为：配料→熔炼→铸造→锯切→加热→热轧→铣面→中间轧制→剪边→酸洗→成品轧制→双级低温退火→清洗→性能检测→成品剪切→包装入库。

第一步，配料：采用标准阴极电铜、加工过程中的返回本旧料、小金属分别称重，备用；

所述的铜合金组分含量为：

0.1wt.％-0.2wt.％的Sn，0.01wt.％-0.03wt.％的其它金属元素，所述的其它金属元素为Cr、Ni、Si、P、Mg、Zn、Fe、Mn、Al的一种或一种以上的组合，余量为铜和不可避免的杂质，以上各组分的重量之和为100％；

第二步，熔炼：将配料投放入10t中频感应炉进行非真空熔炼，并使用石墨粉与脱水木炭混合进行覆盖，覆盖厚度不小于150mm，熔炼炉使用电加热进行熔炼，熔化成1050～1250℃的熔液；

对熔液取样、分析；

为了保证熔液的质量，所用原料、覆盖剂必须干燥；

熔化完毕后，转入保温炉进行静置，有利于溶液内的氧化物、硫化物、碳化物的渣子上浮，将上浮的渣子除去，净化熔体；

对静置、除渣后的熔液取样、分析结果，进行成分调整，保证溶液成分合格；

第三步，铸造：对合格的溶液进行铸造；

熔液经流槽到浇铸管流入结晶器进行铸造，铸造时采用硼砂或碳黑覆盖，并通入保护气体对结晶器内熔体进行保护；

铸造速度5.0-15.0m/h；冷却水流量：100～1000l/min；

铸锭宽620mm，厚度210mm，在此宽厚比时，有利于铸锭的稳定铸造以及熔渣的上浮，铸造到带材所需要的铸锭长度时，停止铸造。

第四步，锯切：按所需长度在锯床上锯切铸锭；

第五步，加热：由步进式加热炉对铸锭进行加热，加热温度780～980℃，加热时长2-8小时，保温3-7小时，铸锭受热均匀后出炉；

第六步，热轧：铸锭出炉后热轧前使用高压喷枪去除表面氧化皮，在热轧设备上进行铸锭开坯热轧，热轧带坯总加工率≥90％，总道次9个，热轧终轧道次后在热轧辊道上进行喷水冷却；

第七步，铣面：在双面铣铣床上进行带坯铣面以及边部铣削，铣刀转速700-900r/min，铣削速度8-20m/min，表面无起皮、无氧化坑、无粘连屑；

第八步，中间轧制：在四辊初轧机上对铣面后的热轧带坯进行中间轧制，轧制道次9个，平均轧制速度200m/min，轧制过程中采用乳液润滑。

第九步，剪边：在剪切设备上对中间轧制后的带坯进行剪边，剪边宽度5-20mm，剪边速度30-150m/min，采用活套零张力的方式进行开卷和卷取张力调整，避免前后张力变化过大产生表面划伤；

第十步，酸洗：铜带进行表面氧化皮清除以及钝化处理，使用酸浓度在15％-20％的硫酸进行表面氧化皮的清理，浓度3～5‰的钝化液进行表面钝化处理，钝化工作温度保持在60～70℃，使用钝化处理的目的是清洗后带材可存放较长时间；使用后的废酸进入处理系统进行分解处理，避免污染环境；

第十一步，成品轧制：在六辊轧机上进行成品轧制，轧辊粗糙度不大于0.2μm，轧制道次4个，平均轧制速度300m/min，前后张力根据实际情况进行调整；轧制成品道次时内圈张力加大，卷取至壁厚30mm后开始逐渐减小卷取张力，主要目的是避免双级低温退火时出现塌卷现象；

第十二步，双级低温退火：采用双级低温退火工艺，第一级低温退火工艺退火温度230-300℃，保温时间2-10h，该温度受冷变形的总加工率的影响并低于材料的软化温度，主要作用是削弱材料再结晶时的动力，减缓材料软化的速度，然后降温至室温后，再升温进行第二级低温退火，退火温度在260-330℃，保温时间1-4h，退火中采用75％的高氢加25％氮气气氛进行保护；

第十三步，清洗：成品铜带进行表面脱脂及钝化，使用浓度0.5-2％的脱脂剂NC-500进行表面油灰的清理，浓度3～5‰的钝化液进行表面钝化处理，钝化工作温度保持在60～80℃；清洗后取性能检测样；

第十四步，性能检测：取样进行硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率、导电率、弯曲性能测试，性能指标可达到：硬度Hv≥125、抗拉强度Rm≥420Mpa、屈服强度≥360Mpa、导电率≥85％IACS、延伸率A50≥7％、90°弯曲R/t＝1.0时不产生裂纹(厚度1.0mm≤t≤3.0mm)；

第十五步，成品剪切：用开卷无张力剪切设备对成品铜带按合同尺寸要求进行剪切；

第十六步，包装入库：成品铜带经检验合格后包装入库。

本发明的有益效果是：利用锡在铜中具有易焊接和钎焊、耐磨、无磁、可提升铜合金强度以及耐热性等特点进行合金设计，锡含量过高时会严重降低铜合金的导电性能，影响所述铜合金材料的散热性能，过低时强化作用不足以满足所述铜合金的强度提升要求，经过试验研究论证，适用所述铜合金的锡含量范围为0.1wt.％-0.3wt.％；

热轧工序采用在线冷却方式对带材进行冷却，大幅度提高了生产效率；

双面铣铣削带材时使用钛刀进行铣削，铣刀的高速运转是保证带材表面质量的有效手段之一；

中间轧制采用四辊初轧机进行轧制，轧制过程中控制最后一道次的加工率及轧制张力，是控制厚度公差和板型的有效手段之一；

成品轧制，采用多道次小加工率轧制，前张力、后张力、弯辊力相互配合，保证材料厚度公差以及板形；依靠冷变形加工硬化提升材料强度；

双级低温退火：通过大加工率的冷变形加工硬化，含0.1wt.％-0.3wt.％锡的铜合金材料的强度已接近材料的极限，材料的塑性严重降低，材料成型性差；在采用单级退火工艺提升材料塑性时，退火温度低于材料软化温度时，材料软化效果不明显，塑性提升有限，后续R/t较小时，弯曲易开裂；退火温度在软化温度及以上时，材料强度下降明显，不满足冲压成型后连接器的支撑作用；采用双级低温退火工艺，第一级低温退火工艺退火温度在230-300℃，保温时间在2-10h，该温度受冷变形的总加工率的影响并低于材料的软化温度，主要作用是削弱材料再结晶时的动力，减缓材料软化的速度；然后降温至室温后，再升温进行第二级低温退火，退火温度在260-330℃之间，保温时间在1-4h；进行第二级退火前材料需要降温至室温的主要原因是避免材料持续在高温环境下位错能消耗过快，材料在第二级退火时出现软化的情况；第二级退火温度稍高于材料软化温度，提升材料的塑性，但保温时间不能太长，避免材料软化；采用双级低温退火，可有效避免单级时效材料软化快的技术难题，提高材料的弯曲成型性；

成品剪切时，采用压板建张力、卷取采用隔离器定位成品方式对成品铜带进行剪切，可以有效的避免铜带错层现象；

根据本发明所生产的CuSn高性能合金材料，比现有工艺制作的含0.1wt.％-0.3wt.％Sn的铜合金材料具有更优良的综合性能指标，其中新工艺生产的所述铜合金材料与老工艺生产的铜合金材料强度基本一致，弯曲成型性明显更优，可达到厚度在1.0≤t≤3.0mm，R/t＝1.0时90°弯曲不裂，并且材质的化学成分稳定，表面清洁、光滑无氧化变色、无起皮、起刺、气泡、裂纹、分层、夹杂、孔洞、黑点、压折、铜绿、擦划伤和腐蚀等缺陷；

根据本发明所生产的铜带，厚度规格可达1.0-3.0mm，宽度规格可达30-620mm，在双级低温退火后性能可达硬度Hv≥125、抗拉强度Rm≥420Mpa、屈服强度≥360Mpa、导电率≥85％IACS、延伸率A50≥7％，90°弯曲R/t＝1.0时不产生裂纹(厚度1.0mm≤t≤3.0mm)，提升了冲压弯曲成型的成品率以及效率，提高材料的使用寿命；通过对含有0.2wt.％以下微量锡的铜合金材料生产工艺及方法的再造，满足了材料同时具有高强度以及良好成型性的要求。

具体实施方式

下面结合实施例与具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

工艺流程步骤为：配料→熔炼→铸造→锯切→加热→热轧→铣面→中间轧制→剪边→酸洗→成品轧制→双级低温退火→清洗→性能检测→成品剪切→包装入库。

实施例2

第一步，配料：采用标准阴极电铜、加工过程中的返回本旧料、小金属分别称重，备用；

所述的铜合金组分含量为：

0.1wt.％-0.2wt.％的Sn，0.01wt.％-0.03wt.％的其它金属元素，所述的其它金属元素为Cr、Ni、Si、P、Mg、Zn、Fe、Mn、Al的一种或一种以上的组合，余量为铜和不可避免的杂质，以上各组分的重量之和为100％；

第二步，熔炼：将配料投放入10t中频感应炉进行非真空熔炼，并使用石墨粉与脱水木炭混合进行覆盖，覆盖厚度不小于150mm，熔炼炉使用电加热进行熔炼，熔化成1050～1250℃的熔液；

对熔液取样、分析；

为了保证熔液的质量，所用原料、覆盖剂必须干燥；

熔化完毕后，转入保温炉进行静置，有利于溶液内的氧化物、硫化物、碳化物的渣子上浮，将上浮的渣子除去，净化熔体；

对静置、除渣后的熔液取样、分析结果，进行成分调整，保证溶液成分合格；

第三步，铸造：对合格的溶液进行铸造；

熔液经流槽到浇铸管流入结晶器进行铸造，铸造时采用硼砂或碳黑覆盖，并通入保护气体对结晶器内熔体进行保护；

铸造速度5.0-15.0m/h；冷却水流量：100～1000l/min；

铸锭宽620mm，厚度210mm，在此宽厚比时，有利于铸锭的稳定铸造以及熔渣的上浮，铸造到带材所需要的铸锭长度时，停止铸造。

实施例3

第四步，锯切：按所需长度在锯床上锯切铸锭；

第五步，加热：由步进式加热炉对铸锭进行加热，加热温度780～980℃，加热时长2-8小时，保温3-7小时，铸锭受热均匀后出炉；

第六步，热轧：铸锭出炉后热轧前使用高压喷枪去除表面氧化皮，在热轧设备上进行铸锭开坯热轧，热轧带坯总加工率≥90％，总道次9个，热轧终轧道次后在热轧辊道上进行喷水冷却；

第七步，铣面：在双面铣铣床上进行带坯铣面以及边部铣削，铣刀转速700-900r/min，铣削速度8-20m/min，表面无起皮、无氧化坑、无粘连屑；

第八步，中间轧制：在四辊初轧机上对铣面后的热轧带坯进行中间轧制，轧制道次9个，平均轧制速度200m/min，轧制过程中采用乳液润滑。

实施例4

第九步，剪边：在剪切设备上对中间轧制后的带坯进行剪边，剪边宽度5-20mm，剪边速度30-150m/min，采用活套零张力的方式进行开卷和卷取张力调整，避免前后张力变化过大产生表面划伤；

第十步，酸洗：铜带进行表面氧化皮清除以及钝化处理，使用酸浓度在15％-20％的硫酸进行表面氧化皮的清理，浓度3～5‰的钝化液进行表面钝化处理，钝化工作温度保持在60～70℃，使用钝化处理的目的是清洗后带材可存放较长时间；使用后的废酸进入处理系统进行分解处理，避免污染环境；

第十一步，成品轧制：在六辊轧机上进行成品轧制，轧辊粗糙度不大于0.2μm，轧制道次4个，平均轧制速度300m/min，前后张力根据实际情况进行调整；轧制成品道次时内圈张力加大，卷取至壁厚30mm后开始逐渐减小卷取张力，主要目的是避免双级低温退火时出现塌卷现象；

第十二步，双级低温退火：采用双级低温退火工艺，第一级低温退火工艺退火温度230-300℃，保温时间2-10h，该温度受冷变形的总加工率的影响并低于材料的软化温度，主要作用是削弱材料再结晶时的动力，减缓材料软化的速度，然后降温至室温后，再升温进行第二级低温退火，退火温度在260-330℃，保温时间1-4h，退火中采用75％的高氢加25％氮气气氛进行保护；

第十三步，清洗：成品铜带进行表面脱脂及钝化，使用浓度0.5-2％的脱脂剂NC-500进行表面油灰的清理，浓度3～5‰的钝化液进行表面钝化处理，钝化工作温度保持在60～80℃；清洗后取性能检测样；

第十四步，性能检测：取样进行硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率、导电率、弯曲性能测试，性能指标可达到：硬度Hv≥125、抗拉强度Rm≥420Mpa、屈服强度≥360Mpa、导电率≥85％IACS、延伸率A50≥7％、90°弯曲R/t＝1.0时不产生裂纹(厚度1.0mm≤t≤3.0mm)；

第十五步，成品剪切：用开卷无张力剪切设备对成品铜带按合同尺寸要求进行剪切；

第十六步，包装入库：成品铜带经检验合格后包装入库。

Claims (4)

1.一种提升铜锡合金带材弯曲成形的制备工艺，其特征在于：工艺流程步骤为：配料→熔炼→铸造→锯切→加热→热轧→铣面→中间轧制→剪边→酸洗→成品轧制→双级低温退火→清洗→性能检测→成品剪切→包装入库。

2.根据权利要求1所述的一种提升铜锡合金带材弯曲成形的制备工艺，其特征在于：

第一步，配料：采用标准阴极电铜、加工过程中的返回本旧料、小金属分别称重，备用；

所述的铜合金组分含量为：

0.1wt.％-0.2wt.％的Sn，0.01wt.％-0.03wt.％的其它金属元素，所述的其它金属元素为Cr、Ni、Si、P、Mg、Zn、Fe、Mn、Al的一种或一种以上的组合，余量为铜和不可避免的杂质，以上各组分的重量之和为100％；

第二步，熔炼：将配料投放入10t中频感应炉进行非真空熔炼，并使用石墨粉与脱水木炭混合进行覆盖，覆盖厚度不小于150mm，熔炼炉使用电加热进行熔炼，熔化成1050～1250℃的熔液；

对熔液取样、分析；

为了保证熔液的质量，所用原料、覆盖剂必须干燥；

熔化完毕后，转入保温炉进行静置，有利于溶液内的氧化物、硫化物、碳化物的渣子上浮，将上浮的渣子除去，净化熔体；

对静置、除渣后的熔液取样、分析结果，进行成分调整，保证溶液成分合格；

第三步，铸造：对合格的溶液进行铸造；

熔液经流槽到浇铸管流入结晶器进行铸造，铸造时采用硼砂或碳黑覆盖，并通入保护气体对结晶器内熔体进行保护；

铸造速度5.0-15.0m/h；冷却水流量：100～1000l/min；

铸锭宽620mm，厚度210mm，在此宽厚比时，有利于铸锭的稳定铸造以及熔渣的上浮，铸造到带材所需要的铸锭长度时，停止铸造。

3.根据权利要求1所述的一种提升铜锡合金带材弯曲成形的制备工艺，其特征在于：

第四步，锯切：按所需长度在锯床上锯切铸锭；

第五步，加热：由步进式加热炉对铸锭进行加热，加热温度780～980℃，加热时长2-8小时，保温3-7小时，铸锭受热均匀后出炉；

第六步，热轧：铸锭出炉后热轧前使用高压喷枪去除表面氧化皮，在热轧设备上进行铸锭开坯热轧，热轧带坯总加工率≥90％，总道次9个，热轧终轧道次后在热轧辊道上进行喷水冷却；

第七步，铣面：在双面铣铣床上进行带坯铣面以及边部铣削，铣刀转速700-900r/min，铣削速度8-20m/min，表面无起皮、无氧化坑、无粘连屑；

第八步，中间轧制：在四辊初轧机上对铣面后的热轧带坯进行中间轧制，轧制道次9个，平均轧制速度200m/min，轧制过程中采用乳液润滑。

4.根据权利要求1所述的一种提升铜锡合金带材弯曲成形的制备工艺，其特征在于：

第九步，剪边：在剪切设备上对中间轧制后的带坯进行剪边，剪边宽度5-20mm，剪边速度30-150m/min，采用活套零张力的方式进行开卷和卷取张力调整，避免前后张力变化过大产生表面划伤；

第十步，酸洗：铜带进行表面氧化皮清除以及钝化处理，使用酸浓度在15％-20％的硫酸进行表面氧化皮的清理，浓度3～5‰的钝化液进行表面钝化处理，钝化工作温度保持在60～70℃，使用钝化处理的目的是清洗后带材可存放较长时间；使用后的废酸进入处理系统进行分解处理，避免污染环境；

第十一步，成品轧制：在六辊轧机上进行成品轧制，轧辊粗糙度不大于0.2μm，轧制道次4个，平均轧制速度300m/min，前后张力根据实际情况进行调整；轧制成品道次时内圈张力加大，卷取至壁厚30mm后开始逐渐减小卷取张力，主要目的是避免双级低温退火时出现塌卷现象；

第十二步，双级低温退火：采用双级低温退火工艺，第一级低温退火工艺退火温度230-300℃，保温时间2-10h，该温度受冷变形的总加工率的影响并低于材料的软化温度，主要作用是削弱材料再结晶时的动力，减缓材料软化的速度，然后降温至室温后，再升温进行第二级低温退火，退火温度在260-330℃，保温时间1-4h，退火中采用75％的高氢加25％氮气气氛进行保护；

第十三步，清洗：成品铜带进行表面脱脂及钝化，使用浓度0.5-2％的脱脂剂NC-500进行表面油灰的清理，浓度3～5‰的钝化液进行表面钝化处理，钝化工作温度保持在60～80℃；清洗后取性能检测样；

第十四步，性能检测：取样进行硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率、导电率、弯曲性能测试，性能指标可达到：硬度Hv≥125、抗拉强度Rm≥420Mpa、屈服强度≥360Mpa、导电率≥85％IACS、延伸率A50≥7％、90°弯曲R/t＝1.0时不产生裂纹(厚度1.0mm≤t≤3.0mm)；

第十五步，成品剪切：用开卷无张力剪切设备对成品铜带按合同尺寸要求进行剪切；

第十六步，包装入库：成品铜带经检验合格后包装入库。