CN116121585A - 锡磷青铜合金带材及其制备方法 - Google Patents
锡磷青铜合金带材及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116121585A CN116121585A CN202211103029.3A CN202211103029A CN116121585A CN 116121585 A CN116121585 A CN 116121585A CN 202211103029 A CN202211103029 A CN 202211103029A CN 116121585 A CN116121585 A CN 116121585A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tin
- phosphor bronze
- bronze alloy
- alloy strip
- annealing step
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 102
- BSPSZRDIBCCYNN-UHFFFAOYSA-N phosphanylidynetin Chemical compound [Sn]#P BSPSZRDIBCCYNN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 97
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 8
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 claims abstract description 71
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 4
- 235000020985 whole grains Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 84
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 43
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims description 36
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 12
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 claims description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 7
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 4
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 35
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 18
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 15
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 12
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 11
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 6
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 6
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000001887 electron backscatter diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
- C22C9/02—Alloys based on copper with tin as the next major constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
本发明提供了一种锡磷青铜合金带材及其制备方法。以质量百分比计，该锡磷青铜合金带材包括：4.0～10wt％的Sn、0.01～0.3wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质元素，锡磷青铜合金带材的平均晶粒尺寸小于2μm，晶粒呈现正态分布，标准差为0.9μm以下；锡磷青铜合金带材中的总低ΣCSL晶界在整个晶界中的占比为10～45％，锡磷青铜合金带材中的大角度晶界的长度分数为40～85％，小角度晶界的长度分数为15～60％。上述锡磷青铜合金带材在BW方向上的折弯性能优异，在BW方向上较低的R/t值时仍未出现褶皱等缺陷，且使得锡磷青铜合金带材能够兼顾优良的抗拉强度和优异的折弯性能。
Description
技术领域
本发明涉及锡磷青铜合金技术领域，具体而言，涉及一种锡磷青铜合金带材及其制备方法。
背景技术
锡磷青铜是常用的弹性铜合金，通过Sn、P元素作用和冷加工硬化可获得较好的机械性能，易于加工冲制成各种复杂形状的弹性元件，它不仅具有优良的弹性性能，且具有耐腐蚀、耐磨、无磁性的特点，是目前铜基弹性合金材料中用量最大、用途最广的弹性材料。但是，随着科学技术的日新月异，电子部件向微型化方向发展，用于端子连接器的元件也向微型化发展，使得元件的弯曲加工部件的弯曲半径更小，元件的弯曲加工处更容易出现褶皱、橘皮和裂纹等现象，这就要求广泛应用于端子连接器的锡磷青铜具有更高的弯曲性和高机械强度，来满足电子部件日益发展的需要。然而普通的锡磷青铜合金已无法同时满足以上性能要求，难以支撑连接器小型化、轻薄化结构设计的需要。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种锡磷青铜合金带材及其制备方法，以解决现有技术中锡磷青铜合金难以兼具高机械强度和高弯曲性的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种锡磷青铜合金带材，以质量百分比计，该锡磷青铜合金带材包括：4.0～10wt％的Sn、0.01～0.3wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质元素，锡磷青铜合金带材的平均晶粒尺寸小于2μm，晶粒呈现正态分布，标准差为0.9μm以下；锡磷青铜合金带材中的总低ΣCSL晶界在整个晶界中的占比为10～45％，锡磷青铜合金带材中的大角度晶界的长度分数为40～85％，小角度晶界的长度分数为15～60％。
进一步地，上述大角度晶界的长度分数与小角度晶界的长度分数比例为1.38～5.67:1，优选为1.38～1.86：1、2.33～2.57:1、3.55～5.67:1中的任意一种或多种。
进一步地，上述锡磷青铜合金带材中的织构组分包括：面积分数为3～8％的高斯织构、面积分数为1～3％的铜型织构、面积分数为3～6％的黄铜型织构；且织构组分呈现随机分布的态势。
进一步地，上述锡磷青铜合金带材的抗拉强度为610～1000MPa，优选锡磷青铜合金带材的屈服强度为580～980MPa，优选锡磷青铜合金带材的延伸率为10～35％，优选锡磷青铜合金带材的硬度为200～286HV。
进一步地，上述锡磷青铜合金带材在进行90°折弯时，GW方向的R/t值为0，BW方向的R/t值≤0.5。
根据本发明的另一个方面，提供了一种前述锡磷青铜合金带材的制备方法，该锡磷青铜合金带材的制备工艺流程包括依次进行的配料步骤、水平连铸步骤、预轧制步骤、均匀化退火步骤、铣面步骤、冷轧开坯步骤、第一次再结晶退火步骤、中轧制步骤、第二次再结晶退火步骤、留底轧制步骤、留底退火步骤、成品轧制步骤、去应力退火步骤；其中，中轧制步骤中的变形量为50～70％，留底退火步骤中的温度为420～450℃。
进一步地，上述留底轧制步骤中的变形量为45～60％，优选留底退火步骤中的保温时间为1～3h，留底退火步骤后，优选带材的平均晶粒尺寸<2μm，优选带材的晶粒尺寸标准差<1.05μm，优选带材的总低ΣCSL晶界占比为65～75％；优选成品轧制步骤中的变形量为25～50％，优选去应力退火步骤中的温度为260～320℃，优选去应力退火步骤中的保温时间为3～5h，优选在去应力退火步骤后进行清洗、成品矫直、剪切的步骤。
进一步地，上述第二次再结晶退火步骤中的温度控制在450～500℃，优选第二次再结晶退火步骤中的保温时间为3～5h，第二次再结晶退火步骤后，优选带材的平均晶粒尺寸<4μm，优选带材的晶粒尺寸标准差<1.9μm，优选带材的总低ΣCSL晶界占比≥65％。
进一步地，上述冷轧开坯步骤中的变形量为80～90％，优选第一次再结晶退火步骤中的温度为520～560℃，优选第一次再结晶退火步骤中的保温时间为3～6h。
进一步地，上述水平连铸步骤中采用电磁水平连铸，优选电磁水平连铸的磁场频率为20～50Hz，优选预轧制步骤中的变形量为7～12％，优选均匀化退火步骤中的温度为650～690℃，优选均匀化退火步骤中的保温时间为4～8h。
应用本发明的技术方案，一方面通过将锡磷青铜合金带材的平均晶粒尺寸控制在2μm以下，且晶粒呈现均匀的正态分布，标准差达到0.9μm以下，实现晶粒组织的细小均匀、无微观偏析条纹，从而使得锡磷青铜合金带材能够充分发挥细晶强化的作用，进而能够得到高强度、硬度以及较为优异的韧性的锡磷青铜合金带材，另一方面本申请的锡磷青铜合金带材具有上述含量的大角度晶界和更高比例的总低ΣCSL晶界的占比，尤其是在BW方向上呈现出更为优异的折弯性能，在BW方向上较低的R/t值时仍未出现褶皱等缺陷，进而使得锡磷青铜合金带材能够兼顾抗拉强度和优异折弯性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据的实施例9提供的一种锡磷青铜合金带材的成品态组织照片；
图2示出了根据的实施例9提供的一种锡磷青铜合金带材留底退火后的组织照片；
图3示出了根据的实施例9提供的一种锡磷青铜合金带材留底退火后晶粒尺寸的分布情况图；
图4示出了根据的实施例9提供的一种锡磷青铜合金带材的成品态晶粒尺寸的分布情况图；
图5示出了根据的实施例9提供的一种锡磷青铜合金带材的成品态大小角度晶界占比情况；
图6示出了根据的实施例9提供的一种锡磷青铜合金带材的成品态总低ΣCSL晶界占比情况；
图7示出了根据的对比例1提供的一种锡磷青铜合金带材的成品态组织照片；以及
图8示出了根据的对比例1提供的一种锡磷青铜合金带材的成品态晶粒尺寸的分布情况图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如本申请背景技术所分析的，现有技术中存在锡磷青铜合金难以兼具高机械强度和高弯曲性的问题，为了解决该问题，本申请提供了一种锡磷青铜合金带材及其制备方法。
在本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种锡磷青铜合金带材，以质量百分比计，该锡磷青铜合金带材包括：4.0～10wt％的Sn、0.01～0.3wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质元素，锡磷青铜合金带材的平均晶粒尺寸小于2μm，晶粒呈现正态分布，标准差为0.9μm以下；锡磷青铜合金带材中的低ΣCSL晶界在整个晶界中的占比为10～45％，锡磷青铜合金带材中的大角度晶界的长度分数为40～85％，小角度晶界的长度分数为15～60％。
与传统的锡磷青铜相比，本发明一方面通过将锡磷青铜合金带材的平均晶粒尺寸控制在2μm以下，且晶粒呈现均匀的正态分布，标准差达到0.9μm以下，实现晶粒组织的细小均匀、无微观偏析条纹，从而使得锡磷青铜合金带材能够充分发挥细晶强化的作用，进而能够得到高强度、硬度以及较为优异的韧性的锡磷青铜合金带材，另一方面本申请的锡磷青铜合金带材具有上述含量的大角度晶界和更高比例的总低ΣCSL晶界的占比，尤其是在BW方向上呈现出更为优异的折弯性能，在BW方向上较低的R/t值时仍未出现褶皱等缺陷，进而使得锡磷青铜合金带材能够兼顾抗拉强度和优异折弯性能。
其中，关于晶界类型，将相邻晶粒取向差＞15°定义为大角度晶界，将相邻晶粒取向差为2°～15°定义为小角度晶界。
在CSL模型中，由不同取向晶体中某些位置相互重合的原子组成一个新阵点，即CSL点阵，并用CSL单胞体积与晶体点阵单胞体积的比Σ来表示其数值。Σ就是重合位置密度，它表示在CSL模型中重合的点阵位置数与总共的点阵位置数比值的倒数，Σ值越小重合点阵位置就越多。一般把低Σ晶界称为特殊晶界，也就是界面为3≤Σ≤29的CSL晶界，Σ越大，CSL密度越小，但晶界能量较高时，重合位置点阵晶界上的原子可能不严格占据规定的几何位置，而是具有能量自发降低的趋势，使晶界原子发生刚性松弛，同时要满足Brandon标准。而较高的总低ΣCSL晶界可在弯曲加工时将裂纹拦截，使其不能继续扩展，从而使材料的弯曲加工性能得到有效提高。
由于大角度晶界更有助于提升带材的折弯性能，优选上述大角度晶界的长度分数与小角度晶界的长度分数比例为1.38～5.67:1，进一步地，优选为1.38～1.86：1、2.33～2.57:1、3.55～5.67:1中的任意一种或多种，从而使带材在更薄和更小的弯曲半径下更不易开裂。
在本申请的一种实施例中，上述锡磷青铜合金带材中的织构组分包括面积分数为3～8％的高斯织构、面积分数为1～3％的铜型织构、面积分数为3～6％的黄铜型织构，且织构组分呈现随机分布的态势。
织构直接影响带材的性能，优选的上述织构组分更有助于兼顾锡磷青铜合金带材的折弯性能和强度。
在具有优良的折弯性能的基础上，为了得到强度也优良的锡磷青铜合金带材，优选上述锡磷青铜合金带材的抗拉强度为610～1000MPa，优选锡磷青铜合金带材的屈服强度为580～980MPa，优选锡磷青铜合金带材的延伸率为10～35％，优选锡磷青铜合金带材的硬度为200～286HV。
在本申请的一种实施例中，上述锡磷青铜合金带材在进行90°折弯时，GW方向的R/t值为0，BW方向的R/t值≤0.5。其中，GW方向(good way方向)：通常指与轧制方向平行采集的试件的弯曲轴与轧制方向垂直成直角的弯曲方向。BW方向(bad way方向)：通常指与轧制方向成直角采集的试件的弯曲轴与轧制方向平行的弯曲方向。
以上锡磷青铜合金带材显现出更优良的折弯性能，更有利于满足连接器小型化、轻薄化结构设计的需要。
在本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种前述锡磷青铜合金带材的制备方法，该锡磷青铜合金带材的制备工艺流程包括依次进行的配料步骤、水平连铸步骤、预轧制步骤、均匀化退火步骤、铣面步骤、冷轧开坯步骤、第一次再结晶退火步骤、中轧制步骤、第二次再结晶退火步骤、留底轧制步骤、留底退火步骤、成品轧制步骤、去应力退火步骤，其中，中轧制步骤中的变形量为50～70％，留底退火步骤中的温度为420～450℃。
通过电磁水平连铸步骤、铸坯预变形步骤、冷变形与热处理等的协同控制，获得晶粒组织细小均匀、无微观偏析条纹的成品带材，并控制成品带材的大角度晶界高占比和总低ΣCSL高占比，从而实现具有较高的抗拉强度和优异折弯性能的锡磷青铜合金带材。其中，将中轧制步骤中的变形量控制在上述范围内有助于使上述带材获得足够的形变储能，足以在后续的再结晶退火过程中提供足够多的形核质点，并通过与留底轧制步骤、留底退火步骤中的温度(控制留底退火步骤中的温度在上述温度范围内，由于温度较低，再结晶的孕育期较长，需要控制一个较长的时间来完成再结晶，使晶粒发生完全再结晶但不长大，从而进一步的细化晶粒尺寸)的协同控制，从而有利于进一步地细化晶粒，使最终得到的锡磷青铜合金带材兼具高机械强度和高弯曲性。在本申请的一种实施例中，上述留底轧制步骤中的变形量为45～60％，优选留底退火步骤中的保温时间为1～3h，留底退火步骤后，优选带材的平均晶粒尺寸<2μm，优选带材的晶粒尺寸标准差<1.05μm，优选带材的总低ΣCSL晶界占比为65～75％；优选成品轧制步骤中的变形量为25～50％，优选去应力退火步骤中的温度为260～320℃，优选去应力退火步骤中的保温时间为3～5h，优选在去应力退火步骤后进行清洗、成品矫直、剪切的步骤。
留底轧制的变形量控制在上述范围有利于使晶粒更进一步细化，由于晶粒进一步细化，在此变形量下变形储能足够，可获得足够多的形核质点从而使带材进一步细化，且进一步将带材轧制织构控制在足够低的组分范围内，仍以随机织构为主。在此基础上控制留底退火的温度和保温时间主要有两个目的：其一，在上述温度范围内，由于温度较低，再结晶的孕育期较长，需要控制一个较长的时间来完成再结晶，使晶粒发生完全再结晶但不长大，使再结晶晶粒尺寸可在上一道退火时4μm以下基础上，进一步的细化，细化组织平均晶粒尺寸可在2μm以下，且其标准差控制在1.05μm以下，呈现典型的正态分布，晶粒组织更均匀细小。同时控制留底退火的低ΣCSL晶界的占比在65～75％。为后续成品轧制获得高的总低ΣCSL晶界奠定基础。
由于留底退火获得较为细小均匀的晶粒组织、较高的总低ΣCSL晶界，因细晶的强化作用，使得成品轧制可通过更小的变形量25～50％获得所需的强度。去应力退火的温度和保温时间控制在上述范围，由于留底退火具有较高的低ΣCSL晶界占比，使得成品轧制后仍可获得较高比例的低ΣCSL晶界和较高比例的大角度晶界，而总低ΣCSL晶界对抑制裂纹扩展具有较好的效果。同时，在同一变形量下，根据霍尔佩奇公式和实践经验结果可知，细晶可进一步提升成品带材的抗拉强度和硬度，且具有较好的韧性，从而比普通锡磷青铜具有较高的强度和韧性，因此，在较小的变形量下可获得所需的强度值，并且在去应力退火阶段通过牺牲一部分的强度或硬度(强度下降幅度控制在25～50MPa，硬度下降幅度控制在10～30HV)，降低成品带材的内应力，减少位错、空位等缺陷的比例，做到高强度的同时具有更高的韧性，从而小角度晶界的占比降低，进一步提升大角度晶界的占比，而大角度晶界对提升带材的折弯性能更优异，在更薄和更小的弯曲半径下更不易开裂，且成品带材中加工织构的组成占比较低，随机织构的占比较高，使得带材在GW方向和BW方向都具有优异的折弯性能，进而使锡磷青铜合金带材在具有高抗拉强度的同时具有更为优异的折弯性能。
在本申请的一种实施例中，上述第二次再结晶退火步骤中的温度控制在450～500℃，优选第二次再结晶退火步骤中的保温时间为3～5h，第二次再结晶退火步骤后，优选带材的平均晶粒尺寸<4μm，优选带材的晶粒尺寸标准差<1.9μm，优选带材的总低ΣCSL晶界占比≥65％。
经过冷轧开坯→第一次再结晶退火的工序后已获得相对足够细化的晶粒组织，在上述冷变形量50～70％下带材可获得足够的形变储能，足以在后续的再结晶退火过程中提供足够多的形核质点，通过冷变形量和第二次再结晶退火的温度和时间的协同控制，从而有利于进一步细化晶粒，且在此阶段可将中轧制的轧制织构控制在较小的组分范围内，仍以随机织构占比为主。经此工序后，带材的平均晶粒尺寸可控制在4μm以下，标准差控制在1.9μm以下，带材总低ΣCLS晶界的占比为65％以上，带材中织构为各向异性，各织构组分呈现随机分布状态，为后续留底退火步骤获得高的总低ΣCSL晶界奠定基础。
在本申请的一种实施例中，上述冷轧开坯步骤中的变形量为80～90％，优选第一次再结晶退火步骤中的温度为520～560℃，优选第一次再结晶退火步骤中的保温时间为3～6h。
由于预轧制、均匀化退火和铣面工序的协同控制，使得此时的带材具有较为细小的晶粒组织和更好的加工塑性，在此基础上，在较大的变形量80～90％下进行冷轧开坯时不出现裂边和带坯开裂的现象，同时，由于较大的变形量，使得在均匀化退火阶段出现的部分离散不均匀的再结晶组织破碎得更充分，从而形成更多的再结晶形核核心，为后续的再结晶退火过程中获得更细小的晶粒组织奠定基础，同时使得整个带材的晶粒的标准差更小，使大晶粒和小晶粒的分布呈正态分布而非离散分布状态，这会进一步地提升成品带材的折弯性能。
冷轧开坯后的上述第一次再结晶退火不仅有利于控制晶粒的尺寸而且有助于控制第一次再结晶退火时获得较高比例的总低ΣCSL晶界，其总低ΣCSL晶界占比达到65％以上，且退火后的织构组分为随机组分，呈现各向异性，从而避免因后续冷轧过程中出现较高比例的其它织构，进而提升带材的折弯性能。
在本申请的一种实施例中，上述水平连铸步骤中采用电磁水平连铸，优选电磁水平连铸的磁场频率为20～50Hz，优选预轧制步骤中的变形量为7～12％，优选均匀化退火步骤中的温度为650～690℃，优选均匀化退火步骤中的保温时间为4～8h。
通过预轧制、均匀化退火和铣面(铣面将表面反偏析层铣掉)工序为铸坯提供了良好的塑性条件。具体地，通过施加电磁辅助铸造来抑制锡青铜铸坯反偏析、细化晶粒、提升铸坯的品质。也就是将电磁搅拌器本体施加在结晶前沿，通过施加行波磁场，当电磁搅拌器本体在结晶器上方施加行波磁场时，板带坯内的熔体就会在电磁力的作用下发生流动，使流场和温度场更均匀。同时，配合着合适的电磁搅拌力和拉铸工艺的协同控制，会使得结晶前沿已凝固的枝晶破碎并重新遍布到熔体中去，从而形成更多的非异质有效结晶晶核，提高了锡磷青铜合金带坯的形核率。同时，由于电磁搅拌的存在，也加速了结晶器内熔体的传热过程，使凝固界面前沿熔体的温度场更加均匀，也就增加了锡青铜合金熔体在同一时间内大量形核的倾向，从而提高了锡青铜带坯整个横截面上出口温度的均匀性，温度偏差减少，拉铸开裂的趋势减少，从而进一步提升铸坯质量。除此之外，也会加速结晶器内熔体的传质过程，使凝固界面前沿的成分过冷增加，成分过冷的增加有利于等轴晶的形成和增加，锡青铜铸坯的晶粒组织也就得到相应的细化。与未施加电磁辅助铸造的铸坯普遍存在晶粒粗大的现象、组织为柱状晶粒，且在板坯中间出现较为明显的结合弱面，同时铸坯的致密度较低情况相比。本申请在铸造环节获得锡元素反偏析和枝晶偏析小、致密度高、晶粒组织细化的锡磷青铜铸坯，因此，通过电磁辅助铸造提供的高品质铸坯可为后续获得折弯性能优异的锡磷青铜合金带材奠定基础。
电磁水平连铸的基础上，通过预轧制的方式对电磁水平连铸后的铸坯施加一定的冷变形量，变形量控制在7～12％，通过这一步骤后再进行均匀化退火处理，在相同的均匀化退火温度下可极大地缩小锡青铜开始发生再结晶的时间，结合菲克扩散定律，从而可使得锡青铜的微观偏析消除的更彻底，锡元素均匀化退火时扩散得更加均匀，晶粒组织更加细化，在此基础上使得均匀化退火处理的时间缩短，极大地降低了能耗。可极大地较少后续成品带材中的微观偏析，从而有利于进一步提升带材的折弯性能。尤其在本申请的上述预变形的基础上，设置的上述均匀化退火温度能够使铸造时存在的微观偏析的元素充分的进行扩散，从而有助于消除微观偏析，并且在设置的保温时间内，能够确保微观偏析基本得到完全消除，同时又保证晶粒控制在一个合理的尺寸范围内，使这一阶段的晶粒尺寸控制在较小的范围内，又不会出现晶粒的异常长大，进而获得较为细小的晶粒组织，为后续获得细晶组织的锡磷青铜合金带材提供细小的原始晶粒组织。
以下将结合实施例，进一步说明本申请的有益效果。
选取22个实施例、2个对比例按照本发明制备方法制备锡磷青铜合金带材，具体成分见表1，制备工艺流程为：配料→水平连铸→预轧制→均匀化退火→铣面→冷轧开坯→第一次再结晶退火→中轧制→第二次再结晶退火→留底轧制→留底退火→成品轧制→去应力退火→清洗→成品矫直→剪切，具体工艺参数控制见表2。
对比例1和对比例2分别在实施例9的基础上进行试验，详见表1～表4。
表1
| 实施/对比例 | 锡磷青铜合金带材中Sn、P的含量 |
| 实施例1～4 | 4.0wt％的Sn、0.3wt％的P |
| 实施例5～8 | 6.5wt％的Sn、0.1wt％的P |
| 实施例9～12、实施例17～22、对比例1和2 | 8.0wt％的Sn、0.3wt％的P |
| 实施例13～16 | 10.0wt％的Sn、0.1wt％的P |
表2
性能测试方法：
抗拉强度：室温拉伸试验按照GB/T 228.1-2021金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法，在电子万能力学性能试验机上进行测试，采用标准哑铃形试样进行拉伸。
组织分析：晶粒组织测试，采用扫描电镜EBSD进行分析，将成品样品沿着轧制方向的截面组织(纵截面)放大5000倍进行观察。并通过OIM8.0分析软件对样品的平均晶粒度和标准偏差进行测试，用于评判样品的晶粒尺寸和晶粒均匀性分布的情况。同时也可以对锡磷青铜合金带材的织构组分、织构类型、大小角度晶界、CSL晶界进行分析。
折弯性能：折弯性能测试按照GB/T 232-010金属材料弯曲试验方法通过HSL-BT-90折弯试验机上进行90°折弯试验，样品宽度为10mm，长度为50mm。
将实施例1至22、对比例1、对比例2的锡磷青铜合金带材的具体物理参数和性能参数列于表3和表4。
表3
表4
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
与传统的锡磷青铜相比，本发明一方面通过将锡磷青铜合金带材的平均晶粒尺寸控制在2μm以下，且晶粒呈现均匀的正态分布，标准差达到0.9μm以下，实现晶粒组织的细小均匀、无微观偏析条纹，从而使得锡磷青铜合金带材能够充分发挥细晶强化的作用，进而能够得到高强度、硬度以及较为优异的韧性的锡磷青铜合金带材，另一方面本申请的锡磷青铜合金带材具有上述含量的大角度晶界和更高比例的总低ΣCSL晶界的占比，尤其是在BW方向上呈现出更为优异的折弯性能，在BW方向上较低的R/t值时仍未出现褶皱等缺陷，进而使得锡磷青铜合金带材能够兼顾抗拉强度和优异折弯性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)
1.一种锡磷青铜合金带材，其特征在于，以质量百分比计，所述锡磷青铜合金带材包括：4.0～10wt％的Sn、0.01～0.3wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质元素，所述锡磷青铜合金带材的平均晶粒尺寸小于2μm，晶粒呈现正态分布，标准差为0.9μm以下；所述锡磷青铜合金带材中的总低ΣCSL晶界在整个晶界中的占比为10～45％，所述锡磷青铜合金带材中的大角度晶界的长度分数为40～85％，小角度晶界的长度分数为15～60％。
2.根据权利要求1所述的锡磷青铜合金带材，其特征在于，所述大角度晶界的长度分数与所述小角度晶界的长度分数比例为1.38～5.67:1，优选为1.38～1.86：1、2.33～2.57:1、3.55～5.67:1中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的锡磷青铜合金带材，其特征在于，所述锡磷青铜合金带材中的织构组分包括：
面积分数为3～8％的高斯织构；
面积分数为1～3％的铜型织构；
面积分数为3～6％的黄铜型织构；
且所述织构组分呈现随机分布的态势。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的锡磷青铜合金带材，其特征在于，所述锡磷青铜合金带材的抗拉强度为610～1000MPa，优选所述锡磷青铜合金带材的屈服强度为580～980MPa，优选所述锡磷青铜合金带材的延伸率为10～35％，优选所述锡磷青铜合金带材的硬度为200～286HV。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的锡磷青铜合金带材，其特征在于，所述锡磷青铜合金带材在进行90°折弯时，GW方向的R/t值为0，BW方向的R/t值≤0.5。
6.一种权利要求1至5中任一项所述锡磷青铜合金带材的制备方法，其特征在于，所述锡磷青铜合金带材的制备工艺流程包括依次进行的配料步骤、水平连铸步骤、预轧制步骤、均匀化退火步骤、铣面步骤、冷轧开坯步骤、第一次再结晶退火步骤、中轧制步骤、第二次再结晶退火步骤、留底轧制步骤、留底退火步骤、成品轧制步骤、去应力退火步骤；其中，所述中轧制步骤中的变形量为50～70％，所述留底退火步骤中的温度为420～450℃。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述留底轧制步骤中的变形量为45～60％，优选所述留底退火步骤中的保温时间为1～3h，所述留底退火步骤后，优选所述带材的平均晶粒尺寸<2μm，优选所述带材的晶粒尺寸标准差<1.05μm，优选所述带材的总低ΣCSL晶界占比为65～75％；
所述成品轧制步骤中的变形量为25～50％，优选所述去应力退火步骤中的温度为260～320℃，优选所述去应力退火步骤中的保温时间为3～5h，优选在所述去应力退火步骤后进行清洗、成品矫直、剪切的步骤。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述第二次再结晶退火步骤中的温度控制在450～500℃，优选所述第二次再结晶退火步骤中的保温时间为3～5h，所述第二次再结晶退火步骤后，优选所述带材的平均晶粒尺寸<4μm，优选所述带材的晶粒尺寸标准差<1.9μm，优选所述带材的总低ΣCSL晶界占比≥65％。
9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述冷轧开坯步骤中的变形量为80～90％，优选所述第一次再结晶退火步骤中的温度为520～560℃，优选所述第一次再结晶退火步骤中的保温时间为3～6h。
10.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述水平连铸步骤中采用电磁水平连铸，优选所述电磁水平连铸的磁场频率为20～50Hz，优选所述预轧制步骤中的变形量为7～12％，优选所述均匀化退火步骤中的温度为650～690℃，优选所述均匀化退火步骤中的保温时间为4～8h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211103029.3A CN116121585A (zh) | 2022-09-09 | 2022-09-09 | 锡磷青铜合金带材及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211103029.3A CN116121585A (zh) | 2022-09-09 | 2022-09-09 | 锡磷青铜合金带材及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116121585A true CN116121585A (zh) | 2023-05-16 |
Family
ID=86301521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211103029.3A Pending CN116121585A (zh) | 2022-09-09 | 2022-09-09 | 锡磷青铜合金带材及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116121585A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116770124A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-09-19 | 中铝科学技术研究院有限公司 | 改性锡磷青铜合金及其制备方法 |
| CN116770123A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-09-19 | 中铝科学技术研究院有限公司 | 细晶锡磷青铜合金带材及其制备方法 |
-
2022
- 2022-09-09 CN CN202211103029.3A patent/CN116121585A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116770124A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-09-19 | 中铝科学技术研究院有限公司 | 改性锡磷青铜合金及其制备方法 |
| CN116770123A (zh) * | 2023-06-08 | 2023-09-19 | 中铝科学技术研究院有限公司 | 细晶锡磷青铜合金带材及其制备方法 |
| CN116770124B (zh) * | 2023-06-08 | 2024-05-14 | 中铝科学技术研究院有限公司 | 改性锡磷青铜合金及其制备方法 |
| CN116770123B (zh) * | 2023-06-08 | 2024-05-14 | 中铝科学技术研究院有限公司 | 细晶锡磷青铜合金带材及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN116121585A (zh) | 锡磷青铜合金带材及其制备方法 | |
| JP4885332B2 (ja) | 銅合金板材およびその製造方法 | |
| US11655524B2 (en) | Copper alloy with excellent comprehensive performance and application thereof | |
| WO2022062335A1 (zh) | 一种铜铬合金带材及其制备方法 | |
| JP5170916B2 (ja) | 銅合金板材及びその製造方法 | |
| KR101419149B1 (ko) | 구리합금판재 | |
| CN113106291B (zh) | 一种综合性能优异的锡磷青铜带材及其制备方法 | |
| CN110799658B (zh) | 铝合金箔以及铝合金箔的制造方法 | |
| KR20140025607A (ko) | 구리 합금 | |
| CN113106290B (zh) | 一种高性能锡磷青铜带材及其制备方法 | |
| JP5400877B2 (ja) | 銅合金板材およびその製造方法 | |
| JP5113318B2 (ja) | 成形加工用アルミニウム合金板およびその製造方法 | |
| WO2015182776A1 (ja) | 銅合金板材、銅合金板材からなるコネクタ、および銅合金板材の製造方法 | |
| CN110832091A (zh) | 铝合金箔以及铝合金箔的制造方法 | |
| JP7202121B2 (ja) | Ｃｕ－Ｎｉ－Ａｌ系銅合金板材およびその製造方法並びに導電ばね部材 | |
| KR20140004748A (ko) | 구리합금 판재 및 그의 제조방법 | |
| JP4012845B2 (ja) | 結晶粒を微細化した７０／３０黄銅とその製造方法 | |
| JP2008081767A (ja) | 電子部品用チタン銅 | |
| US11255000B2 (en) | Copper alloy and application thereof | |
| CN111378869B (zh) | 一种连接器用细晶强化黄铜带材及其加工方法 | |
| US20240035120A1 (en) | Copper alloy strip and its preparation method | |
| CN116287851B (zh) | 锡磷青铜带材、其制备方法及应用 | |
| JPWO2009098810A1 (ja) | 析出硬化型銅合金条の製造方法 | |
| CN110573635B (zh) | 铜合金板材及其制造方法 | |
| CN116770123B (zh) | 细晶锡磷青铜合金带材及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20231214 Address after: 100028 China Aluminum Science and Technology Research Institute, South District of Future Science City, Changping District, Beijing Applicant after: CHINALCO INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: CHINA COPPER INDUSTRY CO.,LTD. Applicant after: Kunming Metallurgical Research Institute Co.,Ltd. Address before: 2nd Floor, Building 10, China Aluminum Science and Technology Research Institute, South District, Future Science and Technology City, Beiqijia Town, Changping District, Beijing 102200 Applicant before: Kunming Metallurgical Research Institute Co.,Ltd. Beijing Branch |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |