CN1472352A - 一种薄带连铸结晶辊用低铍铜合金及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种薄带连铸结晶辊用低铍铜合金及其生产工艺，在低Be铜合金基础上加入Ni，Si、Zr、Re元素，发挥合金元素相互作用的优势，并通过将冶炼后的合金浇注成铸锭或铸坯，将铸坯进行热锻；将热锻后的铸锭进行固溶处理，铸坯在水中淬火；之后，还包括对铸坯进行冷变形；和保温、时效处理工艺步骤。得到高强度和高导热性的符合薄带连铸结晶辊用的低铍铜合金材质。

Description

一种薄带连铸结晶辊用低铍铜合金及其生产工艺
技术领域
本发明涉及一种低铍铜合金及其生产工艺，尤其涉及一种薄带连铸结晶辊用低铍铜合金及其生产工艺。
背景技术
薄带连铸就是钢水经过高速旋转的结晶辊，并在轧制力的作用下凝固成1-5mm铸带。钢水的过热和结晶潜热要经过水冷结晶辊将热量带走，并在结晶辊上凝固，两片凝固壳在“吻合点”处合并轧制力的作用下而形成铸带。结晶辊一面与钢水接触，；另一面是水冷面，同时经受轧制力的作用。这要求结晶辊材质具有：1)良好的导热性；2)高强度和高硬度；3)耐急热急冷性能；4)耐热交变的抗疲劳性能。
对于铜合金强度和导热、导电性间存在的矛盾。按照合金化理论，合金化程度越高，合金的强度就高，但导热和导电性差；反之，电导率升高，强度则降低。广泛应用到连铸结晶器的Cu-Ag合金和Cr-Zr-Cu等合金系列的强度HBS：120-135Mpa，远远不能满足薄带连铸结晶辊的强度要求。
铍青铜合金是时效强化效果非常显著，也最硬的铜合金，如QBe2、QBe1.9、QBe1.7等Be含量1.5-2.8％铜合金系列。该系列铜合金，具有高强度，HBS能达到350-400MPa，由于Be的原子半径远小于铜原子，因此加入较多的Be，减少了导热性和导电性。因此要加入少量的其它合金元素，通过合金元素间的相互作用，形成化合物、或固溶强化、细化晶粒强化、冷变形和时效强化等综合强化，减少Be用量的同时，提高强度和导电、导热性。
美国专利US6,083,328公开一种薄带连铸用结晶辊铜合金材质，其合金的成分范围为：Be含量0.1-0.45％、Ni或Co含量1-2.6％、同时加入0.05-0.25％的Zr，Ce，Cr，Ta，Ha等元素中的一种或几种，其合金的硬度＞HBS200，导电率＞60％IACS。由于需要加入Zr，Ce，Cr，Ta，Ha金属中一种或几种，使冶炼生产操作复杂，且金属收得率难以保证，而导致高成本。
发明内容
鉴于现有状况，本发明的目的在于提供一种薄带连铸结晶辊用低铍铜合金及其生产工艺。本发明是在低Be铜合金基础上加入Ni，Si、Zr、Re元素，发挥合金元素相互作用的优势，并通过合适的热处理工艺，得到高强度和高导热性及低成本的铜合金材质。
本发明的薄带连铸结晶辊用低铍铜合金的成分重量百分比为：
    Be：0.1～0.3％；
    Ni：1～2.5％；
    Si：0.05～0.3％；
    Zr：0.0 1～0.2％；
    复合Re＜0.05％；
    其余为：Cu
其中8∶1＜Ni/Si＜20∶1
本发明的薄带连铸结晶辊用低铍铜合金的成分最佳重量百分比为：
    Be：0.1-0.2％；
    Ni：1-2.5％；
    Si：0.05-0.3％；
    Zr：0.01-0.1％；
    复合Re＜0.05％；
    其余为：Cu
其中10∶1＜Ni/Si＜20∶1
本发明的薄带连铸结晶辊用低铍铜合金的生产工艺为：
将冶炼后的合金浇注成铸锭或铸坯，将铸坯进行热锻；将热锻后的铸锭进行固溶处理，铸坯在水中淬火；之后，对铸坯进行冷变形；并保温、时效处理。
将冶炼后的合金浇注成铸锭或铸坯，将铸坯进行热锻；将热锻后的铸锭进行固溶处理，铸坯在水中淬火；之后，保温、时效处理；并对铸坯进行冷变形。
将冶炼后的合金浇注成铸锭或铸坯，将铸坯900-600℃温度区间热锻，热锻压下率＞40％；将热锻后的铸锭在900-1080℃固溶处理，处理时间为5-10h；将铸坯在水中淬火；之后，对铸坯进行25-35％冷变形；并在400-550℃温度下保温8-30h，进行时效处理。
将冶炼后的合金浇注成铸锭或铸坯，将铸坯900-600℃温度区间热锻，热锻压下率＞40％；将热锻后的铸锭在900-1080℃固溶处理，处理时间为5-10h；将铸坯在水中淬火；之后，在400-550℃温度下保温8-30h，进行时效处理；对铸坯进行25-35％冷变形。
本发明是在低Be铜合金基础上加入Ni，Si、Zr、Re元素发挥合金元素相互作用的优势，并通过合适的热处理工艺，得到高强度和高导热性的铜合金材质。既利用Be元素很强的固溶强化作用，同时加入Ni抑制晶界反应，减缓时效过程，进一步强化；加入Si使得合金中时效析出物具有δ-Ni2Si相似的晶体结构，起强化作用。同时必须控制合适的Ni/Si比，当Si多时，多余强化元素将以固溶原子形式存在。固溶态Si元素对铜合金的导电、导热性损害极大，而固溶态Ni对铜合金的导电、导热性损害较小。Zr也是实效强化很明显的元素，可以增加合金的塑性。加入Re起到细化晶粒作用。
本发明通过合理的热处理工艺和合适的Ni/Si比，能够得到高导电性、导热性和高强度和高软化温度的薄带连铸结晶辊用低铍铜合金产品。同时本发明的生产工艺具有良好的稳定性低成本的优点。
产品的性能达到：HBS＞200；软化温度＞600℃；导电率IACS％：55-70％。
具体实施方式
实施例
生产工艺(1)
将冶炼后的铜合金浇注成铸锭或铸坯，将铸坯900～600℃温度区间热锻(轧)，热锻(轧)压下率＞40％；将热锻后的铸锭(坯)在900～1080℃固溶处理，处理时间为5～10h；将铸锭(坯)在水中淬火；将铸坯或铸锭加热到400～550℃，保温8～30h，进行时效处理；对铸锭(坯)进行25～35％冷变形；
生产工艺(2)
将冶炼后的铜合金浇注成铸锭或铸坯，将铸坯900～600℃温度区间热锻(轧)，热锻(轧)压下率＞40％；将热锻后的铸锭(坯)在900～1080℃固溶处理，处理时间为5～10h；将铸坯在水中淬火；对铸坯进行25～35％冷变形；然后将铸坯或铸锭加热到400～550℃，保温8～30h，进行时效处理；
分别按下述表1中的各合金成分生产本发明的薄带连铸结晶辊用低铍铜合金，方法如上所述的生产工艺(1)或生产工艺(2)
                                                        表1
序号 Be Ni Si Zr Re Cu   生产工艺 硬度HBS  导电率ACS％   软化温度℃
  实施例1     0.1   1.6   0.2   0.1   ＜0.05   余量   (1) 203  66   680
  实施例2     0.1   2   0.1   0.2   ＜0.05   余量   (1) 213  59   680
  实施例3     0.17   2.1   0.2   0.15   ＜0.05   余量   (2) 245  65.6   650
  实施例4     0.17   2.1   0.15   0.14   ＜0.05   余量   (2) 251  60   600
  实施例5     0.28   2.56   0.18   0.12   ＜0.05   余量   (1) 258  55   600
  实施例6     0.22   2.45   0.25   0.1   ＜0.05   余量   (1) 241  55.6   600
  对比例US6,083,328(N)     0.32   2.07   0   0.18   0   余量 220  62
由表1可知，本发明的工艺方法生产的低铍铜合金完全符合薄带连铸结晶辊用合金要求。

Claims (6)

1、一种薄带连铸结晶辊用低铍铜合金，其特征在于，其成分重量百分比为：
    Be：0.1～0.3％；
    Ni：1～2.5％；
    Si：0.05～0.3％；
    Zr：0.01～0.2％；
    复合Re＜0.05％；
    其余为：Cu
其中8∶1＜Ni/Si＜20∶1
2、一种薄带连铸结晶辊用低铍铜合金，其特征在于，其成分最佳重量百分比为：
    Be：0.1-0.2％；
    Ni：1-2.5％；
    Si：0.05-0.3％；
    Zr：0.01-0.1％；
    复合Re＜0.05％；
    其余为：Cu
其中10∶1＜Ni/Si＜20∶1
3、一种薄带连铸结晶辊用低铍铜合金的生产工艺，其特征在于，将冶炼后的合金浇注成铸锭或铸坯，将铸坯进行热锻；将热锻后的铸锭进行固溶处理，铸坯在水中淬火；之后，对铸坯进行冷变形；并保温、时效处理。
4、一种薄带连铸结晶辊用低铍铜合金的生产工艺，其特征在于，将冶炼后的合金浇注成铸锭或铸坯，将铸坯进行热锻；将热锻后的铸锭进行固溶处理，铸坯在水中淬火；之后，保温、时效处理；并对铸坯进行冷变形。
5、如权利要求3或4所述的一种薄带连铸结晶辊用低铍铜合金的生产工艺，其特征在于，将冶炼后的合金浇注成铸锭或铸坯，将铸坯900-600℃温度区间热锻，热锻压下率＞40％；将热锻后的铸锭在900-1080℃固溶处理，处理时间为5-10h；将铸坯在水中淬火；之后，对铸坯进行25-35％冷变形；并在400-550℃温度下保温8-30h，进行时效处理。
6、如权利要求3或4所述的一种薄带连铸结晶辊用低铍铜合金的生产工艺，其特征在于，将冶炼后的合金浇注成铸锭或铸坯，将铸坯900-600℃温度区间热锻，热锻压下率＞40％；将热锻后的铸锭在900-1080℃固溶处理，处理时间为5-10h；将铸坯在水中淬火；之后，在400-550℃温度下保温8-30h，进行时效处理；对铸坯进行25-35％冷变形。
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