铜及铜合金高精度板带材生产技术和发展

铜及铜合金高精度板带材生产技术和发展

摘要：铜及铜合金板带材是重要的铜加工产品，随着电子信息产业的高速发展，铜及铜合金板带材消费量呈逐年上升的趋势，是目前所有加工材中，最具活力的高技术、高附加值产品。本文就铜及铜合金板带材生产的工艺技术作简要介绍。

关键词：铜及铜合金、板带材、高精度、生产工艺

1前言

铜及铜合金板带材是重要的铜加工产品，占世界铜加工总量的35%。近十年来，世界经济蓬勃发展，特别是以中国为代表的新兴发展中国家，国民经济高速发展，带动了铜及铜合金板带材需求量。

铜及铜合金带材是铜加工材的重要品种，广泛应用于电子、电气、轻工、仪器仪表等各个领域，特别是随着电子信息产业的高速发展，铜及铜合金板带材消费量呈逐年上升的趋势，是目前所有加工材中，最具活力的高技术、高附加值产品。产品主要用于制造电连接器用接插件、集成电路引线框架、汽车水箱散热管片、汽车端子、同轴电缆、干式变压器和电子开关领域，形成了以纯铜、黄铜、引线框架用高铜合金、锡磷青铜、锌白铜为代表的高精板带材合金系列。

2铜及铜合金高精度板带材生产

2.1高精度板带材的特点

所谓高精度合金是指具有均匀物理性能的合金，其化学成分准确、合金不含夹杂、组织状态均匀和高的制作精度。其具有高质量、高精度和大卷重的特性。

随着生产技术的不断创新，设备不断更新，精密铜板带的生产技术达到很高的水平，为了提高生产效率和成材率，提高性能、公差的一致性，单位宽度重量已超过15kg/mm,卷重可达到20吨以上，轧制速度达1200m/min,厚度精度可控制在±0.003mm以内，表面质量和板形都达到很高的水平。

2.2生产工艺特点

高精度、大卷重、高质量铜及铜合金板带材的生产工艺主要有两种方法：一为热轧开坯生产工艺，二为水平连铸供坯冷轧生产工艺。前者采用大容量熔铸机组铸成大规格铸锭，经热轧开坯、双面铣削后再经冷轧、退火、精整等工序出成品；后者采用水平连铸直接从保温炉中引出厚度为15~18mm带坯，经在线或离线双面铣削后成卷，再经冷轧、退火、精整等工序出成品。水平连铸工艺是70年代国外开发的生产工艺，国内80年代中后期引进，经消化吸收和完善，现已基本国产化。

采用水平连铸供坯生产工艺目前已由在线铣发展成离线铣，与水平连铸在线铣工艺相比后者大大提高铸造的产能，避免铸造和铣面之间的相互制约，而影响铸坯的生产，大大提高了生产效率。这种生产工艺最适合生产如锡磷青铜、锌白铜等难以进行热轧开坯的铜合金材料的生产。该工艺可以满足高精度、大卷重的铜合金带材生产。

2.3高精密度铜合金带材的主要生产工艺

2.3.1熔炼和铸造

1）熔炼

金属熔炼主要是为铸造提供高质量的金属熔体，主要典型的熔炼技术有：坩埚炉及感应炉熔炼技术、反射炉熔炼技术、竖炉熔炼技术、真空炉熔炼技术、真空感应电炉熔炼技术等。

2）铸造

铸造是将金属液体铸成形状、尺寸、成分和质量符合要求的锭坯，铸造一般应满足下列要求。

（1）锭坯的形状和尺寸必须符合压力加工的要求。否则会增加工艺废品及边角废料。

（2）锭坯内外不应有气孔、缩孔、夹渣、裂纹及明显偏析等缺陷，表面光洁平整。

（3）锭坯的化学成分符合要求，结晶组织基本均匀，无明显的结晶弱面和粗大晶粒。

有色金属铸造技术在不断提高，新方法、新工艺不断涌现。按铸锭长度和生产方式，铸造方法可分为普通铸造和连续铸造两大类。前者简单灵活，多为一些小厂采用。后者铸锭质量好成品率及生产效率高，多为大型有色金属加工企业所采用。主要的铸造技术有：铁模铸造技术、立式连续及半连续铸造技术和卧式连续铸造技术。

铁模铸造技术

铁模铸造技术目前仍是小铜加工企业的主要生产方式，也是科学研究和实验室常用的锭坯制备手段。其铸造方式主要分为立模铸造技术、斜模铸造技术、平模铸造技术等。

立式连续及半连续铸造技术

半连续和连续铸造过程并无本质上的区别，差别仅在于前者只浇铸长度为3-8m的铸锭,后者原则上可浇铸任意长度的锭坯。半连续铸造的资本特征是：将金属熔体均匀地导入通水冷却的结晶器中，结晶器中的金属熔体受到结晶器壁和底座的冷却作用，迅速凝固结晶，形成一层较坚固的凝固壳。待结晶器中金属熔体的水平面达到一定高度时，铸锭机的牵引机构就带动底座和已凝固在底座上的凝固壳一起以一定速度连续、均匀的向下移动。当已凝固成铸坯部分脱离开结晶器时，立即受到来自结晶器下缘处的二次冷却水的直接冷却，定坯的凝固层也随之连续地向中心区域推进并完全凝固结晶。待铸锭长度达到规定尺寸后，停止铸造卸下铸锭，铸造机底座回到原先位置，即完成一个铸次。

水平连铸带坯

水平连续铸造带坯具有工艺流程短、节能、投资省、占地面积小等显著特点，技术发展较快，目前可生产12〜18x200〜1000mm的带坯。该法特别适用于不易热轧开坯的铜合金，如锡磷青铜、锌白铜、铅黄铜等。

带坯水平连铸机列由熔炼炉、带有石墨结晶器的保温炉、二次冷却装置、带坯牵引机构液压剪及卷取机等组成。

2.3.2坯料铣面

铜及铜合金坯料进行铣面，可除去表面氧化物、压痕、压入氧化物及表面裂纹等缺陷。铣面分单面铣和双面铣两种。单面铣是坯料通过铣床一次只能铣一个面，然后再铣另一个面的铣削过程。双面铣是坯料通过铣床一次先后铣削上、下两个表面的过程。在水平连续生产的铸坯的技术上，铸坯铣面分为在线双面铣和离线双面铣，且在线双面铣的工艺逐渐被离线双面铣或四面铣取代。

轧制是指轧件通过两个或两个以上旋转轧辊时产生压缩变形，其横断面面积减小与形状改

2.3.3轧制

变，而纵向长度增加的一种加工方法。

2.3.3.1热轧技术

热轧是利用加热炉将定坯加热到一定温度，充分利用金属及其合金在高温下具有良好的塑性和较低变形抗力，以增大道次的变形程度，减少轧制道次，来提高生产效率。在热轧前定坯的加热温度、加热时间的确定和加热炉内的气氛控制是十分重要。

热轧的温度是在铜及铜合金再结晶温度以上，一般热轧时温度较高，金属变形同时存在硬化和软化过程。热轧与冷轧相比较其特点是：（1）热轧能显著降低能耗，所以凡能热轧开坯的铜合金都应采用热轧；（2）改善金属及合金的工艺性能。因为热轧将铸造状态的粗大晶粒破碎，显微裂纹愈合，减少或消除铸造缺陷；（3）热轧可采用大铸锭、打压下量轧制。这不仅提高生产效率，而且为提高轧制速度，实现轧制过程连续化及自动化创造了条件。

随着科学技术的发展，热轧技术在控制上又有了新的发展。

1）为了提高热轧带坯的厚度公差，选用AGC厚控闭环控制系统，并以温度、辊缝及压力检测的数据通过计算机软件进行参数计算处理，已获得精确的厚度，使带坯纵向厚度控制在±1%以内。

2）为防止裂边，增强立辊功能，实现轧后宽度自动控制

3）采用张力卷取。随着卷径增大，利用张力卷取的方式避免了带坯层间的擦划伤。

4）为提高生产效率，减少轧制道次，提高终轧温度，采用加大主电机功率的措施，以及上下辊分别传动的方式，通过计算机解决上下辊速度同步的调节。

2.3.3.2冷轧技术

冷轧是指铜及其合金在再结晶温度以下的轧制过程。冷轧过程产生加工硬化，随着变形程度的增加，材料的强度和变形抗力不断增加，而塑性降低。冷轧特点是：冷轧产品有均匀的组织和性能，有较高强度，产品尺寸精度高，表面质量好；可通过变形程度和热处理的控制，获得各种性能和状态的产品。冷轧是获得并保证产品品质的关键工序。

根据冷轧的目的，可将冷轧分为开坯、粗轧、中轧和精轧四种类型。冷轧开坯是对于不适合热轧的合金，用冷轧的方法将带坯轧制到一定厚度的卷坯，使铸造组织变为加工组织的过程；把热轧后的卷坯，轧到一定厚度的过程叫粗轧；将粗轧后继续加工压薄的冷轧过程叫中轧，把最后轧制到成品的工序称为精轧。

冷轧在轧机型式上和控制技术的发展主要以下特点。

1）从轧机结构看，向多元化方向发展。初轧机仍以四辊可逆式轧机为主，从辊系来看不仅有二辊和四辊，也有选用六辊轧机做初轧机。中精轧机仍以单机架可逆式轧机为主，但辊系趋向多样化，如四辊、六辊、十二辊及二十辊轧机等。

2）厚控系统，主要选用AGC厚控闭环控制系统，一般采用出口厚度监控和入口侧来料厚度偏差前馈的闭环控制模式。在现代技术上又发展质量（体积）流的控制模式，该控制模式是根据带材轧制过程中体积秒流量向等的原理进行控制，是一种较为理想的控制模式。

3）板形控制，是目前铜板带生产中难度最大的课题，国外在精轧机上普遍实现板形检测及自动闭环控制。

2.3.4坯料与成品的热处理