现代锡磷青铜带材生产工艺与技术_龚寿鹏

合金牌号 铸坯规格/ mm
C5191 C5210
16 @ 440
表 1 水平连铸锡磷青铜带坯主要工艺参数
铸造温度/ e
引拉长度/ mm
停秒
反推/ mm
1150~ 1180
12~ 15
2~ 3
11 0~ 115
铸速/ mm#min- 1 170~ 220
8
上海有色金属
第 27 卷
图 1 过深液穴导致冷开坯 带坯表面裂纹
第27卷 第 3 期 2 006 年 9月
上海 有色 金 属
SHANGHAI NONFERROUS METALS
文章编号: 1005- 2046 ( 2006) 03- 0006- 07
Vol127 No1 3 Sept. 2 0 0 6
现代锡磷青铜带材生产工艺与技术
龚寿鹏
( 安徽鑫科新材料股份有限公司, 安徽 芜湖 241009)
中图分类号: TG14611+ 1
文献标识码: A
Modern Process and Technology for Producing Phosphor Bronze Strip
GONG Shou- peng
( Anhui Xinke New Material Co . , Ltd. , Wuhu 241009 , China)
表 2 为某厂水平连铸 C5191 合金取自相邻的 两块带坯均匀化退火前后, 沿铸坯厚度方向自上 而下直读光谱分析的数据。
由于水平连铸是采用拉- 停- 反推节奏式的生 产, 这三段的成分还是有微小的区别的。尽管取 自相邻的两块铸坯以及直读光谱分析时又不可能
取在同一点上, 由此而带来实际分析结果的波
图 2 C5191 合金铸坯铸态显微组织
6130
1515
71 80 01 221
6158
01169 01187 01194 01194 01195 01195 01191 01193 01200 01192 01189 01183
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龚寿鹏: 现代锡磷青铜带材生产工艺与技术
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动, 造成有的点并不遵循从外到内递减的规律。 但从均匀化前后的对比可以看到, 经均匀化退火 后, 铸坯的浅表层锡的偏析明显改善, 而深层的 改善不大。
表 3 锡磷青铜带材不同退火的工艺制度
均匀化退火
中间退火
预成品退火
低温处理退火
带厚/ mm 温度/ e 保温时间/ h 带厚/ mm 温度/ e 保温时间/ h 带厚/ mm 温度/ e 走带速度/m#min- 1 带厚/ mm 温度/ e 保温时间/ h
11~ 15 650~ 690
由水平连铸制取的锡磷青铜铸坯, 虽偏析程 度已大为改善, 其显微组织仍呈明显的枝晶组织 ( 见图 2) 。这种树枝状的晶体结构, 只有进行均 匀化退火、冷轧及重复地退火才能形成均匀和再
结晶组织结构。均匀化退火的目的在于消除铸坯 在化学组成和组织上的不均匀性, 提高其塑性。 图 3 为经均匀化退火后铸坯的显微组织。
对于有芯感应电炉之炉体耐火炉衬, 酸性、 碱性和中性耐火材料都可以做为炉底石材料。对 熔铸锡磷青铜而言, 由于合金成分中的磷在高温 下会与酸性耐火 材料中的主要成分 SiO2 发生反 应, 生成磷酸硅侵蚀炉衬, 并以结瘤的形式, 附 着于炉沟, 从而造成熔沟的堵塞, 因而, 不宜选 用。通常以中性, 即以 A l2 O3 为主要成分的高铝 质耐火材料作为熔铸锡磷青铜的炉体耐火材料。 近年来, 以高铝质浇注料筑炉技术得到了很大的 发展, 用它构造的炉衬整体性强, 可大幅度提高 炉衬寿命。一般情况下, 熔铸锡磷青铜的炉衬使 用期在 1 年~ 2 年。
212 退火 用水平连铸带坯和冷轧的生产方式生产锡磷
青铜带材的生产工艺中, 退火是一个极为重要的 工序。按其作 用和功能不同而 分为均匀 化、中
间、预成品以及成品低温退火处理。同样, 由此 而选择不同类型的炉型。 21211 均匀化退火 ( 扩散退火)
通常选用钟罩式光亮退火炉, 对连铸后锡磷 青铜带坯进行均匀化退火和成品低温退火处理; 也可以用来进行中间退火和预成品的退火。这种 热处理设备, 由于密封性能好, 借助于高质量的 保护性气体 ( 氮、氢混合气或纯氢气) 及炉底的 强对流气体循环风机, 不仅保证了整炉炉料的均 匀化热处理, 同时可使带材表面始终保持极好的 光亮度, 为以后的进一步冷轧的厚度公差精度和 高表面质量提供了保证。
图 3 C5191 合金铸态 680 e / 6h 均匀化后的显微组织
表 2 带坯均匀化退火前后光谱分析数据
均匀化退火前/ % 均匀化退火后/ %, 680e / 6h
距上表面/ mm
Sn
P
Sn
P
0
91 27 01 221
7185
11 0
61 11 01 173
6128
21 5
61 20 01 194
2 生产工艺技术
高精度大卷重锡磷青铜带材的生产, 通常采 用水平连续铸造制备厚度为 13mm~ 18mm 的大卷 重带坯, 经均匀化退火后铣面, 再用大加工率冷 轧开坯, 而后进行冷轧和退火。为消除内应力, 提高性能和板型平直度, 还必须进行低温处理和 拉伸 弯曲 矫 直。 主要 工 艺 流程 为: 配料- 熔 炼 ( 成分分析调整)- 水平连铸- 均匀化退火- 铣面- 冷 粗轧- 中间退火- 中轧- 裁边- 中间退火- 表面清洗- 预 精轧- 预成品退火- 表面清洗- 精轧- 低温处理- 表面 清洗- 拉伸弯曲矫直- 检验- 分切- 包装入库。
化物杂质对熔体的威胁也日渐严重。因此, 严把 原料关, 对铜废料, 特别是市场上回收的角料进 行精心挑选, 防止含 Be、Pb、Al、Si 和 Fe 等有 害元素及易切削铜合金的废料混入是熔体质量控 制的前提。众所周知, 锡磷青铜是一种典型的产 生反向偏析的合金, 这些杂质元素的混入加剧了 偏析的产生。
摘 要: 锡磷青铜带是当前应用最广泛的铜合金弹性材料。电子、通讯和汽车行业的高速发
展, 接插件、连接器用的锡磷青铜带材需用量剧增, 质量上要求高精度、高表面、优良的板
型和严格的性能值。该文就现代锡磷青铜带材生产的熔炼与铸造、退火、轧制、清洗、矫
平、剪切等工艺与技术作一介绍。
关键词: 锡磷青铜带; 熔炼; 铸造; 退火; 轧制; 清洗; 矫平; 剪切
1前言
在铜中添加锡, 以磷作脱氧剂而组成的三元 合金锡磷青铜具 有高的强度, 优良的弹 性, 耐 蚀、耐磨、抗磁、易钎焊、电镀以及良好的加工 性能, 是目前应用最广泛的铜合金弹性材料。在 电子、通讯、电气设备中被用 于制作各 种接插
件、连接器、继电器、接触器、端子、触头、膜 片和弹簧等元器件。
随着电子、通讯及汽车行业的高速发展, 接 插件、连接器用锡磷青铜带材的需用量剧增, 质 量要求也不断提高。国内铜板带材企业, 纷纷瞄 准这一品种进行技术改造和产品开发。采用水平 连铸带坯冷轧和光亮退火方式生产大卷重、高精
均匀化退 火的时间取决于 枝晶的形 状和间 距, 也就是说, 与其铸造工艺和冷却方式有关。 通常, 枝晶越小, 枝晶间距越短, 均匀化所需的 时间就可以缩短。 21212 中间退火和预成品退火
中间退火和预成品退火的目的相同, 都是为
了消除合金的加工硬化, 恢复合金的塑性变形能 力, 故可以采用同一种退火工艺制度。但由于锡 磷青铜是一种典型的加工硬化型合金, 材料本身 的晶粒度大小及其均匀度对产品的性能有着颇大 的影响。因此, 对后一种退 火的要求要 更严格 些, 必须准确控制退火温度、加热时间和退火前 的冷变形程度 ( 见表 3) 。
收稿日期: 2006-03-27 作者简介: 龚寿鹏 ( 1940~ ) , 男, 高级工程师, 主要从事高精度铜带项目的建设和生产。
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度锡磷青铜带材已成为我国锡磷青铜带材的主导 生产工艺。技术装备水平也有大幅度提升, 基本 实现了国产化。产品质量有了显著提高, 品种也 由单一 的 QSn615- 011 ( C5191) 发展到低 锡磷青 铜 QSn4- 013 ( C5111 ) 和 高 锡 磷 青 铜 QSn8- 013 ( C5210) 等多个牌号。然而, 就产品质量而言, 与先进 工业国的同类 产品相比, 仍 存在较大差 距。主要表现在: 表面质量上, 粗糙度大, 光泽 差, 表面缺陷较多; 公差精度上, 波动较大, 尤 其是同一批带材的厚度公差精度一致性差; 材料 弯曲性能不好, 横向弯曲裂纹时有发生。因此, 在增加产量的同时, 进一步提升锡磷青铜带材的 生产工艺技术, 提高产品质量已迫在眉睫。
水平连铸锡磷青铜带坯的主要工艺参数见表 1。 211 熔炼与铸造
锡磷青铜对吸气比较敏感, 因此在熔炼炉和 铸造用保温炉 炉型选用上通常 采用有芯 ( 熔沟 式) 感应电炉。为便于合金成分的控制和调整, 将熔炼炉和铸造用保温炉分作两台炉子, 熔炼时 要严格防止杂质的混入和避免不必要的高温带来 合金成分的损耗, 应尽量采用快速熔化技术, 并 注意对熔体进行保护, 加强覆盖。由于使用的金 属材料品位越来越降低, 气体和金属、非金属氧
水平连铸 使用石墨结晶 器代替金属 结晶器 后, 合金的凝固速度减慢, 锡磷青铜反向偏析程 度大为改善, 其偏析度不仅与结晶器的形式和构 造有关, 同时也与铸造工艺及控制有关。在水平 连铸锡磷青铜带坯中, 由于铸坯上下两面的冷却 条件不同, 一般情况下, 铸坯上表面的偏析比下 表面大。偏析与疏松是共生的, 偏析越大, 铸坯 的疏松度也越大, 铸坯质量恶化。因此, 为提高 铸坯质量, 一个重要的任务就是要尽最大努力减 少偏析。根据反偏析形成机理, 在工艺控制中就 是要尽量使铸坯的大面 ( 上下表面) 和小面 ( 边 部) 的冷却强度趋于均匀一致。表现在铸坯表面 上所显现的结晶线要尽量使之平直。实践证明, 过深的液穴 ( 结晶线呈明显的月牙形) 是产生严 重偏析和由此而引起的裂纹、断晶的诱发区。图 1 为过深的液穴引起铸坯中间偏析、疏松严重而 导致开坯时出现表面裂纹。
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41 0
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Abstract: Phosphor bronze strip is the most widely used duct ile material of copper alloys at present . With the rapid development of electronic, communication and automot ive industries, the market demand of phosphor bronze strip used for plugs and connectors is increasing rapidly. At the same time, the requirements on its qualit ies, including colse tolerances, good surface, excellent shape and strict pro perty figures are raised. This paper introduces the modern process and technology for producing phosphor bronze strip with special references given to the technological steps of melting, casting, annealing, rol-l ing, cleaning, tension leveling and slitting. Key words: phosphor bronze strip; melting; cast ing; annealing; rolling; cleaning; tension leve-l ing; slitt ing