一种高性能铜合金带材及其制备方法与流程

0.02％-0.1％、mg 0.05％-0.2％、fe 0.05％-0.2％、p 0.02％-0.06％、ti 0.02％-0.1％、余量为cu及不可避免的杂质元素。优选的，铜合金带材的组分及其质量百分含量为：cr 0.3％-0.6％、zr 0.04％-0.08％、mg 0.08％-0.15％、fe 0.08％-0.15％、p 0.02％-0.06％、ti 0.02％-0.06％、余量为cu及不可避免的杂质元素。铜合金带材的组分还包括m，m的质量百分含量小于0.5％；其中，m为la、ce、sn、zn、ni、si中的一种或几种，la的质量百分含量为0.02％-0.04％、ce的质量百分含量为0.02％-0.04％、sn的质量百分含量为0.02％-0.2％、zn的质量百分含量为0.02％-0.2％、ni的质量百分含量为0.02％-0.2％、si的质量百分含量为0.02％-0.2％。铜合金带材的抗拉强度达到595mpa-640 mpa、延伸率达到2％-5％、电导率达到80％-85％iacs、软化温度达到550℃-565℃。
32.参见图1，本发明的高性能铜合金带材的制备方法，包括以下步骤：
33.(1)备料：铜合金带材的组分中的cr、zr、mg、fe、p、ti分别采用cu-cr、cu-zr、cu-mg、cu-fe、cu-p、cu-ti中间合金形式添加，添加前需进行干燥和去除异物处理。按照铜合金带材的组分及其质量百分含量准备原料cu、cu-cr、cu-zr、cu-mg、cu-fe、cu-p、cu-ti、m，m为la、ce、sn、zn、ni、si中的一种或几种，将原料进行干燥和去除异物处理；原料cu为工业纯铜。
34.(2)熔炼：将原料cu装入感应熔炼装置进行熔化后，再添加步骤(1)中的其他原料，得到铜合金熔体。熔炼装置为非真空感应熔炼装置。
35.铜合金熔体的制备过程包括两次熔体处理、两次合金化，具体步骤如下：将原料cu装入感应熔炼装置进行熔化后依次进行第一次熔体处理、脱氧除杂，得到除杂后的铜熔体；将cr、fe等非易损耗难熔金属元素通过原料cu-cr、cu-fe形式加入到除杂后的铜熔体中再进行第一次合金化，得到添加cr、fe的中间熔体；根据实际设备情况确定是否需要转炉，转炉方式一般有潜液转流和常规倾倒式转炉；转入保温炉后进行第二次熔体处理，通过添加mg、p等元素进一步降低熔体中的氧含量：当需要添加原料m时，将原料m、cu-mg、cu-p加入到添加cr、fe的中间熔体中进行第二次熔体处理，得到添加cr、fe、mg、p的中间熔体；最后进行易氧化损耗zr、ti元素的合金化：将原料cu-zr、cu-ti加入到添加cr、fe、mg、p的中间熔体中进行第二次合金化，得到铜合金熔体。添加原料m时，la、ce分别采用cu-la、cu-ce中间合金形式添加，sn、zn、ni、si采用纯金属形式添加。
36.将原料cu装入感应熔炼装置进行熔化后依次进行第一次熔体处理、脱氧除杂时，采用木炭、鳞片石墨、惰性气体中的一种或两种组合进行脱氧除杂，除杂后的铜熔体中氧含量降低至50ppm以下；通过添加mg、p、稀土(la、ce)等元素进一步降低熔体中的氧含量，将添加cr、fe、mg、p的中间熔体中氧含量降低至30ppm以下。
37.(3)铸造：将铜合金熔体进行铸造，获得铜合金铸坯；铸造温度为1150℃-1280℃。
38.(4)热轧：将铜合金铸坯进行加热热轧和在线淬火，得到铜合金热轧带坯；加热热轧的温度为900℃-960℃、保温时间为2h-5h，在线淬火的温度为700℃-800℃。
39.(5)冷轧：将铜合金热轧带坯进行铣面和冷轧，得到铜合金冷轧带坯；冷轧总变形量≥85％。
40.(6)固溶：将铜合金冷轧带坯进行在线固溶淬火处理，得到铜合金固溶带坯；在线固溶淬火处理的温度为800℃-980℃、时间为1min-5min；铜合金固溶带坯在轧向、横向和轧面法向三个方向上的平均晶粒尺寸≤10μm，并且轧向、横向和轧面法向三个维度晶粒尺寸
最大偏差≤50％。
41.(7)形变-热处理：将铜合金固溶带坯进行冷轧、时效处理，得到满足成品性能和厚度规格要求的铜合金带坯；冷轧、时效处理的具体步骤为：将铜合金固溶带坯进行一次冷轧，得到一次冷轧后的带坯，一次冷轧的变形量为50％-80％；将一次冷轧后的带坯进行一级时效处理，得到一级时效处理后的带材，一级时效处理的温度为400℃-550℃、时间为2h-8h；将一级时效处理后的带材依次进行二次冷轧、二级时效处理、三次冷轧，得到铜合金带坯，二次冷轧的变形量为30％-70％，三次冷轧的变形量为20％-60％，二级时效处理的温度为400℃-480℃、时间为2h-4h。
42.(8)去应力处理：去应力处理包含低温张力退火和拉弯矫直处理。将铜合金带坯进行张力退火和拉弯矫直处理，获得铜合金带材成品。将铜合金带坯进行张力退火的工艺条件为：将铜合金带坯在300℃-450℃下进行30-200秒的低温张力退火。
43.以下结合实施例对本发明具体实施方式进行详细的说明。
44.实施例1
45.(1)备料：根据铜合金带材的成分要求准备原料，采用的主原料为工业纯铜以及中间合金cu-10wt％cr、cu-15wt％zr、cu-10wt％mg、cu-10wt％fe、cu-15wt％ti和cu-14wt％p；采用的其他原料为cu-10wt％la和纯金属sn；并对所有原料进行相应的干燥和去除异物处理。
46.实施例1的铜合金带材的成分及其含量见表1。
47.(2)熔炼：将原料工业纯铜装入感应熔炼炉进行熔化，对熔体进行两步熔体处理，具体步骤为：将铜熔化后进行第一次熔体处理，采用木炭覆盖和熔体中通入惰性气体两种组合方式脱氧除气，将氧含量降低至47ppm；再进行第一次合金化，添加cu-10wt％cr、cu-10wt％fe和金属sn等非易损耗金属元素；将熔体潜液转炉至保温炉，进行第二次熔体处理，通过添加cu-10wt％mg、cu-14wt％p和cu-10wt％la进一步降低熔体中的氧含量至28ppm；最后进行第二次合金化，分散添加cu-15wt％zr和cu-15wt％ti，调整成分得到所需的铜合金熔体。
48.(3)铸造：对步骤(2)所得铜合金熔体进行铸造，铸造温度为1170℃，获得210
×
620mm规格的铜合金铸坯。
49.(4)热轧：对步骤(3)所得铜合金铸坯进行热轧和在线淬火，其中，热轧加热温度为900℃、保温时间为2h，在线淬火温度为705℃，获得厚度为15mm的铜合金热轧带坯。
50.(5)冷轧：对步骤(4)所得铜合金热轧带坯进行铣面和冷轧，冷轧总变形量为88％，获得厚度为1.7mm的铜合金冷轧带坯。
51.(6)固溶：对步骤(5)所得铜合金冷轧带坯，在800℃的加热温度下进行5分钟的在线固溶淬火处理，固溶处理后带坯在rd、td和nd三个方向上的平均晶粒尺寸分别为6.6μm、7.8μm和9.6μm，且三个维度晶粒尺寸最大偏差为45％。
52.(7)形变-热处理：对步骤(6)所得铜合金固溶带坯进行一次冷轧，冷轧变形量为80％，一次冷轧后的带坯进行一级时效处理，温度为400℃、时间为8h；将一级时效处理后的带材进行二次冷轧，变形量为30％，然后进行二级时效处理，温度为400℃、时间为2h；二级时效后的带坯进行三次冷轧，变形量为50％，获得厚度为0.127mm的铜合金带坯。
53.(8)去应力处理：对步骤(7)所得铜合金带坯进行低温张力退火和拉弯矫直等处
理，将铜合金带坯在300℃的加热温度下进行180秒的低温张力退火，退火后的带材进行拉弯矫直，得到高性能铜合金带材成品。实施例1采用的主要制备工艺参数件表2，实施例1得到的高性能铜合金带材成品的性能见表3。
54.实施例2
55.(1)备料：根据铜合金带材的成分要求准备原料，采用的主原料为工业纯铜以及中间合金cu-10wt％cr、cu-15wt％zr、cu-10wt％mg、cu-10wt％fe、cu-15wt％ti和cu-14wt％p；采用的其他原料为cu-10wt％ce和纯金属si；并对所有原料进行相应的干燥和去除异物处理。实施例2的铜合金带材的成分及其含量见表1。
56.(2)熔炼：将原料工业纯铜装入感应熔炼炉进行熔化，对熔体进行两步熔体处理，具体步骤为：将铜熔化后进行第一次熔体处理，采用鳞片石墨覆盖和熔体中通入惰性气体两种方式组合脱氧除气，将氧含量降低至40ppm；再进行第一次合金化1，添加cu-10wt％cr、cu-10wt％fe和金属si等非易损耗难熔金属元素；将熔体倾翻转炉至保温炉，进行第二次熔体处理，通过添加cu-10wt％mg、cu-14wt％p和cu-10wt％ce进一步降低熔体中的氧含量至22ppm；最后进行第二次合金化，分散添加cu-15wt％zr和cu-15wt％ti，调整成分得到所需的铜合金熔体。
57.(3)铸造：对步骤(2)所得铜合金熔体进行铸造，铸造温度为1210℃，获得210
×
620mm规格的铜合金铸坯。
58.(4)热轧：对步骤(3)所得铜合金铸坯进行热轧和在线淬火，其中，热轧加热温度为920℃、保温时间为3h，在线淬火温度为708℃，获得厚度为15mm的铜合金热轧带坯。
59.(5)冷轧：对步骤(4)所得铜合金热轧带坯进行铣面和冷轧，冷轧总变形量为90％，获得厚度为1.4mm的铜合金冷轧带坯。
60.(6)固溶：对步骤(5)所得铜合金冷轧带坯，在850℃的加热温度下进行4分钟的在线固溶淬火处理，固溶处理后带坯在rd、td和nd三个方向上的平均晶粒尺寸分别为6.7μm、7.5μm和8.9μm，且三个维度晶粒尺寸最大偏差为33％。
61.(7)形变-热处理：对步骤(6)所得铜合金固溶带坯进行一次冷轧，冷轧变形量为70％，一次冷轧后的带坯进行一级时效处理，温度为450℃、时间为6h；将一级时效处理后的带材进行二次冷轧，变形量为50％，然后进行二级时效处理，温度为420℃、时间为4h；二级时效后的带坯进行三次冷轧，变形量为37％，获得厚度为0.127mm的铜合金带坯。
62.(8)去应力处理：对步骤(7)所得铜合金带坯进行低温张力退火和拉弯矫直等处理，将铜合金带坯在350℃的加热温度下进行120秒的低温张力退火，退火后的带材进行拉弯矫直，得到高性能铜合金带材成品。实施例2采用的主要制备工艺参数件表2，实施例2得到的高性能铜合金带材成品的性能见表3。
63.实施例3
64.(1)备料：根据铜合金带材的成分要求准备原料，采用的主原料为工业纯铜以及中间合金cu-10wt％cr、cu-15wt％zr、cu-10wt％mg、cu-10wt％fe、cu-15wt％ti和cu-14wt％p；采用的其他原料为纯金属ni和si；并对所有原料进行相应的干燥和去除异物处理。实施例3的铜合金带材的成分及其含量见表1。
65.(2)熔炼：将原料工业纯铜装入感应熔炼炉进行熔化，对熔体进行两步熔体处理，具体步骤为：将铜熔化后进行第一次熔体处理，采用木炭覆盖和熔体中通入惰性气体两种
组合方式脱氧除气，将氧含量降低至35ppm；再进行第一次合金化，添加cu-10wt％cr、cu-10wt％fe和金属ni、si等非易损耗难熔金属元素；将熔体潜液转炉至保温炉，进行第二次熔体处理，通过添加cu-10wt％mg和cu-14wt％p进一步降低熔体中的氧含量至18ppm；最后进行第二次合金化，分散添加cu-15wt％zr和cu-15wt％ti，调整成分得到所需的铜合金熔体。
66.(3)铸造：对步骤(2)所得铜合金熔体进行铸造，铸造温度为1230℃，获得210
×
620mm规格的铜合金铸坯。
67.(4)热轧：对步骤(3)所得铜合金铸坯进行热轧和在线淬火，其中，热轧加热温度为930℃、保温时间4h，在线淬火温度为712℃，获得厚度为15mm的铜合金热轧带坯。
68.(5)冷轧：对步骤(4)所得铜合金热轧带坯进行铣面和冷轧，冷轧总变形量为92％，获得厚度为1.1mm的铜合金冷轧带坯。
69.(6)固溶：对步骤(5)所得铜合金冷轧带坯，在900℃的加热温度下进行3分钟的在线固溶淬火处理，固溶处理后带坯在rd、td和nd三个方向上的平均晶粒尺寸分别为5.8μm、6.6μm和7.8μm，且三个维度晶粒尺寸最大偏差为34％。
70.(7)形变-热处理：对步骤(6)所得铜合金固溶带坯进行一次冷轧，冷轧变形量为60％，一次冷轧后的带坯进行一级时效处理，温度为480℃、时间为5h；将一级时效处理后的带材进行二次冷轧，变形量为40％，然后进行二级时效处理，温度为450℃、时间为3h；二级时效后的带坯进行三次冷轧，变形量为50％，获得厚度为0.127mm的铜合金带坯。
71.(8)去应力处理：对步骤(7)所得铜合金带坯进行低温张力退火和拉弯矫直等处理，将铜合金带坯在400℃的加热温度下进行80秒的低温张力退火，退火后的带材进行拉弯矫直，得到高性能铜合金带材成品。实施例3采用的主要制备工艺参数件表2，实施例3得到的高性能铜合金带材成品的性能见表3。
72.实施例4
73.(1)备料：根据铜合金带材的成分要求准备原料，采用的主原料为工业纯铜以及中间合金cu-10wt％cr、cu-15wt％zr、cu-10wt％mg、cu-10wt％fe、cu-15wt％ti和cu-14wt％p；采用其他原料为纯金属zn；并对所有原料进行相应的干燥和去除异物处理。实施例4的铜合金带材的成分及其含量见表1。
74.(2)熔炼：将原料工业纯铜装入感应熔炼炉进行熔化，对熔体进行两步熔体处理，具体步骤为：将铜熔化后进行第一次熔体处理，采用鳞片石墨覆盖和熔体中通入惰性气体两种组合方式脱氧除气，将氧含量降低至38ppm；再进行第一次合金化，添加cu-10wt％cr和cu-10wt％fe等非易损耗难熔金属元素；将熔体潜液转炉至保温炉，进行第二次熔体处理，通过添加cu-10wt％mg、cu-14wt％p和纯金属zn进一步降低熔体中的氧含量至19ppm；最后进行第二次合金化，分散添加cu-15wt％zr和cu-15wt％ti，调整成分得到所需的铜合金熔体。
75.(3)铸造：对步骤(2)所得铜合金熔体进行铸造，铸造温度为1250℃，获得210
×
620mm规格的铜合金铸坯。
76.(4)热轧：对步骤(3)所得铜合金铸坯进行热轧和在线淬火，其中，热轧加热温度为940℃、保温时间为4h，在线淬火温度为718℃，获得厚度为15mm的铜合金热轧带坯。
77.(5)冷轧：对步骤(4)所得铜合金热轧带坯进行铣面和冷轧，冷轧总变形量为92％，获得厚度为1.1mm的铜合金冷轧带坯。
78.(6)固溶：对步骤(5)所得铜合金冷轧带坯，在940℃的加热温度下进行3分钟的在线固溶淬火处理，固溶处理后带坯在rd、td和nd三个方向上的平均晶粒尺寸分别为6.0μm、7.3μm和8.1μm，且三个维度晶粒尺寸最大偏差为35％。
79.(7)形变-热处理：对步骤(6)所得铜合金固溶带坯进行一次冷轧，冷轧变形量为60％，一次冷轧后的带坯进行一级时效处理，温度为495℃、时间为5h；将一级时效处理后的带材进行二次冷轧，变形量为40％，然后进行二级时效处理，温度为450℃、时间为3h；二级时效后的带坯进行三次冷轧，变形量为50％，获得厚度为0.127mm的铜合金带坯。
80.(8)去应力处理：对步骤(7)所得铜合金带坯进行低温张力退火和拉弯矫直等处理，将铜带在400℃的加热温度下进行80秒的低温张力退火，退火后的带材进行拉弯矫直，得到高性能铜合金带材成品。实施例4采用的主要制备工艺参数件表2，实施例4得到的高性能铜合金带材成品的性能见表3。
81.实施例5
82.(1)备料：根据铜合金带材的成分要求准备原料，采用的主原料为工业纯铜以及中间合金cu-10wt％cr、cu-15wt％zr、cu-10wt％mg、cu-10wt％fe、cu-15wt％ti和cu-14wt％p；采用的其他原料为cu-10wt％la和纯金属zn；并对所有原料进行相应的干燥和去除异物处理。实施例5的铜合金带材的成分及其含量见表1。
83.(2)熔炼：将原料工业纯铜装入感应熔炼炉进行熔化，对熔体进行两步熔体处理，具体步骤为：将铜熔化后进行第一次熔体处理，采用木炭覆盖和熔体中通入惰性气体两种组合方式脱氧除气，将氧含量降低至42ppm；再进行第一次合金化，添加cu-10wt％cr和cu-10wt％fe等非易损耗金属元素；将熔体潜液转炉至保温炉，进行第二次熔体处理，通过添加cu-10wt％mg、cu-14wt％p、cu-10wt％la和纯金属zn进一步降低熔体中的氧含量至25ppm；最后进行第二次合金化，分散添加cu-15wt％zr和cu-15wt％ti，调整成分得到所需的铜合金熔体。
84.(3)铸造：对步骤(2)所得铜合金熔体进行铸造，铸造温度为1280℃，获得210
×
620mm规格的铜合金铸坯。
85.(4)热轧：对步骤(3)所得铜合金铸坯进行热轧和在线淬火，其中，热轧加热温度为960℃、保温时间为5h，在线淬火温度为722℃，获得厚度为15mm的铜合金热轧带坯。
86.(5)冷轧：对步骤(4)所得铜合金热轧带坯进行铣面和冷轧，冷轧总变形量为94％，获得厚度为0.8mm的铜合金冷轧带坯。
87.(6)固溶：对步骤(5)所得铜合金冷轧带坯，在980℃的加热温度下进行2分钟的在线固溶淬火处理，固溶处理后带坯在rd、td和nd三个方向上的平均晶粒尺寸分别为6.56μm、7.5μm和8.6μm，且三个维度晶粒尺寸最大偏差为32％。
88.(7)形变-热处理：对步骤(6)所得铜合金固溶带坯进行一次冷轧，冷轧变形量为50％，一次冷轧后的带坯进行一级时效处理，温度为530℃、时间为3h；将一级时效处理后的带材进行二次冷轧，变形量为60％，然后进行二级时效处理，温度为480℃、时间为2h；二级时效后的带坯进行三次冷轧，变形量为20％，获得厚度为0.127mm的铜合金带坯。
89.(8)去应力处理：对步骤(7)所得铜合金带坯进行低温张力退火和拉弯矫直等处理，将铜带在450℃的加热温度下进行40秒的低温张力退火，退火后的带材进行拉弯矫直，得到高性能铜合金带材成品。实施例5采用的主要制备工艺参数件表2，实施例5得到的高性
能铜合金带材成品的性能见表3。
90.对比例1
91.(1)备料：根据铜合金带材的成分要求准备原料，采用的主原料为工业纯铜以及中间合金cu-10wt％cr、cu-15wt％zr；并对所有原料进行相应的干燥和去除异物处理。对比例1的铜合金带材的成分及其含量见表1。
92.(2)熔炼：将原料工业纯铜装入感应熔炼炉进行熔化，对熔体进行两步熔体处理，具体步骤为：将铜熔化后进行熔体处理，采用木炭覆盖和熔体中通入惰性气体两种组合方式脱氧除气，将氧含量降低至46ppm；再进行第一次合金化，添加cu-10wt％cr；将熔体潜液转炉至保温炉，因无金属脱氧，仅测试熔体中的氧含量78ppm；进行第二次合金化，分散添加cu-15wt％zr，调整成分得到所需的铜合金熔体。
93.(3)铸造：对步骤(2)所得铜合金熔体进行铸造，铸造温度为1250℃，获得210
×
620mm规格的铜合金铸坯。
94.(4)热轧：对步骤(3)所得铜合金铸坯进行加热热轧和在线淬火，其中，热轧加热温度为920℃、保温时间为3h，在线淬火温度为710℃，获得厚度为15mm的铜合金热轧带坯。
95.(5)冷轧：对步骤(4)所得铜合金热轧带坯进行铣面和冷轧，冷轧总变形量为90％，获得厚度为1.4mm的铜合金冷轧带坯。
96.(6)固溶：对步骤(5)所得铜合金冷轧带坯，在900℃的加热温度下进行3分钟的在线固溶淬火处理，固溶处理后带坯在rd、td和nd三个方向上的平均晶粒尺寸分别为12.7μm、15.3μm和26μm，平均晶粒尺寸＞10μm，且三个维度晶粒尺寸最大偏差为105％，晶粒尺寸最大偏差＞50％。
97.(7)形变-热处理：对步骤(6)所得铜合金固溶带坯进行一次冷轧，冷轧变形量为60％，一次冷轧后的带坯进行一级时效处理，温度为480℃、时间为5h；将一级时效处理后的带材进行二次冷轧，变形量为50％，然后进行二级时效处理，温度为450℃、时间为3h；二级时效后的带坯进行三次冷轧，变形量为40％，获得厚度为0.127mm的铜合金带坯。
98.(8)去应力处理：对步骤(7)所得铜合金带坯进行低温张力退火和拉弯矫直等处理，将铜带在400℃的加热温度下进行80秒的低温张力退火，退火后的带材进行拉弯矫直，得到高性能铜合金带材成品。对比例1采用的主要制备工艺参数件表2，对比例1得到的高性能铜合金带材成品的性能见表3。
99.对比例2
100.与对比例1相比，铜合金带材的中间合金元素增加了mg元素，对比例2的铜合金带材的成分及其含量见表1；第二次合金化前熔体中氧含量维持在49ppm；在900℃的加热温度下进行3分钟的在线固溶淬火处理，固溶处理后带坯在rd、td和nd三个方向上的平均晶粒尺寸分别为10.5μm、12.8μm和19μm，平均晶粒尺寸＞10μm，且三个维度晶粒尺寸最大偏差为81％，晶粒尺寸最大偏差＞50％。其余工艺与对比例1相同。对比例2采用的主要制备工艺参数件表2，对比例2得到的高性能铜合金带材成品的性能见表3。
101.表1实施例和对比例铜合金带材成分表
[0102][0103]
表2实施例和对比例采用的主要制备工艺参数
[0104][0105]
表3实施例及对比例的铜合金带材成品性能表
[0106][0107]
以上所述仅是本发明的较佳实施例，并不局限本发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。