CN105316520B - 一种Cu‑Ni‑Sn铜合金板带的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铜合金领域，尤其涉及一种Cu‑Ni‑Sn铜合金板带的制备方法。解决了现有引线框架用铜合金的最终抗拉强度、屈服强度和硬度的不能满足生产标准要求的技术问题。本发明采用了固溶强化、析出强化和加工硬化的理论。所述热轧固溶处理，是利用高温时溶质原子溶解度较高，以固溶体形式存在于基铜中，快速冷却后溶质元素来不及析出，形成过饱和固溶体；所述析出强化过程中Ni、Sn原子在铜中的溶解度急剧下降，从基体中析出，基体贫化；冷轧过程中铜合金板带产生塑性变形，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化。实现了高强度、高屈服、高硬度要求，从而提高了TKA铜合金板带的最终抗拉强度、屈服强度、硬度。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金领域，尤其涉及一种Cu-Ni-Sn铜合金板带的制备方法。
背景技术
随着科学技术的高速发展，对电子芯片的引线框架所用铜合金材料的抗拉强度、屈服强度和硬度等性能要求越来越高，目前所希望的理想的引线框架用铜合金的抗拉强度Rm为530-640MPa，屈服强度Rp0.2≥520MPa，断后延伸率A11.3≥6%，维氏硬度HV为160-195（维氏硬度值，无单位），软化后HV≥140。
目前，国内用于引线框架的主要材料为Cu-Fe-P系合金（C19400，C19210）和Cu-Ni-Si系合金（C70250）。现有引线框架用铜合金存在的问题是：1、现有的Cu-Fe-P系合金（C19400，C19210）的抗拉强度为420-500MPa，达不到高档次引线框架的技术要求。2、现有的Cu-Ni-Si系合金（C70250）因镍含量较高，熔铸热轧生产难度较大，良品率较低，且材料成本过高。
发明内容
本发明为了解决现有引线框架用铜合金的最终抗拉强度、屈服强度和硬度的不能满足生产标准要求的技术问题，提供了一种Cu-Ni-Sn铜合金（TKA）板带的制备方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种Cu-Ni-Sn铜合金（TKA）板带的制备方案，包括如下步骤：
（1）、根据工频有芯感应炉的有效容积，按照质量比为铜：锡：镍：磷：锌=97.43：1.5：0.8：0.07：0.2进行配料；将铜、锡、镍、磷铜中间合金、锌放入工频有芯感应炉的炉体内后在熔体表面覆盖一层厚度为150-200mm的煅烧木炭，加热至1170-1210℃进行熔炼，保温30分钟，然后充分搅拌得到熔炼水（熔炼水也称为铜水）；
（2）、采用带石墨内套的结晶器对上述熔炼水进行温度为1170℃-1210℃、拉铸速度2.4-3.0米/小时的半连续铸造工艺得到厚度为150mm，宽度为400mm的矩形铸锭；
（3）、将上述矩形铸锭放入煤气连续加热炉由室温中加热3小时至920-940℃后再保温2-2.5小时；再将铸锭用热轧轨道上下均安装在线冷却装置的两辊可逆热轧机进行初轧温度为920-940℃、终轧温度为700-730℃的7道次可逆轧制；最后一道次出轧后打开安装于热轧轨道上下的在线冷却装置进行冷却速度为10℃/s的带坯在线水冷，冷却至室温后将热轧坯直接空心打卷；
（4）、将上述打卷后的热轧坯在开卷机上开卷后用双面铣削设备进行上下铣削厚度均为0.8-1mm的双面铣面以去除热轧坯表面的氧化皮，得到板带；
（5）、将上述板带采用四辊可逆初轧机进行 9道次可逆轧制；再用钟罩退火炉进行加热温度为530℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺；
（6）、将步骤（5）中的退火后的板带采用四辊可逆中轧机进行4道次可逆轧制；再用钟罩退火炉进行加热温度为480℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺；
（7）、将步骤（6）中退火后的板带采用四辊可逆精轧机进行5道次可逆轧制；再用铜带连续光亮退火炉进行加热温度为600℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺；
（8）、将步骤（7）中退火后的板带采用四辊可逆精轧机进行3道次可逆轧制；再用拉弯矫直机进行拉弯矫直工艺，从而得到引线框架用TKA铜合金板带。
所述工频有芯感应炉、石墨内套结晶器、两辊可逆热轧机、开卷机、双面铣削设备、四辊可逆初轧机、四辊可逆中轧机、四辊可逆精轧机、钟罩退火炉、铜带连续光亮退火炉、拉弯矫直机均为现有产品，可直接从市场中购得。
将上述制备步骤（1）中得到的熔炼水用坩埚取样，后倒入石墨模，冷却至固态后去掉底部的氧化层，在光谱分析仪上进行化学分析，其结果如下表1所示。
本发明的制备方法利用了固溶强化（合金元素固溶于基体金属中造成一定程度的晶格畸变从而使合金强度提高的现象）、析出强化（沉淀强化，也称析出强化，指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区或由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺）和加工硬化（也称冷作硬化，指金属材料在再结晶温度以下塑性变形时强度和硬度升高，而塑性和韧性降低的现象）的理论。采用热轧固溶处理（步骤3），利用高温时溶质原子溶解度较高，以固溶体形式存在于基铜中，快速冷却后溶质元素来不及析出，形成过饱和固溶体；析出强化过程（步骤5~8）中Ni、Sn原子在铜中的溶解度急剧下降，从基体中析出，基体贫化；冷轧过程（步骤5~8）中铜合金板带产生塑性变形，晶粒发生滑移，出现位错的缠结，使晶粒拉长、破碎和纤维化。实现了高强度、高屈服、高硬度要求，从而提高了TKA铜合金板带的最终抗拉强度、屈服强度、硬度。
本发明制得的TKA铜合金板带产品为EH态产品，其各项性能指标见下表2所示。
本发明的TKA铜合金板带制备方法主要通过调整Ni、Sn元素化学成分，改善熔铸工艺，而提高熔铸质量，减少产品气孔、疏松等缺陷；生产工艺采用冷轧工序提高强度，退火工序消除加工硬化；通过最终的冷加工及应力消除方法获得理想的高强高弹Cu-Ni-Sn铜合金材料性能。
具体实施方式
TKA铜合金板带的制备方法，包括如下步骤：
（1）、根据工频有芯感应炉的有效容积，按照质量比为铜：锡：镍：磷：锌=97.43：1.5：0.8：0.07：0.2进行配料；将铜、锡、镍、磷铜中间合金、锌放入工频有芯感应炉的炉体内后加热至1170-1210℃（1170℃、1190℃、1210℃）进行熔炼后在熔体表面覆盖一层厚度为150-200mm的煅烧木炭，保温30分钟，然后充分搅拌得到熔炼水（熔炼水也称为铜水）；
（2）、采用带石墨内套的结晶器对上述铜水进行温度为1170℃-1210℃（1170℃、1190℃、1210℃）、拉铸速度2.4-3.0米/小时（2.4米/小时、2.7米/小时、3.0米/小时）的半连续铸造工艺得到厚度为150mm、宽度为400mm的矩形铸锭；
（3）、将上述矩形铸锭放入煤气连续加热炉中由室温加热3小时至920-940℃（920℃、930℃、940℃）后再保温2-2.5小时；再将铸锭用热轧轨道上下均按装在线冷却装置的两辊可逆热轧机进行初轧温度为920-940℃（920℃、930℃、940℃）、终轧温度为700-730℃（700℃、715℃、730℃）的7道次可逆轧制；最后一道次出轧后打开安装于热轧轨道上下的在线冷却装置进行冷却速度为10℃/s的带坯在线水冷，冷却至室温后将热轧坯直接空心打卷；
（4）、将上述热轧坯在开卷机上开卷后用双面铣削设备进行上下铣削厚度均为0.8-1mm的双面铣面以去除热轧坯表面的氧化皮，得到板带；
（5）、将上述板带采用四辊可逆初轧机进行9道次可逆轧制（室温下）；再用钟罩退火炉进行加热温度为530℃、升温时间为5小时、保温时间为6小时、出炉温度为40℃-50℃（40℃、45℃、50℃）的退火工艺；
（6）、将步骤（5）中退火后的板带采用四辊可逆中轧机进行的4道次可逆轧制（室温下）；再用钟罩退火炉进行加热温度为480℃、升温时间为5小时、保温时间为6小时、出炉温度为40℃-50℃（40℃、45℃、50℃）的退火工艺；
（7）、将步骤（6）中退火后的板带采用四辊可逆精轧机进行5道次可逆轧制（室温下）；再用铜带连续光亮退火炉进行加热温度为600℃、升温时间为5小时、保温时间为6小时、出炉温度为40℃-50℃（40℃、45℃、50℃）的退火工艺；
（8）、将步骤（7）中退火后的板带采用四辊可逆精轧机进行3道次可逆轧制（室温下）；再用拉弯矫直机进行拉弯矫直工艺，从而得到TKA铜合金板带。
步骤（3）中第一道次~第七道次热轧的温度由初轧的温度向终轧温度逐渐下降，每道次的温度都比前一道次降低即可。
Claims (1)
1.一种Cu-Ni-Sn铜合金板带的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）、根据工频有芯感应炉的有效容积，按照质量比为铜：锡：镍：磷：锌=97.43：1.5：0.8：0.07：0.2进行配料；将铜、锡、镍、磷铜中间合金、锌放入工频有芯感应炉的炉体内后在熔体表面覆盖一层厚度为150-200mm的煅烧木炭，加热至1170-1210℃进行熔炼，保温30分钟，然后充分搅拌得到熔炼水；
（2）、采用带石墨内套的结晶器对上述熔炼水进行温度为1170℃-1210℃、拉铸速度2.4-3.0米/小时的半连续铸造工艺得到厚度为150mm，宽度为400mm的矩形铸锭；
（3）、将上述矩形铸锭放入煤气连续加热炉中由室温加热3小时至920-940℃后再保温2-2.5小时；再将铸锭用热轧轨道上下均安装在线冷却装置的两辊可逆热轧机进行初轧温度为920-940℃、终轧温度为700-730℃的7道次可逆轧制；最后一道次出轧后打开安装于热轧轨道上下的在线冷却装置进行冷却速度为10℃/s的带坯在线水冷，冷却至室温后将热轧坯直接空心打卷；
（4）、将上述打卷后的热轧坯在开卷机上开卷后用双面铣削设备进行上下铣削厚度均为0.8-1mm的双面铣面以去除热轧坯表面的氧化皮，得到板带；
（5）、将上述板带采用四辊可逆初轧机进行 9道次可逆轧制；再用钟罩退火炉进行加热温度为530℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺；
（6）、将步骤（5）中的退火后的板带采用四辊可逆中轧机进行4道次可逆轧制；再用钟罩退火炉进行加热温度为480℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺；
（7）、将步骤（6）中退火后的板带采用四辊可逆精轧机进行5道次可逆轧制；再用铜带连续光亮退火炉进行加热温度为600℃、出炉温度为40℃-50℃的退火工艺；
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