CN107699730A

CN107699730A - 一种耐腐蚀的高强度锡铜磷合金及其成形工艺

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Publication number: CN107699730A
Application number: CN201711135586.2A
Authority: CN
Inventors: 苑和锋; 廖骏骏
Original assignee: NINGBO XINGYE SHENGTAI GROUP CO Ltd
Current assignee: NINGBO XINGYE SHENGTAI GROUP CO Ltd
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2018-02-16

Abstract

本发明涉及一种耐腐蚀的高强度锡铜磷合金，它含有如下重量百分数的化学成分：Sn3.0～14.0%，Zn 0.1～2%，Ni 0.05～0.5%，Fe 0.01～0.05%，P0.3～0.5%，RE 0.001～0.02%，B 0.01～0.05%，其余为Cu。还涉及了一种用于制备高强度锡铜磷合金的工艺方法，包括了如下步骤：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.预初轧，c.均匀化退火，d.铣面，e.粗轧，f.中间退火，g.酸洗，h.中轧，i.连续退火，j.精轧，k.酸洗，m.拉弯矫直，n.低温退火，o.分剪，p.包装入库。

Description

一种耐腐蚀的高强度锡铜磷合金及其成形工艺

技术领域

本发明涉及有色金属加工技术领域，特别是涉及一种耐腐蚀的高强度锡铜磷合金及其成形工艺。

背景技术

锡磷青铜具有高的弹性、耐磨性、抗磁性、良好的冷热加工性能、焊接和钎焊性，尤其在大气和淡水中具有良好的耐腐蚀性能，可用于制作弹簧接触片、耐磨零件和抗磁元件等零部件，广泛的应用与无线电、电子、汽车、通信工业等领域。

电子、通讯及汽车行业处于高速发展阶段，对锡磷青铜带材的需求量剧增，与此同时弹性元器件朝着微、薄、高弹、复杂折弯成型性、耐磨损、耐腐蚀及耐应力松弛方向发展，但现有技术中，在生产锡磷青铜合金，很容易在加热过程中产生热脆现象，具体来说，在将铜材加热到1100~1200℃温度区间后再将其长期停留后室温下存放，产生了冲击值有明显下降的现象。即铜材在高温时并不表现出脆性，只有用常温冲击试验才能表现出脆性上升，可比正常值下降50％～60％以上。究其原因，是因为铜材在1100~1200度进行热加工时，分布于晶界的低熔点的共晶体熔化而导致开裂，这就是通常所说的 “热脆”现象。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明旨在一种能消除锡铜磷合金热脆现象且提高其耐腐蚀性的高强度锡铜磷合金及其成形工艺。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种耐腐蚀的高强度锡铜磷合金，它含有如下重量百分数的化学成分：Sn3.0～14.0%，Zn 0.1～2%，Ni 0.05～0.5%，Fe 0.01～0.05%，P0.3～0.5%，RE 0.001～0.02%，B 0.01～0.05%，其余为Cu。

作为本发明的改进，它含有如下重量百分数的化学成分，Sn3.0～8.0%，Zn 0.1～0.35%，Ni 0.1～0.25%，Fe 0.02%~0.05%，P 0.01～0.05%，RE 0.005-0.01%，B 0.01～0.04%，其余为Cu。

作为本发明的进一步改进，还包括了Al 0.01～0.04%。

作为本发明的进一步优选，还包括了Mn 0.03%~0.08%。

一种用于制备上述高强度锡铜磷合金的工艺方法，包括了如下步骤：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.预初轧，c.均匀化退火，d.铣面，e.粗轧，f.中间退火，g.酸洗，h.中轧，i.连续退火，j.精轧，k.酸洗，m.拉弯矫直，n.低温退火，o.分剪，p.包装入库。

作为上述方法的改进，先在常温下加入铜（Cu）、镍（Ni）、铁（Fe），随后在反应炉中以高于1000℃ 对它们进行固溶形成α相固溶体，再等冷却后在800℃-850℃范围内向α相固溶体中加入锡（Sn）、锌锭（Zn）和锰（Mn），待温度降低至637℃以下加入铜磷（Cu-P）、稀土（RE）合金、镍硼合金（NiB）和铝(Al)，成分化验合格并对炉渣清理后，使用烘烤后的木炭覆盖。

作为上述工艺方法的进一步改进，α相固溶体是采用工频感应炉在非真空环境下进行熔铸，所述铸造的温度控制在1190～1210℃，采用水平连铸方式铸造。

作为上述工艺方法的优选，水平连铸铸造工艺要求控制如下：采用引拉长度为10.0~12.0mm、引拉之间为0.6~0.9s、中停2.5~3.2s、返推长度为1.0~2.0mm、返推时间为0.2~0.4s，铸造速度为120~170mm/min，带坯出口温度250~400℃；锡磷青铜带卷坯：厚13.5~15.5mm、宽430~650mm、长70-150m。

作为上述工艺方法的进一步优选，在步骤b中，采用弧形控制的方式进行预初轧，变形量为30-35%，在步骤c中，所述的退火温度为200—260℃，所述的保温时间为1-2h。

作为上述工艺方法的具体技术方案，在步骤i中，采用超细晶粒控制技术，所述的抗拉强度控制为500-560MPa。

与现有技术相比，本发明的优点在于：磷在锡青铜的α固溶体中的溶解度并不大，并随含锡量的增加和温度的降低而减小。含磷大于0.5%的锡磷青铜，凝固时，在637℃发生包晶反应，所以通过控制青铜热加工温度不超过637℃，由此避免热脆现象的发生。同时，加工锡磷青铜中的含锡量不应大于14%，包含过量的锡会导致合金的硬度增加，使得很难在固溶过程中加入其它微量元素进行变形结晶。

具体实施方式

本发明中高强度锡铜磷合金的制备及加工工艺为：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.预初轧，c.均匀化退火，d.铣面，e.粗轧，f.中间退火，g.酸洗，h.中轧，i.连续退火，j.精轧，k.酸洗，m.拉弯矫直，n.低温退火，o.分剪，p包装入库。

本发明的合金采用以下原料熔炼：电解铜，锭片、铁片、纯锡、锌锭、铜磷合金、稀土元素RE、镍硼合金、电解铝、纯锰。

步骤a中，所述投料的具体顺序为：先在常温下加入铜（Cu）、镍（Ni）、铁（Fe），随后在反应炉中以高于1000℃ 对它们进行固溶形成α相固溶体，再等冷却后在800℃-850℃范围内向α相固溶体中加入锡（Sn）、锌锭（Zn）和锰（Mn），待温度降低至637℃以下加入铜磷（Cu-P）、稀土（RE）合金、镍硼合金（NiB）和铝(Al)，成分化验合格并对炉渣清理后，使用烘烤后的木炭覆盖；α相固溶体是采用工频感应炉在非真空环境下进行熔铸，所述铸造的温度控制在1190～1210℃，其中水平连铸铸造工艺要求控制如下：采用引拉长度为10.5mm、引拉之间为0.8s、中停2.5s、返推长度为1.2mm、返退时间为0.2s，铸造速度156.0mm/min，带坯出口温度280℃，带坯表面的结晶线应平直、应无裂纹、缺口、凹坑、冷隔等可见铸造缺陷；锡磷青铜带卷坯：厚14.5mm、宽650mm、长120m。

添加锌是因为锌能大量溶解于铜—锡合金的α固溶体中。含锌的加工锡青铜均具有单相α固溶体组织。锌对锡青铜的组织和力学性能无明显影响，但能改善合金的流动性，减小结晶温度范围，减轻锡青铜的反偏析。在加工锡磷青铜中，含锌量少于2%，不会产生有害影响，故本实施例中的锌含量范围为0.1～2%。

在含锡量小于8%的合金的固溶体中可溶解0.05～0.5%的镍，适量的镍能提高合金的强度和硬度。锡青铜中添加镍可减小结晶温度间隔，提高铸件的致密性，减少偏析、改善加工性能，提高力学性能和耐磨性。但含镍量过高，会使合金中出现新的脆性相、降低塑性，使塑性加工性能变坏。故本实施例是优选在锡青铜中加入0.25%以下的镍，能细化晶粒，略提高力学性能。

锰降低锡在α相固溶体中的溶解度，含适量锰的锡青铜可借固溶处理和时效来提高强度和硬度。在熔化时，锰易产生氧化物，降低合金的流动性，使铸造性能变坏，同理，加入铝能提高合金的力学性能，但铝在熔铸时业易氧化生成难熔氧化物，故在加入锰和铝之后，在637℃以下还加入了镍硼合金（NiB），镍硼合金（NiB）可改善锡铜磷合金的力学性能和冷、热态塑性加工性能，起到防氧化的效果。之所以选取637℃这一特定温度值，是因为磷在锡青铜的α固溶体中的溶解度并不大，并随含锡量的增加和温度的降低而减小。含磷大于0.5%的锡铜磷合金，凝固时，在637℃及以上发生包晶反应，所以这种青铜热加工温度不宜超过637℃，否则会产生热脆现象。因此，加工锡磷青铜中的含锡量不应大于14%

步骤b中，将卷坯后的高锡青铜铸坯进行预初轧处理，采用弧形控制的方式进行预初轧，变形量为30-35%。

步骤c中，将预初轧后的卷坯进行均匀化退火，退火温度为200—260℃，所述的保温时间为1-2h，进一步改善锡的表层偏析情况。

步骤d中，将均匀化退火后的卷坯进行铣面处理，在线或离线铣面，每面铣去0.6mm，主要是去除表面氧化皮和消除表层偏析层；

步骤i中，在气垫式退火炉进行连退处理，高锡磷青铜合金采用超细晶粒控制技术，其抗拉强度控制在530MPa，90度折弯时，R/T为零，折弯不开裂；

步骤j中，将连退处理后的带材进行精轧，变形量为40%；

步骤m中，将酸洗处理的带材进行拉弯矫直，采用延伸率控制模式，给定的延伸率为2.5%，一方面是矫直带材的板形，另一方面是有助于提升材料的弹性极限；

步骤n中，将拉弯矫直的带材进行低温退火，采用连续退火处理，低温退火的温度为400℃，速度为35m/min，一方面消除带材的残余应力，另一方面是提高材料的综合性能，尤其是材料的延伸率性能；

经过以上熔炼、预初轧、均匀化退火、铣面、粗轧、连退、精轧、拉弯矫、低温张力退火等加工处理后，得到最终的锡铜磷合金。

以上所述使本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种耐腐蚀的高强度锡铜磷合金，它含有如下重量百分数的化学成分：Sn3.0～14.0%，Zn 0.1～2%，Ni 0.05～0.5%，Fe 0.01～0.05%，P0.3～0.5%，RE 0.001～0.02%，B0.01～0.05%，其余为Cu。

2.根据权利要求1所述的高强度锡铜磷合金，其特征在于：它含有如下重量百分数的化学成分，Sn3.0～8.0%，Zn 0.1～0.35%，Ni 0.1～0.25%，Fe 0.02%~0.05%，P 0.01～0.05%，RE 0.005-0.01%，B 0.01～0.04%，其余为Cu。

3.根据权利要求2所述的高强度锡铜磷合金，其特征在于：还包括了Al 0.01～0.04%。

4.根据权利要求2所述的高强度锡铜磷合金，其特征在于：还包括了Mn 0.03%~0.08%。

5.一种用于制备如权利要求1所述高强度锡铜磷合金的工艺方法，包括了如下步骤：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及铸造，b.预初轧，c.均匀化退火，d.铣面，e.粗轧，f.中间退火，g.酸洗，h.中轧，i.连续退火，j.精轧，k.酸洗，m.拉弯矫直，n.低温退火，o.分剪，p.包装入库。

6.根据权利要求5所述的工艺方法，其特征在于：先在常温下加入铜（Cu）、镍（Ni）、铁（Fe），随后在反应炉中以高于1000℃ 对它们进行固溶形成α相固溶体，再等冷却后在800℃-850℃范围内向α相固溶体中加入锡（Sn）、锌锭（Zn）和锰（Mn），待温度降低至637℃以下加入铜磷（Cu-P）、稀土（RE）合金、镍硼合金（NiB）和铝(Al)，成分化验合格并对炉渣清理后，使用烘烤后的木炭覆盖。

7.根据权利要求6所述的工艺方法，其特征在于：α相固溶体是采用工频感应炉在非真空环境下进行熔铸，所述铸造的温度控制在1190～1210℃，采用水平连铸方式铸造。

8.根据权利要求7所述的工艺方法，其特征在于：水平连铸铸造工艺要求控制如下：采用引拉长度为10.0~12.0mm、引拉之间为0.6~0.9s、中停2.5~3.2s、返推长度为1.0~2.0mm、返推时间为0.2~0.4s，铸造速度为120~170mm/min，带坯出口温度250~400℃；锡磷青铜带卷坯：厚13.5~15.5mm、宽430~650mm、长70-150m。

9.根据权利要求5所述的工艺方法，其特征在于：在步骤b中，采用弧形控制的方式进行预初轧，变形量为30-35%，在步骤c中，所述的退火温度为200—260℃，所述的保温时间为1-2h。

10.根据权利要求5所述的工艺方法，其特征在于：在步骤i中，采用超细晶粒控制技术，所述的抗拉强度控制为500-560MPa。