淺析H65黃銅帶材性能控制方法

陳建濤，錢(qián)澤濤，張希杰

（1. 江西銅業(yè)技術(shù)研究院有限公司，江西 南昌 330096；2. 江西銅業(yè)集團(tuán)公司 銅板帶有限公司，江西 南昌 330096）

淺析H65黃銅帶材性能控制方法

陳建濤1，錢(qián)澤濤2，張希杰2

（1. 江西銅業(yè)技術(shù)研究院有限公司，江西 南昌 330096；2. 江西銅業(yè)集團(tuán)公司 銅板帶有限公司，江西 南昌 330096）

H65黃銅帶材具備良好的導(dǎo)電、耐熱、耐磨等性能。多數(shù)企業(yè)采用熱軋法生產(chǎn)H65黃銅，但也有采用水平連鑄結(jié)合冷軋短流程法生產(chǎn)。控制銅及銅合金性能方法一般采用控制精軋軋程加工率或成品熱處理參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但對(duì)某些特殊機(jī)械性能要求的帶材，也經(jīng)常采取兩種方法相配合的方式來(lái)加工實(shí)現(xiàn)。

黃銅帶；水平連續(xù)鑄造；性能控制；熱處理；加工率

1 引言

H65黃銅是一種含銅量在63.5%~68.0%的銅鋅二元合金，屬于單相α黃銅，鑄造時(shí)，因不平衡結(jié)晶過(guò)程，一般會(huì)有少量塑性較差的β相產(chǎn)生［1-2］。H65黃銅由于具有典雅的金屬光澤，且具備較好的加工和成形性，強(qiáng)度適中，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能良好，被廣泛應(yīng)用于耐磨、耐熱、及導(dǎo)電散熱材料中。近年來(lái)，受銅等金屬價(jià)格在高位大幅震蕩及企業(yè)降本增效利益驅(qū)使，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始重視H65黃銅在彈性元件及接插件等領(lǐng)域的應(yīng)用。原來(lái)使用錫磷青銅帶制造的元器件，都盡可能地使用H65黃銅等價(jià)值相對(duì)較低的銅基合金替代。因此控制調(diào)整H65黃銅物理性能，充分發(fā)揮產(chǎn)品性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越多科研工作者和企業(yè)家關(guān)注［3-5］。下面以水平連續(xù)鑄造配合冷軋的加工方式，介紹H65黃銅的性能控制方法。

2 常用性能控制方法及原理

為保證銅及銅合金帶材達(dá)到目標(biāo)性能，一般企業(yè)控制帶材機(jī)械性能的方式有三種，一種是采用控制精軋加工率的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即依據(jù)銅及銅合金的加工硬化曲線(xiàn)，控制最后一個(gè)軋程的加工率來(lái)達(dá)到目標(biāo)性能，其基本原理是利用銅及銅合金由退火組織向加工組織轉(zhuǎn)變時(shí)，隨著晶粒破碎程度的增加，不斷產(chǎn)生空穴、位錯(cuò)、割階等晶體缺陷，對(duì)組織進(jìn)行強(qiáng)化。由于多數(shù)銅及銅合金基礎(chǔ)理論成熟，且控制加工率方法簡(jiǎn)單直觀(guān)，因此這種方法被多數(shù)企業(yè)工程技術(shù)人員所采用，但此種方法留底料組織及性能對(duì)成品性能影響較關(guān)鍵。另一種方法是采用熱處理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即當(dāng)銅及銅合金帶材加工到目標(biāo)厚度時(shí)，通過(guò)控制成品熱處理工藝參數(shù)來(lái)控制銅及銅合金帶材回復(fù)再結(jié)晶程度，使帶材達(dá)到期望物理性能［6-7］。由于影響帶材的回復(fù)再結(jié)晶程度涉及到化學(xué)成分、材料組織結(jié)構(gòu)、變形程度、退火溫度、保溫時(shí)間、加熱速率等眾多因素，控制相對(duì)復(fù)雜，因此國(guó)內(nèi)較少企業(yè)使用這種方法。第三種方法是針對(duì)某些特殊性能的銅及銅合金，需對(duì)以上兩種方法配合使用，通過(guò)優(yōu)化晶粒組織控制材料物理性能目標(biāo)。

3 H65黃銅性能控制方法舉例

以加工0.4mm厚H65黃銅帶材為例，某銅板帶使用廠(chǎng)家對(duì)銅板帶生產(chǎn)企業(yè)提出了新的材料性能要求，主要指標(biāo)如表1。對(duì)比GB/T26007-2010（彈性元件和接插件用銅帶）標(biāo)準(zhǔn)中H65黃銅帶性能，表1產(chǎn)品性能要求處于半硬（Y2）和硬態(tài)（Y）之間。

表1 試制產(chǎn)品目標(biāo)性能

企業(yè)工程技術(shù)人員根據(jù)目標(biāo)材料性能，擬定用控制加工率的方法來(lái)試制該規(guī)格產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，始終達(dá)不到目標(biāo)。所采用的主要工藝流程、工藝參數(shù)及檢測(cè)結(jié)果如表2。

表2 采用控制加工率方法試制目標(biāo)產(chǎn)品的主要工序和參數(shù)

觀(guān)察表2工藝試制出產(chǎn)品性能發(fā)現(xiàn)，帶材抗拉強(qiáng)度和表面硬度均符合目標(biāo)要求，但是產(chǎn)品延伸率卻<15%。且維氏硬度已接近客戶(hù)要求的上限160HV，抗拉強(qiáng)度接近目標(biāo)性能的下限475MPa。若簡(jiǎn)單采取減少精軋軋程加工率或?qū)Τ善愤M(jìn)行適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に嚧胧﹣?lái)提高銅帶延伸率的辦法，根據(jù)材料延伸率與抗拉強(qiáng)度隨材料加工率及回復(fù)再結(jié)晶程度的增加而呈現(xiàn)的反向關(guān)系，勢(shì)必是當(dāng)滿(mǎn)足延伸率≥15時(shí)，抗拉強(qiáng)度<475MPa。為了解決以上矛盾，銅板帶企業(yè)工程技術(shù)人員首先對(duì)退火后留底料進(jìn)行了金相分析，測(cè)試的晶粒度為0.05mm（如圖1），初步判斷留底料在完成再結(jié)晶之后經(jīng)歷了長(zhǎng)大過(guò)程。因此，工程技術(shù)人員分析并確定了盡可能避免留底料組織完成回復(fù)再結(jié)晶后成長(zhǎng)過(guò)于粗大，確保足夠變形儲(chǔ)能，減少精軋軋程加工率的改進(jìn)思路。經(jīng)討論確定留底料厚度控制在0.5mm厚，并對(duì)留底料退火工藝進(jìn)行一組試驗(yàn)，以尋找留底料完成回復(fù)再結(jié)晶后及對(duì)應(yīng)的性能最佳點(diǎn)。試驗(yàn)時(shí)采用的主要工藝參數(shù)及退火后物理性能如表3。

圖1 0.58厚留底料退火晶粒度0.05mm

測(cè)試以上8組退火后留底料（化學(xué)成分相同）的晶粒度，并分別精軋至0.4mm厚，測(cè)試成品物理性能，發(fā)現(xiàn)留底料退火后晶粒度控制在0.035mm（如圖2），抗拉強(qiáng)度控制在380MPa左右，試制出的帶材物理性能達(dá)到目標(biāo)要求。試制時(shí)所采用的主要工藝流程、工藝參數(shù)及檢測(cè)結(jié)果如表4。為了進(jìn)一步控制好帶材板型，充分發(fā)揮H65黃銅的塑性，減少能耗，在保證留底料性能和精軋軋程加工率的前提下，對(duì)前面的加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，一樣可以達(dá)到目標(biāo)性能，優(yōu)化后所采用的主要工藝流程、工藝參數(shù)及檢測(cè)結(jié)果如下表5。

圖2 0.5厚留底料退火晶粒度0.035mm

表4 采用控制留底料性能及控制精軋軋程加工率方法試制目標(biāo)產(chǎn)品的主要工序和參數(shù)

表5 優(yōu)化工藝后試制目標(biāo)產(chǎn)品的主要工序和參數(shù)

4 試制結(jié)果與討論

（1）采用控制精軋軋程加工率法控制H65黃銅帶材性能時(shí)，需根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品物理性能對(duì)留底料的組織結(jié)構(gòu)及物理性能進(jìn)行優(yōu)化。留底料的組織結(jié)構(gòu)和物理性能對(duì)成品的性能影響較關(guān)鍵，在試制各類(lèi)產(chǎn)品時(shí)，需重點(diǎn)控制。

（2）為更精準(zhǔn)控制好H65銅帶性能，須測(cè)量退火后留底料的晶粒度，并根據(jù)H65黃銅晶粒度隨加工的變化規(guī)律設(shè)置、調(diào)整工藝參數(shù)。

（3）在做探索試驗(yàn)時(shí)，需注意材料化學(xué)成分、試驗(yàn)設(shè)備變換等因素對(duì)結(jié)果的影響，一般盡可能的統(tǒng)一。

（4）在確定好留底料組織及物理性能后，試驗(yàn)對(duì)前面的加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，主要是在滿(mǎn)足各工序目的的前提下，盡可能的控制好板型、縮短流程、減少能耗等，這是提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效方式。（5）部分下游帶材使用廠(chǎng)家會(huì)提出折彎、沖壓成型等方面的要求，此時(shí)更加需要采取多種控制手段優(yōu)化帶材組織結(jié)構(gòu)，提高其性能。

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The Way of H65 Brass Strip Performance Control

CHEN Jian-tao1，QIAN Ze-tao2，ZHANG Xi-jie2
（1. Jiangxi Copper Technology Research Institute Co., Ltd, Nanchang 330096, Jiangxi, China; 2. JCC Copper Strip Co., Ltd, Nanchang 330096, Jiangxi, China）

H65 brass strip has many good performances for conductive, heat-resisting, wear-resisting, etc. Most companies use hot rolling method to produce H65 brass strip, but also have horizontal casting and cold rolling process for production. The traditional control property method of copper and copper alloy is by controlling the finishing rolling process rate or finished product heat treatment parameters to achieve, but for some special property requirements of strip, two measures need to be taken to cooperate for process.

brass strip；horizontal casting；property control；heat treatment；processing rate

TG339

A

1009-3842（2015）05-0005-03

2015-05-13

陳建濤（1982-），男，湖北孝感人，工程師，本科，主要從事銅及銅合金加工研究。E-mail: cjt021@163.com