[发明专利]Cu‑Ni‑Si合金材料以及含有该合金的冷却辊辊套

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度铜合金材料及应用领域，特别涉及一种Cu-Ni-Si合金材料以及含有该合金的冷却辊辊套，该冷却辊辊套用于非晶、纳米晶带材的制备。

背景技术

非晶/纳米晶带材采用平面流铸带技术制备，具体过程为：熔融的高温合金熔液通过一个有狭缝的喷嘴浇铸在高速旋转的冷却辊圆周表面，需要100万度/秒的冷却速度，在极短时间内将热量带走使合金溶液快速凝固成带材，保证合金的原子结构呈非晶态，带材被剥离、抓取和卷取，最后获得非晶/纳米晶带卷。为满足制备工艺中快速冷却的要求，通常采用热导率较高的铜合金制作冷却辊辊套。

目前应用于非晶、纳米晶带材生产中的冷却辊铜套材料主要有铬锆铜和铍铜。制带过程中铜辊通过旋转来实现加热、冷却的相互转换，铜辊会产生周期性的热应力，而反复的热应力是形成热力裂缝的原因，如果热应力超过材料的屈服极限，就会导致金属部件的损坏。由于铬锆铜屈服强度较低、抵抗裂纹能力较差，反复热冲击条件下在铜辊表面易发生裂化产生麻点或皱纹。喷带时麻点或皱纹发生复刻，会使带材表面凹凸不平而影响带材密度和表面粗糙度，进而影响带材的磁性能，降低成品率。另外，铜辊的裂化最终会导致铜辊表面受破坏而失效，从而缩短其使用寿命。由于铬锆铜热承受能力较低，通常只能应用于制备非晶窄带材、纳米晶带材和小批量宽带材的冷却辊辊套。铍铜的强度高于铬锆铜，在周期性热应力条件下抗裂纹能力强，热承受能力较高，不仅适用于非晶窄带、纳米晶带材和小批量宽带材的制备，还可用于制备大批量非晶宽带材的冷却辊铜套。虽然铍铜具有高的强度、硬度，优良的导热性和耐磨性等优异特性，但该合金也有其固有的缺点，如因含有贵重金属铍使得合金生产成本高。最主要的是铍的氧化物或粉尘有毒，对人体有危害，严重者甚至会引发癌症。铍铜含有毒元素铍，不利于材料的回收，造成了资源的浪费。因此，亟需开发一种高强度且不含Be元素的铜合金辊套。

此外，在非晶/纳米晶制带过程中，母合金熔液会对辊套产生侵蚀氧化，每使用一段时间后都需要重新车削修磨，以提高辊套表面光洁度及表面硬度。当辊套厚度减薄至总厚度的70％-80％时，铜套便不能继续使用，而冷却辊辊套通常采用单层结构，剩余的铜合金厚度占总厚度的70-80％，却难以得到充分利用，从而增加了生产成本。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种Cu-Ni-Si合金材料，该合金材料具有较高强度，适合作为冷却辊辊套的材料。本发明的合金可以克服现有技术中铬锆铜强度较低、铍铜含有毒元素Be等不足。

本发明的另一目的在于提供一种含有上述合金的冷却辊辊套，该冷却辊辊套用于非晶、纳米晶带材的制备，可以有效降低成本。

本发明的第三个目的在于提供一种双层冷却辊辊套的制造方法。

为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种Cu-Ni-Si合金材料，该材料按重量百分比由以下组分构成：Ni：3～7％；Si：0.8～2.2％；余量为Cu和不可避免的杂质。

在上述合金材料中，作为一种优选实施方式，所述Cu-Ni-Si合金材料是按照如下方法制备的，该方法包括熔炼、铸造、锻造以及热处理步骤，其中：

在所述熔炼和铸造步骤中，按上述组分配比将各组分的单质置于感应熔炼炉内进行熔炼，然后将熔炼好的Cu-Ni-Si合金液浇注得到铸坯；

在所述锻造步骤中，将所述铸坯在720-920℃温度区间进行热锻；

在所述热处理步骤中，采用固溶后进行时效处理，其中，固溶温度为820～980℃，时效温度为420～500℃。

在上述合金材料中，作为一种优选实施方式，所述Cu-Ni-Si合金材料是环状合金材料。更优选地，所述环状合金材料的厚度为5-100mm。

一种用于制备非晶/纳米晶带材的冷却辊辊套，所述冷却辊辊套为单层结构，材质为上述Cu-Ni-Si合金材料。

在上述单层结构的冷却辊辊套中，作为一种优选实施方式，所述冷却辊辊套的外径为400～2500mm，厚度为30～100mm，宽度为200～600mm。

一种用于制备非晶/纳米晶带材的冷却辊辊套，所述辊套还可以为双层结构，内层辊套的外表面贴附于外层辊套的内表面，其中，内层辊套的材质为黄铜，外层辊套的材质为上述Cu-Ni-Si合金材料。

在上述双层结构的冷却辊辊套中，作为一种优选实施方式，所述外层辊套的厚度为10～60mm，所述内层辊套的厚度为10～60mm；所述双层结构的辊套的外径为400～2500mm，宽度为200～600mm。