[发明专利]一种铸轧辊用稀土合金化高导铜材及其制备方法

说明书

一种铸轧辊用稀土合金化高导铜材，其特征在于由下述重量配比的成分组成：Be 0.2‑0.4%，Co 1.0‑1.2%，Zr 0.12‑0.15%，Y或Yb 0.05‑0.08%，微量杂质元素O含量≤5ppm、S含量≤5ppm、H含量≤3ppm，余量为Cu。本发明还提供上述铸轧辊用稀土合金化高导铜材的一种制备方法。本发明的铜合金材料在保持较高的室温力学性能和高温力学性能的同时，显著提升了铜合金的传导性能，可满足高效连续铸轧辊、非晶甩带辊环等领域的产品需求。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体涉及一种铸轧辊用稀土合金化高导铜材，以及这种铸轧辊用稀土合金化高导铜材的制备方法。

背景技术

连续铸轧辊套、非晶甩带辊环等领域的关键部件处于热力耦合服役条件下，对其材料的传导性能、力学性能、抗高温疲劳等性能提出较高要求。铜铍合金作为典型的时效析出强化型铜合金，可通过微合金和热处理工艺参数调控，提高其综合性能，从而满足上述领域的关键部件使用要求。由于Be元素及其氧化物有毒，污染环境，要求Be含量越低越好。公开号CN107739877A、CN102212712A、CN1442500A、CN107739876A等发明专利申请，主要是通过在Cu-Be合金中添加Co、Zr等元素，该方法对合金力学性能有较大提升，但显著降低合金传导性能，导电率大多保持在60%IACS以下、导热率在290W/mK以下，同时微观组织晶粒改善不明显，对合金高温力学性能没有涉及，也没有关注微量杂质元素及其含量对合金传导性能和微观组织的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铸轧辊用稀土合金化高导铜材及其制备方法，这种铸轧辊用稀土合金化高导铜材具备高的导电、导热性能，同时具备较高的室温力学性能和高温力学性能。采用的技术方案如下：

一种铸轧辊用稀土合金化高导铜材，其特征在于由下述重量配比的成分组成：Be0.2-0.4%，Co 1.0-1.2%，Zr 0.12-0.15%，Y或Yb 0.05-0.08%，微量杂质元素O含量≤5ppm、S含量≤5ppm、H含量≤3ppm，余量为Cu。

优选方案中，上述铸轧辊用稀土合金化高导铜材由下述重量配比的成分组成：Be0.2%，Co 1.0%，Zr 0.13% ，Y或Yb 0.06%，微量杂质元素O含量3ppm、S含量3ppm、H含量2ppm，余量为Cu。

上述合金体系中各元素的作用分别是： Co元素的加入，能够弥补降低Be元素带来的力学性能降低；Zr元素的加入，主要作用是提升合金的高温力学性能；稀土元素Y或Yb的加入，能够净化铜基体，通过竞争偏聚机制降低杂质元素O、S、H在晶界的偏聚，同时细化晶粒；控制微量杂质元素（O、S、H）的目的是减少其对合金传导性能降低的影响，同时减少其晶界偏聚带来的高温性能弱化。本发明的铜材在最大限度降低Be含量的同时，同时加入Co、Zr、Y/Yb等元素，并精确控制微量杂质元素含量，从而使铜材在保持较高的室温力学性能和高温力学性能的同时，显著提升了传导性能（导电、导热性能）。

本发明还提供上述铸轧辊用稀土合金化高导铜材的一种制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）根据Cu、Be 、Co 、Zr 以及Y或Yb的配比，将原料加入到熔炼炉中，其中Y或Yb采用铜箔包裹方式最后加入；在真空或气体保护条件下进行熔炼，熔炼温度控制在1150-1250℃，熔炼时间控制在20-40分钟；熔炼过程中通过电磁搅拌和机械搅拌保证熔体的均匀性，并精确控制微量杂质元素含量；

然后使熔体流入铸型进行浇注成型，通过设置在铸型周围的铜冷套的冷却作用使熔体逐渐凝固，凝固过程中通过在铸型底部施加超声振动实现晶粒细化效果，得到铜合金铸锭；

（2）对步骤（1）所得的铜合金铸锭进行塑性变形；

（3）对经过步骤（2）塑性变形的铜合金铸锭进行组合形变热处理，得到铸轧辊用稀土合金化高导铜材。