C42500铜合金铸锭热轧开坯温度对板坯质量的影响.pdf

铜业工程 COPPER ENGINEERINGTotal 181No.3 2023总第181期2023年第3期引文格式引文格式：刘兆洋,陈建永,刘焱.C42500铜合金铸锭热轧开坯温度对板坯质量的影响 J.铜业工程,2023(3):108-112.C42500铜合金铸锭热轧开坯温度对板坯质量的影响刘兆洋，陈建永，刘焱（河南凯美龙精密铜板带（河南）有限公司，河南 新乡 453000）摘要：采用不同温度对C42500铸锭进行加热保温，并对不同加热温度的铸锭进行热轧开坯轧制试验。从试验结果发现：当铸锭开坯温度高于960 时，铸锭出现过烧现象，并在铸锭轧制中出现开轧碎裂、内部孔洞缺陷；当铸锭开坯温度在910960 时，铸锭出现过热现象，并在铸锭轧制后的热轧板表面出现起层、掉块、裂纹等缺陷，且板坯在后续退火过程中出现鼓泡缺陷；当铸锭开坯温度在860910 时，铸锭轧制正常，且轧制出的热轧板坯表面无缺陷，质量良好；当铸锭开坯温度小于860 时，铸锭出现预热不充分现象，并在轧制前期出现热轧机卡停，铸锭轧不动的问题。研究表明，C42500合金铸锭的最佳热轧开坯温度区间为860910，在此加热温度区间，热轧板坯及成品带材无质量缺陷问题，质量良好。关键词：C42500合金；加热温度；过烧；过热；热轧板坯doi：10.3969/j.issn.1009-3842.2023.03.015中图分类号：TG166.2 文献标识码：A 文章编号：1009-3842（2023）03-0108-051 引 言锡黄铜除主要含铜、锌外，还含有一定比例的锡。在黄铜中添加少量的锡，不仅可以提高黄铜的强度和硬度，而且可以抑制黄铜脱锌，提高黄铜的耐蚀性能。由于锡黄铜在海水中具有优异的耐蚀性，故有“海军黄铜”之称1-6。同时，锡黄铜还因其具有良好的耐蚀、导电、冷热加工等性能，被广泛应用于电子和汽车工业中的端子、仪表夹、弹簧垫片、连接器等器件的制造。C42500铜合金为锡黄铜系列中的一种，目前主要采用较常规的铜合金板带生产工艺。工艺流程为立式半连铸铸锭热轧开坯铣面轧制热处理轧制分切 7-8。热轧工序作为整个生产工艺中的关键节点，其成品热轧板的表面及内部质量将直接影响后续成品的质量。在热轧工序中，热轧前铸锭的加热温度、保温时间、加热气氛、炉腔压力等参数对热轧板质量产生直接影响 9-11。本文主要研究了热轧前铸锭不同加热温度对热轧板坯的质量影响，并通过分析不同加热温度下热轧板坯质量缺陷问题，总结出合理的铸锭加热温度，为后续确保热轧工艺顺利进行和产出高质量热轧板坯奠定基础。2 实 验经预热炉加热后的C42500合金铸锭，在立式半连铸生产线进行热轧轧制加工，生产出18 mm厚的热轧板坯。铸锭主要成分（质量分数，%）为：Cu，87%90%；Sn，1.5%3.0%；Pb0.05%；Fe0.05%；Zn 余量。铸锭规格为 720 mm220 mm8000 mm。预热设备采用步进式预热炉，炉体分为预热、加热和保温三个区域。本文中的铸锭加热（开坯）温度为炉体内铸锭保温区域温度，温度由设备自带热电偶进行测温，热轧设备采用二辊可逆热轧机，可实现双向轧制。试验时，合金铸锭的表面缺陷均经过打磨处理，并在其他工艺条件相同的情况下，使用不同的加热温度对其进行加热保温，保温后再进行热轧加工。通过对实验中板坯出现的轧制问题及质量缺陷问题进行分析总结，得出最优的铸锭热轧开坯温度。2.1铸锭加热温度高于960 在铸锭加热温度高于960 的温度区间，共进行了960970，970980，980990 三组铸锭加热温度参数试验。将铸锭放置在预热炉中加热至规定温度，保温一段时间后出炉进行轧制。铸锭热轧缺陷见图1。如图1（a）所示，铸锭以高于960 温度加热完收稿日期：2022-07-19；修订日期：2023-01-05作者简介：刘兆洋（1990），男，河南焦作人，工程师，本科，研究方向：铜及铜合金铸造生产工艺研究，E-mail：成后，铸锭在热轧开坯轧制时出现碎裂、断裂缺陷。刚出炉的铸锭在转运辊道上移动或者进入热轧第一道次时，铸锭长度方向会断裂成几段，导致轧制中断。当铸锭冷却后查看断裂面，发现断裂面的晶粒明显粗大，并有部分晶粒已熔化发黑，且看不出晶粒的形状。将铸锭分段锯开后，如图 1（b）所示，切面中心部位存在较多孔洞缺陷，且孔洞内部有明显熔化痕迹。由此推断，由于铸锭加热温度过高，导致出现明显过烧现象。由于铸锭加热温度接近熔化温度，晶粒组织出现明显粗大，晶间低熔点组元开始熔化，组织内部晶界处出现不规则熔化孔洞现象12-14。在实际生产过程中，铸锭如果过烧，轧制时就会出现碎裂、断裂、孔洞等质量缺陷问题，从而无法进行后续加工，需作锯切报废处理。2.2铸锭加热温度在910960 区间在铸锭加热温度为 910960 的温度区间，共进行了910920，930940，950960 三组铸锭加热温度参数试验。将铸锭放置在预热炉中加热至规定温度，保温一段时间后出炉轧制，热轧板坯表面缺陷见图2。如图2所示，铸锭在910960 的温度区间加热完成后，进行热轧，此时热轧板坯表面出现起层、掉块缺陷。此缺陷在加大铣面量时可大部分去除，但少量缺陷区域无法通过正常的铣面去除，需进行手工打磨去除或流转到后道工序进行分切去除。根据图2缺陷类型可推断，当铸锭加热温度高于合金热塑变形上限温度时，将出现过热现象，此时铸锭表层金属结合力大大降低。在铸锭轧制过程中大变形量的下压下，板坯表面易出现麻点、橘皮、起层、掉块等质量缺陷。同时，铸锭过热还会出现渗氧问题，即在铸锭部分过热区域采用微氧化性气氛加热时，炉内氧气沿着组织结晶弱区晶间进入铸锭内部形成Cu2O。在对热轧板坯进行热处理加工的过程中，铸锭内部的Cu2O与炉内加热气氛H2反应产生水蒸汽，在高温下易膨胀形成带材鼓泡15。板坯内部组织结晶弱区缺陷在后续加工过程中，也会产生带材鼓泡缺陷。如图3所示，过热铸锭经后续加工，形成带材，经热处理后，带材表面部分区域出现无规律点状和条状鼓泡缺陷。带材鼓包位置多集中在带材中心区域，如图3（c）所示。将带材鼓泡面进行截面磨样，然后在鼓泡内表面取两点进行EDS成分检测，分析结果见表1。可以看出，带材鼓泡表面氧含量高达8%，远高于正常位置3%的氧含量。2.3铸锭加热温度在860910 区间在铸锭加热温度为860910 的温度区间，共进行了860870，880890，900910 三组铸锭加热温度参数试验。将铸锭放置在预热炉中加热至规定温度，保温一段时间后出炉进行轧制，热轧卷坯表面质量如图4所示。可以看出，在860910 的加热温度区间，铸锭热轧加工完成后，热轧板坯表面和边部无明显起层、开裂、掉块等质量缺陷，表面质量良好；且热轧板经后续加工，成品带材无鼓泡缺陷，表面质量良好。2.4铸锭加热温度低于860 在此加热温度区间，共进行820830，850860 两组铸锭加热温度参数试验。将铸锭放置在预热炉中加热至规定温度，保温一段时间后出炉进行轧制。图1铸锭热轧缺陷（a）碎裂铸锭；（b）内部孔洞Fig.1Hot rolling defect of ingot（a）Shattering ingot；（b）Internal cavity图2热轧板坯表面缺陷（a）起层；（b）掉块Fig.2Surface defect of hot rolled slab（a）Stratification；（b）Block falling108刘兆洋等 C42500铜合金铸锭热轧开坯温度对板坯质量的影响2023年第3期成后，铸锭在热轧开坯轧制时出现碎裂、断裂缺陷。刚出炉的铸锭在转运辊道上移动或者进入热轧第一道次时，铸锭长度方向会断裂成几段，导致轧制中断。当铸锭冷却后查看断裂面，发现断裂面的晶粒明显粗大，并有部分晶粒已熔化发黑，且看不出晶粒的形状。将铸锭分段锯开后，如图 1（b）所示，切面中心部位存在较多孔洞缺陷，且孔洞内部有明显熔化痕迹。由此推断，由于铸锭加热温度过高，导致出现明显过烧现象。由于铸锭加热温度接近熔化温度，晶粒组织出现明显粗大，晶间低熔点组元开始熔化，组织内部晶界处出现不规则熔化孔洞现象12-14。在实际生产过程中，铸锭如果过烧，轧制时就会出现碎裂、断裂、孔洞等质量缺陷问题，从而无法进行后续加工，需作锯切报废处理。2.2铸锭加热温度在910960 区间在铸锭加热温度为 910960 的温度区间，共进行了910920，930940，950960 三组铸锭加热温度参数试验。将铸锭放置在预热炉中加热至规定温度，保温一段时间后出炉轧制，热轧板坯表面缺陷见图2。如图2所示，铸锭在910960 的温度区间加热完成后，进行热轧，此时热轧板坯表面出现起层、掉块缺陷。此缺陷在加大铣面量时可大部分去除，但少量缺陷区域无法通过正常的铣面去除，需进行手工打磨去除或流转到后道工序进行分切去除。根据图2缺陷类型可推断，当铸锭加热温度高于合金热塑变形上限温度时，将出现过热现象，此时铸锭表层金属结合力大大降低。在铸锭轧制过程中大变形量的下压下，板坯表面易出现麻点、橘皮、起层、掉块等质量缺陷。同时，铸锭过热还会出现渗氧问题，即在铸锭部分过热区域采用微氧化性气氛加热时，炉内氧气沿着组织结晶弱区晶间进入铸锭内部形成Cu2O。在对热轧板坯进行热处理加工的过程中，铸锭内部的Cu2O与炉内加热气氛H2反应产生水蒸汽，在高温下易膨胀形成带材鼓泡15。板坯内部组织结晶弱区缺陷在后续加工过程中，也会产生带材鼓泡缺陷。如图3所示，过热铸锭经后续加工，形成带材，经热处理后，带材表面部分区域出现无规律点状和条状鼓泡缺陷。带材鼓包位置多集中在带材中心区域，如图3（c）所示。将带材鼓泡面进行截面磨样，然后在鼓泡内表面取两点进行EDS成分检测，分析结果见表1。可以看出，带材鼓泡表面氧含量高达8%，远高于正常位置3%的氧含量。2.3铸锭加热温度在860910 区间在铸锭加热温度为860910 的温度区间，共进行了860870，880890，900910 三组铸锭加热温度参数试验。将铸锭放置在预热炉中加热至规定温度，保温一段时间后出炉进行轧制，热轧卷坯表面质量如图4所示。可以看出，在860910 的加热温度区间，铸锭热轧加工完成后，热轧板坯表面和边部无明显起层、开裂、掉块等质量缺陷，表面质量良好；且热轧板经后续加工，成品带材无鼓泡缺陷，表面质量良好。2.4铸锭加热温度低于860 在此加热温度区间，共进行820830，850860 两组铸锭加热温度参数试验。将铸锭放置在预热炉中加热至规定温度，保温一段时间后出炉进行轧制。图1铸锭热轧缺陷（a）碎裂铸锭；（b）内部孔洞Fig.1Hot rolling defect of ingot（a）Shattering ingot；（b）Internal cavity图2热轧板坯表面缺陷（a）起层；（b）掉块Fig.2Surface defect of hot rolled slab（a）Stratification；（b）Block falling109总第181期铜业工程Total 181如图5所示，铸锭加热温度在低于860 的温度区间加热完成后进行轧制。铸锭轧制初期出现了热轧机卡停、轧不动铸锭的问题，且问题一般出现在第三或第四轧制道次。卡停处铸锭表面出现明显的轧制厚度落差痕迹，铸锭表面局部存在轧制裂纹，且裂纹的深度较小，一般裂纹深度小于10 mm，经打磨处理后可以消除。图5中铸锭轧制表面质量情况说明，加热温度过低，铸锭预热不充分，在开轧几道次后，铸锭温降严重、硬度增加，不满足合金热变形温度条件，导致出现热轧机卡停、轧不动铸锭的问题，且在卡停处铸锭表面会出现明显的轧制厚度落差痕迹。遇到上述情况，对铸锭表面裂纹进行打磨处理后，可二次加热继续进行轧制加工，且加工生产出的板坯可正常流转，不会影响后续带材质量。3 结果与讨论当铸锭加热温度过高时，会出现过烧现象，并在热轧时出现碎裂、内部孔洞缺陷问题。出现此种问题的铸锭无法进行后续加工，需要进行报废处理。当铸锭加热温度较高时，在铸锭热轧时会出现表面起层、掉块、渗氧等缺陷问题。