一种制备无镍白色铜合金线材的方法技术

本发明专利技术属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种短流程制备无镍白色铜合金线材的方法，所述的制备方法包括：熔炼、水平连铸；铣面、行星轧制；多道次连续拉拔，共三个步骤，并可在第三步多道次拉拔过程中根据实际需求实行中间或成品退火。本发明专利技术应用的行星轧制工艺可以通过瞬时的大变形使水平连铸后的冷态铸造组织转变成适宜深加工的软态再结晶组织，使后续拉拔加工前无需再进行退火处理。因此，与传统工艺相比，可显著缩短工艺流程，减少拉拔道次，提高道次加工率，减少甚至省去中间退火工序，提高产品成材率。

【技术实现步骤摘要】
一种制备无镍白色铜合金线材的方法
本专利技术属于金属材料加工
，具体涉及一种制备无镍白色铜合金线材的方法，尤其是一种短流程制备无镍白色铜合金线材的方法，主要应用于生产制造拉链、纽扣、眼镜框架和各种装饰材料所需的无镍白色铜合金线材。
技术介绍
传统含镍白铜合金因其优美的色泽，优良的耐蚀性，较高的强度和良好的工艺性能，广泛用来制造眼镜框架、拉链、纽扣、手表表链和装饰工艺品等。传统白铜合金线材的制备方法主要是半连续铸造+热挤压+冷轧，半连续铸造+热轧+冷轧/冷拉拔或者半连续铸造+冷轧+冷拉拔，这些方法均存在着工序多、成材率低、线材制造成本高、制成品质量不稳定等缺点。同时，因为传统白铜的热加工区间十分狭窄而不适宜用较为新型的冷加工铸轧法进行加工。而且，近年来研究发现，人体长期与含镍材料接触，有致敏和致癌的危险。目前各国对含镍制品的使用越来越严格，已开始逐步禁止使用含镍合金制造与人体接触的产品。因此，近年来很多单位对不含镍的白色铜合金材料和其生产方法进行了研究。日本YKK株式会社分别于1998年、2000年和2002年在我国申请了四项无镍白色铜合金的专利技术专利(CN1219598、CN1278561、CN1271023、CN1414126)，其中2002年申请的专利CN1414126为Cu-Zn-Ti系合金，其余三项为Cu-Zn-Mn系合金，但是它们的缺点是所给出的成分范围太宽，所得到的合金的色调、性能差别太大，所采用的生产方法为感应熔炼－铜模涛铸－挤压成型，在专利中仅给出了少量小样的实施例，对工厂大规模生产没有实际指导意义。上海第一铜棒厂与上海交通大学合作于2002年在我国申请了一项无镍白铜的专利技术专利(CN1334352)，在综合分析YKK株式会社的两项专利(CN1219598和CN1271023)的不足的基础上，给出了使得合金的性能更趋合理的范围适当的合金成分，同时公开了该合金线材的加工方法，但该加方法为较传统的非真空熔炼、水平连铸－冷拉－冷轧－冷拉，该方法存在生产流程长，退火次数多，生产成本高，成品率低等缺点。江西理工大学于2010年在我国申请了一项无镍白铜的专利技术专利(CN101899588)，提供了一种含有稀土元素的无镍白铜合金及其板材的加工方法。中南大学于2011年在我国申请了一项无镍白铜的专利技术专利(CN102242292)，提供了一种高抗变色易切削的无镍白铜合金的组分及其板材的加工方法。这两项专利均没有对线材的生产方法进行研究报道。对白色铜合金有大量需求的眼镜框架、拉链、纽扣、手表表链及部分装饰材料等领域，都需要将白色铜合金制造加工成线坯，再进行后续生产加工。因此开发一种白色铜合金线材的短流程制备技术是十分必要的。
技术实现思路
针对传统白铜含有镍元素而危害人体健康且生产工艺较为落后和新型无镍白铜线材加工生产方法的研究存在显著不足的现实问题，本专利技术开发了一种无镍白色铜合金线材的短流程制备方法，生产工艺简单，流程短，成品率高，环境友好。本专利技术所述的一种无镍白色铜合金线材，以重量百分比计，其原料组成为：Mn：10-14％，Zn：5-15％，Sn：0.5-1.5％，Al：0.5-1.5％，Si：0.01-0.3％，Zr：0.01-0.5％，余量是Cu和不可避免的杂质，各组分重量百分之和为100％。其具体的制备方法为：采用短流程制备，具体步骤为：(1)熔炼、水平连铸根据设计的白色铜合金组分配比，将纯锰、纯锌、纯铝、纯锡、铜-硅、铜-锆中间合金及电解铜装入中频感应炉中，熔化、造渣，升温至1200-1250℃时，取炉中样，光谱分析成分符合要求后，进行水平连铸；确认水平连铸机全套设备运转正常、引锭装置转动灵活后，启铸拉坯，得铜合金圆连铸坯锭；(2)铣面、行星轧制将步骤(1)所得铜合金圆连铸坯锭铣去表面缺陷后导入行星轧机，使坯锭在680-800℃之间的轧制温度下以单道次断面收缩率大于90％、以10-35m/min的轧制速度进行轧制成形，得到轧制线坯；(3)多道次连续拉拔将步骤(2)所得线坯，进行多道次连续拉拔，控制第一道次拉拔断面收缩率不超过40％，总拉拔断面收缩率不超过75％，拉拔速度1-20m/min，直至最终成品尺寸，得到冷拉拔线坯。其中，启铸拉坯生产过程中，控制炉内合金熔体温度在1200-1300℃，控制拉坯速度1.5-3m/min，拉坯频率80-120次/min。熔体温度过高会因烧损造成合金成分偏差和形成铸造缺陷，过低会使棒坯牵不出来或拉断，使拉坯无法正常进行。拉坯速度需要控制在1.5-3m/min，速度过高会产生铸造缺陷影响拉坯质量，过低会降低生产效率。拉坯频率要控制在80-120次/min，过快会降低系统的稳定性，增大铸坯与结晶器之间的摩擦。过慢会使合金成分不均匀。导入行星轧机生产过程中，行星轧机回转盘转速为350-600rpm，轧制速度为10-35m/min，行星轧机轧辊送进角度为4°-8°，上述各个因素综合作用，使得轧制温度控制在680-800℃。其中断面收缩率应大于90％，断面收缩率不足会导致再结晶晶粒细化不充分。轧制速度需要控制在10-35m/min，速度过高会导致轧件被咬入轧辊困难、轧制过程力能负荷增加，速度过低会导致轧件温降增大，同时降低生产效率。根据材料最终性能或后续加工需要可对步骤(3)中的冷拉拔线坯实行中间退火或成品退火，退火温度为660-740℃，退火时间为30-90min。其中退火温度需要控制在660-740℃，过高会使再结晶晶粒长大，过低会导致再结晶不能充分发生。本专利技术中，采用上述组分配比及制备方法，得到的铜合金线材不含有镍元素，选用CIELAB表色系统，用色度参数L*、a*和b*来描述合金的颜色，其表征色调为白色，其范围在65<L*<90，-1.9<a*<3.2，-2.4<b*<9。本专利技术所述的制造方法与现有技术的根本区别是，首先采用水平连铸制备圆铸坯，连铸线坯具有连续柱状晶组织，其冷加工延伸变形能力优于普通铸造的线坯，有利于后续行星轧制的大变形。随后，本专利技术对线坯进行表面机加工除杂处理，然后再导入行星轧制设备，使线坯在咬入后靠大变形所释放的变形热使轧件温度瞬即升高到680-800℃，具有足够的过热度确保轧件发生动态再结晶，由冷态铸造组织转变成适宜深加工的软态再结晶组织，实现完全再结晶，从而提高轧制效率和线材质量。同时，由于能够使变形区的线坯处于动态再结晶状态，因此可以允许使用较快的轧制速度，从而增加了单台轧机的产量。此外，较窄的轧制温度区间使轧出的线材温度均匀，具有完全的等轴晶粒，使后续的多道次拉拔具有较大的变形能力，并且减少甚至取消了中间退火过程。本专利技术所述的制备无镍白色铜合金线材的方法生产工艺简单，流程短，成品率高，环境友好，可以满足拉链、眼镜框架和各种装饰材料等对白色铜合金线材的需求。具体实施方式实施例1：尺寸为Φ4.0mm线材的制备。1)线坯成分为(质量百分数)：Mn：13％，Zn：13％，Sn：1.0％，Al：1.0％，Ti：0.1％，B：0.05，Si：0.12％，Ce：0.1％，余量是Cu和不可避免的杂质的合金。2)熔炼、水平连铸：根据1)的合金组分配比，将纯锰、纯锌、纯铝、纯锡、铜-硅、铜-锆中间合金及电解铜装入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无镍白色铜合金线材，其特征在于：以重量百分比计，其原料组成为：Mn：10‑14％，Zn：5‑15％，Sn：0.5‑1.5％，Al：0.5‑1.5％，Ti：0.05‑0.5％，B：0.01‑0.3％，Si：0.01‑0.3％，Ce：0.01‑0.3％，余量是Cu和不可避免的杂质，各组分重量百分之和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种无镍白色铜合金线材，其特征在于：以重量百分比计，其原料组成为：Mn：10-14％，Zn：5-15％，Sn：0.5-1.5％，Al：0.5-1.5％，Ti：0.05-0.5％，B：0.01-0.3％，Si：0.01-0.3％，Ce：0.01-0.3％，余量是Cu和不可避免的杂质，各组分重量百分之和为100％。2.根据权利要求1所述的一种无镍白色铜合金线材，其特征在于：所述的铜合金线材，选用CIELAB表色系统，用色度参数L*、a*和b*来描述合金的颜色，其表征色调为白色，其范围在65<L*<90，-1.9<a*<3.2，-2.4<b*<9。3.一种制备无镍白色铜合金线材的方法，其特征在于：采用短流程制备，其具体步骤为：(1)熔炼、水平连铸根据设计的白色铜合金组分配比，将纯锰、纯锌、纯铝、纯锡、铜-硅、铜-锆中间合金及电解铜装入中频感应炉中，熔化、造渣，升温至1200-1250℃时，取炉中样，光谱分析成分符合要求后，进行水平连铸；确认水平连铸机全套设备运转正常、引锭装置转动灵活后，启铸拉坯，得铜合金圆连铸坯锭；(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娜，乔晋崴，李周，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37