C42500铜合金铸锭热轧开坯温度对板坯质量的影响.pdf
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1、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
2、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:TG16
3、6.2 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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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
11、)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
12、,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
13、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
14、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
15、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 de
16、fect 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
17、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。出现此种问题的铸锭热轧后,可在将热轧板坯表面缺陷去除后继续流转加工,但后续薄带材部分区域在热处理后会出现点状或条状鼓泡缺陷,而鼓泡带材需锯切报废,导致带材的综合成品率降低。当铸锭加热温度适中时,铸锭热
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