本發(fā)明屬于銅合金領(lǐng)域，具體涉及一種黃銅帶材及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著5g工業(yè)化的進(jìn)程，石油、礦山和船舶行業(yè)得到急速發(fā)展，其使用的大型發(fā)電機(jī)組、礦山專用設(shè)備、海上鉆井平臺(tái)、船舶動(dòng)力設(shè)備等越來(lái)越大型化和模塊化，大型熱交換器行業(yè)前期廣闊，當(dāng)然對(duì)動(dòng)力散熱的熱交換器也要求越來(lái)要高。如海上要求內(nèi)鹽霧腐蝕，動(dòng)力平臺(tái)要求耐振性和耐疲勞、散熱效率高等。

2、目前這些特種設(shè)備的散熱管采用的是普通h65黃銅帶，黃銅帶經(jīng)過(guò)多組模具將銅帶卷制形成管狀料，同時(shí)銅帶的兩邊部經(jīng)過(guò)模具折彎成z型然后扣搭一起，兩邊部扣搭成型后經(jīng)過(guò)高頻焊接成管材，并采用專用設(shè)備鍍錫之后由許多熱力焊接管和散熱片組成散熱器組，散熱組的焊接管中通入冷卻液，然后利用空氣和散熱片之間的熱量交換達(dá)到快速散熱作用。但目前采用的這種黃銅帶采用邊部折彎成z型扣搭后高頻焊接方式，其焊接管生產(chǎn)效率低下，制管高頻焊接速度在40-60m/min，同時(shí)因邊部折彎成z型扣搭對(duì)原材料搭扣可浪費(fèi)約10％左右的材料。

3、隨著技術(shù)進(jìn)步，高頻焊接設(shè)備得到了發(fā)展，出現(xiàn)了一種高頻在線焊接設(shè)備，銅帶經(jīng)過(guò)多組模具將銅帶卷制形成管狀料，銅帶的兩邊部經(jīng)過(guò)模具平齊對(duì)接后進(jìn)行高頻焊接成管材，高頻焊接速度可以達(dá)到250-350m/min，同時(shí)也節(jié)約了z型扣搭疊焊的材料，即焊接管材效率提高了5倍以上，同時(shí)銅帶也節(jié)約了10％。

4、因?yàn)楹附有实奶岣吆瓦叢科烬R對(duì)接焊接方式，為了確保焊接的質(zhì)量，對(duì)銅帶提出了更高的要求，其要求熱力焊管黃銅帶產(chǎn)品具有薄、板型優(yōu)良、尺寸公差小、易高頻快速焊接、耐冷熱沖擊強(qiáng)、耐腐蝕性好、抗高溫軟化性能優(yōu)良等性能，而目前的普通h65黃銅性能無(wú)法滿足客戶要求。

5、公開號(hào)為cn1804075a的專利文獻(xiàn)公開了一種耐腐蝕合金黃銅h65及其銅帶的制作方法。該耐腐蝕合金黃銅h65，由以下重量百分比的組分組成：銅：63.5～68％；微量元素：錫0.01～0.2％和/或磷0.01～0.07％；余量為鋅。銅帶的制作過(guò)程如下：合金設(shè)計(jì)→配料→水平連鑄→銑面→粗軋→中間退火→精軋→剪切、包裝。雖然該發(fā)明的銅帶具有較好的腐蝕性，可以用于制造汽車散熱器冷卻管，但其加工性能較差，無(wú)法滿足高頻焊接對(duì)銅帶性能的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種綜合性能優(yōu)異的黃銅帶材，其具有優(yōu)異的高頻焊接性能、良好的抗高溫軟化性能和耐腐蝕性能、超高的機(jī)械強(qiáng)度，且?guī)Р牡陌嫘蛢?yōu)良。

2、一種黃銅帶材，包括以下質(zhì)量百分含量的組分，cu：63-66wt％，p：0.025-0.085wt％，te：0.005-0.015wt％，as：0.005-0.015wt％，余量為zn以及不可避免的微量雜質(zhì)，其中所述黃銅帶材中cu3p+α的共晶平均直徑尺寸在80nm以內(nèi)，單位面積上的cu3p+α共晶在220個(gè)/μm2以上。

3、添加合金元素p，能有效提高黃銅的高頻焊接性能。熱力焊管黃銅帶在焊接時(shí)，其是在裸露的空氣中進(jìn)行高頻焊接，在焊接過(guò)程中黃銅中的p元素能與空氣中的氧反應(yīng)生成p2o5無(wú)機(jī)物，而p2o5其沸點(diǎn)約為360℃，高頻焊接時(shí)焊縫處的銅合金處于熔融狀態(tài)，因此在高頻焊接p2o5升華氣體揮發(fā)掉，在焊縫處不殘留氧化渣異物。同時(shí)在黃銅中磷元素有明顯的細(xì)化晶粒作用，提高黃銅的抗高溫軟化性能，p和cu形成金屬間化合物cu3p，以共晶形式(cu3p+α)呈片狀或球狀分布晶界上，在熱處理過(guò)程中共晶化合物(cu3p+α)會(huì)進(jìn)行球化并在晶界處釘扎，組織熱處理過(guò)程中晶粒的長(zhǎng)大，從而達(dá)到細(xì)化晶粒組織的作用，同時(shí)大大提高了此款合金的抗高溫軟化能力和強(qiáng)度。

4、本發(fā)明黃銅帶材中p的含量控制在0.025-0.085wt％時(shí)為最優(yōu)。如果p低于0.025wt％，則高頻焊接時(shí)，因黃銅中p元素含量不足，導(dǎo)致脫氧強(qiáng)度不夠，焊縫處會(huì)殘留焊接的氧化渣，從而導(dǎo)致焊縫的強(qiáng)度不足，難于滿足熱力焊管的爆破測(cè)試強(qiáng)度要求。但當(dāng)p含量超過(guò)0.085wt％時(shí)，因p含量過(guò)高，導(dǎo)致黃銅中金屬間化合物cu3p過(guò)多，以共晶形式(cu3p+α)呈片狀或條塊狀網(wǎng)狀連接分布晶界上，惡化了合金的材料塑性并增加了材料的各項(xiàng)異形，降低材料的塑性，不利于材料后面的冷加工變形，因此，p含量控制在0.025～0.085wt％較佳。

5、本發(fā)明通過(guò)控制合金中磷元素的含量以及通過(guò)后續(xù)制備工藝將合金的(cu3p+α)的共晶平均直徑尺寸在80nm以內(nèi)，單位面積上的(cu3p+α)共晶控制在220個(gè)/μm2以上，并彌散細(xì)小分布在晶界處，可以確保合金高頻焊接過(guò)程中黃銅中的p元素能與空氣中的氧發(fā)生完全反應(yīng)生成氣化的p2o5無(wú)機(jī)物，大大增加合金的高頻焊接的一致性，確保了合金高頻焊接速度可以達(dá)到200-250m/min。

6、此外，添加微量的te和as時(shí)，能大大提高α單相的耐腐蝕性能。熱力焊管在海上使用時(shí)，為了確保管材的使用壽命，黃銅帶材因具有良好的耐腐蝕性能，但h65中含有大量的zn，在海洋的潮濕含鹽量高的空氣條件下易產(chǎn)生脫鋅腐蝕。而添加一定量的te和as元素時(shí)能有效降低此合金組織中各晶粒的電位差，從而有效降低合金發(fā)生電化學(xué)腐蝕的速度，脫鋅腐蝕現(xiàn)象可以得到減輕或抑制。

7、優(yōu)選地，所述黃銅帶材中，各組分的百分含量為：cu:64.5wt％，p：0.55wt％，te：0.01wt％，as：0.01wt％，余量為zn以及不可避免的微量雜質(zhì)。

8、優(yōu)選地，所述黃銅帶材的厚度為0.1-0.2mm，硬度為130-170hv，抗拉強(qiáng)度420-540mpa，屈服強(qiáng)度為360-460mpa，延伸率＞20％，導(dǎo)電率≥26iacs％，粗糙度ra0.04-0.07μm，平均晶粒度＜5μm，并在450℃保溫6小時(shí)后材料硬度在115hv以上，鹽霧試驗(yàn)條件下24小時(shí)無(wú)明顯變色和腐蝕。

9、優(yōu)選地，所述黃銅帶材的厚度公差控制在±0.002mm，寬度公差控制在±0.02mm，銅帶側(cè)彎＜0.3mm/m，扭曲度小于2°，翹曲度＜10mm/m，板型浪高＜0.002mm，邊部毛刺＜0.003mm。

10、本發(fā)明還提供了所述黃銅帶材的制備方法，包括以下步驟：配料熔煉→半連續(xù)紅錠鑄造→熱軋+空冷自然時(shí)效→粗軋→第一次氣墊式熱處理→中間料軋制→第二次氣墊式熱處理→成品軋制→拉彎矯直→在線去應(yīng)力退火→成品分切寬度，

11、其中，所述粗軋加工率為90～98％；中間料軋制加工率為65-85％；

12、所述第一次氣墊式熱處理和第二次氣墊式熱處理的退火加熱爐區(qū)長(zhǎng)度為18-25m，冷卻區(qū)為2-5m，采用在線噴水水冷，經(jīng)過(guò)冷卻區(qū)后銅帶表面溫度降至室溫，其中所述第一次氣墊式熱處理的退火溫度為550～600℃，退火速度為30～50m/min；所述第二次氣墊式熱處理采用微氧化氣氛退火，退火溫度為500～550℃，退火速度為50～100m/min，并采用在線酸洗去除合金表面氧化物。

13、所述粗軋工序中，粗軋的加工率達(dá)到90～98％。粗軋加工率大，可以有效將熱軋坯料組織經(jīng)過(guò)冷加工成纖維織構(gòu)，然后經(jīng)過(guò)第一次氣墊式熱處理可將組織晶粒細(xì)化。

14、所述第一次氣墊式熱處理，采用單張展開式氣墊爐退火，退火溫度為550～600℃，退火速度為30～50m/min。退火加熱爐區(qū)長(zhǎng)度21m，冷卻區(qū)3m，采用在線噴水水冷，經(jīng)過(guò)冷卻區(qū)后銅帶表面溫度降至室溫。經(jīng)過(guò)大加工率的粗軋后，合金組織為纖維織構(gòu)明顯，然后配合氣墊式熱處理的中溫快速退火，可有效細(xì)化合金組織。因?yàn)楹辖鸾M織纖維化后，在這種中溫快速退火過(guò)程中，晶粒只會(huì)發(fā)生恢復(fù)和再結(jié)晶，沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行晶粒長(zhǎng)大，從而得到了細(xì)晶組織，同時(shí)因粗軋的大加工也使(cu3p+α)的共晶破損細(xì)化，經(jīng)過(guò)第一次氣墊式熱處理后(cu3p+α)的共晶平均直徑尺寸在100納米以內(nèi)，單位面積上的(cu3p+α)共晶在200個(gè)/μm2以上。

15、所述中間料軋制工序中，中間料加工率為65-85％。

16、所述第二次氣墊式熱處理工序中，采用單張展開式氣墊爐退火，退火溫度為500～550℃，退火速度為50～100m/min，退火加熱爐區(qū)長(zhǎng)度21m，冷卻區(qū)3m，采用在線噴水水冷，經(jīng)過(guò)冷卻區(qū)后銅帶表面溫度降至室溫。加熱采用微氧化氣氛退火，保護(hù)氣體為氮?dú)夂臀⒘垦鯕獾幕旌蠚怏w，氧氣的含量為3～6％，并采用在線酸洗去除合金表面氧化物。

17、經(jīng)中間料軋制和第二次氣墊式熱處理后，合金的晶粒度和(cu3p+α)的共晶破損細(xì)化，第二次氣墊式熱處理后合金組織的平均晶粒度控制在5μm以內(nèi)，(cu3p+α)的共晶平均直徑尺寸在80nm以內(nèi)，單位面積上的(cu3p+α)共晶在220個(gè)/μm2以上。

18、合金組織的晶粒細(xì)化，有效提高了材料的耐高溫特性，進(jìn)一步確保了此款合金在450℃保溫6小時(shí)后材料硬度在115hv以上。同時(shí)(cu3p+α)的共晶組織的細(xì)化和單位面積上的顆粒度增加，能進(jìn)一步提高合金高頻焊接過(guò)程中黃銅中的p元素能與空氣中的氧反應(yīng)生成氣化的p2o5無(wú)機(jī)物，提高合金的脫氧能力，增加合金的高頻焊接特性。

19、本發(fā)明通過(guò)大的冷加工率+氣墊式熱處理，將合金的(cu3p+α)的共晶平均直徑尺寸在80nm以內(nèi)，單位面積上的(cu3p+α)共晶在220個(gè)/μm2以上，彌散細(xì)小分布在晶界處，確保合金高頻焊接過(guò)程中黃銅中的p元素能與空氣中的氧發(fā)生完全反應(yīng)生成氣化的p2o5無(wú)機(jī)物，大大增加合金的高頻焊接的一致性，確保了合金高頻焊接速度可以達(dá)到200-250m/min。

20、優(yōu)選地，所述半連續(xù)紅錠鑄造工序中，鑄錠采用紅錠鑄造技術(shù)，結(jié)晶器冷卻只采用一次冷卻水冷卻，不采用二次冷卻水，一次冷卻水進(jìn)水溫度控制在26～29℃，出水溫度控制在45～50℃，流量為10～15m3/h，鑄錠出結(jié)晶器表面溫度在650℃以上，拉鑄好的鑄錠空冷至85℃以下進(jìn)行水冷，防止熱軋時(shí)鑄錠開裂。因?yàn)榇撕辖鹛砑恿?.02～0.08wt％的p，合金中的p和cu形成金屬間化合物cu3p，cu3p為脆性化合物，并以共晶形式(cu3p+α)呈片狀或球狀分布晶界上，如果鑄造過(guò)程中鑄造速度過(guò)快或者鑄錠受水急冷時(shí)易在(cu3p+α)呈片狀或球狀分布晶界處產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，并在此處出現(xiàn)顯微裂紋，嚴(yán)重時(shí)鑄造過(guò)程中鑄錠就出現(xiàn)中心裂紋，同時(shí)在熱軋時(shí)也會(huì)出現(xiàn)熱軋開裂現(xiàn)象。為了確保鑄錠質(zhì)量，采用半連鑄紅錠鑄造，大大降低了鑄錠的鑄造內(nèi)應(yīng)力，避免了鑄造過(guò)程中組織晶界處出現(xiàn)顯微裂紋，杜絕了鑄錠開裂或熱軋開裂的情況發(fā)生。

21、優(yōu)選地，所述熱軋+空冷自然時(shí)效工序中，鑄錠加熱溫度840～880℃，保溫時(shí)間3～4h，熱軋開始溫度820～840℃，終軋溫度控制在500～550℃，打卷后空冷30～40小時(shí)后至70℃以內(nèi)。經(jīng)過(guò)熱軋+空冷自然時(shí)效后帶坯的硬度為55～65hv，抗拉強(qiáng)度為240～300mpa，延伸率≥50％。熱軋+空冷自然時(shí)效也避免了熱軋終軋后帶坯500-550℃高溫受到急冷，避免熱軋后帶坯組織在共晶形式(cu3p+α)呈片狀或球狀分布晶界處出現(xiàn)顯微裂紋。

22、本發(fā)明通過(guò)半連續(xù)紅錠鑄造，避免了鑄錠受水急冷時(shí)在(cu3p+α)呈片狀或球狀分布晶界處產(chǎn)生鑄造應(yīng)力生產(chǎn)晶界顯微裂紋現(xiàn)象，確保了鑄錠的質(zhì)量，杜絕了鑄錠開裂或熱軋開裂的情況發(fā)生。同時(shí)，熱軋收卷后采用空冷自然時(shí)效，也避免了熱軋終軋后帶坯500～550℃高溫受到急冷，杜絕了熱軋后帶坯組織在共晶形式(cu3p+α)呈片狀或球狀分布晶界處出現(xiàn)因冷卻內(nèi)應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，確保了合金的冷加工塑性和物理機(jī)械性能等。

23、優(yōu)選地，所述拉彎矯直工序中，采用23輥矯直機(jī)，矯直延伸率0.3～0.5％，矯直單位張力200～270n/mm2，矯直后的版型控制在5i以內(nèi)。矯直單位張力達(dá)到合金材的屈服強(qiáng)度0.4-0.5，通過(guò)23輥完全矯直變形，并矯直延伸率控制在0.3～0.5％時(shí)，能有效提高合金帶材的平整度，將板型控制在5i以內(nèi)，同時(shí)能有效降低材料冷加工過(guò)程中的殘余內(nèi)應(yīng)力。

24、優(yōu)選地，所述在線去應(yīng)力退火工序中，采用張力矯直氣墊退火爐，退火溫度400～440℃，退火速度80～120m/min，氣墊爐內(nèi)銅帶單位張力控制在200～270n/mm2。合金帶材經(jīng)過(guò)加工硬化后，在400～440℃，退火速度80～120m/min，合金帶材組織的晶粒發(fā)生恢復(fù)但無(wú)法再結(jié)晶，合金組織內(nèi)部的殘余應(yīng)力得到釋放，同時(shí)在線退火采用的單位張力達(dá)到合金帶材的屈服強(qiáng)度0.4～0.5，帶材在400～440℃發(fā)生蠕變延伸，材料板型得到進(jìn)一步改善。因此通過(guò)此工序后，合金帶材的組織內(nèi)部的殘余應(yīng)力得到完全釋放，板型優(yōu)良，確保帶材分條后銅帶側(cè)彎＜0.3mm/m，扭曲度小于2°，翹曲度翹曲＜10mm/m，板型浪高＜0.002mm。

25、優(yōu)選地，所述成品分切寬度工序中，盤剪剪刃間隙為0.002～0.003mm，以確保分切的銅帶的邊部毛刺＜0.003mm。

26、本發(fā)明還提供了所述的黃銅帶材在制備熱力高頻焊管中的應(yīng)用。本發(fā)明的黃銅帶材具有優(yōu)異的高頻焊接性能、良好的抗高溫軟化性能和耐腐蝕性能、超高的機(jī)械強(qiáng)度，以及優(yōu)良的帶材版型，在熱力高頻焊管的制備中具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

28、(1)本發(fā)明在國(guó)標(biāo)基礎(chǔ)上優(yōu)化h65銅合金的成分比例，添加了合金元素p，并通過(guò)大的冷加工率+氣墊式熱處理，將合金的(cu3p+α)的共晶平均直徑尺寸在80nm以內(nèi)，單位面積上的(cu3p+α)共晶在220個(gè)/μm2以上，彌散細(xì)小分布在晶界處，確保合金高頻焊接過(guò)程中黃銅中的p元素能與空氣中的氧發(fā)生完全反應(yīng)生成氣化的p2o5無(wú)機(jī)物，大大增加合金的高頻焊接的一致性，確保了合金高頻焊接速度可以達(dá)到200-250m/min。

29、(2)本發(fā)明通過(guò)半連續(xù)紅錠鑄造，即采用紅錠鑄造技術(shù)，避免了鑄錠受水急冷時(shí)在(cu3p+α)呈片狀或球狀分布晶界處產(chǎn)生鑄造應(yīng)力生產(chǎn)晶界顯微裂紋現(xiàn)象，確保了鑄錠的質(zhì)量，杜絕了鑄錠開裂或熱軋開裂的情況發(fā)生。同時(shí)，熱軋收卷后采用空冷自然時(shí)效，也避免了熱軋終軋后帶坯500-550℃高溫受到急冷，杜絕了熱軋后帶坯組織在共晶形式(cu3p+α)呈片狀或球狀分布晶界處出現(xiàn)因冷卻內(nèi)應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，確保了合金的冷加工塑性和物理機(jī)械性能等。

30、(3)本發(fā)明通過(guò)拉彎矯直，矯直單位張力達(dá)到合金材的屈服強(qiáng)度0.4-0.5，通過(guò)23輥矯直機(jī)發(fā)生連續(xù)彎曲輕微延伸變形，并矯直延伸率控制在0.3-0.5％時(shí)，能有效提高合金帶材的平整度，將板型的控制在5i以內(nèi)，并且能有效降低材料冷加工過(guò)程中的殘余內(nèi)應(yīng)力。在線去應(yīng)力退火，采用中溫快速熱處理方式，讓合金帶材組織的晶粒發(fā)生恢復(fù)但無(wú)法再結(jié)晶，同時(shí)在線退火采用的單位張力達(dá)到合金材的屈服強(qiáng)度0.4-0.5，在此張力下，帶材在400-440℃會(huì)發(fā)生蠕變延伸，合金帶材的組織內(nèi)部的殘余應(yīng)力得到完全釋放，材料板型得到進(jìn)一步改善。因此通過(guò)此工序后，板型優(yōu)良，確保帶材分條后銅帶側(cè)彎＜0.3mm/m，扭曲度小于2°，翹曲度翹曲＜10mm/m，板型浪高＜0.002mm。

31、(4)本發(fā)明的黃銅帶材的厚度為0.1-0.2mm，硬度為130-170hv，抗拉強(qiáng)度420-540mpa，屈服強(qiáng)度為360-460mpa，延伸率＞20％，導(dǎo)電率≥26iacs％，粗糙度ra0.04-0.07μm，平均晶粒度＜5μm，(cu3p+α)的共晶平均直徑尺寸在80nm以內(nèi)，單位面積上的(cu3p+α)共晶在220個(gè)/μm2以上，并在450℃保溫6小時(shí)后材料硬度在115hv以上，鹽霧試驗(yàn)條件下24小時(shí)無(wú)明顯變色和腐蝕，同時(shí)要求厚度公差控制在±0.002mm，寬度公差控制在±0.02mm，銅帶側(cè)彎＜0.3mm/m，扭曲度小于2°，翹曲度＜10mm/m，板型浪高＜0.002mm，邊部毛刺＜0.003mm，其滿足空氣條件下250-350m/min高速高頻焊接要求。