安徽梦舟实业股份有限公司 安徽芜湖 241006
摘要：锌白铜带产品是铜、镍、锌三元合金，以其本身的特点而深受用户青睐，随着技术进步，客户对锌白铜带产品耐蚀性、强度、表面质量及屏蔽等性能要求越来越高。本产品研究采用先进的高精冷轧水平连铸生产工艺，熔铸阶段加入稀土元素，充分细化晶粒，提高铸坯质量，采用脱脂清洗、拉弯矫直等工序，提高产品表面质量，熔铸和铣面过程中采用先进的自动化控制技术，保障低镍锌白铜带产品生产质量。
关键词：低镍；锌白铜带；生产工艺
导言
锌白铜带为铜、镍、锌合金，呈亮丽银白色、具有良好的可加工性、磁屏蔽性、抗蚀性能及较高的弹性，广泛用于晶体谐振器外壳、手机、眼镜框架、光学仪器等。随着现代电子工业技术的迅猛发展，低镍锌白铜带市场需求量越来越大，客户对所用材料的耐蚀性和强度等方面也提出了更高的要求。本项目采用国际上先进的高精冷轧水平连铸生产工艺，运用先进的自动化控制技术，熔铸阶段加入稀土元素，提高铸坯质量，采用双面铣削、轧制、退火、脱脂清洗和拉弯矫直等工序，提高产品性能和表面质量，满足市场需要。
1 国内锌白铜产品研究现状
经市场调查和国内文献检索，目前，国内已有一些企业和学者对锌白铜合金进行研究，比如：江西理工大学肖翔鹏以Cu-Mn-Zn合金为研究对象，以无镍白色铜合金开发为研究目标，开发了Cu-Mn-Zn系列无镍白色铜合金。中南大学杨扬对锌白铜线材冷拔成形过程中的断裂原因进行了深入探讨，铸造时引入硫及其他杂质，中间退火工艺不当造成脱锌及铅在晶界的球化和聚集以及拉拔过程中润滑不良，道次加工率过大等工艺因素是其拉拔过程中断裂的根本原因。北京有色金属研究总院王宁采用X射线应力测试方法，配合金相显微镜观察和电子显微探针X射线分析，研究了铅锌白铜棒在冷加工过程中纵向开裂的原因。尽管国内有许多企业和学者一直在研究锌白铜合金，但是，国内能够批量生产锌白铜带的企业还是很少，国内生产锌白铜带的企业大多采用水平连铸生产工艺，采用罩式炉退火以及四辊轧机进行轧制的生产方法，但是，产品屏蔽性能、强度、表面质量还不能满足高端客户要求。
2 本产品主要技术指标
查阅了日本JIS标准、屏蔽用锌白铜带国家标准、加工铜及铜合金牌号和化学成分国家标准，结合市场要求，确定了本产品研究技术指标，详细内容见表1 和表2。
3 产品研究技术方案
3.1 产品牌号、规格、状态的确定
产品牌号确定为锌白铜带BZn15-20；产品状态为O60 ；厚度为0.10～0.80毫米；宽度为9～400毫米。
3.2 产品工艺路线的确定
本次研究的产品是低镍锌白铜带产品，属于国内同类产品中的高端、高附加值产品，生产难度大、技术含量高，需要采用先进的生产工艺和先进的生产设备。本次产品研究采用“水平连铸供坯－冷轧－退火－精整”的高精带水平连铸生产工艺，发挥水平连续铸造生产工艺流程短等优点。主要工艺流程：铸坯生产、双面铣削、粗中轧制、罩式炉退火、精轧制、脱脂清洗、拉弯矫直、纵剪、检查包装入库。
4 产品研发主要生产工艺及分析
4.1 铸坯生产
产品原料配比后，由加料小车加入感应电炉熔化，经调整成分后转入保温炉内调温，然后经水平连续铸造机连续铸造、卷取，卷坯达到预定重量后中断，检查卷坯质量，合格后送入下道工序。
为了改善产品性能，提高铸坯质量，在铸坯熔炼过程中，添加适量的稀土合金，充分细化晶粒，有效脱氧、除气、净化合金熔体，消除晶界上有害杂质的影响。严格控制熔炼工艺条件，借助先进的成分检测设备，确保带坯化学成分的均匀性及带坯内部质量。
研究过程中为了及时掌握铸坯拉铸速度、反推速度及停顿时间等相关数据，在设备本体牵引辊上加装编码器采集数据，将采集到的脉冲信号接入PLC中进行运算处理，再以数据记录软件实时反馈并提供数据存档。此项目技术的运用对本产品研发有较大帮助，在生产中能够实时检测到铸坯拉铸相关数据，这样，便于质量管理人员对铸坯拉铸过程进行实时监控和分析，对提高铸坯质量非常有益。
4.2 双面铣削
在双面铣削机上同时铣削带坯的上下表面，铣去带坯表面缺陷。铣面机在生产过程中铣刀发热需要冷却，本次采用乳化液润滑冷却，乳化液消耗到一定程度需要给乳化液箱进行配比补充，通过人工进行添加方式无法有效控制水量及油量，乳化液浓度化验合格率低，工人劳动强度大，对生产设备也会造成一定的影响。
本次乳化液浓度控制采用了自动化控制技术，通过对补油时间控制及补水量液位控制来实现自动控制乳化液浓度。以补水为启动条件同时进行补水及补油工作，当油量达到工艺所需目标量时停止补油并持续补水直至乳化液箱到达设定液位，这样，有效地控制了乳化液浓度，提高了铸坯的铣面质量。
4.3粗中轧制
经铣面后的水平连铸卷坯在四辊可逆粗中轧机上进行多道次的粗、中轧制，从14～15mm厚度轧至0.5～3.0mm厚度，严格控制带材的厚度精度和板形，其间需进行消除加工硬化的中间退火。
4.4罩式炉退火
退火是为了消除带材在冷轧过程中产生的加工硬化，恢复金属塑性继续进行冷轧。带材中间退火在钟罩式退火炉内进行，并用于部分带材的成品退火。罩式炉退火工艺的优势在于一次性退火料卷多，效率高，在不改变成品性能的前提下，消除因成品工序加工变形带来的残余应力，提高成品晶体组织的均匀性，使产品力学性能更稳定。
4.5精轧制
轧机具备恒体积流量控制、位置闭环、厚度监预控、张力控制等多种先进精确的厚度控制功能和板形自动控制系统；采用全油润滑，并配有工艺润滑油过滤系统和CO2自动灭火系统；电气控制采用全数字控制系统，装机水平达到国际先进水平。
粗中轧退火后带材在精轧机上经多道次轧制到成品厚度，按照产品的性能和质量要求，严格控制带材厚度精度、板形及性能。轧制过程是影响和控制冷轧产品表面质量、板形质量的关键部分，轧制过程中每一道次的硬化程度都要进行分析，确保轧制过程中冷却与润滑能够满足加工硬化过程中热量的释放，保证最终的产品表面无轧花印、色差等缺陷。
4.6 脱脂清洗
对轧制或钟罩式退火炉退火后的带卷通过碱洗、酸洗、冷热水洗等多种处理形式，用以清除轧制或退火后的带材表面油污、氧化斑、残留炭、粘杂物等表面异物，保证铜带表面光洁，以利于后道工序加工，提高表面质量。
4.7拉弯矫直
设备组由上料小车、套筒存储、开卷机、自动边部控制系统、伸缩皮带台、制动张力辊、板形辊、自动对中装置、液压和气动系统、电控系统等部分组成。可以实现延伸控制和张力控制模式，以达到矫平板形、降低内部残余应力的目的，更好地满足二次加工过程对带材的质量要求，经拉弯矫直后带材板形良好。
拉弯矫直是低镍锌白铜带生产中的重要工序，可消除带材内应力不匀，有效改善带材波形、翘曲、侧弯及瓢曲等板形不良缺陷。
4.8纵剪及分条
该机组用于厚度较薄且质量要求较高带材的成品剪切，机组由置卷台、上卷车、开卷机、开头导板、直头夹送辊、液压切头剪切机等组成。机组具有自动计长、涨缩卷筒的快速更换等功能。成品剪切在薄带纵剪机和成品小分条机上进行，将带材分剪成用户要求的规格，控制带材宽度公差和毛刺大小。
4.9检查包装入库
在薄带纵剪包装机列上剪切后的产品带材经在线人工检查包装后，运往成品库。
5 产品测试结果
产品试制后送检测中心检测，测试结果符合相关要求，详细内容见表3和表4
6 结束语
6.1本次产品研究从改善铸坯质量入手，在熔铸过程中添加稀土元素，有效细化晶粒，提高低镍锌白铜带性能，满足高端客户需要。
6.2 铸坯拉铸和铸坯铣面时，采用先进的自动化控制技术，保障了产品质量。如：铸坯拉铸时，采用拉铸数据实时监控、实时分析和实时控制铸坯质量；铸坯铣面时，乳化液实现自动加水和加油，自动控制乳化液浓度。
6.3 产品研制采用了铸坯双面铣削、轧制、脱脂清洗、拉矫矫直等生产工序，使产品性能达到相关标准和客户使用要求，其中，经过拉弯矫直工序后，降低了铜带材内部残余应力，拉弯矫直工序后带材板形良好，满足了市场需求。
参考文献：
[1] 贾耀卿，杨家斌，马少东等.常用金属材料手册（下）[M] 北京：中国标准出版社，2003：81-85
[2] 秋海滨，张明.板形控制新技术[J].有色金属加工，2009（3）：23-29
[3]程明山.六辊精轧机在薄铜带轧制中的应用分析[J].有色金属加工，2009(3)：44-45
[4] 吕广昱，马潇潇，郑伟刚等.黄铜光亮退火工艺的研究与探讨[J].贵州工业大学学报（自然科学版），2008（6）：28-30
[5] 王涛,高希岩.铜及铜合金板带材表面清洗技术及装备[J].有色金属加工，2009(3)：37-43
论文作者:杨春泰
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/30
标签：白铜论文; 产品论文; 质量论文; 矫直论文; 过程中论文; 表面论文; 工序论文; 《防护工程》2019年8期论文;