水箱铜带设计生产工艺中南大学资料.docx
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水箱铜带设计生产工艺中南大学资料
问题：
H62热态很软，冷态很硬，中间退火频繁，生产过程中几次剖条，对成品平直度有影响，缺少明确的工艺及设备的技术参数
部分退火工序没有说明退火气氛控制要求
……
●作业2：
查找相关标准和资料，完善上述产品的生产工艺（A4版面，>10Pages）
GB/T29091-XXXX（最新年份2012）
GB/T17793-XXXX
GB/T2059-XXXX
GB/T2061-XXXX
水箱铜带生产工艺
序号
工序名称
主要设备
工艺参数
工艺参数设计依据（此处可以只作标示，具体内容附后）
1
配料
人工
h62成分
2
熔炼
工频炉
温度1100℃
3
铸锭
立式半连续铸造机
温度1060，铸速0.5m/min
4
铣面
铣床
铣面0.5mm
5
加热
煤气反射炉
750-780℃。
2h,氧化性气氛
6
热轧
ψ850*1500mm的2辊可逆轧机
九道次，轧后尺寸12*640，终轧温度650以上，水冷
7
铣面
铣床
铣面0.5mm
8
冷轧
ψ600的两辊可逆轧机
九道次，轧后尺寸5.5*640，凸型辊
9
中间退火
电阻退火炉
温度，580-600，喷水冷却
消除加工硬化
10
冷轧
3ψ400/ψ1000*1000的三机架串联轧机
三道次，轧后厚度2.3，凸型辊5.5→3.6→2.6→2.3
黄铜的冷加工变形不超过50％
11
中间退火
电阻退火炉
退火温度580-600，喷水冷却
消除加工硬化
12
酸洗
酸洗机列
H2SO4溶液
13
三次冷轧
3ψ400/ψ1000*1000的三机架串联轧机
三道次轧制，1.0*640，2.3→1.6→1.25→1.0
黄铜的冷加工变形不超过50％
14
中间退火
电阻退火炉
退火温度580-600℃，
消除加工硬化
15
酸洗
酸洗液
H2SO4溶液
16
四次冷轧
ψ250/ψ750*800四辊可逆轧机
四道次轧制0.4*640mm，1.0→0.7→0.6→0.5→0.4
黄铜的冷加工变形不超过50％
17
剖分
圆盘剪剖机
15*2*180的三条板带
18
中间退火
电阻退火炉
退火温度520℃
消除加工硬化
19
酸洗
酸洗液
20
五次冷轧
ψ150/ψ500*400四辊可逆轧机
四道次轧制0.13*215mm，0.4→0.3→0.23→0.17→0.13
黄铜的冷加工变形不超过50％
21
五次中间退火
退火炉
退火温度420℃，
消除加工硬化
22
精轧
ψ150/ψ500*400四辊可逆轧机精轧
0.1*215mm
轧制成为半硬态
23
剪切
剪切机
0.1*96mm
得到目标工件
24
成品检验
按gb/t2016-xxxx，其中杯突深度应在3.5~5.5mm内
25
包装
按gb/t2061-xxxx
工艺参数设计依据
1.配料：
以上为黄铜成分，熔炼温度的选取，熔炼温度需高于铜和锌的熔点，铜的熔点1084，锌的熔点660℃，锌的沸点907，设计熔炼温度1100,度，为了防止锌的挥发，熔炼黄铜时应先加入铜熔炼，然后加入锌，坚持“低温加锌”和“逐块加锌”的原则，保证安全生产的同时可以减少锌熔损。
出炉温度，喷大火两次，温度为1030~1060摄氏度，用木炭覆盖。
2.铸造：
采用半连续铸造，由于最终铸锭的尺寸为155*620*1040，所以铸造的尺寸应比其稍大，以防止热胀冷缩以及便于后面的铣面处理。
冷却方式可采用直接水冷，铸速约为0.5m/min，引锭方式为连续下引，结晶器振动频率为80~120次/分，同时采用脱水硼砂作为润滑剂。
3.铸锭加热：
①铸造后黄铜由于均匀化退火效果不佳，所以h62铸造组织一般不采用均匀化退火，但是在热轧前，有色金属铸锭，热轧钱均需要加热，加热温度应满足热轧温度的要求，保证金属塑性高，抗力低，产品质量好。
实际生产中为了补偿温降保证热轧温度，炉内温度应高于热轧温度，理论上热轧开轧温度取合金熔点的0.85~0.9，热轧温度过高，容易出现晶粒粗大，或者低熔相的熔化，导致过热过烧，热轧时开裂。
塑性图在一定程度上反映了金属的高温塑性情况，它是热轧温度的主要依据，有色金属热轧前加热温度参考下表，我们可以知道h62黄铜选取温度为750-780℃。
第二类再结晶图确定终轧温度。
②终轧温度塑性图不能反映热轧终了金属的组织与性能。
当热轧产品组织性能有一定要求时，必须根据终轧温度要保证产品所要求的性能和晶粒度。
温度过高晶粒粗大，不能满足性能要求，而继续冷轧会产生轧件表面桔皮和麻点等缺陷，当冷轧加工率较小时，还难以消除。
终轧温度过低引起加工硬化，能耗增加，再结晶不完全导致晶粒大小不均及性能不合。
终轧温度还取决于相变温度，在相变温度以下，将有第二相析出，其影响由第2相的性质决定。
一般会造成组织不均，降低合金塑性，造成裂纹以致开裂，终轧温度一般取相变温度的0.65-0.7左右。
部分铜合金的热轧温度范围见表所示，所以我们选择终轧温度为650℃。
合金
开轧温度，℃
终轧温度，℃
H96、H90
800～850
470～700
H80、H70、H68
750～800
450～700
H65、H62
750～800
450～700
H59、HPb59-1
650～800
700
③加热时间包括升温和均热时间。
加热时间宜短，可减少氧化，降低能耗，防止过热过烧，但必须保证均匀热透，达到所需加热温度，铸锭越厚加热时间越长，加热时间可由经验公式t=（12~20）√H=144~240,由于铜合金取下限，故取加热时间为2-2.5h。
④炉内气氛采用为氧化性气氛，可避免严重氧化烧损，又能防止“氢气病”的产生，含氧铜锭在还原性气氛中加热，还原性气体在高温下扩散进入金属中使氧还原，生成不溶于cu的水蒸气和co2，具有一定压力能穿裂金属造成氢气病，导致热轧时在轧件表面造成裂纹。
4.热轧：
①开坯常使采用凹形辊，其凹度由杂志温度，轧制力等因素共同决定，凹形辊不仅有利于咬入，减少轧件边部拉应力造成的裂变倾向，而且防止杂件跑偏，增加轧制过程的稳定性。
热轧时，辊型的选取我们可以依据下表，由于轧件宽度为160mm，所以我们选取ψ850*1500mm的2辊可逆轧机。
其主要性能见表。
②压下制度：
大多数有色金属热轧的总加工率达95％以上，对于少数高强度、低塑性及热轧塑性较窄的合金，热轧加工率也在0.9以上。
这里我们选取黄铜加工率为0.92，一般情况下，有色金属塑性较好，道次压下量可大些：
纯铝、皿1、LR等软铝合金可达80％以上，LYU、LD2等可达50％—60％；紫铜和纯锌可达70％—80％，黄铜肋、H68、H90和青铜也可达50％；钻与铣合金可达70％—如％。
选取黄铜平均压下为35％，轧制道次与热轧总加工率ε总和平均道次加工率ε道的关系为：
n=lg（1-ε总）/lg（1-ε道）
计算后取轧制道次为9.轧制后的厚度为12mm，12*640mm。
通常希望加大道次加工率。
但受合金的高温性能、咬入条件、产品质量要求及设备能力的限制。
开始轧制阶段，铸锭塑性差，且受咬入条件限制，道次加工率略小。
加工率随道次增多逐渐加大；中间轧制阶段，应尽量增大道次加工率。
最大道次加工率，对硬铝合金变形深透后可达45%以上，对软铝及多数重有色金属可达50%。
中间道次后期压下量应使轧制压力与辊型相适应，以便控制板凸度；最后轧制阶段，一般道次加工率减小。
并注意避开临界变形程度。
故选取155→135→110→75→50→35→24→17→14→12的轧制工艺。
③：
轧制速度有色金属热轧时变形速度范围。
工程中，轧制速度通常是指轧辊线速度。
在保证产品质量合格和设备能力允许的情况下，尽量采用较高的速度。
对于铜合金，一般为0.5~4m/s。
④：
冷却润滑：
热轧一般要采用工艺润滑。
热轧时的工艺润滑的作用是；提高轧辊的耐磨性，有时可以提高1-2倍或更高，增加轧辊的寿命i减少轧制时的能量消耗；防止辊面强着金属粉末，改善产品的表面质量。
工艺润滑之所以有这些良好的作用，其根本原因是降低了金属和轧辊问的摩擦系数。
有色金属热轧时使用的工艺润滑剂有三种类型：
纯油、水呐混合剂和乳液。
其中纯油滑剂效果最好，因为它能在轧辊表面亡形成一层薄的油膜，既不燃烧．又能很好地起到润滑用。
在纯油润滑剂小植物油的润滑效果比矿物油的更好。
热轧时轧辊与热的轧件相接触，因此轧辊被加热，再加之轧件与轧辊间的摩擦热和轧件变形热，都使轧辊温度急剧升高，辊面温度有时高达轧件温度的1／3*1／2。
由于轧辊表面温升高，不仅增加门L件与轧辊间的摩擦系数，提高了轧制力，而且还容易使轧辊表面产生裂和擞结金属粉末。
另外，轧辊受热又使辊型发生变化，使轧件的板型不能满足要求。
为了防止或减轻上述现象的发生，从而延长轧辊寿命，保持辊面清洁，保持良好的板型．轧时需要不断地对轧辊进行冷却。
从某种意义上讲，热轧过程中的轧用冷却比工艺润滑更重要，有色金属及合金热轧时，一般采用工业新水或循环水直接喷洒到轧辊上，冷却水的成分不应腐蚀轧辊、轧机部件及轧件，冷却水的温度一般控制在35度以下，以提高冷却效果，冷却水带走的金属氧化物，经过沉淀后可回收处理。
有的工厂热轧某些合金时，为防止温降过大，可以少故水或不故水冷却，但不应有损于轧辊寿命。
热轧工艺计算
热轧工艺计算主要包括变形及工艺参数计算；轧制压力及力饭计算p设备负荷验算；g型设计及生产工艺卡片计算等内容。
热轧工艺计算通过举例讨论热轧变形及工艺参数计氏轧制压力计算及轧辊强度校核，力矩及主电机校核计算。
轧制条件：
在2ψ850x1500mm2辊可逆轧机：
，热轧黄铜H62，铸锭尺寸为155*620*1040，轧到12mm厚的板坯料。
轧制速度0．5—3m／s，许用压力1035x10000N，轧辊最大开口度250mm，开轧温度780℃，终轧温度650它，轧辊材质为socrMnMo。
主电机为直3电机，其功率1800kw，转速90r／min／180r／min，GD2＝3×100000N/m.
热轧的轧件尺寸、压下且、加工率、变形长度及变形速度等参数计算，见下表。
轧制道次
1
2
3
4
5
6
7
8
9
轧前厚度
155
135
110
75
50
35
24
17
14
轧后厚度
135
110
75
50
35
24
17
14
12
压下量
20
20
35
25
15
11
7
3
2
道次加工率
13
15
32
33
30
31
29
18
14
变形区长度
92
92
121
103
80
68
54
36
29
宽展量
3
4
10
9
6
5
4
2
1
轧后宽度
623
627
637
646
652
657
661
663
664
轧前温度
780
776
768
753
732
716
698
685
670
轧后温度
776
768
753
732
716
698
685
670
650
平均温度
778
772
760
740
724
707
692
677
660
稳定轧制速度
1.5
2
2
2.5
2.5
2.5
2.5
2
2
平均变形速度
3.1
3.5
6.2
7.8
8.9
10.7
12.8
10.5
10.5
速度影响系数
0.92
0.95
1.01
1.05
1.1
1.11
1.13
1.1
1.1
温度影响系数
0.29
0.29
0.3
0.31
0.31
0.31
0.35
0.31
0.31
变形程度影响系数
0.76
0.80
0.92
1.0
1.02
1.02
1.03
1.02
1.02
平均变形抗力
16.2
17.6
22.3
26.0
27.8
28.0
32.6
27.8
24.8
平均变形力
18.8
20.2
25.6
30.0
32.0
32.2
37.5
32.0
28.52
变形区形状系数
0.93
4.39
1.80
2.12
2.33
2.41
2.52
2.60
2.67
摩擦系数
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
0.45
外摩擦影响系数
1.02
1.14
1.22
1..28
1.35
1.40
1.42
1.43
1.47
外端影响系数
1
1
1
1
1
1
1
1
1
平均单位压力
19.2
22.8
31.2
38.4
43.2
45.0
53.3
46
42
轧制压力
1107
1315
2367
2555
2253
2010
1900
1097
806
1轧制道次的确定当铸锭及热轧厚度确定之后，川求出总加工率，然后确定轧制造次的分配。
根据道次加上率的分配原则，可用计算法和对比法，确定道次分配。
2.热轧咬入校核热轧道次压下显大，首先必须满足咬入条件。
由（1—l4）式，自然咬入条例：
应满足△h＜D（1—cosβ），摩擦系数f，根据用水冷却润滑的条件，查表3—4得f＝0．45，tgβ＝f＝0．45，则β=24度，cosβ=0．9t，△h＝D（1—cosβ）＝850×（1—0．91）＝76．5mm，由表7—9可知各道次压下员均小于76．5mm，满足自然咬入条件。
3热轧宽展计算热轧宽展量大不可忽略，按公式ΔB=C
计算各道次的宽展量，C对H62取0.27。
轧后宽度
为轧前宽度加上该道次宽展量。
计算轧制压力，也可用轧制前后的平均宽度值。
4热轧温降计算温降计算可用实测值，也可采用经验公式或理论公式计算。
温降系数Φ按下式计算：
Φ=
式中：
、
—热轧开轧温度和终轧温度，℃，由实测得出；
H、h—热轧开始时铸锭厚度和终轧厚度，mm；
Φ—温降系数，℃·mm。
已知第n道次的轧出厚度
，则第n道次的轧件温度
按下式计算：
=
-Φ
5平均变形速度按如下公式计算：
=
，温度影响系数，速度影响系数，变形程度影响系数可由图3-13、3-14查得，附表如下：
平均变形抗力
按下列公式计算：
=
，查表3-1得，
=80MPa。
K=1.15
，外摩擦影响系数
按西姆斯简化公式计算：
=0.785+0.25l/
。
外端影响系数
因为l/
＞1.0，不予修正。
平均单位压力
按下列公式计算：
=K•
。
轧制压力P按下列公式计算：
P=
l。
5.铣面：
铜及铜合金热轧后的坯料或连铸坯料也需要铣面或同时铣边，除去氧化物及其他表面缺陷，以便继续冷轧。
每面铣削量一般控制在0.25～0.5mm，黄铜取下限，紫铜取上限。
6.冷轧：
①酸洗：
轧件经热轧及热处理后，采用酸洗法清除表面的氧化皮。
一船酸洗过程按如下顺序进行：
酸洗一冷水洗一热水洗一干燥。
干燥大多采用蒸气烘干或压缩空气吹干，有的工厂冷水洗后接采用煤气或电加热烘干。
生产中对酸洗工艺的要求是：
氧化物清刷干净．左面质量高酸洗液常采用款酸、硫酸和硝酸等。
酸洗时表面氧化物与之发生反应，氧化皮被溶解或由于化学反应产生的氢气形成气泡的机械剥离作用而脱落。
比如铜及其合金酸洗时的化学反应方程式为：
Cu0十H2S04＝CuS04十H20
Cu2o十H2S04＝Cu十CuS04十H2o
Cu十2HN03＝Cu（N03）2。
H2o
铜及铜合金氧化皮最外层为cuo，在cMo的下面还有一层cu20，在H2s04中内层CuO的溶解很慢，为了酸洗后表面光亮，在酸洗液中加入适量的HN05作氧化剂，可加速CuO的溶解，但过量时有损于酸槽寿命及恶化劳动条件。
酸洗时间与酸洗液的浓度及温度有夫，一般为5—30m吨根据合金种类及表面情况而定。
酸液温度夏天多为室温，冬天可用蒸汽加热至40—60min，紫铜取亡限，黄铜取下限。
②压下制度：
冷轧压下制度主要包括总加工率的确定和道次加工率的分配。
总加工率一般分为两次退火之间的总加工率，称中间冷轧总加工率；为控制产品最终性能及表面质量，所选定的总加工率成为成品冷轧总加工率。
确定总加工率的原则是
（1）充分发挥台全阳性，尽可能采用大的总加工率，减少中间退火或其他工序，缩短工艺流程，提高生产4和降低成本；
（2）保证产品质显，防止总加工率过大产生裂边和断带，恶化表面质量。
而且总加工率不能位于临界变形程度范围，以免迟火后出现大晶粒及昆粒大小不均；（3）歹分发挥设备能力，保证设备安全运转，防止损坏设备部件或侥坏电机等事故出现。
有色金属及合金常采用的冷轧总加工率范围参见下表
H62冷轧开坯和两次退火的总加工率查表取50％，中间退火次数
N=lg（1-ε总）/lg（1-ε退）－1
冷轧道次n可以按下式确定
n=lg（1-ε退）/lg（1-ε道）
分配道次加工率的一般原则：
前面道次加工率大，（第一道可稍小）,往后随加工硬化程度增加，道次加工率逐渐减小，保证顺利咬入，尽量使各道次轧制压力相接近，对稳定工艺、调整辊型有利，连轧时还应注意保证各机架秒流量相等，保证设备安全运转。
所以一共需要进行六次冷轧，五次中间退火，各轧制后厚度变化为12→5.5→2.3→1→0.4→0.13→0.1。
其中第一次冷轧需要九个道次，第二次需要三个道次（5.5→3.6→2.6→2.3），第三次轧制需要三个轧制道次（2.3→1.6→1.25→1.0）。
第四次冷轧使用四个轧制道次（1.0→0.7→0.6→0.5→0.4），第五次轧制使用四道次轧制（0.4→0.3→0.23→0.17→0.13）第六次轧制经过一次精轧成0.1*215，其中第六次轧制变形量仅30％，是因为需要获得半硬态制品，其压下量需要由金属力学性能与冷轧压下率曲线来确定。
③：
冷轧的张力：
实际生产中张力的选择主要指平均单位张应力。
选择张力的大小通常应遵循如下原则：
要根据合金品种、轧件尺寸及轧制条件、产品质量等决定张力，一般随合金的变形抗力及轧件厚度增加，采用的单位张力相应增大。
最大单位张力不应超过或等于轧制合金的屈服强度，否则会造成带材在变形区外产生塑性变形，甚至断带。
最小张力值应保证带材卷紧卷齐。
目前实际生产中单位张力一般为〔O．1一O，6）σs，变化范围较大。
设计中可选择单位张力为（O．2一O．4）σs。
厚带或高塑性合金带取上限，薄带或低塑性合金带取下限。
总之，不同的轧制条件都要求有不同的单位张力相适应。
轧制铜合金簿带和箔材时采用的单位张力一般为100一200MPa，有的高达250一300MPa。
选择张力时要考虑具体轧制条件。
当带材边部有小裂口及退火后有末酸洗干净的氢化边时，应适当降低张力，对低塑性合金尤为必要；轧制时易出现冲击或张力波动的情况，张力也应适当降低。
对于需要进行中间热处理或成品热处理的卷材，冷轧最后道次的张力不能太大，防止由于张力太大卷得太紧，导致在热处理卷材出现退火不均和局部粘接等现象。
生产中大多采用后张力大于前张力的工艺，其优点及适用范围如下：
后张力大于前张力时不宜拉断，在厚度小于O，5mm的薄带豆为明显；带材进入轧辊时较平稳；在同一卷冷轧时易于调整前张力，可逆轧机逐道次变换张力时只需要变换一方的张力。
④：
冷轧的速度：
低速冷轧时，咬入速度可采用工作速度的7％一10％；高速冷轧时，咬入速度可采用工作速度的3％一6％。
铜合金目前采用的冷轧速度已达到4—15m／s，最高速度已达20m／s。
⑤：
冷轧的润滑：
冷轧采用工艺润滑的主要作用是减小轧件与轧辊间的摩擦系数，通过改变变形区内的应状态来减小金属的变形抗力，这不但有助于保证在已有的设备条件下实现更大的压下，而且pJ使轧机能够经济pJ行地生产厚度更薄的产品。
此外，采用有效的工艺润滑也直接对冷轧过的发热率及轧辊的温升起到良好的影响；在轧制某些有色金属及合金时，还可以起到防止金粘辊的作用。
轧制带材时，为保证最佳的润滑效果，带材表面应保持均匀的油膜，油膜厚度取决于润滑剂的性能、轧件及轧辊的表面光滑程度、压下量及轧制速度等。
油膜太薄，易导致延伸不均及局部油膜破裂，冷轧箔材时甚至出现局部粘接；而油膜太厚时，多余的润滑剂挤在带材边部，往往又重新流入带卷的里面，以致在退火时难于焙尽而残留斑点。
下表列出了铜合金轧制常用的润滑剂，可以知道h62使用锭子油作为润滑剂。
⑥；轧机的选择：
选择轧机型式时，要根据生产实践中各种轧机的生产经验及使用情况，从技术经济、投资费用及制造能力方面全面考虑。
轧制产品的最大宽度与最小厚度h之比是选择轧机型式的重要参数，在满足产品品种及规格的要求时，要优先选择辊数少的轧机。
轧机的作业方式主要根据产量多少考虑，小批量及多品种时采用不可逆及单机座的冷轧机，大批量及品种单一时常采用可逆及连续式的高速轧机。
铜合金常用冷轧辊型如下表凸度值多在0.01~0.3mm冷轧硬合金时凸度取上限，冷轧软合金取下限，宽杂件取上限，窄轧件取下限。
由轧制的压下制度以及轧件的昆都，由上表可以选取各个冷轧道次的轧辊，第一次冷轧采用2ψ600*1000的轧辊，第二次轧制采用3ψ400/ψ1000*1000的三机架串联轧机。
第三次冷轧同样采用3ψ400/ψ1000*1000的轧机，第四次轧制采用ψ250/ψ750*800四辊可逆轧机，第五次轧制采用ψ150/ψ500*400的四辊可逆轧机，最后一次精轧使用ψ150/ψ500*400四辊可逆轧机，同时，轧辊凸度以及轧制速度也可以由上表查的，同时由下表我们可以知道各个冷轧机的各项工艺参数。
7.退火制度：
冷轧中间坯料退火是为了消除加工硬化，提高金属塑性，降低变形抗力，以利于继续冷轧。
一般除塑性好变形抗力低的金属（纯铝及紫铜），或者成品较厚、轧机能力大等情况不需中间退火，而绝大多数有色合金在冷轧过程中均要中间退火。
为提高中问退火生产串，缩短退火时间，彻底消除加工硬化，退火温度应高于再结晶温度。
对同一合金，若板带厚度大，装炉量多，则退火温度可适当提高。
保温时间的确定应力求退火后性能均匀。
迟火的冷却速度主要取决于合金是否有淬火效应。
冷却速度太快，引起淬火效应使台金塑性降低，反而达不到软化的目的，这类合金可随炉缓冷。
退火制度包括退火温度，退火时间，加热速度和冷却方式，退火温度根据合金性质、加工硬化程度及退火要求决定，并考虑具体的生产条件。
下表列出了铜及铜合金采用的退火温度。
通常中间退火时从提高生产率考虑，退火温度取上限。
适当缩短退火时间；成品退火及预成品退火侧重于保证产品性能均匀，退火温度取下限，并且温度范围不宜波动太大。
由下表可以确定，前三次中间退火温度可以选取为600摄氏度。
第四次退火温度为520℃，第五次退火温度为420℃。
之所以退火温度较之前温度低，是因为轧件很薄，低熔点相暴露，比表面积变大，从而导致熔点变低，所以中间退火温度降低。
由于产品为y2态。
所以不需要成品退火，通过一定的压下获取y2态产品。
退火时升温及保温的时间为1—4h，保温时间占1／3—1／5。
可直接在空气中进行冷却。
热处理炉内气氛：
黄铜中间退火采用还原性气氛。
对于高锌黄铜（含锌大于30％）如h62，在退火温度较高时，要严格限制Co2和H
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