Cu-Ni-Si合金材料以及含有该合金的冷却辊辊套的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高强度铜合金材料及应用领域，特别涉及一种Cu-Ni-Si合金材 料以及含有该合金的冷却辊辊套，该冷却辊辊套用于非晶、纳米晶带材的制备。
【背景技术】
[0002] 非晶/纳米晶带材采用平面流铸带技术制备，具体过程为：熔融的高温合金熔液 通过一个有狭缝的喷嘴浇铸在高速旋转的冷却辊圆周表面，需要100万度/秒的冷却速度， 在极短时间内将热量带走使合金溶液快速凝固成带材，保证合金的原子结构呈非晶态，带 材被剥离、抓取和卷取，最后获得非晶/纳米晶带卷。为满足制备工艺中快速冷却的要求， 通常采用热导率较高的铜合金制作冷却辊辊套。
[0003] 目前应用于非晶、纳米晶带材生产中的冷却辊铜套材料主要有铬锆铜和铍铜。制 带过程中铜辊通过旋转来实现加热、冷却的相互转换，铜辊会产生周期性的热应力，而反复 的热应力是形成热力裂缝的原因，如果热应力超过材料的屈服极限，就会导致金属部件的 损坏。由于铬锆铜屈服强度较低、抵抗裂纹能力较差，反复热冲击条件下在铜辊表面易发生 裂化产生麻点或皱纹。喷带时麻点或皱纹发生复刻，会使带材表面凹凸不平而影响带材密 度和表面粗糙度，进而影响带材的磁性能，降低成品率。另外，铜辊的裂化最终会导致铜辊 表面受破坏而失效，从而缩短其使用寿命。由于铬锆铜热承受能力较低，通常只能应用于制 备非晶窄带材、纳米晶带材和小批量宽带材的冷却辊辊套。铍铜的强度高于铬锆铜，在周期 性热应力条件下抗裂纹能力强，热承受能力较高，不仅适用于非晶窄带、纳米晶带材和小批 量宽带材的制备，还可用于制备大批量非晶宽带材的冷却辊铜套。虽然铍铜具有高的强度、 硬度，优良的导热性和耐磨性等优异特性，但该合金也有其固有的缺点，如因含有贵重金属 铍使得合金生产成本高。最主要的是铍的氧化物或粉尘有毒，对人体有危害，严重者甚至会 引发癌症。铍铜含有毒元素铍，不利于材料的回收，造成了资源的浪费。因此，亟需开发一 种高强度且不含Be元素的铜合金辊套。
[0004] 此外，在非晶/纳米晶制带过程中，母合金熔液会对辊套产生侵蚀氧化，每使用一 段时间后都需要重新车削修磨，以提高辊套表面光洁度及表面硬度。当辊套厚度减薄至总 厚度的70% -80%时，铜套便不能继续使用，而冷却辊辊套通常采用单层结构，剩余的铜合 金厚度占总厚度的70-80%，却难以得到充分利用，从而增加了生产成本。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种Cu-Ni-Si合金材料，该合金材 料具有较高强度，适合作为冷却辊辊套的材料。本发明的合金可以克服现有技术中铬锆铜 强度较低、铍铜含有毒元素Be等不足。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种含有上述合金的冷却辊辊套，该冷却辊辊套用于 非晶、纳米晶带材的制备，可以有效降低成本。
[0007] 本发明的第三个目的在于提供一种双层冷却辊辊套的制造方法。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：
[0009] 一种Cu-Ni-Si合金材料，该材料按重量百分比由以下组分构成：Ni :3~7% ;Si : 0.8~2.2% ;余量为Cu和不可避免的杂质。
[0010] 在上述合金材料中，作为一种优选实施方式，所述Cu-Ni-Si合金材料是按照如下 方法制备的，该方法包括熔炼、铸造、锻造以及热处理步骤，其中：
[0011] 在所述熔炼和铸造步骤中，按上述组分配比将各组分的单质置于感应熔炼炉内进 行熔炼，然后将熔炼好的Cu-Ni-Si合金液浇注得到铸坯；
[0012] 在所述锻造步骤中，将所述铸坯在720-920°C温度区间进行热锻；
[0013] 在所述热处理步骤中，采用固溶后进行时效处理，其中，固溶温度为820~980°C， 时效温度为420~500°C。
[0014] 在上述合金材料中，作为一种优选实施方式，所述Cu-Ni-Si合金材料是环状合金 材料。更优选地，所述环状合金材料的厚度为5-100_。
[0015] -种用于制备非晶/纳米晶带材的冷却辊辊套，所述冷却辊辊套为单层结构，材 质为上述Cu-Ni-Si合金材料。
[0016] 在上述单层结构的冷却辊辊套中，作为一种优选实施方式，所述冷却辊辊套的外 径为400~2500mm，厚度为30~100mm，宽度为200~600mm。
[0017] 一种用于制备非晶/纳米晶带材的冷却辊辊套，所述辊套还可以为双层结构，内 层辊套的外表面贴附于外层辊套的内表面，其中，内层辊套的材质为黄铜，外层辊套的材质 为上述Cu-Ni-Si合金材料。
[0018] 在上述双层结构的冷却辊辊套中，作为一种优选实施方式，所述外层辊套的厚度 为10~60mm，所述内层棍套的厚度为10~60mm;所述双层结构的棍套的外径为400~ 2500mm，宽度为 200 ~600mm。
[0019] -种双层结构的冷却辊辊套的制造方法，该制造方法包括如下步骤：
[0020] 外层棍套的制造步骤，采用上述Cu-Ni-Si合金材料制造外层棍套；
[0021] 内层辊套的制造步骤，采用黄铜制造内层辊套，且内层辊套的外径大于外层辊套 的内径；
[0022] 内外层辊套组装步骤，使所述外层辊套受热膨胀至所述外层辊套内径大于所述内 层辊套的外径，然后将内层辊套置于外层辊套中，自然冷却后得到双层结构辊套。
[0023] 在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，在所述内层辊套的制造步骤中，所述 内层辊套的外径与外层辊套的内径之差为l_4mm。
[0024] 与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
[0025] (1)本发明所述的Cu-Ni-Si辊套，与Cu-Be合金具有类似的物理和机械性能，兼具 较好的导热性能和高强度，热承受能力较高，除了可用于非晶窄带、纳米晶带材和小批量宽 带材的制备，还可应用于大批量非晶宽带材的制备，在大批量非晶宽带材制备中，仍然能保 证带材质量。
[0026] (2)高强度的Cu-Ni-Si冷却辊铜套在连续喷带时表面不易形成麻点或皱纹，从而 降低了非晶带材表面粗糙度，提高了带材密度。进而有效提升非晶带材叠片系数和成品率， 并延长了辊套的使用寿命。Cu-Ni-Si合金不含昂贵金属Be，成本低于铍铜合金，且安全环 保，对操作人员身体无危害，同时提高了冷却辊辊套的回收利用率。
[0027] (3)本发明所述的双层结构辊套，包括由上述Cu-Ni-Si合金制备而成的外层辊套 和由黄铜制备而成的内层辊套。Cu-Ni-Si合金具有强度高、耐高温侵蚀等优点，将其作为外 层辊套，有利于提高非晶/纳米晶带材性能及延长复合辊套使用寿命；所述内层辊套采用 黄铜制备而成，黄铜价格较低，有效降低了辊套的成本。
【附图说明】
[0028] 图1是本发明双层结构辊套的平面视图，图中，1、外层辊套，2、内层辊套。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明。
[0030] 本发明提供的Cu-Ni-Si合金材料，按重量百分比由以下组分构成：Ni :3~ 7% ;Si :0. 8~2. 2% ;余量为Cu和不可避免的杂质。该合金材