Sn對H65黃銅組織和性能的影響

錢澤濤，王 敏，蘇 華

（江西銅業集團銅板帶有限公司，江西 南昌 330096）

Sn對H65黃銅組織和性能的影響

錢澤濤，王 敏，蘇 華

（江西銅業集團銅板帶有限公司，江西 南昌 330096）

以添加不同Sn元素的H65合金為研究對象，采用定性比較和定量測量的方法，對合金鑄態晶粒尺寸，留底料晶粒尺寸，留底料性能以及成品性能進行了比較分析。結果表明，一定范圍內Sn的添加對H65鑄態晶粒尺寸和H65黃銅帶留底晶粒尺寸有明顯的細化作用，加上Sn本身產生的固溶強化作用，造成留底及成品性能偏高。通過研究Sn元素對H65帶留底性能和成品性能的影響，從而找到不同含Sn量的H65黃銅性能控制方法。

H65合金；Sn含量；晶粒細化；晶粒尺寸；性能控制

1 引言

H65黃銅板帶產品生產中經常會碰到含Sn的情況，如原料中夾雜微量鍍錫料。H65黃銅生產中含Sn會對成品性能產生一定的影響，使成品性能波動較大，控制難度較高。為研究和解決這一問題，本文以H65合金為研究對象，在熔煉過程中添加不同量的Sn，通過對比不同添加量下鑄態宏觀組織和留底微觀組織的差異，研究Sn對H65合金晶粒尺寸和性能的影響，從而找到這一問題的解決辦法。

2 實驗

實驗材料為H65合金板帶，主要化學成分為Cu：63.5%～65%，Zn：35%～36.5%。再分別添加0.0005%（此為檢測值，實際未添加Sn）、0.0150%和0.0250%的Sn。設備為水平連鑄分體式黃銅爐，鑄造溫度為1035℃，鑄造速度147mm/min，節距9.8mm，進水溫度26℃，進水壓力0.55MPa。表1為各合金元素實際檢測值。

表1 實驗合金各元素實際檢測值 　　質量分數：%

在鑄坯上直接橫切，在相同位置取樣，銑面，磨削，采用40% HNO3溶液侵蝕，利用ARL4460型光電直讀光譜儀進行成分檢測，利用Axiovert40 MAT&MIAPS型金相顯微鏡進行組織觀察，利用AG-IC型拉伸試驗機和CV-422DAT+LEVEL 1型維氏硬度計進行性能測試。

3 結果與分析

3.1 微量Sn元素對H65黃銅鑄坯晶粒尺寸的影響

圖1為在H65鑄坯中添加不同含量的Sn元素后獲得的宏觀晶粒圖。圖1（a）平均晶粒尺寸為2800μm，圖1（b）平均晶粒尺寸為1900μm，圖1（c）平均晶粒尺寸為950μm。

圖1 不同Sn含量的H65鑄坯組織（1×）

從圖1可以看出隨著Sn元素的增加，H65鑄坯晶粒逐漸變細，說明在一定范圍內Sn能明顯改變H65鑄態合金晶粒尺寸，Sn元素增加，鑄坯晶粒尺寸顯著減小［1］。

3.2 微量Sn元素對H65黃銅留底晶粒尺寸的影響

為測試微量Sn對H65黃銅留底性能的影響，實驗以H65黃銅0.2 mm（Y態）為目標產品進行測試，目標產品性能要求如表2所示。

表2 目標產品性能要求

針對目標性能，3卷樣品均以相同的工藝進行生產。

表3 H65 0.2 mm（Y態）主要生產工藝

3卷樣品均以相同的工藝生產，留底為0.26 mm，成品為0.2 mm，成品加工率為23%。在氣墊爐留底退火后取樣進行晶粒度檢測，結果如圖2所示。

圖2 不同Sn含量的H65留底組織（100×）

通過對比樣品Sn含量和留底晶粒尺寸的關系可知：在一定范圍內Sn含量的多少與留底晶粒尺寸成反比關系，即Sn含量越多，留底晶粒越細小。這一現象原因為：向H65黃銅中添加一定量的Sn元素，隨著Sn含量增加，鑄坯原始晶粒逐漸變細；在后續生產工藝相同，原始晶粒較細的料，退火后晶粒也相應較細，原始晶粒較粗的料，退火后晶粒也相應較粗。同時微量的Sn在H65黃銅再結晶退火的過程中也能起到細化晶粒的作用［2］。

根據以上實驗得出的結論，可以引申出另一個結論，即：在H65黃銅板帶生產中，要獲得較細的晶粒，從鑄坯開始就要進行晶粒的細化工作，這樣細化的效果較好，成本很低；如果鑄坯原始晶粒較粗，后續只能通過增加軋制和退火次數來達到晶粒的細化作用［3］，這種晶粒細化方式效果不佳且成本較高。

3.3 微量Sn元素對H65黃銅留底性能的影響

試驗對3個樣品留底退火后的性能進行了測試，測試值見表4所示。

表4 Sn含量不同的H65帶留底（0.26mm）性能

從表4可以看出，在生產工藝相同，Cu、Zn含量也基本相同，而Sn含量逐漸增加的情況下，H65黃銅留底退火后抗拉強度和硬度逐漸升高，延伸率逐漸下降。表4的第一項（1#樣品）為未添加Sn的普通黃銅退火后的性能，從數據看，性能正常；第二項（2#樣品）為添加了0.0150%的Sn，留底性能偏高，第三項（3#樣品）為添加了0.0250%的Sn，留底性能超高。

這一現象的原因為：在H65黃銅中加入一定量的Sn，隨著Sn含量的增加，鑄坯原始晶粒會明顯細化，在工藝相同情況下，留底退火后的晶粒也明顯細化，根據金屬學原理可知，晶粒越細小，抗拉強度和硬度越高，延伸率一般來說就越低［4］。另一方面，因為Sn在H65黃銅中的固溶強化作用也造成H65合金在留底退火后抗拉強度和硬度升高［5］。

3.4 微量Sn元素對H65黃銅成品性能的影響

為測試微量Sn對H65黃銅成品性能的影響，實驗中將三卷樣品的留底料（留底厚度為0.26mm），分別軋制到最終成品（成品厚度為0.2mm），成品軋制時加工率均為23%，這樣得到了不同的成品機械性能，具體性能值見表5所示。

表5 不同Sn含量的成品性能（成品0.2mm）

在表5中，1#樣品最終成品性能合格，2#樣品，3#樣品最終成品性能均超出了要求的范圍，這一現象的原因為：1#樣品因為Sn含量較低（0.0005%），留底退火后晶粒較大，抗拉強度和硬度值較低，以23%的加工率進行軋制，軋制后的成品性能正好能夠滿足要求；2#樣品和3#樣品因為添加了一定量的Sn，留底退火后晶粒較細以及Sn本身對H65合金的固溶強化作用，造成留底性能不同程度偏高，用相同的23%加工率進行軋制，造成了最終的成品性能偏高［6］。

4 不同Sn含量的H65黃銅性能控制方法

通過對不同Sn含量對H65黃銅性能影響的研究，找到其中的變化規律，再根據規律采用不同的控制方法可以比較準確地控制成品的性能，具體方法如下。

4.1 加工率不變，通過改變留底性能進行控制的方法

留底退火時，為降低含Sn較高黃銅的抗拉強度和硬度，實驗中將氣墊爐退火速度進行了降低，從64 m/min逐步減低到50 m/min，退火速度降低后，實驗黃銅的抗拉和硬度均逐步降低，延伸率逐步升高，再將不同性能的留底料分別以23%的加工率軋制到成品，得到不同的成品性能，性能值見表6和表7。

表6 不同退火工藝下的留底和成品性能（Sn 0.0250%）

表7 不同退火工藝下的留底和成品性能（Sn 0.0150%）

根據表6和表7的實驗數據，在23%加工率不變情況下，通過降低氣墊爐退火速度，使得H65黃銅留底退火后晶粒逐漸變大，留底性能就隨之發生變化，取表6和表7合格性能的交集，即將留底料的抗拉強度控制在352～365MPa之間，就可以同時保證以上兩個不同含Sn量的黃銅成品性能在要求的范圍內。

4.2 留底性能不變，通過改變加工率進行控制的方法

第二種方法，通過加工率調整也可以將成品性能控制在合格區間內。經過實踐總結，H65黃銅留底抗拉強度在352～365MPa之間時，為得到以上成品性能，按23%加工率進行控制即可，即0.26-0.2mm；留底抗拉強度在365～380MPa之間時，按20%加工率進行控制，即0.25-0.2mm；留底抗拉強度在380～400MPa之間時，最好以18%加工率進行控制，即0.245-0.2mm。留底抗拉強度在其他范圍，視情況再進行適當調整。

對于H65黃銅板帶中含有不同的Sn元素，以上兩種方法均可以準確控制含Sn黃銅的成品性能，控制的關鍵在于對留底性能的監控以及能夠熟練運用合適的控制方法。

5 結語

（1）在H65黃銅中添加一定量的Sn可以顯著細化鑄坯的原始晶粒。

（2）H65黃銅留底晶粒大小與鑄坯原始晶粒的大小呈正比關系，即鑄坯晶粒細小，后續生產工藝相同時，留底晶粒也相應細小。反之鑄坯晶粒粗大，后續生產工藝相同時，留底晶粒也相應粗大。

（3）Sn含量在一定范圍內，H65黃銅使用相同的工藝生產，隨著Sn含量增加，留底和成品的抗拉強度和硬度會相應增加，延伸率會相應減小。

（4）針對H65黃銅中不同含Sn量，可以通過對留底性能的監控和采用不同的性能控制方式，達到產品性能準確控制的目的。

［1］張英. Sn對H65黃銅組織性能的影響［D］. 贛州：江西理工大學，2015：1-3.

［2］李圣， 劉峰， 等. 溶質含量對快速凝固Co-Cu不混溶合金晶粒細化組織的影響［J］. 中國有色金屬學報， 2013（4）：12-15.

［3］王紫悅， 陳子勇. 微量Er對Al-Zn-Mg-Cu合金組織與性能的影響［J］.熱加工工藝， 2015（2）：8-11.

［4］張文達. 深冷處理對黃銅組織與力學性能的影響［J］. 材料熱處理學報， 2013（1）：16-18.

［5］許亮， 司乃潮. 錳對鑄造Zn-38Al-2.2Cu合金組織和熱疲勞性能的影響［J］. 有色金屬（冶煉部分）， 2013（11）：18-20.

［6］陳璐. 微合金化Sn對Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金組織和性能的影響［D］.長沙：中南大學， 2013：20-30.

Studies on the Tin （Sn） Effects to Structure and Performance of H65 Brass

QIAN Ze-tao， WANG Min， SU Hua
（JCC Copper Strip Company， Jiangxi Copper Corporation， Nanchang， 330096， Jiangxi， China）

taking H65 alloy doped with different kinds Sn element as research object， adopting method of qualitative comparison and quantitative measurement， the casting crystal grain size， bottom material crystal size， bottom material ability and its products performance were analyzed. The result showed the Sn additive had obvious refining function to H65 casting crystal size and H65 bass bottom material crystal size. Sn element had solid solution strengthening effect， which could improve the performance bottom material products. Through analyzing the Sn element effect to H65 bass capability and products capability performance， the bass capability control method of different Sn contained quantities was found.

H65 alloy；content of Sn；grain refining；grain size；performance control

TG146.1+1

A

1009-3842（2016）04-0041-04

2016-05-26

錢澤濤（1980-），男，江西都昌人，主要從事銅板帶生產技術和質量控制方面的工作。E-mail：894562517@qq.com