CN102254630B

CN102254630B - 软态铜包钢线的生产工艺

Info

Publication number: CN102254630B
Application number: CN2011101198088A
Authority: CN
Inventors: 张荣良; 陈金兰; 方彪; 潘超鹰; 董毓敏
Original assignee: Zhejiang Pujiang Baichuan Industrial Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Baichuan Conductor Technology Co., Ltd.
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2031-05-10
Also published as: CN102254630A

Abstract

本发明涉及一种软态铜包钢线的生产工艺。软态铜包钢线的生产工艺，依次包括下列步骤：拉拔、高温回火、电沉积前处理、酸电解、水洗、预处理电沉积、水洗、厚处理电沉积、水洗、防氧化、干燥、拉拔、水洗、防氧化处理和氨分解高温回火。该软态铜包钢线的生产工艺的优点是生产的铜包钢线的延伸率≥10％，比传统回火工艺生产出来的铜包钢线的延伸率至少可提高一倍以上。

Description

软态铜包钢线的生产工艺

技术领域

本发明涉及一种软态铜包钢线的生产工艺。

背景技术

数据通信线缆的持续发展越来越多的应用于专业通信领域，如数据中心、金融保险、工业自动化、交通工具、军事通信等领域。对数据通信线缆的速率可靠性、电磁屏蔽性能、机械性能等提出了越来越高的要求。因此，传输介质也从同轴电缆转向了双绞线和光纤，双绞线从最初的1类、3类、5类发展到了现在的超5类、6类、超6类、7类。现在的双绞线都采用价格非常高的纯铜线作为内芯导线，我国是铜资源稀缺国家，因此寻找铜线的替代材料已成为当务之急。铜包钢线集合了钢的高强度、高韧性与铜良好的导电性，复合后产生良好的高频性能。利用其复合材料的优良性能，广泛用于邮电，通信和有线电视等数字、信号传输领域。但由于其传统工艺的落后及技术上的缺陷，经拉拔成细线后，延伸率不及纯铜，它的使用领域一直受到限制，如作为五类、超五类、六类、七类缆内导体与同轴电缆频蔽层编织网用材等均因其延伸率达不到相应要求而迟迟得不到推广应用，因为作为五类、超五类、六类、七类缆的内导体与同轴电缆频蔽层编织网用材等，要求有较高的抗扭推力，抗扭推力与线材延伸率戚戚相关。

传统的在0.5-0.7mm之间的软态铜包钢线生产工艺如下：

1、剥壳，将直径为6.5或者5.5mm的钢线母材进行剥壳去除氧化层；2、酸洗，将剥壳工序后的钢线用工业盐酸进行酸洗，以除去钢线表面因剥壳不彻底而残留的氧化皮；3、水洗，将酸洗后的钢线用清水冲洗，基本除去钢线表面因酸洗工序而残留的酸液；4、粗拉，将直接为6.5或5.5mm的钢线母材在连拉机上拉拔至3.4mm直径的粗钢线；5、精拉，将3.4mm直径的钢线放入水箱拉丝机拉拔至1.60mm直径的细钢线；6、电沉积前处理，①将直径为1.6mm的钢线进行除油，以去除钢线表面因拉拔是残留的润滑剂，②将除油后的钢线用清水进行冲洗，去除钢线表面因除油工序而残留的除油液，③将水洗后的钢线用盐酸溶液进行酸洗，去除钢线表面的氧化皮，④将酸洗后的钢线用清水进行冲洗，基本去除钢线表面因酸洗工序而残留的酸洗液，⑤将水洗后的钢线用碳酸钠进行碱中和，去除上道水洗工序没有完全洗清干净的酸洗液，防止钢线表面再次氧化；7、酸电解，对经电沉积前处理后的钢线用硫酸溶液进行酸电解，进一步去除钢线表面的氧化皮；8、水洗，将酸电解后的钢线进行水洗，以去除钢线表面因酸电解工序而残留的酸液；9、预处理电沉积，将水洗后的钢线进行预镀，生成铜层厚度较薄的铜包钢导体；10、水洗，将预处理电沉积后的铜包钢导体进行水洗，以去除铜包钢表面因预处理电沉积而残留的化学溶液；11、厚处理电沉积，将水洗后的铜包钢导体用硫酸盐做进一步的厚处理电沉积生成铜层厚度较厚的铜包钢导体；12、水洗，将厚处理电沉积后的铜包钢导体进行水洗，以去除铜包钢表面残留的化学溶液；13、防氧化，将水洗后的铜包钢导体用防氧化剂进行防氧化工序，避免粗铜包钢因长久暴露于空气中产生氧化；14、干燥，对防氧化工序后的成品铜包钢导体进行干燥；避免因水汽粘附表面而发生氧化；15、高温回火，将拉拔后的铜包钢线进行高温回火，加热到500-650度后保温6-8小时，然后冷却12小时左右，延伸率达到20％左右；16、拉拔，将干燥的粗铜包钢导体移入水箱拉丝机上拉拔至直径为0.50-0.70mm的成品；17、水洗，将成品铜包钢导体进行水洗，以除去铜包钢表面的污垢和油脂；18、防氧化并干燥，避免成品铜包钢导体长久暴露于空气中产生氧化。19、收线装盘。

传统生产工艺生产的软态铜包钢存在以下缺陷：1、高温回火工序虽能软化铜包钢线，消除加工硬化，提高延伸率，使得延伸率达到20％左右，但后续的成品拉拔过程中会使线材产生加工硬化，延伸率迅速降低，成品延伸率只能达到4％左右；2、钢线表面经粗拉和精拉后残留的拉丝油在酸洗工序中很难清洗干净，一旦清洗不完全，就会影响钢线与铜层的结合力，降低了产品的成品率。

发明内容

本发明的目的在于克服传统工艺中生产的软态铜包钢线延伸率不足的问题，公开了一种生产简单，延伸率和成品率高的软态铜包钢线的生产工艺。

为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

软态铜包钢线的生产工艺，依次包括下列步骤：

(1)拉拔，将钢丝母材进行剥壳去氧化皮，再将去氧化皮后的钢线经过酸电解、水洗、硼化、高频加热烘干，最后将烘干后的钢线拉拔至直径1.8-2.4mm；

(2)高温回火，将拉拔后的钢线放入真空回火炉中进行高温热处理，回火温度780-830℃之间，加热时间控制在5-6小时之间，然后保温5-6小时，接着冷却至560-600℃，冷却时间控制在12-13小时之间，再开冷风机冷却至300℃左右出炉，冷却时间控制在2-3小时之间；

(3)电沉积前处理，将直径为1.8-2.4mm的钢线用盐酸溶液进行酸洗，去除钢线表面的氧化皮，然后再进行水洗，去除钢线表面酸洗工序中残留的酸洗液，将水洗后的钢线用碳酸钠进行碱中和，去除上道水洗工序没有完全洗清干净的酸洗液；

(4)酸电解，对经电沉积前处理后的钢线用硫酸溶液进行酸电解，进一步去除钢线表面的氧化皮，并活化钢线表面；

(5)水洗，去除上道工序中残留的酸洗液；

(6)预处理电沉积，将水洗后的钢线通过氢氧化钾及硫酸铜混合液进行预处理电沉积，生成铜包钢线；

(7)水洗，去除上道工序残留的溶液；

(8)厚处理电沉积，将水洗后的铜包钢线进行进一步的硫酸盐厚处理电沉积；

(9)水洗，去除上道工序中表面残留的电沉积液；

(10)防氧化，将水洗后的铜包钢线用防氧化剂进行防氧化处理；

(11)干燥，将防氧化处理后的铜包钢线进行干燥处理；

(12)拉拔，将干燥后的铜包钢线拉拔至直径在0.50-0.70mm之间；

(13)水洗，将拉拔后的铜包钢线进行水洗，去除铜包钢线表面的油脂；

(14)防氧化处理，将水洗后的铜包钢线用防氧化剂进行防氧化处理；

(15)氨分解高温回火：①氨分解阶段，先将氨分解炉升温至500℃左右，保温使整个炉体受热均匀，然后继续升温至650-670℃送氨气，同时打开排气阀，将排气阀出口放入水中，当温度到达800-820℃，火焰基本呈橘黄色，并无滴水，此时氨分解炉内为N₂和H₂的混合物；②高温回火阶段，将氨分解炉内分解出的N₂和H₂混合物充入装有铜包钢线的真空回火炉中，让整个回火炉中充满N₂和H₂，回火温度在780-830℃之间，并保温时间5-6小时；关闭真空回火炉，随炉冷却7.5-8小时，再空冷使炉内温度接近室温，将炉子抽成真空，充入N₂，使炉子压力阀显示0MPa，开炉取出铜包钢线。

作为优选，所述步骤(3)电沉积前处理采用体积比在40％-60％之间的盐酸溶液进行酸洗，步骤(4)中用体积比在15％-25％的硫酸溶液对钢线进行酸电解。

作为优选，所述步骤(8)中厚处理电沉积后的铜层厚度在0.002-0.024mm之间。

作为优选，所述步骤(15)中先将氨分解炉升温1-1.5小时至温度500℃左右，然后保温1.5-2小时，温度升至750℃左右时，在排气阀出口处点火，观察火焰颜色及排出口有无水滴流出；炉子空冷时间在25-30小时之间。

作为优选，所述钢丝母材是H08钢丝，按上述艺生产，省去了抛光工序，避免了一定程度的加工硬化，与低碳钢M6相比，H08钢丝价格低，因此生产成本低。

作为优选，所述钢丝母材是低碳钢M6，低碳钢M6材质稳定，杂质少，延伸性好。

作为优选，所述硼化是将钢线浸入硼砂溶液中，硼砂溶液温度在75-85℃之间，使钢线表面形成硼化膜，硼砂溶液温度低于75℃，形成的硼化膜质量不好，后续拉丝过程中，拉丝油易嵌入硼化膜中，使钢丝表面发黑或者出现黑色斑点，硼砂溶液温度高于85℃，则能耗高，具体是硼砂溶液温度高于85℃所需的能耗是正常水平的1.5倍以上。

作为优选，所述整个高温回火阶段，氨分解持续进行，直至炉体冷却至室温，同时打开连接在回火炉排气孔处的防爆系统，在排气孔处点火，防止排出的氢气与空气接触产生爆炸。

作为优选，所述钢丝母材的直径是6.5mm或5.5mm。

采用上述技术方案的软态铜包钢线的生产工艺，其优点是：1、步骤1中将去氧化皮后的钢线经酸电解、水洗、硼化、高频加热烘干后再拉拔，与原工艺相比，减少拉拔次数，降低生产成本，通过硼化后在钢线表面产生硼化膜，可以减少金属钢线和模具的直接接触，延长模具使用寿命，可以提高拉拔速度，减少材料的损耗，得到均匀光滑的加工表面，同时硼化膜易溶于水，便于后续钢线表面的清洗；2、高温回火可以消除钢线的加工硬化，细化晶粒，降低脆性，提高韧性，同时可使钢线表面残留的拉丝油等全部因高温炭化形成疏松的氧化皮，易于后续酸洗洗去氧化皮，解决了经常出现的钢线层与铜层结合力不良的问题，成品率高；高温回火过程中，保温时间过后，先断电随炉冷却12-13小时至温度560-600℃，这样可以降低热应力，防止钢线内部产生裂纹，然后开冷风机冷却2-3小时快速冷却至300℃左右出炉，这样可以节省时间，同时开冷风机冷却避免了钢线的二次氧化，也避免了炉胆的氧化；3、采用氨分解回火工艺，真空回火炉中含有大量的氢气，而氢气具有还原作用，光亮还原退火的功能，因此回火后可使铜包钢表面光亮，所以无需对回火后的铜包钢进行抛光，故可将铜包钢线直接拉拔至0.50-0.70mm，通过氨分解回火工艺生产成表面光亮的铜包钢线，延伸率≥10％，省去了后续抛光工序，避免了再次加工硬化对延伸率的影响，使成品延伸率得到了提高。综上所述，按上述工艺生产出来的铜包钢线的延伸率≥10％，比传统回火工艺生产出来的铜包钢线的延伸率至少可提高一倍以上。

具体实施方式

下面对本发明做进一步描述。

软态铜包钢线的生产工艺，包括下列步骤：

(1)拉拔，将直径为6.5mm或者5.5mm的H08钢丝作为钢丝母材进行剥壳去氧化皮，再将去氧化皮后的钢线经过酸电解、水洗、硼化、高频加热烘干，最后将烘干后的钢线通过连拉机拉拔至直径在1.8-2.4mm之间；硼化是将单根的钢线通过硼砂溶液，硼砂溶液温度控制在75-85℃之间，使钢线表面形成硼化膜；

(2)高温回火，将拉拔后的钢线放入真空回火炉中进行高温热处理，消除钢线的加工硬化，提高塑性、软化钢线，利于后续加工；同时使上道工序中残留在钢线表面的润滑液经高温炭化形成疏松的氧化皮，易于后续酸洗去除氧化皮；回火温度780-830℃，加热时间5-6小时，保温时间5-6小时，回火温度不能高于830℃，温度高于830℃，钢线易发生粘连；然后先断电随炉冷却至560-600℃，冷却时间12-13小时，再开冷风机冷却至300℃左右出炉，冷却时间2-3小时；

(3)电沉积前处理，将直径为1.8-2.4mm的钢线用体积比在40％-60％之间盐酸溶液进行酸洗，优选体积比为50％的盐酸溶液进行酸洗，去除钢线表面的氧化皮，然后再进行水洗，去除钢线表面酸洗工序中残留的酸洗液，将水洗后的钢线用碳酸钠进行碱中和，去除上道水洗工序没有完全洗清干净的酸洗液，防止钢线表面再次氧化；

(4)酸电解，对经电沉积前处理后的钢线用体积比在15％-25％的硫酸溶液对钢线进行酸电解，其中优选采用体积比为20％的硫酸溶液进行酸电解，进一步去除钢线表面的氧化皮，并活化钢线表面；

(5)水洗，去除上道工序中残留的酸洗液；

(6)预处理电沉积，将水洗后的钢线通过氢氧化钾及硫酸铜混合液进行预处理电沉积，生成铜层铜包钢线；

(7)水洗，去除上道工序残留的溶液；

(8)厚处理电沉积，将水洗后的铜包钢线进行进一步的硫酸盐厚处理电沉积，铜层厚度在0.002-0.024mm之间；

(9)水洗，去除上道工序中表面残留的电沉积液；

(10)防氧化，将水洗后的铜包钢线用防氧化剂进行防氧化处理，避免铜包钢长时间暴露于空气中产生氧化，防氧化剂采用苯并三氮唑；

(11)干燥，将防氧化后的铜包钢进行干燥处理，避免因水气粘附铜包钢线表面发生氧化；

(12)拉拔，将干燥后的铜包钢线通过拉丝机拉拔至直径在0.50-0.70mm之间；

(15)氨分解高温回火：①氨分解阶段，先将氨分解炉升温1-1.5小时至温度500℃左右，然后保温1.5-2小时，使整个炉体受热均匀，继续升温至650-670℃送氨气，同时打开排气阀，将排气阀出口放入水中，温度升至750℃左右时，在排气阀出口处点火，观察火焰颜色及排出口有无水滴流出，当温度到达800-820℃，火焰基本达橘黄色，并无滴水，此时氨分解炉内为较纯的N₂和H₂混合物，H₂含量75％，N₂含量25％；②高温回火阶段，将氨分解炉内分解出的N₂和H₂混合物充入装有铜包钢线的真空井式回火炉中，让整个回火炉中充满N₂和H₂，回火温度780-830℃，加热时间5-6小时，保温时间5-6小时，关闭真空回火炉随炉冷却7.5-8小时，即断电随炉冷却，然后将炉子吊出空冷28小时左右，使炉内温度接近室温，将炉子抽成真空，充入N₂，使炉子压力阀显示0MPa，此时可打开炉子，取出铜包钢线，整个高温回火阶段，氨分解持续进行，直至炉体冷却至室温，同时打开连接在井式回火炉排气孔处的防爆系统，并在排气孔处点火，防止排出的氢气与空气接触产生爆炸。

上述钢丝母材也可以选择直径为5.5mm、6.5mm的优质钢，例如低碳钢M6，通过上述工艺生产的软态铜包钢线适用于制造五类、超五类、六类、七类缆内导体与同轴电缆频蔽层编织网用材。

Claims

1.软态铜包钢线的生产工艺，其特征在于依次包括下列步骤：(1)拉拔，将钢丝母材进行剥壳去氧化皮，再将去氧化皮后的钢线经过酸电解、水洗、硼化、高频加热烘干，最后将烘干的钢线拉拔至直径1.8-2.4mm；(2)高温回火，将拉拔后的钢线放入真空回火炉中进行高温热处理，回火温度780-830℃之间，加热时间控制在5-6小时之间，然后保温5-6小时，接着冷却至560-600℃，冷却时间控制在12-13小时之间，再开冷风机冷却至300℃左右出炉，冷却时间控制在2-3小时之间；(3)电沉积前处理，将直径为1.8-2.4mm的钢线用盐酸溶液进行酸洗，去除钢线表面的氧化皮，然后再进行水洗，去除钢线表面酸洗工序中残留的酸洗液，将水洗后的钢线用碳酸钠进行碱中和，去除上道水洗工序没有完全洗清干净的酸洗液；(4)酸电解，对经电沉积前处理后的钢线用硫酸溶液进行酸电解，进一步去除钢线表面的氧化皮，并活化钢线表面；(5)水洗，去除上道工序中残留的酸洗液；(6)预处理电沉积，将水洗后的钢线通过氢氧化钾及硫酸铜混合液进行预处理电沉积，生成铜包钢线；(7)水洗，去除上道工序残留的溶液；(8)厚处理电沉积，将水洗后的铜包钢线进行进一步的硫酸盐厚处理电沉积；(9)水洗，去除上道工序中表面残留的电沉积液；(10)防氧化，将水洗后的铜包钢线用防氧化剂进行防氧化处理；(11)干燥，将防氧化处理后的铜包钢线进行干燥处理；(12)拉拔，将干燥后的铜包钢线拉拔至直径在0.5-0.7mm之间；(13)水洗，将拉拔后的铜包钢线进行水洗，去除铜包钢线表面的油脂；(14)防氧化处理，将水洗后的铜包钢线用防氧化剂进行防氧化处理；(15)氨分解高温回火：①氨分解阶段，先将氨分解炉升温至500℃左右，保温使整个炉体受热均匀，然后继续升温至650-670℃送氨气，同时打开排气阀，将排气阀出口放入水中，当温度到达800-820℃，火焰基本呈橘黄色，并无滴水，此时氨分解炉内为N₂和H2的混合物；②高温回火阶段，将氨分解炉内分解出的N₂和H₂混合物充入装有铜包钢线的真空回火炉中，让整个回火炉中充满N₂和H₂，回火温度在780-830℃之间，并保温时间5-6小时；关闭真空回火炉，随炉冷却7.5-8小时，再空冷使炉内温度接近室温，将炉子抽成真空，充入N₂，使炉子压力阀显示0MPa，开炉取出铜包钢线。

2.根据权利要求1所述的软态铜包钢线的生产工艺，其特征在于所述步骤(3)电沉积前处理采用体积比在40％-60％之间的盐酸溶液进行酸洗，步骤(4)中用体积比在15％-25％的硫酸溶液对钢线进行酸电解。

3.根据权利要求1所述的软态铜包钢线的生产工艺，其特征在于所述步骤(8)中厚处理电沉积后的铜层厚度在0.002-0.024mm之间。

4.根据权利要求1所述软态铜包钢线的生产工艺，其特征在于所述硼化是将钢线浸入硼砂溶液中，硼砂溶液温度在75-85℃之间，使钢线表面形成硼化膜。

5.根据权利要求1所述软态铜包钢线的生产工艺，其特征在于所述步骤(15)中先将氨分解炉升温1-1.5小时至温度500℃左右，然后保温1.5-2小时，温度升至750℃左右时，在排气阀出口处点火，观察火焰颜色及排出口有无水滴流出；炉子空冷时间在25-30小时之间。

6.根据权利要求1所述软态铜包钢线的生产工艺，其特征在于所述钢丝母材是H08钢丝。

7.根据权利要求1所述软态铜包钢线的生产工艺，其特征在于所述钢丝母材是低碳钢M6。

8.根据权利要求1所述软态铜包钢线的生产工艺，其特征在于所述整个高温回火阶段氨分解持续进行，直至炉体冷却至室温，同时打开连接在回火炉排气孔处的防爆系统，在排气孔处点火。

9.根据权利要求1所述软态铜包钢线的生产工艺，其特征在于所述钢丝母材的直径是6.5mm或5.5mm。