CN106967896B - 一种高强度高导电率铜合金线材及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度高导电率铜合金线材及其制备工艺，该种线材由以下成分组成：Si、P、Al、Sn、Ca、Cr、Ti、Mo、Ni、Nb、Ba、Re和Hf，剩余量为Cu和不可避免的非金属杂质。其制备工艺是通过对原料成分的分段熔炼‑静置扒渣‑精炼‑铸造‑固溶处理‑淬火‑人工时效‑多道次成丝，最后通过清洗、剪切、矫直、检验以及包装即可。该种线材强度高和导电性能优良，其抗拉强度达到545Mpa，导电率可达到86.7％IACS，其耐热久性能可在250℃状态下正常工作2年以上，且抗腐蚀性能强、经久耐用。

Description

一种高强度高导电率铜合金线材及其制备工艺
技术领域
本发明涉及合金线材制造技术领域，尤其是涉及一种高强度高导电率铜合金线材及其制备工艺。
背景技术
由于铜合金具有较多优良的性能，因而在国民经济的有着广泛的的用途，如机械、电子、汽车、电力、通信、交通和轻工部门铜线材的消费量都很大。铜合金线材按照合金牌号分为黄铜线、青铜线和白铜线。近年来，铜合金线的合金品种增加很快，青铜、白铜和特殊合金线的利用空间远高于普通的黄铜线，已成为线材发展的热点。铜合金线的主要品种有条帽铅黄铜线、接插线用青铜线、圆珠笔芯线、镜架线、保护气体焊丝、铜磷焊丝和铜银焊丝等，广泛应用于IT产业、汽车、机械、电气、服装、装饰、五金、航空航天等诸多领域。
目前世界上铜合金线材市场需求的增长速度，高于板带、管棒等铜材品种。铜合金线材占铜线材比例为5-6%，占铜加工材的比例为2-3%。
以往，我国作为输电线用的电线主要成分是铜。现在输电线路上用的普通钢芯铜导线、铜包钢芯导线、耐热铜导线和高强铜导线等等。但现有的铜合金线材存在导电率不高、强度不高、不耐热、不同环境中导电率差异大、线耗高等一系列问题。为了改善此现象，必须对轧制后的铜合金线材以高温、长时间地实施固溶处理，从而产生大幅度提高成本的问题。
因此研发出一种高强度高导电率性能优良铜合金线材刻不容缓，不仅能减少对能源的消耗，还能降低生产成本，对推动国民经济的发展具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的问题，提供一种高强度高导电率铜合金线材及其制备工艺，该种铜合金线材强度高、导电性优良、抗腐蚀性强，经久耐用。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种高强度高导电率铜合金线材，由以下重量百分数的成分组成：Si 1.6-2.2%、P0.32-0.38%、Al 1.2-1.6%、Sn 0.8-1%、Ca 0.6-0.8%、Cr 0.5-0.7%、Ti 0.4-0.6%、Mo 0.2-0.3%、Ni 0.1-0.3%、Nb 0.08-0.09%、Ba 0.06-0.08%、Re 0.06-0.08%、Hf 0.03-0.05%，剩余量为Cu和不可避免的非金属杂质。
进一步地，所述铜合金线材由以下重量百分数的成分组成：Si 1.9%、P 0.35%、Al1.4%、Sn 0.9%、Ca 0.7%、Cr 0.6%、Ti 0.5%、Mo 0.25%、Ni 0.2%、Nb 0.085%、Ba 0.07%、Re0.07%、Hf 0.04%，剩余量为Cu和不可避免的非金属杂质，且所述非金属杂质所含重量百分数≤0.05%。
本发明的高强度高导电率铜合金线材的制备工艺，按照以下步骤进行：
（1）将上述原料成份分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段置于充满稀有气体的熔炼炉中进行熔炼合金；
Ⅰ阶段：将所述Cu、Al、Sn、Ca置于所述熔炼炉熔炼合金，熔炼温度为850-950℃，熔炼时间为20-40min；
Ⅱ阶段：再将Si、P、Cr、Ti置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为820-880℃，熔炼时间为40-60min；
Ⅲ阶段：最后将所述Mo、Ni、Nb、Ba、Re、Hf置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为760-820℃，熔炼时间为1-2h；
（2）待熔炼结束充分搅拌至熔清，静置1-2h后进行扒渣，得铜合金熔炼液；
（3）将所述铜合金熔炼液用精炼剂进行精炼，得铜合金精炼液；
（4）将所述铜合金精炼液浇铸成直径为80-100mm的铜合金棒材；
（5）将所述铜合金棒材进行固溶处理；
（6）将经过固溶处理的所述铜合金棒材进行淬火处理，之后放入到650-750℃的电阻炉中进行人工时效4-6小时，制得铜合金坯件；
（7）将所述铜合金坯件加热至750-850℃，保温1-2小时后，采用多道次小变形量的方法，将铜合金坯件制成直径为1-3mm的铜合金线材；
（8）最后对所述铜合金线材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装，便制得本发明的铜合金线材成品。
优选地，所述稀有气体为氮气或者氩气。
作为本发明的进一步的优化方案，所述所述精炼剂为苏打和冰晶石的混合物。
作为本发明的进一步的优化方案，所述精炼温度为780-860℃，精炼时间为20-30min。
作为本发明的进一步的优化方案，所述浇铸温度为750-830℃、铸造速度为95-115mm/min、冷却水温度为15-25℃、冷却水强度为0.10-0.12MPa。
作为本发明的进一步的优化方案，所述固溶处理的温度为760-840℃，固溶处理时间为12-16h。
本发明的铜合金线材与现有的铜合金线材相比，具有更高强度和更优良导电性能，经科研部长期实验测得其抗拉强度达到545Mpa，导电率可达到86.7％IACS，其耐热久性能可在250℃状态下正常工作2年以上，且抗腐蚀性能强、经久耐用，并且其制备方法简便，适宜推广应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一、线材成分
一种高强度高导电率铜合金线材，由以下重量百分数的成分组成：Si 1.6%、P0.32%、Al 1.2%、Sn 0.8%、Ca 0.6%、Cr 0.5%、Ti 0.4%、Mo 0.2%、Ni 0.1%、Nb 0.08%、Ba0.06%、Re 0.06%、Hf 0.03%，剩余量为Cu和不可避免的非金属杂质，且所述非金属杂质所含重量百分数≤0.05%。
二、制备工艺
（1）将上述原料成份分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段置于充满氩气的熔炼炉中进行熔炼合金；
Ⅰ阶段：将所述Cu、Al、Sn、Ca置于所述熔炼炉熔炼合金，熔炼温度为850℃，熔炼时间为40min；
Ⅱ阶段：再将Si、P、Cr、Ti置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为820℃，熔炼时间为60min；
Ⅲ阶段：最后将所述Mo、Ni、Nb、Ba、Re、Hf置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为760℃，熔炼时间为2h；
（2）待熔炼结束充分搅拌至熔清，静置1h后进行扒渣，得铜合金熔炼液；
（3）将所述铜合金熔炼液用精炼剂进行精炼，得铜合金精炼液，其中，所述所述精炼剂为苏打和冰晶石的混合物，所述精炼温度为780℃，精炼时间为30min；
（4）将所述铜合金精炼液浇铸成直径为80mm的铜合金棒材，其中，所述浇铸温度为750℃、铸造速度为95mm/min、冷却水温度为15℃、冷却水强度为0.10MPa；
（5）将所述铜合金棒材进行固溶处理，其中，所述固溶处理的温度为760℃，固溶处理时间为16h；
（6）将经过固溶处理的所述铜合金棒材进行淬火处理，之后放入到650℃的电阻炉中进行人工时效6小时，制得铜合金坯件；
（7）将所述铜合金坯件加热至750℃，保温2小时后，采用多道次小变形量的方法，将铜合金坯件制成直径为1mm的铜合金线材；
（8）最后对所述铜合金线材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装，便制得本发明的铜合金线材成品。
三、性能检测：抗拉强度达到536Mpa，导电率可达到84.5％IACS，其耐热久性能可在250℃状态下正常工作2年以上。
实施例2
一、线材成分
一种高强度高导电率铜合金线材，由以下重量百分数的成分组成：Si 1.9%、P0.35%、Al 1.4%、Sn 0.9%、Ca 0.7%、Cr 0.6%、Ti 0.5%、Mo 0.25%、Ni 0.2%、Nb 0.085%、Ba0.07%、Re 0.07%、Hf 0.04%，剩余量为Cu和不可避免的非金属杂质，且所述非金属杂质所含重量百分数≤0.05%。
二、制备工艺
（1）将上述原料成份分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段置于充满氩气的熔炼炉中进行熔炼合金；
Ⅰ阶段：将所述Cu、Al、Sn、Ca置于所述熔炼炉熔炼合金，熔炼温度为900℃，熔炼时间为30min；
Ⅱ阶段：再将Si、P、Cr、Ti置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为850℃，熔炼时间为50min；
Ⅲ阶段：最后将所述Mo、Ni、Nb、Ba、Re、Hf置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为790℃，熔炼时间为1.5h；
（2）待熔炼结束充分搅拌至熔清，静置1.5h后进行扒渣，得铜合金熔炼液；
（3）将所述铜合金熔炼液用精炼剂进行精炼，得铜合金精炼液，其中，所述所述精炼剂为苏打和冰晶石的混合物，所述精炼温度为820℃，精炼时间为25min；
（4）将所述铜合金精炼液浇铸成直径为90mm的铜合金棒材，其中，所述浇铸温度为790℃、铸造速度为105mm/min、冷却水温度为20℃、冷却水强度为0.11MPa；
（5）将所述铜合金棒材进行固溶处理，其中，所述固溶处理的温度为800℃，固溶处理时间为14h；
（6）将经过固溶处理的所述铜合金棒材进行淬火处理，之后放入到700℃的电阻炉中进行人工时效5小时，制得铜合金坯件；
（7）将所述铜合金坯件加热至800℃，保温1.5小时后，采用多道次小变形量的方法，将铜合金坯件制成直径为2mm的铜合金线材；
（8）最后对所述铜合金线材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装，便制得本发明的铜合金线材成品。
三、性能检测：抗拉强度达到545Mpa，导电率可达到86.7％IACS，其耐热久性能可在250℃状态下正常工作2年以上。
实施例3
一、线材成分
一种高强度高导电率铜合金线材，由以下重量百分数的成分组成：Si 2.2%、P0.38%、Al 1.6%、Sn 1.0%、Ca 0.8%、Cr 0.7%、Ti 0.6%、Mo 0.3%、Ni 0.3%、Nb 0.09%、Ba0.08%、Re 0.08%、Hf 0.05%，剩余量为Cu和不可避免的非金属杂质，且所述非金属杂质所含重量百分数≤0.05%。
二、制备工艺
（1）将上述原料成份分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段置于充满氮气的熔炼炉中进行熔炼合金；
Ⅰ阶段：将所述Cu、Al、Sn、Ca置于所述熔炼炉熔炼合金，熔炼温度为950℃，熔炼时间为20min；
Ⅱ阶段：再将Si、P、Cr、Ti置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为880℃，熔炼时间为40min；
Ⅲ阶段：最后将所述Mo、Ni、Nb、Ba、Re、Hf置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为820℃，熔炼时间为1h；
（2）待熔炼结束充分搅拌至熔清，静置2h后进行扒渣，得铜合金熔炼液；
（3）将所述铜合金熔炼液用精炼剂进行精炼，得铜合金精炼液，其中，所述所述精炼剂为苏打和冰晶石的混合物，所述精炼温度为860℃，精炼时间为20min；
（4）将所述铜合金精炼液浇铸成直径为100mm的铜合金棒材，其中，所述浇铸温度为830℃、铸造速度为115mm/min、冷却水温度为25℃、冷却水强度为0.12MPa；
（5）将所述铜合金棒材进行固溶处理，其中，所述固溶处理的温度为840℃，固溶处理时间为12h；
（6）将经过固溶处理的所述铜合金棒材进行淬火处理，之后放入到750℃的电阻炉中进行人工时效4小时，制得铜合金坯件；
（7）将所述铜合金坯件加热至850℃，保温1小时后，采用多道次小变形量的方法，将铜合金坯件制成直径为3mm的铜合金线材；
（8）最后对所述铜合金线材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装，便制得本发明的铜合金线材成品。
三、性能检测：抗拉强度达到536Mpa，导电率可达到85.0％IACS，其耐热久性能可在250℃状态下正常工作2年以上。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强度高导电率铜合金线材，由以下重量百分数的成分组成：Si 1.6-2.2%、P0.32-0.38%、Al 1.2-1.6%、Sn 0.8-1%、Ca 0.6-0.8%、Cr 0.5-0.7%、Ti 0.4-0.6%、Mo 0.2-0.3%、Ni 0.1-0.3%、Nb 0.08-0.09%、Ba 0.06-0.08%、Re 0.06-0.08%、Hf 0.03-0.05%，剩余量为Cu和不可避免的非金属杂质，其特征在于，所述高强度高导电率铜合金线材的制备方法包括以下步骤：
（1）将上述原料成份分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段置于充满稀有气体的熔炼炉中进行熔炼合金；
Ⅰ阶段：将所述Cu、Al、Sn、Ca置于所述熔炼炉熔炼合金，熔炼温度为850-950℃，熔炼时间为20-40min；
Ⅱ阶段：再将Si、P、Cr、Ti置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为820-880℃，熔炼时间为40-60min；
Ⅲ阶段：最后将所述Mo、Ni、Nb、Ba、Re、Hf置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为760-820℃，熔炼时间为1-2h；
待熔炼结束充分搅拌至熔清，静置1-2h后进行扒渣，得铜合金熔炼液；
将所述铜合金熔炼液用精炼剂进行精炼，得铜合金精炼液；
将所述铜合金精炼液浇铸成直径为80-100mm的铜合金棒材；
将所述铜合金棒材进行固溶处理；
将经过固溶处理的所述铜合金棒材进行淬火处理，之后放入到650-750℃的电阻炉中进行人工时效4-6小时，制得铜合金坯件；
将所述铜合金坯件加热至750-850℃，保温1-2小时后，采用多道次小变形量的方法，将铜合金坯件制成直径为1-3mm的铜合金线材；
最后对所述铜合金线材进行清洗、剪切、矫直、检验以及包装。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高导电率铜合金线材，其特征在于，由以下重量百分数的成分组成：Si 1.9%、P 0.35%、Al 1.4%、Sn 0.9%、Ca 0.7%、Cr 0.6%、Ti 0.5%、Mo0.25%、Ni 0.2%、Nb 0.085%、Ba 0.07%、Re 0.07%、Hf 0.04%，剩余量为Cu和不可避免的非金属杂质，且所述非金属杂质所含重量百分数≤0.05%。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高导电率铜合金线材，其特征在于，所述稀有气体为氩气。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高导电率铜合金线材，其特征在于，所述精炼剂为苏打和冰晶石的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种高强度高导电率铜合金线材，其特征在于，所述精炼温度为780-860℃，精炼时间为20-30min。
6.根据权利要求1所述的一种高强度高导电率铜合金线材，其特征在于，所述浇铸温度为750-830℃、铸造速度为95-115mm/min、冷却水温度为15-25℃、冷却水强度为0.10-0.12MPa。
7.根据权利要求1所述的一种高强度高导电率铜合金线材，其特征在于，所述固溶处理的温度为760-840℃，固溶处理时间为12-16h。
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