CN107012357B - 一种铜合金线材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜合金线材及其制备方法，该种线材由以下成分组成：硅、镁、锌、钾、铬、锰、钇、钪、钐、钽、钴、铱、锆和铂，剩余量为铜和不可避免的非金属杂质。其制备方法是通过对原料成分的分段熔炼‑静置扒渣‑精炼‑铸造‑均匀化退火处理‑挤压毛料‑拉拔成丝，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强，其抗拉强度达到551Mpa，导电率可达到85.3％IACS，其耐热久性能可在260℃状态下正常工作2年以上，且抗腐蚀性能强、经久耐用。

Description

一种铜合金线材及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金线材制造技术领域，尤其是涉及一种铜合金线材及其制备方法。
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，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，提供一种铜合金线材及其制备方法，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：
一种铜合金线材，由以下重量百分数的成分组成：硅0.8-1.2%、镁0.8-1.0%、锌0.6-0.8%、钾0.3-0.7%、铬0.4-0.5%、锰0.3-0.4%、钇0.28-0.32%、钪0.17-0.21%、钐0.11-0.13%、钽0.10-0.12%、钴0.09-0.11%、铱0.07-0.09%、锆0.08-0.1%、铂0.06-0.1%，剩余量为铜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：硅1.0%、镁0.9%、锌0.7%、钾0.5%、铬0.45%、锰0.35%、钇0.3%、钪0.19%、钐0.12%、钽0.11%、钴0.1%、铱0.08%、锆0.09%、铂0.08%，剩余量为铜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%。
本发明的一种铜合金线材的制备方法，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：将所述铜、锌、镁、铬置于所述熔炼炉熔炼合金，熔炼温度为760-840℃，熔炼时间为30-40min；
Ⅱ阶段：再将硅、钾、锰置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为720-800℃，熔炼时间为40-60min；
Ⅲ阶段：最后将所述钇、钪、钐、钽、钴、铱、锆、铂置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为720-780℃，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75-95mm的铜合金棒材；
（5）铸造后对所述铜合金棒材进行均匀化退火处理；
（6）将均匀化退火处理后的所述铜合金棒材放入挤压机中进行挤压处理，制得线材毛料；
（7）将制得的线材毛料在温度为380-460℃条件下保温1-2小时，再以≤25℃/h的降温速度冷却至260℃以下，然后在氩气的保护下，出炉空冷至室温，之后进行毛料的第一次拉拔，拉伸直径为6-10mm，再将第一次拉拔的线材进行中间退火处理，退火温度为360-440℃，保温时间为1-2小时，再以≤25℃/h的降温速度冷却至240℃以下，然后在氩气的保护下，出炉空冷至室温，再将线材进行第二次拉伸，拉伸至直径为1-3mm；
（8）最后通过对两次拉拔后的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。
优选地，所述精炼剂为萤石、碳酸钙和冰晶石的混合物。
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720-780℃、铸造速度为90-120mm/min、冷却水温度为15-25℃、冷却水强度为0.11-0.13MPa。
作为本发明的进一步的优化方案，所述均匀化退火处理的温度设定为420-480℃，保温时间为1-2小时。
作为本发明的进一步的优化方案，所述挤压处理的压力为670-830MPa，温度为380-460℃。
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551Mpa，导电率可达到85.3％IACS，其耐热久性能可在260℃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
一种铜合金线材，由以下重量百分数的成分组成：硅0.8%、镁0.8%、锌0.6%、钾0.3%、铬0.4%、锰0.3%、钇0.28%、钪0.17%、钐0.11%、钽0.10%、钴0.09%、铱0.07%、锆0.08%、铂0.06%，剩余量为铜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、制备方法
按照以下步骤进行：
（1）将上述原料成份分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段置于充满氮气的熔炼炉中进行熔炼合金；
Ⅰ阶段：将所述铜、锌、镁、铬置于所述熔炼炉熔炼合金，熔炼温度为760℃，熔炼时间为40min；
Ⅱ阶段：再将硅、钾、锰置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为720℃，熔炼时间为60min；
Ⅲ阶段：最后将所述钇、钪、钐、钽、钴、铱、锆、铂置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为720℃，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，所述精炼剂为萤石、碳酸钙和冰晶石的混合物，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75mm的铜合金棒材，其中，所述浇铸温度为720℃、铸造速度为90mm/min、冷却水温度为15℃、冷却水强度为0.11MPa；
（5）铸造后对所述铜合金棒材进行均匀化退火处理，其中，所述均匀化退火处理的温度设定为420℃，保温时间为2小时；
（6）将均匀化退火处理后的所述铜合金棒材放入挤压机中进行挤压处理，制得线材毛料，其中，所述挤压处理的压力为670MPa，温度为380℃；
（7）将制得的线材毛料在温度为380℃条件下保温2小时，再以≤25℃/h的降温速度冷却至260℃以下，然后在氩气的保护下，出炉空冷至室温，之后进行毛料的第一次拉拔，拉伸直径为6mm，再将第一次拉拔的线材进行中间退火处理，退火温度为360℃，保温时间为2小时，再以≤25℃/h的降温速度冷却至240℃以下，然后在氩气的保护下，出炉空冷至室温，再将线材进行第二次拉伸，拉伸至直径为1mm；
（8）最后通过对两次拉拔后的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540Mpa，导电率可达到82.8％IACS，其耐热久性能可在260℃状态下正常工作2年以上。
实施例2
一、线材成分
一种铜合金线材，由以下重量百分数的成分组成：硅1.0%、镁0.9%、锌0.7%、钾0.5%、铬0.45%、锰0.35%、钇0.3%、钪0.19%、钐0.12%、钽0.11%、钴0.1%、铱0.08%、锆0.09%、铂0.08%，剩余量为铜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、制备方法
按照以下步骤进行：
（1）将上述原料成份分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段置于充满氩气的熔炼炉中进行熔炼合金；
Ⅰ阶段：将所述铜、锌、镁、铬置于所述熔炼炉熔炼合金，熔炼温度为800℃，熔炼时间为35min；
Ⅱ阶段：再将硅、钾、锰置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为760℃，熔炼时间为50min；
Ⅲ阶段：最后将所述钇、钪、钐、钽、钴、铱、锆、铂置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为750℃，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，所述精炼剂为萤石、碳酸钙和冰晶石的混合物，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85mm的铜合金棒材，其中，所述浇铸温度为750℃、铸造速度为110mm/min、冷却水温度为20℃、冷却水强度为0.12MPa；
（5）铸造后对所述铜合金棒材进行均匀化退火处理，其中，所述均匀化退火处理的温度设定为450℃，保温时间为1.5小时；
（6）将均匀化退火处理后的所述铜合金棒材放入挤压机中进行挤压处理，制得线材毛料，其中，所述挤压处理的压力为750MPa，温度为420℃；
（7）将制得的线材毛料在温度为420℃条件下保温1.5小时，再以≤25℃/h的降温速度冷却至260℃以下，然后在氩气的保护下，出炉空冷至室温，之后进行毛料的第一次拉拔，拉伸直径为8mm，再将第一次拉拔的线材进行中间退火处理，退火温度为400℃，保温时间为1.5小时，再以≤25℃/h的降温速度冷却至240℃以下，然后在氩气的保护下，出炉空冷至室温，再将线材进行第二次拉伸，拉伸至直径为2mm；
（8）最后通过对两次拉拔后的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551Mpa，导电率可达到85.3％IACS，其耐热久性能可在260℃状态下正常工作2年以上。
实施例3
一、线材成分
一种铜合金线材，由以下重量百分数的成分组成：硅1.2%、镁1.0%、锌0.8%、钾0.7%、铬0.5%、锰0.4%、钇0.32%、钪0.21%、钐0.13%、钽0.12%、钴0.11%、铱0.09%、锆0.1%、铂0.1%，剩余量为铜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、制备方法
按照以下步骤进行：
（1）将上述原料成份分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段置于充满氩气的熔炼炉中进行熔炼合金；
Ⅰ阶段：将所述铜、锌、镁、铬置于所述熔炼炉熔炼合金，熔炼温度为840℃，熔炼时间为30min；
Ⅱ阶段：再将硅、钾、锰置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为800℃，熔炼时间为40min；
Ⅲ阶段：最后将所述钇、钪、钐、钽、钴、铱、锆、铂置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为780℃，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，所述精炼剂为萤石、碳酸钙和冰晶石的混合物，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95mm的铜合金棒材，其中，所述浇铸温度为780℃、铸造速度为120mm/min、冷却水温度为25℃、冷却水强度为0.13MPa；
（5）铸造后对所述铜合金棒材进行均匀化退火处理，其中，所述均匀化退火处理的温度设定为480℃，保温时间为1小时；
（6）将均匀化退火处理后的所述铜合金棒材放入挤压机中进行挤压处理，制得线材毛料，其中，所述挤压处理的压力为830MPa，温度为460℃；
（7）将制得的线材毛料在温度为460℃条件下保温1小时，再以≤25℃/h的降温速度冷却至260℃以下，然后在氩气的保护下，出炉空冷至室温，之后进行毛料的第一次拉拔，拉伸直径为10mm，再将第一次拉拔的线材进行中间退火处理，退火温度为440℃，保温时间为1小时，再以≤25℃/h的降温速度冷却至240℃以下，然后在氩气的保护下，出炉空冷至室温，再将线材进行第二次拉伸，拉伸至直径为3mm；
（8）最后通过对两次拉拔后的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538Mpa，导电率可达到64.1％IACS，其耐热久性能可在260℃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 (8)

1.一种铜合金线材，由以下重量百分数的成分组成：硅0.8-1.2%、镁0.8-1.0%、锌0.6-0.8%、钾0.3-0.7%、铬0.4-0.5%、锰0.3-0.4%、钇0.28-0.32%、钪0.17-0.21%、钐0.11-0.13%、钽0.10-0.12%、钴0.09-0.11%、铱0.07-0.09%、锆0.08-0.1%、铂0.06-0.1%，剩余量为铜和不可避免的非金属杂质，其特征在于，所述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：将所述铜、锌、镁、铬置于所述熔炼炉熔炼合金，熔炼温度为760-840℃，熔炼时间为30-40min；
Ⅱ阶段：再将硅、钾、锰置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为720-800℃，熔炼时间为40-60min；
Ⅲ阶段：最后将所述钇、钪、钐、钽、钴、铱、锆、铂置于所述熔炼炉中熔炼合金，熔炼温度为720-780℃，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75-95mm的铜合金棒材；
（5）铸造后对所述铜合金棒材进行均匀化退火处理；
（6）将均匀化退火处理后的所述铜合金棒材放入挤压机中进行挤压处理，制得线材毛料；
（7）将制得的线材毛料在温度为380-460℃条件下保温1-2小时，再以≤25℃/h的降温速度冷却至260℃以下，然后在氩气的保护下，出炉空冷至室温，之后进行毛料的第一次拉拔，拉伸直径为6-10mm，再将第一次拉拔的线材进行中间退火处理，退火温度为360-440℃，保温时间为1-2小时，再以≤25℃/h的降温速度冷却至240℃以下，然后在氩气的保护下，出炉空冷至室温，再将线材进行第二次拉伸，拉伸至直径为1-3mm；
（8）最后通过对两次拉拔后的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所述的一种铜合金线材，其特征在于，由以下重量百分数的成分组成：硅1.0%、镁0.9%、锌0.7%、钾0.5%、铬0.45%、锰0.35%、钇0.3%、钪0.19%、钐0.12%、钽0.11%、钴0.1%、铱0.08%、锆0.09%、铂0.08%，剩余量为铜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所述的一种铜合金线材，其特征在于，所述精炼剂为萤石、碳酸钙和冰晶石的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种铜合金线材，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所述的一种铜合金线材，其特征在于，所述浇铸温度为720-780℃、铸造速度为90-120mm/min、冷却水温度为15-25℃、冷却水强度为0.11-0.13MPa。
7.根据权利要求1所述的一种铜合金线材，其特征在于，所述均匀化退火处理的温度设定为420-480℃，保温时间为1-2小时。
8.根据权利要求1所述的一种铜合金线材，其特征在于，所述挤压处理的压力为670-830MPa，温度为380-460℃。
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