CN110325297B - 铜线材的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造铜线材的方法，该方法获得了由铜或铜合金制成的铜线材，所述方法包括：准备上引铸造材料的准备步骤，其中通过进行上引铸造，使得由铸造模具向上牵引的铸杆的线径为8mm以上，并且铸杆的上引周期与线径之比为0.5以下，从而获得上引铸造材料；以及拉丝步骤，其中通过以至少40％的加工度对上引铸造材料进行拉丝从而获得拉丝线材。

Description

铜线材的制造方法
技术领域
本发明涉及一种制造铜线材的方法。本申请基于并且要求于2017年2月23日递交的日本专利申请No.2017-032700的优先权，该申请的全部内容以引用方式并入本文。
背景技术
专利文献1公开了一种制造表面性能优异的铜线材的方法，该方法对通过上引铸造获得的上引铸造材料进行连续挤压。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2015-28903
连续挤压是一种成型方法，该方法在旋转轮的凹槽中装载材料(上引铸造材料)，材料通过轮和材料之间的摩擦热等所产生的热而软化成塑性流动状态，并且通过模具挤压。其线速度与拉丝相比倾向于较慢。
此外，在连续挤压时，尽管可以连续地生产长的材料，但是难以获得直径相对较小的长的材料。因此，在专利文献1中，对通过连续挤压获得的挤压材料进行拉丝。
发明内容
问题的解决方案
根据本公开的制造铜线材的方法获得了由铜或铜合金制成的铜线材，该方法包括：
准备上引铸造材料的准备步骤，其中通过进行上引铸造，使得由铸造模具向上牵引的铸杆的线径为8mm以上，并且铸杆的上引周期与线径之比为0.5以下，从而获得上引铸造材料；以及
拉丝步骤，其中通过以40％以上的加工度对上引铸造材料进行拉丝从而获得拉丝线材。
具体实施方式
[本公开解决的问题]
本发明的目的是提供一种制造铜线材的方法，该方法能够有效地获得具有优异表面性能并且适合作为导体材料的铜线材。
[本发明的有益效果]
制造铜线材的方法可以有效地获得具有优异表面性能并且适合作为导体材料的铜线材。
[本发明的实施方案的描述]
在上引铸造中，可以生产具有较低氧浓度的线材(例如，无氧铜线材)。然而，通过上引铸造获得的上引铸造材料的表面性能较差。在上引铸造中，为了抑制铸造模具和铸杆之间的粘着磨损(撕脱)的发生，并且为了抑制铸造中的不稳定性，在某些情况下可以以微小的间隔间歇地向上牵引铸杆。本发明人注意到这一事实：关于上引铸造材料的表面性能，当由铸造模具向上牵引铸杆时，晶体结构根据上引周期而周期性变化。在本文中，术语“上引周期”是指当以规律的间隔间歇地向上牵引铸杆时上引长度的周期。也就是说，在铸杆的间歇上引过程中，在铸杆的上引中断之后，从上引开始直至上引的下一次中断为止铸杆的上引距离对应为上引周期。此外，表述“晶体结构周期性变化”指通过以规律的间隔间歇地向上牵引铸杆，从而在连续进行上引的区域和上引中断的区域之间晶体结构发生变化。
在上引铸造材料的晶体结构的周期间隔大的情况下，即，在铸杆的上引周期大的情况下，当以低加工度(例如，加工度小于40％)对上引铸造材料进行拉丝时，会产生裂缝或断裂。其原因在于：在通过上引铸造进行铸造期间，上引铸造材料的晶体结构周期性地变化，并且如果将上引铸造材料直接缠绕在卷筒或绞盘上并且在随后的步骤中退绕上引铸造材料以便进行拉丝，则在上引铸造材料的退绕期间将会发生弯曲。如果上引铸造材料发生弯曲，则当上引铸造材料通过拉丝模具时，会发生大的线材偏差，并且与绞盘的摩擦会造成深度裂痕。已经对获得上引铸造材料的均匀晶体结构的方法进行了研究，结果发现，优选减小上引铸造材料的晶体结构的周期间隔并且以高加工度(加工度为40％以上)对上引铸造材料进行拉丝，从而完成了本发明。以下将列举并描述本发明实施方案的内容。
(1)根据本发明的实施方案的制造铜线材的方法，
该方法获得由铜或铜合金制成的铜线材，所述方法包括：准备上引铸造材料的准备步骤，其中通过进行上引铸造，使得由铸造模具向上牵引的铸杆的线径为8mm以上，并且铸杆的上引周期与线径之比为0.5以下，从而获得所述上引铸造材料；以及
拉丝步骤，其中通过以40％以上的加工度对上引铸造材料进行拉丝从而获得拉丝线材。
在本文中，术语“铜线材”是指由铜或铜合金制成并且通过对上引铸造材料(其通过上引铸造获得)进行各种类型的加工(主要包括拉丝)而获得的线材。因此，根据生产过程，铜线材可被称为拉丝线材、剥皮线材、热处理线材等。
在根据实施方案的制造铜线材的方法中，通过以40％以上的加工度对上引铸造材料进行拉丝，使周期性变化的上引铸造材料的晶体结构均匀，并且可以校正由上引铸造材料的晶体结构的周期性造成的弯曲。特别地，在上引铸造材料中，当上引周期L(mm)与铸杆的线径D(mm)的比率L/D为0.5以下时，可以缩短上引铸造材料的晶体结构的周期间隔，并且易于校正拉丝期间可能造成的线材的弯曲。此外，当铸杆的线径(上引铸造材料的线径)为8mm以上时，可以充分提高上引铸造材料的拉丝的加工度。如上所述，在根据实施方案的制造铜线材的方法中，通过以40％以上的高加工度对具有大的线径D并且晶体结构具有短周期间隔的上引铸造材料进行拉丝，基本上可以消除上引铸造材料的晶体结构的周期性变化，并且可以获得基本上笔直的状态。
因此，在制造铜线材的方法中，可以减少在拉丝期间可能造成的诸如裂痕之类的表面缺陷，并且可以容易地获得具有优异表面性能并且适合作为导体材料的铜线材。
(2)根据制造铜线材的方法的实施方案，该方法可以包括剥皮步骤，其中通过将拉丝线材剥皮从而获得剥皮线材。
通过将拉丝线材剥皮，可以去除在拉丝期间在拉丝线材中产生的诸如裂痕之类的表面缺陷，并且可以获得具有更优异的表面性能的铜线材。
(3)根据制造铜线材的方法的实施方案，该方法可以包括热处理步骤，其中通过对拉丝线材进行热处理从而获得热处理线材。
通过对拉丝线材进行热处理，拉丝线材的晶体结构可以再结晶，并且易于使晶体结构均匀。此外，可以改善可拉丝性。
(4)根据包括剥皮步骤的制造铜线材的方法的实施方案，该方法可以包括热处理步骤，其中通过对中间线材进行热处理而获得热处理线材，其中该中间线材是通过以80％以下的加工度对剥皮线材进行拉丝而获得的。
根据上述实施方案，可以使剥皮线材的晶体结构更均匀，并且可以进一步改善可拉丝性。
[本发明的实施方案的详细描述]
将在下面详细描述本发明的实施方案。本发明的范围不限于示例的实施方案，而是由随附的权利要求限定，并且旨在包括与权利要求同等的含义和范围内的所有变型。
[铜线材的制造方法]
根据实施方案的制造铜线材的方法包括通过进行上引铸造从而获得上引铸造材料的上引铸造材料准备步骤，以及通过对所准备的上引铸造材料进行拉丝从而获得拉丝线材的拉丝步骤。根据实施方案的制造铜线材的方法的特征在于：准备了线径大并且晶体结构的周期间隔短的上引铸造材料，并且以40％以上的高加工度对上引铸造材料进行拉丝。此外，根据需要，根据实施方案的制造铜线材的方法包括剥皮步骤，其中通过将拉丝线材剥皮从而获得剥皮线材。此外，根据需要，根据实施方案的制造铜线材的方法包括热处理步骤，其中通过对拉丝线材进行热处理从而获得热处理线材。下面将详细描述每个步骤。
<<准备步骤>>
准备步骤是准备上引铸造材料的步骤，其中该上引铸造材料是通过进行上引铸造而获得的。在通过上引铸造进行的铸造中，可以使用市售或已知的上引铸造机。通过进行上引铸造，使得由铸造模具向上牵引的铸杆的线径D为8mm以上，并且铸杆的上引周期L与线径D的比率L/D为0.5以下，从而获得上引铸造材料。
上引铸造材料的线径D为8mm以上。在本文中，术语“线径D”是指上引铸造材料的等效面积圆直径，即，在上引铸造材料的横截面中，具有与其横截面积相同面积的圆的直径。通常，上引铸造材料是具有圆形横截面形状的圆线。随着上引铸造材料的线径D的增加，可以充分提高将在后面描述的拉丝步骤中拉丝的加工度。因此，上引铸造材料的线径D优选为8.5mm以上、10mm以上、12mm以上或15mm以上，特别是16mm以上。
可以以0.1m/min至4m/min的上引速度从(例如)1,100℃至1,200℃的铜熔融金属中由铸造模具向上牵引铸杆，从而获得上引铸造材料。设定铸杆在上引期间的上引长度的周期L(mm)，使得周期L与上引铸造材料的线径D(mm)的比率L/D为0.5以下。在上述上引速度范围内，无论上引速度如何，比率L/D都可以是恒定的。在上引过程中上引停止的停止时间可以设定为0.01秒至60秒。在本文中，术语“上引速度”是指当重复铸杆的上引和停止时，“从铸杆的上引开始直至下一次上引开始为止”，换句话说，“在开始铸杆上引、经过一个上引周期、上引停止、并且保持停止状态的保持时间完成这一期间”的一系列操作期间的平均速度。
在通过上引铸造获得的上引铸造材料中，随着铸杆的上引周期，晶体结构在纵向上周期性变化。通过用显微镜观察上引铸造材料的纵向截面，可以看出晶体结构的周期性变化。由于晶体结构的周期性变化，上引铸造材料发生弯曲。上引铸造材料中发生的弯曲造成在下文所述的拉丝步骤中在拉丝期间产生的诸如裂痕之类的表面缺陷。具体而言，由于弯曲，当上引铸造材料通过拉丝模具时，会发生大的线偏差，并且由于与绞盘的摩擦会造成深度裂痕。随着铸杆的上引周期L变短，可以缩短所得上引铸造材料的晶体结构的周期间隔，并且可以减少弯曲。因此，可以减少线偏差，并且可以减少由于与绞盘的摩擦引起的负荷。此外，在拉丝期间，可以易于校正上引铸造材料的弯曲。因此，关于铸杆的上引周期L，上引周期L与上引铸造材料的线径D的比率L/D优选为0.40以下或0.35以下，特别是0.30以下。另一方面，当上引周期L过短时，存在生产率可能降低的问题。因此，比率L/D优选为0.1以上或0.12以上，特别是0.15以上。当比率L/D为0.1以上时，不太可能发生由于铸造不稳定引起的断线。
上引铸造材料的构成材料可以为所谓的“纯铜”。纯铜的实例包括无氧铜(含有99.95质量％以上的Cu，余量为不可避免的杂质，优选地，不可避免的杂质的总含量为0.03质量％以下)。无氧铜中的氧含量越小，电导率越高。因此，氧含量优选为0.005质量％(50质量ppm)以下或0.002质量％(20质量ppm)以下。可以通过在熔化期间进行精炼或调节铸造气氛，从而调节氧含量。在上引铸造中，可以容易地调节铸造气氛，并且可以容易地降低氧含量。
<<拉丝步骤>>
拉丝步骤是通过以40％以上的加工度对在准备步骤中准备的上引铸造材料进行拉丝而获得拉丝线材的步骤。在拉丝时，通常使用拉丝模具。
本发明人的研究结果已经发现，在以低加工度(例如，加工度小于40％)对上引铸造材料进行拉丝并且将所得拉丝线材剥皮的情况下，能够在一定程度上去除线材中出现的诸如裂痕之类的表面缺陷，但难以校正上引铸造材料的弯曲。其原因认为是由于拉丝加工度低，所以存在晶体结构的周期性变化。因此，即使通过剥皮去除了表面缺陷，但是如果线材保持弯曲，则随后与绞盘的摩擦会重新造成裂痕。在这种情况下，当以40％以上的高加工度对上引铸造材料进行拉丝并且将所得拉丝线材剥皮时，可以去除在拉丝线材中产生的诸如裂痕之类的表面缺陷，并且还可以校正线材的弯曲。其原因被认为是由于拉丝加工度高，所以在拉丝期间基本上消除了晶体结构的周期性变化。因此，在随后的生产过程中，上引铸造材料不会弯曲，并且可以抑制由于与绞盘的摩擦而在拉丝线材中新产生的裂痕。
可以进行一次或多次拉丝。当进行一次拉丝时，一次的加工度为40％以上。当进行多次拉丝时，多次的总加工度为40％以上。随着拉丝加工度的提高，更可能消除线材的晶体结构的周期性变化。因此，拉丝加工度(当进行多次拉丝时，为总加工度)优选为50％以上、55％以上、60％以上或65％以上，特别是70％以上。
<<剥皮步骤>>
剥皮步骤是通过将在拉丝步骤中获得的拉丝线材剥皮从而获得剥皮线材的步骤。通过将拉丝线材剥皮，可以去除在拉丝期间产生的诸如裂痕之类的表面缺陷，并且可以获得具有更优异的表面性能的铜线材。在剥皮时，通常使用剥皮模具。
可以进行一次或多次剥皮。当进行一次剥皮时，产率可能降低。当进行多次剥皮时，可令人满意地去除诸如裂痕之类的缺陷。可以根据材料的尺寸、缺陷的状态等适当地选择剥皮厚度(去除厚度)。例如，在材料为直径为约5mm以上15mm以下的线材的情况下，剥皮厚度(当进行多次剥皮时，为总厚度)优选为20μm以上150μm以下或40μm以上100μm以下。对于尺寸在上述范围内的线材，通过将剥皮厚度设定为20μm以上(优选为40μm以上)，可以充分去除表面缺陷，并且通过将剥皮厚度设定为150μm以下(优选为100μm以下)，可以抑制产率的降低。注意，剥皮后的线材的直径等于(剥皮前材料的直径-剥皮厚度×2)。
对于以40％以上的高加工度进行了拉丝的线材，其由于加工硬化因而是坚硬的。因此，通过将线材剥皮，机械加工性良好，易于剥皮，并且可以容易地抑制诸如裂痕之类的缺陷的产生。
<<热处理步骤>>
热处理步骤是通过对在拉丝步骤中获得的拉丝线材进行热处理从而获得热处理线材的步骤。通过进行热处理，晶体结构可以再结晶，并且可以使晶体结构均匀。优选地，对已经剥皮的剥皮线材进行热处理。特别地，优选对中间线材进行热处理，其中中间线材是通过以80％以下的加工度对剥皮线材进行拉丝而获得的。其原因在于，为了减少诸如裂痕之类的缺陷，期望在加工度低的同时使晶体结构均匀，但是当加工度过低时，再结晶不可能均匀地进行。因此，优选的是，对中间线材进行热处理，其中中间线材是通过以78％以下或75％以下，特别是73％以下的加工度对剥皮线材进行拉丝而获得的。
关于热处理条件，加热温度可以为200℃以上550℃以下或250℃以上500℃以下，特别是300℃以上450℃以下。此外，保持时间可以为0.2秒以上10小时以下或30秒以上8小时以下，特别是60秒以上5小时以下。可以通过使用分批处理或连续处理中的任一者进行热处理。当使用连续处理时，可以在长线材上进行热处理，并且可以缩短保持时间。
<<其他>>
通过提供压延步骤(其中对铜线材进行压延以改变形状)，可以生产异形的铜线材。例如，在压延步骤中，通过对铜线材进行压延，可以生产扁铜线。可以适当地选择压延条件，使得可以获得具有期望的厚度、宽度、横截面积、外形等的异形铜线材。在压延步骤中，由于使用线径相对较大(为8mm以上)的上引铸造材料，因此可以获得具有2mm2以上横截面积的异形的铜线材(如扁线)。在未进行压延步骤时，通过进行拉丝，可以生产具有横截面积为2mm2以上的圆形横截面形状的圆线。注意，铜线材的实例包括通过对上引铸造材料进行拉丝而获得的拉丝线材、通过将拉丝线材剥皮获得的剥皮线材、通过对拉丝线材或剥皮线材进行热处理而获得的热处理线材、以及通过对剥皮线材或热处理线材进一步进行拉丝而获得的第二拉丝线材。
通过提供包覆步骤，可以生产包覆铜线，其中在包覆步骤中，使用铜线材(具有最终线径的铜线材)作为导体，并且在导体的表面形成绝缘覆层。可以(例如)通过使用用于生产已知漆包线的已知技术形成绝缘覆层。在典型的技术中，可以进行一次或者重复进行多次将构成绝缘覆层的树脂涂布于导体表面的步骤以及进行烘烤的步骤，直至绝缘覆层达到预定厚度，其中在进行烘烤的步骤中，通过使涂布的导体通过烘烤炉以使树脂干燥和硬化。或者，可以通过挤出包覆在导体的表面上形成绝缘覆层。
[试验例1]
在各种条件下生产由无氧铜制成的线材，并检查每个所得线材的表面状态。
准备纯铜(含有95.95质量％以上的Cu以及0.001质量％以下的氧的无氧铜)作为原料，并且制造熔融金属。通过如表1所示设定上引周期L(mm)、上引速度(m/min)和停止时间(秒)，从而由所得熔融金属进行上引铸造，并且制造具有如表1所示的线径D(直径，mm)的圆形横截面形状的上引铸造材料(准备步骤：样品No.1-1至样品No.1-6、样品No.1-11至样品No.1-14)。上引周期L与上引铸造材料的线径D的比率(L/D)也如表1所示。
在除样品No.1-14外的其他样品中，通过以如表1所示的加工度α对上引铸造材料进行拉丝，制造线径(直径，mm)如表1所示的拉丝线材(拉丝步骤)。
除样品No.1-14以外，通过将所得拉丝线材剥皮从而制造剥皮线材(剥皮步骤)，其中剥皮厚度(μm)如表1所示。
在样品No.1-1、样品No.1-2、样品No.1-4至样品No.1-6和样品No.1-11至样品No.1-13中，对中间线材进行热处理(450℃×0.2秒)(热处理步骤)，其中中间线材是通过以表1所示的加工度β对剥皮线材进行拉丝而获得的。在样品No.1-14中，在拉丝的中间对中间线材(线径为5mm)进行热处理(450℃×0.2秒)。然后，通过对所有样品进行拉丝，使得达到如表1所示的总加工度，从而制造具有如表1所示的横截面积(mm2)的最终线材(铜线材)。
由各个所得最终线材制造导体，并且制造具有导体的包覆铜线。关于线材的表面性能，通过使用市售的探伤仪，对于所得包覆铜线检查覆层中的气泡产生状态。当线材出现诸如裂痕之类的表面缺陷时，缺陷部分成为气穴，从而在覆层中导致诸如气泡之类的缺陷。因此，通过检查覆层中气泡的产生状态，便可明了线材的表面性能。也就是说，覆层中气泡产生少的线材具有优异的表面性能。关于覆层中气泡的产生状态，采用这样的在线方法：将市售的探伤仪与覆层形成装置设置在一起，并通过将长线材(在这种情况下为包覆铜线)输送通过其中，可以在覆层形成之后连续计数裂痕(气泡)的产生数量。其结果以每100kg的产生点的形式示于表1中。
[表1]
Figure BDA0002175506650000111
如表1所示，在样品No.1-1至样品No.1-6中，以40％以上的加工度对线径D为8mm以上并且上引周期L短(L/D小，为0.5以下)的上引铸造材料进行拉丝，这些样品中的缺陷数量(每100kg中覆层的气泡产生点)为2.0以下，这与样品No.1-11至样品No.1-14相比较低，表明表面性能优异。其原因被认为是由于拉丝加工度高，在拉丝期间基本上消除了随着上引铸造期间的上引周期形成的晶体结构的周期性变化。特别地，认为因为上引周期L短，所以上引铸造材料的晶体结构的周期间隔缩短，并且在拉丝期间校正了由于晶体结构引起的弯曲。
此外，在样品No.1-1、样品No.1-2和样品No.1-4至样品No.1-6中(其中在达到最终线径之前，在拉丝的中间对中间线材进行热处理)，缺陷的数量为1.3以下，表明表面性能更加优异。其原因被认为是晶体结构通过热处理再结晶，并且使晶体结构均匀。特别地，在样品No.1-1、样品No.1-2、样品No.1-4和样品No.1-6中(其中通过以80％以下的加工度对剥皮线材进行拉丝而获得中间线材，并对中间线材进行热处理)，缺陷的数量为1.0以下，表明表面性能非常优异。其原因被认为是，通过对已经均匀的晶体结构进行拉丝，改善了可拉丝性。此外，在样品No.1-6中(其中在以81％(80％以上)的加工度α进行拉丝后，进行剥皮从而获得剥皮线材，并对剥皮线材进行热处理)，缺陷的数量为0.3以下，表明表面性能最优异。
另一方面，在样品No.1-11(其中上引铸造材料具有小线径D)、样品No.1-12(其中上引周期L长(L/D大，大于0.5))、样品No.1-13(其中对剥皮前的上引铸造材料进行拉丝，但加工度低(低于40％))、以及样品No.1-14(其中上引铸造材料未进行拉丝)中，缺陷的数量大，表明表面性能差。其原因被认为是因为在拉丝期间没有消除在上引铸造期间随着上引周期在上引铸造材料中形成的晶体结构的周期性变化，并且也没有校正上引铸造材料的弯曲，所以在直到达到最终线径的拉丝期间会通过与绞盘等的摩擦而产生裂痕。

Claims (2)

1.一种制造铜线材的方法，该方法获得由无氧铜制成的铜线材，所述方法包括：
准备上引铸造材料的准备步骤，其中通过以0.6m/min以上2.0m/min以下的上引速度进行上引铸造，使得由铸造模具向上牵引的铸杆的线径为8mm以上，并且所述铸杆的上引周期与所述线径之比为0.5以下，从而获得所述上引铸造材料；以及
拉丝步骤，其中通过以40％以上的加工度对所述上引铸造材料进行拉丝从而获得拉丝线材，
所述方法进一步包括剥皮步骤，其中通过将所述拉丝线材剥皮从而获得剥皮线材；以及
热处理步骤，其中通过对中间线材进行热处理而获得热处理线材，其中所述中间线材是通过以49％以上80％以下的加工度对所述剥皮线材进行拉丝而获得的。
2.根据权利要求1所述的制造铜线材的方法，进一步包括热处理步骤，其中通过对所述拉丝线材进行热处理从而获得热处理线材。
CN201780087148.5A 2017-02-23 2017-12-26 铜线材的制造方法 Active CN110325297B (zh)

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