CN113088750A - 一种铜铁合金线材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜铁合金线材，其特征在于：该铜铁合金的质量百分组成为5.0～20.0wt％的Fe，余量为Cu和不可避免杂质；所述铜铁合金的微观组织中含有沿加工方向的纤维状富Fe相，所述纤维状富Fe相占富Fe相总面积含量的80％以上。本发明铜铁合金的微观组织中纤维状富Fe相占富Fe相总面积含量的90％以上，该纤维状富Fe相有利于材料强度和导电的均衡，且铜铁合金头尾铁含量偏差≤3％。

Description

一种铜铁合金线材及其制备方法

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种铜铁合金线材的制备方法。

背景技术

铜铁合金性能优良，具有优异的导电性、耐磨性、电磁屏蔽性、抗高温软化和应力松弛等特性，是一款高强高导电磁兼容铜合金。此外，铜铁合金具有较好的可加工性能，可以根据需要加工成棒材、线材、管材、带材和箔材等，在电子产品、半导体制造、汽车零部件、医疗器械等产业领域的应用前景广阔。

但是铜和铁的熔点和密度相差大，且1094℃包晶温度下，铁在铜中的固溶度只有4％，随着铁含量的增加，熔炼过程中容易产生偏析，析出的铁相粗大，难以制备成分和组织均匀的高铁含量的铜铁合金。而且粗大的铁相塑性较差，在加工过程中难以随铜基体共同发生形变，容易出现拉拔断线、轧制开裂等现象，极大的限制了铜铁合金的应用。

为了解决铜铁合金铁相偏析和粗大造成的加工断线问题，现有铜铁合金的工艺流程为半连续铸坯需要热挤压后反复中间退火和拉拔或者连续铸造的铸坯反复中间退火和拉拔的方式实现铜铁合金线材的加工，导致铜铁合金线材的加工工艺流程长、成本高。

如专利号为CN202010688379.5的中国专利《一种高强高导铜铁合金及其制备方法》，所述铜铁合金材料按重量百分含量计，该合金化学成分包括：5.0～15.0wt％Fe、0.0125～0.12wt％C、0.05～0.30wt％Mo、0.01～1.00wt％La或/和Ce，余量为Cu和不可避免的杂质。该专利铜铁合金中加入了特定比例的C、Mo，在提高基体强度的同时不降低导电率，该铜铁合金的抗拉强度600～900MPa，导电率50～70％IACS。该发明的工艺流程为：Fe-C-Mo中间合金制备→铜铁合金熔铸→挤压→酸洗→拉拔，采用半连续铸造。该工艺下生产的铜铁合金抗拉强度较高，但是半连续铸造和挤压的生产工艺需要经过铣面和热加工，金属损耗大、能耗高。而且该专利中提到此种方法制备的铜铁合金的成分偏析十分严重，铸锭头部和尾部的铁含量浓度偏差在5～10％，造成产品性能的不稳定。

另有专利号为CN201910510053.0的中国专利《一种铜铁合金材料电磁屏蔽线及其制造方法》，所述铜铁合金材料按重量百分含量计，该合金化学成分中包括：Fe为5％～10％，Cu为余量。该制备方法包括以下步骤：配料→熔炼→上引连续铸造→拉拔及中间反复高温退火→保温→多道拉丝→编织成网。但是其熔炼过程需充氩气保护，且拉拔过程需多次高温退火。如该专利提到从Φ20mm上引毛坯到Φ2mm线材，中间需经3次550℃退火2h，铸造和加工成本较高，流程长。

因此，针对现有的铜铁合金的制备工艺流程需要进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种铁相分布均匀满足大加工率加工而不断线的铜铁合金线材。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铜铁合金线材，其特征在于：该铜铁合金的质量百分组成为5.0～20.0wt％的Fe，余量为Cu和不可避免的杂质；所述铜铁合金的微观组织中含有长度沿加工方向的纤维状富Fe相，所述纤维状富Fe相占富Fe相总面积含量的90％以上。控制90％以上的富Fe相呈纤维状，大大提高了铜铁合金线材沿加工方向的抗拉强度，且纤维状富铁相的长度沿加工方向，有利于铜铁合金整体导电性能的提升。

作为优选，所述纤维状富Fe相沿轴向的平均长度≥100μm，沿径向的平均宽度≤1μm。

粗大的椭球状富铁相在应用服役过程中，容易在富铁相处造成极强的应力集中，使得富铁相容易发生断裂或界面脱粘而成为微裂纹。纤维状富铁相长径比大，富铁相与铜基体的结合界面大，其均匀的分布在基体中时，会产生显著的强化效果。且在发生变形时，应力可以均匀的分布在结合面上，不易因应力集中在界面处形成微裂纹，因而具有更好的强度和韧性。

作为优选，所述铜铁合金头尾铁含量偏差≤3％。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种铜铁合金线材的制备方法。

本发明解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种铜铁合金线材的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤流程：

1)配料：按照铜铁合金质量百分组成称取电解铜板、铜铁中间合金；

2)熔炼：将电解铜板、铜铁中间合金加入熔炼炉中升温熔化；

3)捞渣转炉：待全部熔化后，熔体温度控制在1300～1480℃，随后分两次加入清渣剂，第一次加入氧化物清渣剂，添加量为配料总质量的0.3～0.5wt％，静置3～10min后捞渣；第二次加入盐类清渣剂，添加量为配料总质量的0.5～1.0wt％，静置3～10min后捞渣，铜液表面呈镜面状时捞渣完成；加入玻璃覆盖，保温30～60min转炉；

4)除杂、除气：转炉完成后，用玻璃覆盖，保温炉内熔体温度控制在1300～1480℃，保温30～80min后进行底部吹气吹并搅拌，底吹气体为氩气和一氧化碳的混合气体；

5)连续铸造：铸造温度1350～1480℃时，拉铸前30min根据配料总质量的0.02～0.04wt％添加铜镁合金，铸坯尺寸控制在Φ10mm～50mm，拉铸速度控制在100～500mm/min，铸坯出结晶器的温度控制在100～200℃；

6)冷轧：将铸坯冷轧成线坯，冷轧总加工率控制在60～70％；

7)中间退火：将冷轧后的线坯进行去应力退火；

8)拉拔：将线坯拉拔成线材，拉拔总加工率在80％以上。

将溶体温度控制在1300～1480℃，在该温度下铜、铁已经完全熔融，先加入氧化物清渣剂，吸附和积聚熔炼过程中的碱性和中性熔渣，并减少金属液中磷、硫有害元素，然后再加入盐类清渣剂，进一步去除酸洗和中性熔渣。捞渣完成后加入玻璃覆盖剂覆盖，防止熔体吸气，捞渣过程会造成熔体温度下降，上下温度不均，转炉前保温30～60min，保证熔体温度均匀。将氧化物清渣剂控制在配料总质量的0.3～0.5wt％，将盐类清渣剂控制在配料总质量的0.5～1.0wt％即可在高温作用下膨胀而形成粘稠的多孔结构的活性材料，形成一层薄壳，起到很好的集渣和除渣的作用。加入量过多易结渣，造成金属损耗，并给操作人员带来麻烦，加入量过少时，效果不稳定。

保温炉内熔体温度控制在1300～1480℃，温度过低，过饱和铁会重新析出，造成后续铸坯铁相粗大，温度过高，熔体吸气造成后续铸坯表面出现气孔。

底吹气体对熔液上下搅拌，解决了铜和铁因密度引起的熔体成分不均匀，并在铸造过程起到持续脱气的作用，铸坯的成分均匀和高洁净，使铸坯在加工过程变形更加均匀，提高了可加工性能。

铸造温度为1350～1480℃，铸造温度过高，铸坯表面质量会出现气孔和裂纹等缺陷，在后续轧制和拉拔工序中会造成线材断裂。铸造温度过低，不能顺利起拉。起拉前30min添加铜镁合金进一步脱硫脱氧，拉铸前熔体中硫含量能稳定降至0.0015％以下，氧含量能稳定降至0.0020％以下。

铸坯尺寸超过50mm，拉铸速度超过500mm/min，拉铸过程的冷却能力不够，合金中铁相尺寸明显过大，难以将铸坯的温度最终控制在100～200℃。毛坯尺寸和拉速过小时，会影响整体生产效率，增加能耗；将铸坯的温度最终控制在100～200℃，铸坯中铁相细小弥散。铸坯出口温度过高，铸坯组织中铁相尺寸粗大(>40μm)，可加工性能下降，最终造成成品力学性能偏低。

通过控制铸造温度、铸坯尺寸、拉铸速度以及最终的铸坯温度，铸坯中的铁相细小弥散，铸坯表面光洁无明显裂纹。

冷轧总加工率控制在60～70％，冷轧加工后树枝状Fe相沿轧制方向形成纤维状组织，球状Fe相变形程度较低，形成梭形状组织。控制冷轧加工率在60％以上，能保证Fe相周围的铜基体发生剧烈的塑性变形，使下一步退火工序中铜基体发生再结晶细化，提升材料的抗拉强度。而冷轧加工率在70％以上时，存在轧制开裂的风险。

拉拔总加工率在80％以上不仅树枝状Fe相沿拉拔方向形成纤维状组织，而且球状Fe相也完全沿拉拔方向形成纤维状组织，经大变形加工后材料的组织更加均匀。

作为优选，所述步骤3)中氧化物清渣剂的质量百分比组成为：氧化硅65～75％，氧化铝为10～15％，余量为氧化铁和氧化钙；所述盐类清渣剂的质量百分比组成为：氯化物15～25％，氟化物25～40％，余量为碳酸盐和苏打。氧化物清渣剂为氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钙，氧化钙可以与熔体中的硫和磷元素反应生成硫化钙和磷化钙并造渣，氧化硅等酸性清渣剂可以除去碱性和中性熔渣。盐类清渣剂为氯化钠、氟化钠、碳酸盐和苏打，碳酸盐和苏打是碱性熔剂，可以进一步用来除去酸性和中性熔渣，氯化钠、氟化钠为中性熔剂，起到吸附清渣和覆盖的作用。

作为优选，所述步骤4)中一氧化碳体积分数为10～30％，余量为氩气；混合气体吹气压力控制在0.3～0.45MPa，流量控制在30～50mL/min。将一氧化碳控制在10～30％可以综合氩气的除杂除渣和一氧化碳除氧的作用，保证拉铸过程保温炉熔体始终维持高洁净。气体压力和流量过大，会破坏玻璃覆盖层对空气的隔绝作用，过小时起不到除杂、除气和搅拌熔体的作用，因此，将混合气体吹气压力控制在0.3～0.45MPa，流量控制在30～50mL/min。

作为优选，所述步骤5)中通入结晶器的冷却水进水温度控制在35℃以下，出水温度控制在45～60℃，冷却水压力控制在0.3～1.0MPa，冷却水流量控制在20～40kg/min。冷却水各参数控制在该范围内，才能保证合适的冷却强度，使铸坯的出口温度维持在100～200℃。过低的冷却强度，铸坯组织中析出的铁相粗大。

作为优选，所述步骤5)中铸坯的微观组织包括铜基体相以及分散在铜基体相中的枝晶状富铁相和球状富铁相，枝晶状富铁相枝干的平均长度≤20μm，枝干的直径为枝干长度的1/20～1/10，球状富铁相平均尺寸≤20μm。

铸坯组织中树枝状富铁相和球状富铁相塑性比铜基体差，尺寸越细小，铸坯整体的塑性越好，加工过程越不容易发生断线，可加工性能越好。而控制铸坯组织中分散在铜基体相中的枝晶状富铁相和球状富铁相，枝晶枝干的平均长度≤20μm，枝干的直径为枝干长度1/20～1/10，球状富铁相平均尺寸≤20μm时，在后续轧制和拉拔过程中保证足够的加工率使铜基体发生再结晶细化，Fe相沿轧制方向呈纤维状组织，提高成品的力学性能。

作为优选，所述步骤6)中冷轧后线坯的规格为Φ12～22mm，轧制道次5～20次。冷轧后线坯规格控制在Φ12～22mm，即冷轧总加工率控制在60～70％，铁相周围铜基体破碎严重，树枝状富Fe相沿变形方向呈纤维状组织，球状富Fe相变形呈梭形，见附图2。

作为优选，所述步骤7)中在520～660℃下保温2～10h进行中间退火。富Fe相周围铜基体发生再结晶细化，退火后使冷塑性变形过程中产生的晶体学缺陷基本消失，重新形成均匀的晶粒，消除冷轧硬化，恢复塑变能力，以利于下一步拉拔工艺的加工。退火温度过低或时间过短，无法发生再结晶，塑性变形能力无法完全恢复，在后续拉拔加工率达到80％时有断线可能。退火温度过高或时间，晶粒长大严重，造成力学性能偏低。

作为优选，所述步骤8)中拉拔后线材的规格为Φ1.2～2mm，拉拔道次为15～22。

作为优选，在步骤8)后线材进行320～600℃下退火1～5h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：1)本发明铜铁合金的微观组织中纤维状富Fe相占富Fe相总面积含量的80％以上，该纤维状富Fe相有利于材料强度和导电的均衡，且铜铁合金头尾铁含量偏差≤3％。

2)本发明通过控制熔炼和铸造，实现铸坯中Fe的成分均匀，铸坯的可加工性能高，实现冷轧后一次退火从而拉拔到成品规格，大大缩短了工艺流程，降低了生产成本。

3)本发明制备的铜铁合导电率45～80％IACS，延伸率5～15％，抗拉强度550MPa～1000MPa，满足不同的应用场合。

附图说明

图1为本发明实施例3的铜铁合金铸态组织的微观组织照片。

图2为本发明实施例3的铜铁合金冷轧后线坯的微观组织照片。

图3为本发明实施例3的铜铁合金拉拔后线材的微观组织照片。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1和实施例5采用本发明的方法进行制备，具体成分见表1。

实施例1：一种直径为2mm，含铁5.12％的铜铁合金线材的制备，铜铁合金线材的工艺流程为：配料→熔铸→捞渣转炉→除杂、除气→水平连铸→冷轧→退火→拉拔，具体为：

1)配料：按照成分称取电解铜板、铜铁中间合金，铜铁中间合金中Fe：48～52wt％；

2)熔炼：将电解铜板、铜铁中间合金加入熔炼炉中依次升温熔化；

3)捞渣转炉：待全部熔化后，熔体温度控制在1300～1350℃，随后分两次加入清渣剂，第一次加入氧化物清渣剂，添加量为配料总质量的0.3％，加入后从上至下充分搅拌，静置5～7min后使气体、氧化渣和杂质上浮后捞渣。第二次加入盐类清渣剂，添加量为配料总质量的0.6％，加入后从上至下充分搅拌，静置5～7min后使气体、氧化渣和杂质上浮后捞渣。铜液表面呈镜面状时结束捞渣，加入玻璃覆盖，玻璃覆盖层厚度1～2cm，保温40min转炉；

4)除杂、除气：转炉完成后，用1～2cm玻璃覆盖，保温炉内熔体温度控制在1300～1350℃，保温60min后进行底吹搅拌。底吹气体体积分数为80％氩气和20％一氧化碳的混合气体，混合气体吹气压力控制在0.3MPa，流量控制在30mL/min，起到进一步除杂、除气的作用；

5)水平连铸：保温炉温度达到铸造温度1350～1380℃时，采用水平连铸铸造Φ28mm棒坯。拉铸前5min添加配料总质量的0.02％的铜镁合金(Mg：24wt％)，铜镁合金以密封在铜管的方式加入。拉铸速度250mm/min，节距10mm，占空比20％，通入结晶器的冷却水进水温度控制在35℃以下，出水温度控制在45～60℃，冷却水压力控制在0.5MPa，水流量控制在30～40kg/min，棒坯出结晶器温度控制在100～200℃；

6)冷轧：将毛坯冷轧至Φ17mm，轧制道次11次；

7退火：在540℃下保温6h进行去应力退火；

8)拉拔：经16道次从Φ17→15→13→12→11→10→9→8→7→6→5→4→3.2→2.8→2.5→2.2→2.0拉拔至Φ2mm的线材。

实施例2：一种直径为2mm，含铁8.45％的铜铁合金线材的制备，铜铁合金线材的工艺流程为：配料→熔铸→捞渣转炉→除杂、除气→水平连铸→冷轧→退火→拉拔，具体为：

1)配料：按照成分称取电解铜板、铜铁中间合金，铜铁中间合金中Fe：48～52wt％；

2)熔炼：将电解铜板、铜铁中间合金加入熔炼炉中依次升温熔化；

3)捞渣转炉：待全部熔化后，熔体温度控制在1380～1420℃，随后分两次加入清渣剂，第一次加入氧化物清渣剂，添加量为配料总质量的0.4％，加入后从上至下充分搅拌。静置5～7min后使气体、氧化渣和杂质上浮后捞渣。第二次加入盐类清渣剂，添加量为配料总质量的0.6％，加入后从上至下充分搅拌。静置5～7min后使气体、氧化渣和杂质上浮后捞渣。铜液表面呈镜面状时结束捞渣，加入玻璃覆盖，玻璃覆盖层厚度1～2cm，保温60min转炉；

4)除杂、除气：转炉完成后，用1～2cm玻璃覆盖，保温炉内熔体温度控制在1360～1420℃，保温60min后进行底吹搅拌。底吹气体体积分数为80％氩气和20％一氧化碳的混合气体，混合气体吹气压力控制在0.4MPa，流量控制在30mL/min，起到进一步除杂、除气的作用；

5)水平连铸：保温炉温度达到铸造温度1380～1420℃时，采用水平连铸铸造Φ30mm棒坯。拉铸前5min添加配料总质量的0.02％的铜镁合金(Mg：24wt％)，铜镁合金以密封在铜管的方式加入。拉铸速度200mm/min，节距5mm，占空比20％，通入结晶器的冷却水进水温度控制在35℃以下，出水温度控制在45～60℃，冷却水压力控制在0.8MPa，水流量控制在30～40kg/min，棒坯出结晶器温度控制在100～200℃；

6)冷轧：将毛坯冷轧至Φ18mm，轧制道次11次；

7)退火：在560℃下保温6h进行去应力退火；

8)拉拔：经17道次从Φ18→16→14→13→12→11→10→9→8→7→6→5→4→3.2→2.8→2.5→2.2→2.0拉拔至Φ2mm的线材。

实施例3：一种直径为2mm，含铁10.21％的铜铁合金线材的制备，铜铁合金线材的工艺流程为：配料→熔铸→捞渣转炉→除杂、除气→垂直连铸→冷轧→退火→拉拔，具体为：

1)配料：按照成分称取电解铜板、铜铁中间合金，铜铁中间合金中Fe：48～52wt％；

2)熔炼：将电解铜板、铜铁中间合金加入熔炼炉中依次升温熔化；

3)捞渣转炉：待全部熔化后，熔体温度控制在1380～1450℃，随后分两次加入清渣剂，第一次加入氧化物清渣剂，添加量为配料总质量的0.4％，加入后从上至下充分搅拌。静置5～7min后使气体、氧化渣和杂质上浮后捞渣。第二次加入盐类清渣剂，添加量为配料总质量的0.6％，加入后从上至下充分搅拌。静置5～7min后使气体、氧化渣和杂质上浮后捞渣。铜液表面呈镜面状时结束捞渣，加入玻璃覆盖，玻璃覆盖层厚度1～2cm，保温60min转炉；

4)除杂、除气：转炉完成后，用1～2cm玻璃覆盖，保温炉内熔体温度控制在1380～140℃，保温60min后进行底吹搅拌。底吹气体体积分数为75％氩气和25％一氧化碳的混合气体，混合气体吹气压力控制在0.3MPa，流量控制在40mL/min，起到进一步除杂、除气的作用；

5)垂直连铸：保温炉温度达到铸造温度1380～1450℃时，采用垂直铸造Φ28mm棒坯。拉铸前5min添加配料总质量的0.02％的铜镁合金(Mg：24wt％)，铜镁合金以密封在铜管的方式加入。拉铸速度250mm/min，节距10mm，占空比20％，通入结晶器的冷却水进水温度控制在35℃以下，出水温度控制在45～60℃，冷却水压力控制在0.8MPa，水流量控制在30～40kg/min；

6)冷轧：将毛坯冷轧至Φ17mm，轧制道次11次；

7)退火：在600℃下保温6h进行去应力退火；

8)拉拔：经16道次从Φ17→15→13→12→11→10→9→8→7→6→5→4→3.2→2.8→2.5→2.2→2.0拉拔至Φ2mm的线材。

参见附图1，枝晶枝干的平均长度≤20μm，枝干的直径为枝干长度1/20～1/10，球状富铁相平均尺寸约10μm。

参见附图2，树枝状富Fe相沿轧制方向呈纤维状组织，球状富Fe相变形程度较小，呈梭形。

参见附图3，铜铁合金的微观组织中含有沿加工方向的纤维状富Fe相，纤维状富Fe相占富Fe相总面积含量的95％，纤维状富Fe相沿轴向的平均长度≥100μm，沿径向的平均宽度≤1μm。

实施例4：一种直径为2mm，含铁13.14％的铜铁合金线材的制备，铜铁合金线材的工艺流程为：配料→熔铸→捞渣转炉→除杂、除气→水平连铸→冷轧→退火→拉拔，具体为：

1)配料：按照成分称取电解铜板、铜铁中间合金，铜铁中间合金中Fe：48～52wt％；

2)熔炼：将电解铜板、铜铁中间合金加入熔炼炉中依次升温熔化；

3)捞渣转炉：待全部熔化后，熔体温度控制在1380～1450℃，随后分两次加入清渣剂，第一次加入氧化物清渣剂，添加量为配料总质量的0.5％，加入后从上至下充分搅拌。静置5～7min后使气体、氧化渣和杂质上浮后捞渣。第二次加入盐类清渣剂，添加量为配料总质量的0.5％，加入后从上至下充分搅拌。静置5～7min后使气体、氧化渣和杂质上浮后捞渣。铜液表面呈镜面状时结束捞渣，加入玻璃覆盖，玻璃覆盖层厚度1～2cm，保温50min转炉；

4)除杂、除气：转炉完成后，用1～2cm玻璃覆盖，保温炉内熔体温度控制在1400～1480℃，保温60min后进行底吹搅拌。底吹气体体积分数为75％氩气和25％一氧化碳的混合气体，混合气体吹气压力控制在0.3MPa，流量控制在40mL/min，起到进一步除杂、除气的作用；

5)水平连铸：保温炉温度达到铸造温度1400～1450℃时，采用水平连铸铸造Φ25mm棒坯。拉铸前5min添加配料总质量的0.02％的铜镁合金(Mg：24wt％)，铜镁合金以密封在铜管的方式加入。拉铸速度250mm/min，节距10mm，占空比20％，通入结晶器的冷却水进水温度控制在35℃以下，出水温度控制在45～60℃，冷却水压力控制在0.8Mpa，水流量控制在30～40kg/min；

6)冷轧：将毛坯冷轧至Φ15mm，轧制道次11次；

7)退火：在600℃下保温6h进行去应力退火；

8)拉拔：经15道次从Φ15→13→12→11→10→9→8→7→6→5→4→3.2→2.8→2.5→2.2→2.0拉拔至Φ2mm的线材。

实施例5：一种直径为2mm，含铁15.08％的铜铁合金线材的制备，铜铁合金线材的工艺流程为：配料→熔铸→捞渣转炉→除杂、除气→水平连铸→冷轧→退火→拉拔→退火，具体为：

1)配料：按照成分称取电解铜板、铜铁中间合金，铜铁中间合金中Fe：48～52wt％；

2)熔炼：将电解铜板、铜铁中间合金加入熔炼炉中依次升温熔化；

3)捞渣转炉：待全部熔化后，熔体温度控制在1400～1450℃，随后分两次加入清渣剂，第一次加入氧化物清渣剂，添加量为配料总质量的0.5％，加入后从上至下充分搅。静置5～7min后使气体、氧化渣和杂质上浮后捞渣。第二次加入盐类清渣剂，添加量为配料总质量的0.5％，加入后从上至下充分搅拌。静置5～7min后使气体、氧化渣和杂质上浮后捞渣。铜液表面呈镜面状时结束捞渣，加入玻璃覆盖，玻璃覆盖层厚度1～2cm，保温40min转炉；

4)除杂、除气：转炉完成后，用1～2cm玻璃覆盖，保温炉内熔体温度控制在1420～1480℃，保温60min后进行底吹搅拌。底吹气体体积分数为75％氩气和25％一氧化碳的混合气体，混合气体吹气压力控制在0.3MPa，流量控制在40mL/min，起到进一步除杂、除气的作用；

5)水平连铸：保温炉温度铸造温度1420～1460℃时，采用水平连铸铸造Φ25mm棒坯。拉铸前5min添加配料总质量的0.02％的铜镁合金(Mg：24％)，铜镁合金以密封在铜管的方式加入。拉铸速度200mm/min，节距5mm，占空比20％，通入结晶器的冷却水进水温度控制在35℃以下，出水温度控制在45～60℃，冷却水压力控制在1.0MPa，水流量控制在30～40kg/min；

6)冷轧：将毛坯冷轧至Φ15mm，轧制道次11次；

7)退火：在620℃下保温6h进行去应力退火；

8)拉拔：经15道次从Φ15→13→12→11→10→9→8→7→6→5→4→3.2→2.8→2.5→2.2→2.0拉拔至Φ2mm的线材；

9)退火：在400℃下退火3h。

对比例：一种高强高导铜铁合金及其制备方法(CN202010688379.5)

铜铁合金的质量百分比组成为Fe：10.5wt％、C：0.063wt％、Mo：0.13wt％、La：1.0wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

该铜铁合金的工艺流程为：Fe-C-Mo中间合金制备→铜铁合金熔铸→挤压→酸洗→拉拔。

抗拉强度和延伸率测试标准为GB/T228.1-2010，硬度测试标准为GB/T4340-2009，导电率测试标准为GB/T351-1995。

头尾Fe成分偏差按照以下方法进行检测，取拉铸后铸坯头部和尾部1m长铸坯，每隔20cm取长30mm样品。样品表面处理通过车床车制进行，车制表面磨平抛光，用干净绒布擦拭干净，确保试样表面光洁平整无氧化，边缘无毛刺。车制后样品采用X荧光光谱仪进行测量。头部和尾部铸坯铁含量分别取5次测量的平均值，头尾成分偏差采用以下公式进行计算：

其中E_Fe为铸坯头尾Fe含量偏差，

为铸坯头部铁含量5次测量的平均值，

为铸坯尾部铁含量5次测量的平均值。

表1实施例的铜铁合金线材的化学成分(wt.％)

注：(1)C、S元素用碳硫分析仪测定，H、O元素用氢氧氮分析仪测定，其它元素通过ICP光谱仪测定；

(2)Ni元素为铜铁中间合金中杂质。

表2实施例、对比例的铜铁合金线材的性能测试结果

Claims (10)

1.一种铜铁合金线材，其特征在于：该铜铁合金的质量百分组成为5.0～20.0wt％的Fe，余量为Cu和不可避免的杂质；所述铜铁合金的微观组织中含有长度沿加工方向的纤维状富Fe相，所述纤维状富Fe相占富Fe相总面积含量的90％以上。

2.根据权利要求1所述的铜铁合金线材，其特征在于：所述纤维状富Fe相沿轴向的平均长度≥100μm，沿径向的平均宽度≤1μm。

3.根据权利要求1所述的铜铁合金线材，其特征在于：所述铜铁合金头尾铁含量偏差≤3％。

4.一种权利要求1至3任一权利要求所述的铜铁合金线材的制备方法，其特征在于包括以下工艺步骤流程：

1)配料：按照铜铁合金质量百分组成称取电解铜板、铜铁中间合金；

2)熔炼：将电解铜板、铜铁中间合金加入熔炼炉中升温熔化；

3)捞渣转炉：待全部熔化后，熔体温度控制在1300～1480℃，随后分两次加入清渣剂，第一次加入氧化物清渣剂，添加量为配料总质量的0.3～0.5wt％，静置3～10min后捞渣；第二次加入盐类清渣剂，添加量为配料总质量的0.5～1.0wt％，静置3～10min后捞渣，铜液表面呈镜面状时捞渣完成；加入玻璃覆盖，保温30～60min转炉；

4)除杂、除气：转炉完成后，用玻璃覆盖，保温炉内熔体温度控制在1300～1480℃，保温30～80min后进行底部吹气吹并搅拌，底吹气体为氩气和一氧化碳的混合气体；

5)连续铸造：铸造温度1350～1480℃时，拉铸前30min根据配料总质量的0.02～0.04wt％添加铜镁合金，铸坯尺寸控制在Φ10mm～50mm，拉铸速度控制在100～500mm/min，铸坯出结晶器的温度控制在100～200℃；

6)冷轧：将铸坯冷轧成线坯，冷轧总加工率控制在60～70％；

7)中间退火：将冷轧后的线坯进行去应力退火；

8)拉拔：将线坯拉拔成线材，拉拔总加工率在80％以上。

5.根据权利要求4所述的铜铁合金线材的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中氧化物清渣剂的质量百分比组成为：氧化硅65～75％，氧化铝为10～15％，余量为氧化铁和氧化钙；所述盐类清渣剂的质量百分比组成为：氯化物15～25％，氟化物25～40％，余量为碳酸盐和苏打。

6.根据权利要求4所述的铜铁合金线材的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中一氧化碳体积分数为10～30％，余量为氩气；混合气体吹气压力控制在0.3～0.45MPa，流量控制在30～50mL/min。

7.根据权利要求4所述的铜铁合金线材的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中通入结晶器的冷却水进水温度控制在35℃以下，出水温度控制在45～60℃，冷却水压力控制在0.3～1.0MPa，冷却水流量控制在20～40kg/min。

8.根据权利要求4所述的铜铁合金线材的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中铸坯的微观组织包括铜基体相以及分散在铜基体相中的枝晶状富铁相和球状富铁相，枝晶状富铁相枝干的平均长度≤20μm，枝干的直径为枝干长度的1/20～1/10，球状富铁相平均尺寸≤20μm。

9.根据权利要求4所述的铜铁合金线材的制备方法，其特征在于：所述步骤6)中冷轧后线坯的规格为Φ12～22mm，轧制道次5～20次；所述步骤8)中拉拔后线材的规格为Φ1.2～2mm，拉拔道次为15～22。

10.根据权利要求4所述的铜铁合金线材的制备方法，其特征在于：所述步骤7)中在520～660℃下保温2～10h进行中间退火。

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