CN116043094A - 一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法，盘条的化学成分按质量百分计为C≤0.010％，Si≤0.010％，Mn≤0.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Al≤0.015％，N≤0.0050％，V0.02％～0.1％，余量为Fe和杂质；铜包钢丝的化学成分中添加V元素，配合合理的制造工艺，起到了均匀、细化晶粒及提高盘条性能的作用，改善盘条混晶问题；盘条高速大压缩比拉拔时可以有效提高钢的拉拔性能；热处理后钢丝组织性能优良无混晶问题；采用本发明所述制造方法生产的铜包钢丝组织性能均匀，
Figure DDA0004044265090000011
规格的盘条拉拔后成品铜包钢丝最小直径为0.1mm以下。

Description

一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法
技术领域
本发明涉及铜包钢生产技术领域，尤其涉及一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法。
背景技术
铜包钢是指铜包着钢丝，也就是钢丝外围包裹铜层的复合线材，它利用低压高频信号的趋肤效应，在高频区沿表面行走，所以只要铜层厚度达到一定范围，某个频率段的信号就能被确保传递。铜起到传导弱电信号的作用，钢丝则起到支撑作用。铜包钢盘条主要用于制作铜包钢线，在通讯领域中，铜包钢线融合了钢的抗拉强度及韧性(为纯铜线的2倍以上)、铜的导电性能及高频特性，质量轻(比纯铜线轻12％以上)，无蠕变，经受得起风雪冰苞的袭击，经得起大跨度、盐雾和易腐蚀环境，所以能减少传输信息的畸变、失真，提高了传输质量。同时铜包钢线具有节约铜材、降低成本等优点，是纯铜线产品的替代品，被广泛应用于制作平行双芯电话用户通信的芯线、各种电子元器件的接插件、军用被复线芯线、电力传输和电话线路的架空线、电气化铁路及电气化轻轨接触网架空线、电力电缆的编织屏蔽线、铜包钢铰线承力索及吊弦、电力工业接地棒等。
一般铜包钢丝的生产工艺为：
Figure BDA0004044265070000011
盘条—拉拔为
Figure BDA0004044265070000012
中间丝—退火—拉拔—镀铜—成品规格丝(通常
Figure BDA0004044265070000013
以下)，或者为：大规格盘条—拉拔归圆—包覆铜—拉拔—中间退火—拉拔—中间退火—拉拔—成品规格丝。由于拉拔成品时的铜包钢丝规格较小，拉拔过程的压缩比较大，因此对母材盘条的要求极高。铜包钢属于超低碳钢，轧制过程难度较大，且该钢种对温度极为敏感，如控制不当则盘条极易产生混晶，盘条混晶会遗传到钢丝，然后在较高的退火温度(650～690℃)下混晶问题会更加明显。最终因热处理后钢丝延伸率大幅度降低导致钢丝表面凸凹不平，造成钢丝性能不合格，或者由于钢丝延伸率很低导致后续再拉拔时出现断丝无法使用的问题。因此，混晶问题对于导电钢来说是致命的缺陷，应该从源头即盘条和钢丝热处理过程就加以控制。
公开号为CN107675068A的中国专利申请公开了一种“极细铜包钢丝用钢盘条的生产方法”，包括炼钢工序和控轧工序；其中，炼钢工序包括：1)铁水预处理；2)转炉炼钢；3)吹氩；4)RH精炼：控制钢水中碳质量含量≤0.003％，自由氧质量含量≤15ppm，锰硫质量比Mn/S≥10；5)连铸；所述控轧工序包括：6)加热：加热段温度1050～1150℃；均热段温度1150±50℃，断面温差≤30℃；7)粗轧；8)精轧：精轧机入口温度900±15℃，减定径机入口温度890±10℃；9)控冷：吐丝机吐丝温度890±10℃；在斯太尔摩控冷线上进行控制冷却，平均冷速0.5～1.5℃/s。该方法生产的钢盘条具有特好的冷拉拔性能，较高的导电率，满足手机等电子产品对极细铜包钢丝用钢盘条的要求。但其所述的铜包钢丝及生产方法与本发明相比，在化学成分设计及控轧控冷工艺上有本质不同。
发明内容
本发明提供了一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法，铜包钢丝的化学成分中添加V元素，配合合理的制造工艺，起到了均匀、细化晶粒及提高盘条性能的作用，改善盘条混晶问题；盘条高速大压缩比拉拔时V的作用更加明显，可以有效提高钢的拉拔性能；拉拔后的中间丝热处理过程中，V化合物以第二相粒子析出防止晶粒异常长大，改善热处理后的钢丝性能，热处理后钢丝组织性能优良无混晶问题；采用本发明所述制造方法生产的铜包钢丝组织性能均匀，
Figure BDA0004044265070000021
规格的盘条拉拔后成品铜包钢丝最小直径为0.1mm以下。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法，盘条的化学成分按质量百分计为C≤0.010％，Si≤0.010％，Mn≤0.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Al≤0.015％，N≤0.0050％，V 0.02％～0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质；
盘条的生产过程如下：
1)冶炼及连铸；
2)连铸坯加热；加热温度为1160～1250℃，加热时间为120min以上，出加热炉后高压水除鳞；
3)轧制及吐丝；终轧温度为900～950℃，精轧开轧温度为910℃～950℃；吐丝温度为890℃～905℃；
4)盘条冷却；吐丝后的盘条进行风冷冷却，风冷辊道上的保温罩打开、风机关闭，盘条冷却速度保持在1～2℃/s；
铜包钢丝的生产过程如下：
工艺路径一：将
Figure BDA0004044265070000022
规格盘条拉拔至
Figure BDA0004044265070000023
规格，退火后镀铜，再拉拔至
Figure BDA0004044265070000031
以下规格铜包铜丝成品；
工艺路径二：将
Figure BDA0004044265070000032
规格盘条拉拔归圆，采用包覆焊接工艺包覆铜，经一次拉拔、一次退火、二次拉拔、二次退火后，拉拔至
Figure BDA0004044265070000033
规格钢包铜丝成品。
进一步的，所述步骤4)中，风冷辊道的运行速度分为以下几种情况：对于
Figure BDA0004044265070000034
规格的盘条，风冷辊道入口速度设定为0.20～0.40m/s；对于
Figure BDA0004044265070000035
规格的盘条，风冷辊道的入口速度设定为0.30～0.50m/s；对于
Figure BDA0004044265070000036
规格的盘条，风冷辊道的入口速度设定为0.40～0.60m/s。
进一步的，所述盘条的组织性能为：抗拉强度290MPa以下，面缩率92％以上，导电率16.8％以上，晶粒度5～7级，晶粒度极差在1级以下。
进一步的，采用包覆焊接工艺包覆铜的过程为：对盘条进行打磨并清洁铜带表面，在室温下，用包覆机将铜带卷曲包覆在盘条外层，然后再将卷曲后的铜带两端进行焊接，形成包覆铜包钢盘条；铜带厚度为1～1.5mm，纯度为99.99％以上。
进一步的，所述铜包钢丝的生产过程中，工艺路径一的中间丝退火工艺过程、工艺路径二的中间丝一次退火及二次退火工艺过程均为：退火温度640～690℃，保温时间600～900min，随炉冷却至200℃以下后出炉冷却至室温。
进一步的，工艺路径一的中间丝退火工艺过程中、工艺路径二的中间丝一次退火及二次退火工艺过程中，退火温度为680～690℃。
进一步的，所述铜包钢丝的强度为350MPa以下，延伸率为30％以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)铜包钢丝的化学成分中添加V元素，配合合理的制造工艺，起到了均匀、细化晶粒及提高盘条性能的作用，改善盘条混晶问题；盘条高速大压缩比拉拔时V的作用更加明显，V在钢中的主要作用是固定间隙原子氮和碳，消除这些间隙原子，改善应变时效问题，可以有效提高钢的拉拔性能；
2)拉拔后的中间丝热处理过程中，V化合物以第二相粒子析出防止晶粒异常长大，改善热处理后的钢丝性能，热处理后钢丝组织性能优良无混晶问题；
3)采用本发明所述制造方法生产的铜包钢丝组织性能均匀，盘条抗拉强度290MPa以下，面缩率92％以上，盘条导电率16.8％以上，钢丝强度350MPa以下，延伸率30％以上；
4)所生产的盘条及钢丝均满足使用要求，同时实现了极细规格(直径0.1mm以下)铜包钢丝的生产，断丝率与常规铜包丝相比大幅度降低，提高了下游工序的成材率(由85％提高到95％以上)，节省了加工成本。
附图说明
图1是本发明实施例1所生产铜包钢盘条的金相组织照片。
图2是采用常规工艺生产铜包钢盘条的金相组织照片。
图3是本发明实施例1所生产中间丝(退火态)的金相组织照片。
图4是采用常规工艺生产中间丝(退火态)的金相组织照片。
具体实施方式
本发明所述一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法，盘条的化学成分按质量百分计为C≤0.010％，Si≤0.010％，Mn≤0.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Al≤0.015％，N≤0.0050％，V 0.02％～0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质；
盘条的生产过程如下：
1)冶炼及连铸；
2)连铸坯加热；加热温度为1160～1250℃，加热时间为120min以上，出加热炉后高压水除鳞；
3)轧制及吐丝；终轧温度为900～950℃，精轧开轧温度为910℃～950℃；吐丝温度为890℃～905℃；
4)盘条冷却；吐丝后的盘条进行风冷冷却，风冷辊道上的保温罩打开、风机关闭，盘条冷却速度保持在1～2℃/s；
铜包钢丝的生产过程如下：
工艺路径一：将
Figure BDA0004044265070000041
规格盘条拉拔至
Figure BDA0004044265070000044
规格，退火后镀铜，最后拉拔至
Figure BDA0004044265070000043
以下规格铜包铜丝成品；
工艺路径二：将
Figure BDA0004044265070000042
规格盘条拉拔归圆，采用包覆焊接工艺包覆铜，经一次拉拔、一次退火、二次拉拔、二次退火后，拉拔至
Figure BDA0004044265070000045
规格钢包铜丝成品。
进一步的，所述步骤4)中，风冷辊道的运行速度分为以下几种情况：对于
Figure BDA0004044265070000046
规格的盘条，风冷辊道入口速度设定为0.20～0.40m/s；对于
Figure BDA0004044265070000047
规格的盘条，风冷辊道的入口速度设定为0.30～0.50m/s；对于
Figure BDA0004044265070000048
规格的盘条，风冷辊道的入口速度设定为0.40～0.60m/s。
进一步的，所述盘条的组织性能为：抗拉强度290MPa以下，面缩率92％以上，导电率16.8％以上，晶粒度5～7级，晶粒度极差在1级以下。
进一步的，采用包覆焊接工艺包覆铜的过程为：对盘条进行打磨并清洁铜带表面，在室温下，用包覆机将铜带卷曲包覆在盘条外层，然后再将卷曲后的铜带两端进行焊接，形成包覆铜包钢盘条；铜带厚度为1～1.5mm，纯度为99.99％以上。
进一步的，所述铜包钢丝的生产过程中，工艺路径一的中间丝退火工艺过程、工艺路径二的中间丝一次退火及二次退火工艺过程均为：退火温度640～690℃，保温时间600～900min，随炉冷却至200℃以下后出炉冷却至室温。
进一步的，工艺路径一的中间丝退火工艺过程中、工艺路径二的中间丝一次退火及二次退火工艺过程中，退火温度为680～690℃。
进一步的，所述铜包钢丝的强度为350MPa以下，延伸率为30％以上。
采用本发明所述方法生产的铜包钢盘条抗拉强度为290MPa以下，面缩率为92％以上，导电率为16.8％以上，晶粒度为5～7级；铜包钢丝的强度为350MPa以下，延伸率为30％以上，成品铜包钢丝的最小直径为
Figure BDA0004044265070000051
以下。
采用本发明所述方法生产的铜包钢盘条及铜包钢丝均满足使用要求，实现了极细规格(直径
Figure BDA0004044265070000052
以下)铜包钢丝的生产，断丝率与常规铜包钢丝产品相比大幅度降低，提高了下游产品成材率(由85％提高到95％以上)，有利于下游生产工序节省加工成本。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
【实施例1】
本实施例中，铜包钢盘条的成品规格为
Figure BDA0004044265070000053
化学成分按质量百分为C：0.0015％，Si：0.005％，Mn：0.04％，P：0.005％，S：0.005％，Al：0.008％，N：0.0015％，V：0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。
铜包钢盘条生产工艺如下：
连铸坯加热温度1170℃，加热时间120min，高压水除鳞压力20MPa；轧制温度：终轧温度910℃，精轧开轧温度920℃；吐丝温度895℃；吐丝后的盘条进斯太尔摩控冷线冷却，斯太尔摩控冷线风冷辊道上的保温罩打开、风机关闭，风冷辊道首段入口速度为0.20m/s，盘条冷却速度为1.2℃/s。
铜包钢丝生产工艺如下：
采用连续拉拔方式，将
Figure BDA0004044265070000061
规格的盘条拉拔至
Figure BDA0004044265070000062
进行一次退火并镀铜，最后拉拔至
Figure BDA0004044265070000064
规格的成品丝，用于制做铜包钢绞线。其间，
Figure BDA0004044265070000063
规格的中间丝在680℃温度下退火，保温700min，随炉冷却到200℃后出炉冷却至室温。
【实施例2】
本实施例中，铜包钢盘条的成品规格为
Figure BDA0004044265070000065
化学成分按质量百分为C：0.002％，Si：0.004％，Mn：0.05％，P：0.007％，S：0.006％，Al：0.003％，N：0.0019％，V：0.04％，余量为Fe和不可避免的杂质。
铜包钢盘条生产工艺如下：
连铸坯加热温度1160℃，加热时间125min，高压水除鳞压力21MPa；轧制温度：终轧温度915℃，精轧开轧温度915℃，吐丝温度900℃；吐丝后的盘条进斯太尔摩控冷线冷却，斯太尔摩控冷线风冷辊道上的保温罩打开、风机关闭。风冷辊道首段入口速度为0.30m/s，盘条冷却速度为1.5℃/s。
铜包钢丝生产工艺如下：
Figure BDA0004044265070000066
规格的铜包钢盘条进行包覆焊接，对盘条进行打磨，同时清洁铜带，清除盘条与铜带表面的油污和灰尘，增加盘条与铜带间的结合力；本实施例中，铜带厚1.2mm，纯度为99.99％。在室温下，用包覆机将铜带卷曲包覆在盘条外层，然后将卷曲后的铜带两端部进行焊接，形成包覆铜包钢盘条。将包覆铜包钢盘条拉拔至成品铜包钢丝规格
Figure BDA0004044265070000067
期间进行一次退火，铜包钢丝成品用于硬态状态下制作铜包绞线。中间丝在685℃温度下退火，保温时间750min，随炉冷却，降到150℃出炉冷却。
【实施例3】
本实施例中，铜包钢盘条的成品规格为
Figure BDA0004044265070000068
化学成分按质量百分为C：0.0018％，Si：0.005％，Mn：0.04％，P：0.005％，S：0.003％，Al：0.004％，N：0.0016％，V：0.035％，余量为Fe和不可避免的杂质。
铜包钢盘条生产工艺如下：
连铸坯加热温度1180℃，加热时间122min，高压水除鳞压力19MPa；轧制温度：终轧温度918℃，精轧开轧温度922℃，吐丝温度905℃；吐丝后的盘条进斯太尔摩控冷线冷却，斯太尔摩控冷线风冷辊道上的保温罩打开、风机关闭，风冷辊道首段入口速度为0.40m/s，盘条冷却速度为1.5℃/s。
铜包钢丝生产工艺如下：
Figure BDA0004044265070000071
规格的铜包钢盘条进行包覆焊接，对盘条进行打磨，同时清洁铜带，清除盘条与铜带表面的油污和灰尘，增加盘条与铜带间的结合力；本实施例中，铜带厚1mm厚，纯度99.99％。在室温下，用包覆机将铜带卷曲包覆在盘条外层，然后再将卷曲后的铜带两端部进行焊接，形成包覆铜包钢盘条。将包覆铜包钢盘条拉拔至成品铜包钢丝规格
Figure BDA0004044265070000072
期间进行两次退火，铜包钢丝成品用于硬态状态下制作铜包钢绞线。中间丝的两次退火均在690℃温度下进行，保温时间650min，随炉冷却到200℃后出炉冷却至室温。
【实施例4】
本实施例中，铜包钢盘条的成品规格为
Figure BDA0004044265070000073
化学成分按质量百分为C：0.0016％，Si：0.005％，Mn：0.034％，P：0.006％，S：0.005％，Al：0.001％，N：0.0032％，V：0.032％，余量为Fe和不可避免的杂质。
铜包钢盘条生产工艺如下：
连铸坯加热温度1190℃，加热时间126min，高压水除鳞压力22MPa；轧制温度：终轧温度917℃，精轧开轧温度928℃，吐丝温度902℃；吐丝后的盘条进斯太尔摩控冷线冷却，斯太尔摩控冷线风冷辊道上的保温罩打开、风机关闭。风冷辊道首段入口速度为0.50m/s，盘条冷却速度为1.3℃/s。
铜包钢丝生产工艺如下：
将
Figure BDA0004044265070000075
规格的铜包钢盘条进行包覆焊接，对盘条进行打磨，同时清洁铜带，清除盘条与铜带表面的油污和灰尘，增加盘条与铜带间的结合力；本实施例中，铜带厚1.4mm，纯度为99.99％。在室温下，用包覆机将铜带卷曲包覆在盘条外层，然后将卷曲后的铜带两端部进行焊接，形成包覆铜包钢盘条。将包覆铜包钢盘条拉拔至成品铜包钢丝规格
Figure BDA0004044265070000074
期间进行两次退火，成品铜包钢丝用于硬态状态下制作铜包钢绞线。中间丝的两次退火均在686℃温度下进行，保温时间680min，随炉冷却到200℃后出炉冷却至室温。
实施例1所生产铜包钢盘条的金相组织照片如图1所示，实施例1所生产中间丝(退火态)的金相组织照片如图3所示。采用常规工艺生产铜包钢盘条的金相组织照片如图2所示，采用常规工艺生产中间丝(退火态)的金相组织照片如图4所示。
实施例1-4与常规工艺生产的铜包钢盘条及铜包钢丝性能对比见表1。
表1实施例与常规工艺生产的铜包钢盘条及铜包钢丝性能对比
Figure BDA0004044265070000081
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法，其特征在于，盘条的化学成分按质量百分计为C≤0.010％，Si≤0.010％，Mn≤0.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，Al≤0.015％，N≤0.0050％，V0.02％～0.1％，余量为Fe和不可避免的杂质；
盘条的生产过程如下：
1)冶炼及连铸；
2)连铸坯加热；加热温度为1160～1250℃，加热时间为120min以上，出加热炉后高压水除鳞；
3)轧制及吐丝；终轧温度为900～950℃，精轧开轧温度为910℃～950℃；吐丝温度为890℃～905℃；
4)盘条冷却；吐丝后的盘条进行风冷冷却，风冷辊道上的保温罩打开、风机关闭，盘条冷却速度保持在1～2℃/s；
铜包钢丝的生产过程如下：
工艺路径一：将
Figure FDA0004044265060000011
规格盘条拉拔至
Figure FDA0004044265060000012
规格，退火后镀铜，再拉拔至
Figure FDA0004044265060000013
以下规格铜包铜丝成品；
工艺路径二：将
Figure FDA0004044265060000014
规格盘条拉拔归圆，采用包覆焊接工艺包覆铜，经一次拉拔、一次退火、二次拉拔、二次退火后，拉拔至
Figure FDA0004044265060000015
规格钢包铜丝成品。
2.根据权利要求1所述的一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法，其特征在于，所述步骤4)中，风冷辊道的运行速度分为以下几种情况：对于
Figure FDA0004044265060000016
规格的盘条，风冷辊道入口速度设定为0.20～0.40m/s；对于
Figure FDA0004044265060000017
规格的盘条，风冷辊道的入口速度设定为0.30～0.50m/s；对于
Figure FDA0004044265060000018
规格的盘条，风冷辊道的入口速度设定为0.40～0.60m/s。
3.根据权利要求1所述的一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法，其特征在于，所述盘条的组织性能为：抗拉强度290MPa以下，面缩率92％以上，导电率16.8％以上，晶粒度5～7级，晶粒度极差在1级以下。
4.根据权利要求1所述的一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法，其特征在于，采用包覆焊接工艺包覆铜的过程为：对盘条进行打磨并清洁铜带表面，在室温下，用包覆机将铜带卷曲包覆在盘条外层，然后再将卷曲后的铜带两端进行焊接，形成包覆铜包钢盘条；铜带厚度为1～1.5mm，纯度为99.99％以上。
5.根据权利要求1所述的一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法，其特征在于，所述铜包钢丝的生产过程中，工艺路径一的中间丝退火工艺过程、工艺路径二的中间丝一次退火及二次退火工艺过程均为：退火温度640～690℃，保温时间600～900min，随炉冷却至200℃以下后出炉冷却至室温。
6.根据权利要求5所述的一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法，其特征在于，工艺路径一的中间丝退火工艺过程中、工艺路径二的中间丝一次退火及二次退火工艺过程中，退火温度均为680～690℃。
7.根据权利要求1所述的一种改善中间丝热处理性能的铜包钢丝制造方法，其特征在于，所述铜包钢丝的强度为350MPa以下，延伸率为30％以上。
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