一种铜包钢合金线的制备方法技术

本发明专利技术涉及金属材料领域，尤其涉及一种铜包钢合金线的制备方法。所述制备方法包括以下制备步骤：前处理：对钢丝进行前处理，得到钢丝线芯；连续热熔轧制：对钢丝线芯进行矫直，将两条条带状的铜物料分别置于钢丝线芯的上下端，预热后进行一次轧制，得到椭圆形线材；激光重熔：利用激光对椭圆形线材进行加热重熔，并使线材保持在高温状态下进行二次轧制和冷却，得到圆形线材；后处理：对圆形线材进行切边和拉拔，即得到铜包钢合金线。本发明专利技术方案能够实现高效率连续化生产；所制得合金线的外保护层厚度更大；所制得合金线具有良好的导电性和耐腐蚀性。

【技术实现步骤摘要】
一种铜包钢合金线的制备方法
本专利技术涉及金属材料领域，尤其涉及一种铜包钢合金线的制备方法。
技术介绍
铜包钢复合材料因导电性能和耐腐蚀性能优异，在电力系统、轨道交通系统和5G基站等防雷接地系统中存在广泛的应用。但随着电力系统和轨道交通行业的发展和5G时代的到来，目前采用传统工艺生产的铜包钢复合材料因存在铜层厚度不均匀，导电率达不到45％以上等问题，已经不能满足实际需求，严重影响到了相关行业的转型升级。由于铜包钢复合材料具有良好的导电性能、较高的机械强度、尤其是外层包覆的铜层具有良好的抗腐蚀性能，目前，在发达国家，已被广泛地应用于接地装置中。铜包钢接地棒深埋地下后无论是自然腐蚀还是电化学反应，都有极强的保护性。国内大型建筑、铁路、风电站、输电网络、5G基站等已推广使用铜包钢导体作为接地网、建筑接地线、接地极、变压器接地线以及大型避雷器的连接线。目前铜包钢导体的制备方法有熔铜浸滞法、电镀法、连续挤压包覆法、连铸法和包覆拉拔法等。熔铜浸滞法可以生产厚铜层的铜包钢，但由于铜液温度、铜液流动和钢丝温度的变化极易影响铜层厚度的均匀性，难以获得铜层均匀的高性能的铜包钢成品；电镀法难以生产铜含量较高的铜包钢，且存在环境污染严重的问题；连续挤压包覆法存在挤压压力力大、模具寿命短的问题；连铸法存在钢芯保护及温度控制困难的问题，生产出来的产品厚度均匀性差、性能不高。传统的包覆拉拔法在包覆铜层和钢芯之间存在0.7mm左右的间隙，只有依靠多道拉拔，减面率达到80％以上时才能实现铜包钢之间的结合，只能生产直径4mm以下的铜包钢导体，此传统的包覆拉拔法不能生产导电率大于45％的铜包钢导体。因此，急需一种环保的工艺，能实现线径10mm以上的铜包钢成品的连续生产，且其结合力要好；也能实现导电率更高的铜包钢合金线的连续生产方法。中国专利局于2010年11月24日公开了一种同轴电缆内芯线用高强度铜包钢导体的生产工艺的专利技术专利授权，授权公开号为CN101303923B，其通过粗拉、中温回火、除氧化层、精拉、电沉积前处理、酸电解、水洗、预处理电沉积、水箱拉丝、水洗、防氧化、干燥和收线装盘等操作，其主要以电镀法为主，实现铜对钢的包覆，但是该过程较复杂，且铜厚度有限，随着铜层厚度的增大，电沉积的均匀性下降，会导致沉积不均等问题发生，并且电镀法还普遍存在着污染大的问题。又如中国专利局于2012年8月15日公开的一种软态铜包钢线的生产工艺的专利技术专利授权，授权公开号为CN102254629B，其采用了拉拔、高温回火、电沉积前处理、酸电解、水洗、预处理电沉积、水洗、厚度处理电沉积、水洗、防氧化、干燥、拉拔水洗、防氧化处理、高温回火、抛光、防氧化和收线等操作步骤，其与CN101303923B专利的技术方案较为接近，均以电镀法为主实现铜包钢合金线的制备，但该技术方案进一步采用了高温回火配合，并进行了厚度处理电沉积操作，增大了铜层的厚度，但是其仍容易发生铜厚度不均的问题，即能够实现厚度较大的铜层的制备，但铜层的制备过程可控性仍较差。此外，上述技术方案所制得的均主要对铜包钢合金线的力学性能进行改善，所制得的铜包钢合金线导电性仍较差，存在较大的改进空间。
技术实现思路
为解决现有的铜包钢合金线存在铜层制备均匀性差，导致整体铜包钢合金线存在导电性不均、导电性较差，以及部分铜包钢腐蚀易扩散等问题，本专利技术提供了一种铜包钢合金线的制备方法。本专利技术的目的在于：一、提高合金线表面铜层的均匀性；二、提高合金线的导电性；三、提高铜包钢的耐腐蚀性能；四、制备方法简洁高效，能够实现连续化、高效率生产。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。一种铜包钢合金线的制备方法，所述制备方法包括以下制备步骤：前处理：对钢丝进行前处理，得到钢丝线芯；连续热熔轧制：对钢丝线芯进行矫直，将两条条带状的铜物料分别置于钢丝线芯的上下端，预热后进行一次轧制，得到椭圆形线材；激光重熔：利用激光对椭圆形线材进行加热重熔，并使线材保持在高温状态下进行二次轧制和冷却，得到圆形线材；后处理：对圆形线材进行切边和拉拔，即得到铜包钢合金线。本专利技术技术方案主要由前处理、连续热熔轧制、激光重熔和后处理四个步骤构成。其中，前处理包括但不仅限于常规铜包钢合金线线芯进行的机械除锈剥壳、去氧化皮、去油、拉拔、线碱电解、回火、封闭酸洗、放线打磨和收线等操作中的任意一种或多种。后处理包括了必要的切边和拉拔操作。而连续热熔轧制和激光重熔则是本专利技术的主要改进和创新点所在。本专利技术中的连续热熔轧制与常规的熔铜浸滞法、连续挤压包覆法、连铸法和包覆拉拔法看似较为接近，但实质上存在较大区别。将连续热熔轧制与上述方法进行一一进行比较：相较于熔铜浸滞法，连续热熔轧制具有可实现连续化生产以及铜层的结合强度更高的优点；相较于连续挤压包覆法，连续热熔轧制铜层的结合强度更高，轧制/挤压所需的力更小，铜层保持完整度更高、更加均匀；相较于连铸法，工序更加简洁，并且能够有效保持线体的矫直状态，铜层的结合强度也更高；相较于包覆拉拔法，在结合强度、铜层均匀性等方面性能均更加优越，且能够实现连续生产线径较大的铜包钢合金线。此外，由于本专利技术配合采用了激光重熔工艺，使得在连续热熔轧制过程中，能够单次轧制较厚的铜带层，在常规技术方案中单次轧制较厚的铜带层会导致铜层结合强度低、易产生相对滑移或脱落等问题，因此常规技术方案若要制备较厚的铜层需要进行多次轧制，而配合采用激光重熔、依靠激光较大的能量实现深度加工，能够有效避免该问题的发生，提高整体方法的适用性。因此，通过连续热熔轧制能够高效地制备得到品质较优的椭圆形线材，为后续的激光重熔做好准备，避免结合强度低、铜厚度不均或平直度较差等导致激光重熔效果较差甚至无法进行等问题发生。在激光重熔过程中，通过激光产生的瞬间超高温使得铜层软化，同时由于铜本身已经包覆在钢丝线芯上，激光所产生的超高温容易传导至钢丝线芯上，使得铜层彻底与钢丝线芯贴合形成一体的同时借助超高温使得铜层与钢丝线芯产生扩散，相互扩散的铜层和钢丝线芯之间产生强化中间层，强化中间层同时向铜层和钢丝线芯扩散，相当于相对增加了外保护层(铜层和强化中间层的复合层)的厚度。具体过程如图1所示，从图中可明显看出，激光沿F1方向进行单向平移辐照，在铜层和钢丝线芯之间产生了复合且相互扩散的强化中间层，强化中间层向铜层和钢丝线芯扩散，增大了外保护层的厚度。并且，根据所选用的钢丝线芯材质不同，其掺杂元素成分不同，合金扩散也存在一定的区别，部分易扩散的元素扩散至铜层中形成固溶强化，将铜层转变化强化铜层。在铜层转化为强化铜层的过程中，由于激光辐照的超高速升温以及离焦后的快速降温产生较大的过冷度，形成固溶强化的同时产生了晶粒细化，固溶强化和晶粒细化过程均使得强化铜层的韧性得到增强、致密性提高，具备更强的抗腐蚀能力。作为优选，所述前处理包括二段回火；所述二段回火首先于550～620℃条件下保持1～2h，再于450～470℃条件下保持45～75min。通过回火工艺能够有效消除钢丝线芯的加工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜包钢合金线的制备方法，其特征在于，/n所述制备方法包括以下制备步骤：/n前处理：对钢丝进行前处理，得到钢丝线芯；/n连续热熔轧制：对钢丝线芯进行矫直，将两条条带状的铜物料分别置于钢丝线芯的上下端，预热后进行一次轧制，得到椭圆形线材；/n激光重熔：利用激光对椭圆形线材进行加热重熔，并使线材保持在高温状态下进行二次轧制和冷却，得到圆形线材；/n后处理：对圆形线材进行切边和拉拔，即得到铜包钢合金线。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜包钢合金线的制备方法，其特征在于，
所述制备方法包括以下制备步骤：
前处理：对钢丝进行前处理，得到钢丝线芯；
连续热熔轧制：对钢丝线芯进行矫直，将两条条带状的铜物料分别置于钢丝线芯的上下端，预热后进行一次轧制，得到椭圆形线材；
激光重熔：利用激光对椭圆形线材进行加热重熔，并使线材保持在高温状态下进行二次轧制和冷却，得到圆形线材；
后处理：对圆形线材进行切边和拉拔，即得到铜包钢合金线。


2.根据权利要求1所述的一种铜包钢合金线的制备方法，其特征在于，
所述前处理包括二段回火；
所述二段回火首先于550～620℃条件下保持1～2h，再于450～470℃条件下保持45～75min。


3.根据权利要求1或2所述的一种铜包钢合金线的制备方法，其特征在于，
所述钢丝为高锰钢丝；
所述高锰钢丝中锰含量为11～13wt％、碳含量为1.0～1.2wt％、硅含量为0.45～0.7wt％。


4.根据权利要求1所述的一种铜包钢合金线的制备方法，其特征在于，
所述连续热...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣良，潘秋丽，朱万均，江又平，楼新天，宋玲利，
申请(专利权)人：浙江百川导体技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33