CN109082600A - 一种低电阻极低碳钢材料、及制备方法 - Google Patents

一种低电阻极低碳钢材料、及制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种低电阻极低碳钢材料，其按组成元素成分的质量百分比配比如下：C：0.01％～0.05％，Mn：0.03％～0.15％，P：0.005％～0.012％，S0：002％～0.005％，Al：0.002％～0.02％，Si：≤0.02％，[O]：≤0.015％，[N]：≤0.0035％，其余为：Fe。通过优化C、Mn、P、S0、Al、Si、[O]、[N]和Fe主体元素和气体含量控制范围，实现极低碳钢低电阻的稳定控制，保证极低碳钢具有高导电性和高强度。

Description

一种低电阻极低碳钢材料、及制备方法
技术领域
本申请涉及材料技术领域，特别是涉及一种低电阻极低碳钢材料、及制备方法。
背景技术
铜包钢丝的出现已有二、三十年的历史，由于铜包钢丝可以节约成本较高的铜并且有比铜丝更好的机械性能，目前已广泛应用于邮电通迅、高压输电线路、同轴电缆、电子元器件引线等领域。
目前，加工生产铜包钢丝主要使用超低碳钢(C<0.01％)热轧盘条进行拔丝和镀铜，经过十多道次的拉拨，拉拨变形量大于80％，镀铜层与钢芯整体变形，由粗变细，使抗拉强度达到600MPa。该方法主要缺点是工艺复杂，铜包钢丝强度低，达不到高强度(>800MPa)铜包钢丝的标准。
发明内容
(1)要解决的技术问题：
本发明的目的是提出一种低电阻极低碳钢材料及制备方法，解决铜包钢丝强度低的问题。
(2)技术方案：
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种低电阻极低碳钢材料，其按组成元素成分的质量百分比配比如下：C：0.01％～0.05％，Mn：0.03％～0.15％，P：0.005％～0.012％，S0：002％～0.005％，Al：0.002％～0.02％，Si：≤0.02％，[O]：≤0.015％，[N]：≤0.0035％；其余为：Fe。
在一些实施例中，可选地，按组成元素成分的质量百分比配比如下：C：0.02％～0.04％，Mn：0.08％～0.12％，P：0.008％～0.010％，S0：003％～0.004％，Al：0.008％～0.016％，Si：≤0.01％，[O]：≤0.010％，[N]：≤0.0030％；其余为：Fe。
在一些实施例中，可选地，按组成元素成分的质量百分比配比如下：C：0.035％，Mn：0.1％，P：0.009％，S0：0035％，Al：0.012％，Si：≤0.005％，[O]：≤0.005％，[N]：≤0.0020％；其余为：Fe。
本申请的技术方案，通过优化C、Mn、P、S0、Al、Si、[O]、[N]和Fe主体元素和气体含量控制范围，实现极低碳钢低电阻的稳定控制，保证极低碳钢具有高导电性和高强度。
本申请还提供一种低电阻极低碳钢材料的制备方法，所述碳钢材料按照如上述任一配方进行配比，所述制备方法包括如下步骤：
脱硫步骤：对铁水进行脱硫预处理，确保入转炉铁水硫含量达0.004％～0.006％；用中碳锰铁终脱氧，加入量1.0～3.5kg/t钢，根据转炉终点成分计算转炉脱氧合金加入量；采用挡渣出钢，出钢温度为：1700～1760℃；
脱碳步骤：通过VOD或RH真空精炼处理，使得真空度≤50mbar；采取真空脱碳或轻处理的方式对钢液进行脱碳，使得目标C≤0.03％；
浇铸步骤：小方坯铸机采用全保护浇铸方式，中包设置挡渣墙，中包液面﹥600mm；结晶器采用电磁搅拌，中间包使用低碳高碱度覆盖剂。
在一些实施例中，可选地，还包括：
1)当极低碳钢中锰含量从0.60％降低到0.30％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线电阻可降低到60Ω/km，极低碳钢中碳含量从<0.01％提高到0.02％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线抗拉强度可由<500MPa提高到800MPa；
2)极低碳钢中锰含量从0.30％降低到0.15％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线电阻从60Ω/km降低到56Ω/km，极低碳钢中碳含量从0.02％提高到0.05％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线抗拉强度可由800MPa提高到1150MPa。
在一些实施例中，可选地，所述转炉铁水硫含量达到0.005％。
在一些实施例中，可选地，所述出钢温度为：1730℃。
在一些实施例中，可选地，所述加入量2.5kg/t钢。
在一些实施例中，可选地，所述目标C≤0.02％。
在一些实施例中，可选地，所述真空度≤25mbar。
本申请的技术方案，通过脱硫、脱碳、浇铸，制作的低电阻极低碳钢材料具有强度高、且生产成本低，此外，不会污染环境。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本申请一个实施例的低电阻极低碳钢材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例结合附图，对本申请做进一步详细介绍。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
由于目前铜包钢丝强度低的问题，本申请给出一种低电阻极低碳钢材料。
下面将通过基础设计、扩展设计及替换设计对产品等进行详细描述。
本申请提供了一种低电阻极低碳钢材料，其按组成元素成分的质量百分比配比如下：C：0.01％～0.05％，Mn：0.03％～0.15％，P：0.005％～0.012％，S0：002％～0.005％，Al：0.002％～0.02％，Si：≤0.02％，[O]：≤0.015％，
[N]：≤0.0035％，其余为：Fe。通过优化C、Mn、P、S0、Al、Si、[O]、[N]和Fe主体元素和气体含量控制范围，实现极低碳钢低电阻的稳定控制，保证极低碳钢具有高导电性和高强度。
在该实施例中，可选地，还可以增加Mo,其按质量百分比配比如下：所述Mo:0％～0.35％，进一步地提高硬度、密度、抗腐蚀能力、且具有热膨胀系数小、良好的导电和导热等特性。
在一个实施例中，可选地，按组成元素成分的质量百分比配比如下：C：0.02％～0.04％，Mn：0.08％～0.12％，P：0.008％～0.010％，S0：003％～0.004％，Al：0.008％～0.016％，Si：≤0.01％，[O]：≤0.010％，[N]：≤0.0030％，其余为：Fe。通过优化C、Mn、P、S0、Al、Si、[O]、[N]和Fe主体元素和气体含量控制范围，实现极低碳钢低电阻的稳定控制，保证极低碳钢具有高导电性和高强度。
在该实施例中，可选地，还可以增加Mo，其质量百分比配比如下：所述Mo:5％～0.28％，进一步地提高硬度、密度、抗腐蚀能力、且具有热膨胀系数小、良好的导电和导热等特性。
在一个实施例中，可选地，按组成元素成分的质量百分比配比如下：C：0.035％，Mn：0.1％，P：0.009％，S0：0035％，Al：0.012％，Si：≤0.005％，[O]：≤0.005％，[N]：≤0.0020％；其余为：Fe。通过优化C、Mn、P、S0、Al、Si、[O]、[N]和Fe主体元素和气体含量控制范围，实现极低碳钢低电阻的稳定控制，保证极低碳钢具有高导电性和高强度。
在该实施例中，可选地，还可以增加Mo其按质量百分比配比如下：所述Mo:0.5％～0.28％，进一步地提高硬度、密度、抗腐蚀能力、且具有热膨胀系数小、良好的导电和导热等特性。
本申请还提供一种低电阻极低碳钢材料的制备方法，所述碳钢材料按照如上述任一配方进行配比，所述制备方法包括如下步骤：
脱硫步骤：对铁水进行脱硫预处理，确保入转炉铁水硫含量达0.004％～0.006％；用中碳锰铁终脱氧，加入量1.0～3.5kg/t钢，根据转炉终点成分计算转炉脱氧合金加入量；采用挡渣出钢，出钢温度为：1700～1760℃；
脱碳步骤：通过VOD或RH真空精炼处理，使得真空度≤50mbar；采取真空脱碳或轻处理的方式对钢液进行脱碳，使得目标C≤0.03％；
浇铸步骤：小方坯铸机采用全保护浇铸方式，中包设置挡渣墙，中包液面﹥600mm；结晶器采用电磁搅拌，中间包使用低碳高碱度覆盖剂。
通过上述方法可降低钢丝基料电阻，减少涡流和表层集肤效应的产生，提高铜包钢丝导电性能的同时也对应提高了强度。
在该实施例中，进一步地，所述转炉铁水硫含量达到0.005％，所述出钢温度为：1730℃，所述加入量2.5kg/t钢，所述目标C≤0.02％，所述真空度≤25mbar。
在一个实施例中，可选地，为了制备具有高导电性能和高强度的铜包钢丝，对钢丝基料成分进行优化设计，从而降低钢丝基料电阻，减少涡流和表层集肤效应的产生，提高铜包钢丝导电性能和抗拉强度。通过测试研究发现，依据本申请的极低碳钢，当极低碳钢中锰含量从0.60％降低到0.30％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线电阻可降低到60Ω/km，极低碳钢中碳含量从<0.01％提高到0.02％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线抗拉强度可由<500MPa提高到800MPa。极低碳钢中锰含量从0.30％降低到0.15％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线电阻从60Ω/km降低到56Ω/km，极低碳钢中碳含量从0.02％提高到0.05％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线抗拉强度可由800MPa提高到1150MPa。上述研究测试数据说明，通过本申请设计的极低碳钢主体元素和气体含量控制范围的设定，能够实现极低碳钢低电阻和高强度的稳定控制。
表1为：低电阻极低碳钢YH03的元素(质量％计)；
炉号 C(％) Si(％) Mn(％) P(％) S(％)
170611 0.015 0.01 0.12 0.010 0.005
170824 0.019 0.015 0.10 0.008 0.003
170835 0.021 0.008 0.09 0.006 0.004
170956 0.026 0.006 0.08 0.011 0.002
180255 0.03 0.009 0.13 0.009 0.005
180366 0.036 0.013 0.11 0.010 0.003
实验方法及结果：
将测试样品和对照样品分别轧制成规格为￠6.5mm的盘条，经铜包钢丝生产用户拉拔到￠1.60mm，通过电阻测试仪测试其电阻值，通过力学测试仪器测试其抗拉强度，检测结果见表2。
表2为：￠1.60mm铜包钢丝电阻和性能对比数据；
由检测结果可见，本申请的低电阻极低碳钢所制备的铜包钢丝相比于对照样品，其电阻有显著下降，此外，本申请的低电阻极低碳钢所制备的铜包钢丝强度显著提高，同时降低了镀铜成本。提高了产品质量的同时，生产成本也得以降低。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种低电阻极低碳钢材料，其按组成元素成分的质量百分比配比如下：
C：0.01％～0.05％，Mn：0.03％～0.15％，P：0.005％～0.012％，S0：002％～0.005％，Al：0.002％～0.02％；
Si：≤0.02％，[O]：≤0.015％，[N]：≤0.0035％；
其余为：Fe。
2.根据权利要求1所述的低电阻极低碳钢材料，其特征在于，按组成元素成分的质量百分比配比如下：
C：0.02％～0.04％，Mn：0.08％～0.12％，P：0.008％～0.010％，S0：003％～0.004％，Al：0.008％～0.016％；
Si：≤0.01％，[O]：≤0.010％，[N]：≤0.0030％；
其余为：Fe。
3.根据权利要求1所述的低电阻极低碳钢材料，其特征在于，按组成元素成分的质量百分比配比如下：
C：0.035％，Mn：0.1％，P：0.009％，S0：0035％，Al：0.012％；
Si：≤0.005％，[O]：≤0.005％，[N]：≤0.0020％；
其余为：Fe。
4.一种低电阻极低碳钢材料的制备方法，所述碳钢材料按照如权利要求1-3中任一项所述的配方进行配比，所述制备方法包括如下步骤：
脱硫步骤：对铁水进行脱硫预处理，确保入转炉铁水硫含量达0.004％～0.006％；用中碳锰铁终脱氧，加入量1.0～3.5kg/t钢，根据转炉终点成分计算转炉脱氧合金加入量；采用挡渣出钢，出钢温度为：1700～1760℃；
脱碳步骤：通过VOD或RH真空精炼处理，使得真空度≤50mbar；采取真空脱碳或轻处理的方式对钢液进行脱碳，使得目标C≤0.03％；
浇铸步骤：小方坯铸机采用全保护浇铸方式，中包设置挡渣墙，中包液面﹥600mm；结晶器采用电磁搅拌，中间包使用低碳高碱度覆盖剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括：
1)当极低碳钢中锰含量从0.60％降低到0.30％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线电阻可降低到60Ω/km，极低碳钢中碳含量从<0.01％提高到0.02％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线抗拉强度可由<500MPa提高到800MPa；
2)极低碳钢中锰含量从0.30％降低到0.15％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线电阻从60Ω/km降低到56Ω/km，极低碳钢中碳含量从0.02％提高到0.05％，对应铜包钢丝￠1.60mm的裸线抗拉强度可由800MPa提高到1150MPa。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
所述转炉铁水硫含量达到0.005％。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
所述出钢温度为：1730℃。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
所述加入量2.5kg/t钢。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
所述目标C≤0.02％。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
所述真空度≤25mbar。
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