CN113122753A - 一种微合金化铜合金电缆材料及其制备方法 - Google Patents

一种微合金化铜合金电缆材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于导电材料制备技术领域，具体涉及一种微合金化铜合金电缆材料及其制备方法，该微合金化铜合金电缆材料化学成分包含有富镧混合稀土Re、Pb、Cu和其它合金元素；所述其它合金元素包括S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag，以质量百分比计，所述富镧混合稀土Re在铜合金中的含量≥150ppm；所述其它合金元素的总量在所述铜合金中的含量≤0.3％。本发明通过反射炉熔炼、炉内精练、连铸连轧的制备方法，在精练中使用富镧混合稀土Re，并将铜合金中富镧混合稀土Re含量控制在≥150ppm，能使铜合金的气孔、缺陷降为最小，同时减少了铸造和连轧过程中的事故和断裂，提高了抗拉强度、保持了高导电率水平。

Description

一种微合金化铜合金电缆材料及其制备方法
技术领域
本发明属于导电材料制备技术领域，具体涉及一种微合金化铜合金电缆材料及其制备方法。
背景技术
电缆是由一根或几根绝缘包导线组成，外面再包以金属或橡皮制的坚韧外层。电缆一般都由芯线、绝缘***和保护外皮三个组成部分组成。由于用途及装设地点的不同，电缆在结构、规格等方面也有多种，以适应不同的要求。
铜合金材料在电线电缆材料中有非常多的用途，如软铜单线、硬铜单线、软铝单线、硬铝单线等制备而成的铜导线被主要用作各种电线电缆的半制品，少量用于通信线材和电机电器的制造。而我国紫铜的牌号有t1、t2、t3三种，其中大量使用的是t2紫铜。t1、t2、t3紫铜是根据化学成分的不同而划分的。t1紫铜铜含量在99.95％以上，杂质总和不超过0.05％；t2紫铜的铜含量99.90％以上，杂质总含量不超过0.1％；t3紫铜的铜含量在99.7％以上，杂质总含量不超过0.3％。紫铜具有优良的导电性﹑导热性﹑良好的耐腐蚀性和加工性能，可以熔焊和钎焊。t1、t2紫铜主要用作导电、导热、耐腐蚀元器件，如电线、电缆、导电螺钉、壳体和各种导管等，包括航空工业。t3紫铜主要用作结构材料使用，如制作电器开关、垫圈、铆钉、管嘴和各种导管等；也常用于一些不太重要的导电元件。
电线电缆的导线材料种类繁多，其中使用最为广泛的为纯铜(铜纯度≥99.9％)，随着社会的发展，纯铜导线的各项性能越来越无法满足工业发展的需求，因此人们在纯铜中加入一些其他元素，制成铜合金导线，以改善导线的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种微合金化铜合金电缆材料及其制备方法，该铜合金将铜合金中富镧混合稀土Re含量控制在≥150ppm，能使铜合金的气孔、缺陷降为最小，同时减少了铸造和连轧过程中的事故和断裂，提高了抗拉强度、保持了高导电率水平。
为实现上述目的，本发明提供一种微合金化铜合金电缆材料，所述铜合金化学成分包含有富镧混合稀土Re、Pb、Cu和其它合金元素；
所述其它合金元素包括S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag；
以质量百分比计，所述富镧混合稀土Re在所述铜合金中的含量≥150ppm；
所述其它合金元素的总量在所述铜合金中的含量≤0.3％。
本技术方案中加入的富镧混合稀土Re具有很好的活性，有利于精练、除气、净化熔体和微合金化作用，能改善铜合金的导电性、拉伸强度和抗高温软化性能。
进一步的，上述技术方案中，以质量百分比计，所述铜合金化学成分包括：
富镧混合稀土Re：150-800ppm；
Pb：15-20ppm；
S：1-15ppm；
Se、As、Sb：10-100ppm；
Bi：1-30ppm；
Sn：5-700ppm；
Zn：20-500ppm；
Ni：15-500ppm；
Fe：10-400ppm；
Ag：5-1000ppm；
余量为Cu。
本发明还提供一种微合金化铜合金电缆材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.反射炉熔炼：按重量百分比分别称取Pb、S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag和Cu的原料，加入到反射炉进行熔炼，经过第一次升温、保温，第二次升温、保温，得熔炼熔体；
S2.炉内精练：将步骤S1所得熔炼熔体降温后，用富镧混合稀土Re进行中间合金精练，保温，得精练熔体；
S3.连铸连轧：将步骤S2所得精练熔体进行连铸连轧处理，得到铜合金电缆线。
进一步的，上述技术方案步骤S1中原料为废杂铜。
进一步的，上述技术方案步骤S1中第一次升温、保温过程中将熔炼温度升至720-800℃，保温0.5-2h。
进一步的，上述技术方案步骤S1中第二次升温、保温过程中将炼熔温度升高到1120-1180℃，保持温度固定，熔炼1.5-2.5h。
进一步的，上述技术方案步骤S2中熔体温度降至1100℃，保温时间为15-30min。
进一步的，上述技术方案步骤S3中铜合金电缆线的抗拉强度在460-510MPa范围内，导电率在98.2-99.8％IACS范围内，延伸率A100在36.8-41.4％范围内。
本发明具有的有益效果是：本发明通过在微合金化铜合金中加入富镧混合稀土Re来改善铜合金电缆线的性能，但当富镧混合稀土Re含量低于150ppm时，很容易被烧损，且铜合金产品容易开裂；而当富镧混合稀土Re含量控制在≥150ppm时，能使铜合金的气孔、缺陷降为最小，同时减少了铸造和连轧过程中的事故和断裂，提高了抗拉强度、保持了高导电率水平，其中抗拉强度在460-510MPa范围内，导电率在98.2-99.8％IACS范围内，延伸率A100在36.8％-41.4％范围内。这种微合金化高强高导铜合金电缆材料比Pb含量低于15ppm的微合金铜(牌号达到t1)的电缆材料的抗拉强度高，同时具有等同的导电率。
具体实施方式
下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。下述实施例涉及的原料若无特别说明，均为普通市售品，皆可通过市场购买获得。
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1
一种微合金化铜合金电缆材料，以质量百分比计，该铜合金化学成分包括：富镧混合稀土Re：150ppm；Pb：20ppm；其中S:1-15ppm、Se、As、Sb:10-100ppm、Bi:1-30ppm、Sn:5-700ppm、Zn:20-500ppm、Ni:15-500ppm、Fe:10-400ppm、Ag:5-1000ppm，且S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag的总量在铜合金中的总含量≤0.3％；余量为Cu。
其制备方法包括如下步骤：
S1.反射炉熔炼：分别称取Pb、S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag和Cu的原料，加入到反射炉进行熔炼，首先将反射炉温度升为760℃，保持温度固定1.5h；然后再将温度升高到1160℃，保持温度固定，熔炼2.0h，得熔炼熔体；
S2.炉内精练：将步骤S1所得熔炼熔体降温至1100℃后，用富镧混合稀土Re进行中间合金精练，保温15min，得精练熔体；
S3.连铸连轧：将步骤S2所得精练熔体进行连铸连轧处理，得到铜合金电缆线。
经性能测试，这种电缆线的抗拉强度为480MPa，导电率为99.5％IACS。
实施例2
一种微合金化铜合金电缆材料，以质量百分比计，该铜合金化学成分包括：富镧混合稀土Re：200ppm；Pb：15ppm；其中S:1-15ppm、Se、As、Sb:10-100ppm、Bi:1-30ppm、Sn:5-700ppm、Zn:20-500ppm、Ni:15-500ppm、Fe:10-400ppm、Ag:5-1000ppm，且S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag的总量在铜合金中的总含量≤0.3％；余量为Cu。
其制备方法包括如下步骤：
S1.反射炉熔炼：分别称取Pb、S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag和Cu的原料，加入到反射炉进行熔炼，首先将反射炉温度升为750℃，保持温度固定2h；然后再将温度升高到1150℃，保持温度固定，熔炼2.0h，得熔炼熔体；
S2.炉内精练：将步骤S1所得熔炼熔体降温至1100℃后，用富镧混合稀土Re进行中间合金精练，保温30min，得精练熔体；
S3.连铸连轧：将步骤S2所得精练熔体进行连铸连轧处理，得到铜合金电缆线。
经性能测试，这种电缆线的抗拉强度为500MPa，导电率为98.3％IACS。
实施例3
一种微合金化铜合金电缆材料，以质量百分比计，该铜合金化学成分包括：富镧混合稀土Re：400ppm；Pb：15ppm；其中S:1-15ppm、Se、As、Sb:10-100ppm、Bi:1-30ppm、Sn:5-700ppm、Zn:20-500ppm、Ni:15-500ppm、Fe:10-400ppm、Ag:5-1000ppm，且S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag的总量在铜合金中的总含量≤0.3％；余量为Cu。
其制备方法包括如下步骤：
S1.反射炉熔炼：分别称取Pb、S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag和Cu的原料，加入到反射炉进行熔炼，首先将反射炉温度升为750℃，保持温度固定2h；然后再将温度升高到1140℃，保持温度固定，熔炼2.0h，得熔炼熔体；
S2.炉内精练：将步骤S1所得熔炼熔体降温至1100℃后，用富镧混合稀土Re进行中间合金精练，保温25min，得精练熔体；
S3.连铸连轧：将步骤S2所得精练熔体进行连铸连轧处理，得到铜合金电缆线。
经性能测试，这种电缆线的抗拉强度为508MPa，导电率为98.6％IACS。
实施例4
一种微合金化铜合金电缆材料，以质量百分比计，该铜合金化学成分包括：富镧混合稀土Re：800ppm；Pb：15ppm；其中S:1-15ppm、Se、As、Sb:10-100ppm、Bi:1-30ppm、Sn:5-700ppm、Zn:20-500ppm、Ni:15-500ppm、Fe:10-400ppm、Ag:5-1000ppm，且S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag的总量在铜合金中的总含量≤0.3％；余量为Cu。
其制备方法包括如下步骤：
S1.反射炉熔炼：分别称取Pb、S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag和Cu的原料，加入到反射炉进行熔炼，首先将反射炉温度升为780℃，保持温度固定2h；然后再将温度升高到1180℃，保持温度固定，熔炼2.0h，得熔炼熔体；
S2.炉内精练：将步骤S1所得熔炼熔体降温至1100℃后，用富镧混合稀土Re进行中间合金精练，保温20min，得精练熔体；
S3.连铸连轧：将步骤S2所得精练熔体进行连铸连轧处理，得到铜合金电缆线。
经性能测试，这种电缆线的抗拉强度为503MPa，导电率为99.4％IACS。
对比例1
一种铜合金电缆材料，以质量百分比计，该铜合金化学成分包括：富镧混合稀土Re：140ppm；Pb：20ppm；其中S:1-15ppm、Se、As、Sb:10-100ppm、Bi:1-30ppm、Sn:5-700ppm、Zn:20-500ppm、Ni:15-500ppm、Fe:10-400ppm、Ag:5-1000ppm，且S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag的总量在铜合金中的总含量≤0.3％；余量为Cu。
其制备方法参照实施例1。
经性能测试，富镧混合稀土Re在精练过程中烧损，且这种电缆线容易开裂，不合格。
对比例2：现有牌号为t1级的铜合金电缆线
一种铜合金电缆材料，以质量百分比计，该铜合金化学成分包括：Pb、S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag，其总量在铜合金中的总含量≤0.3％，且Pb含量低于15ppm；余量为Cu。
其制备方法包括如下步骤：
S1.反射炉熔炼：分别称取Pb、S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag和Cu的原料，加入到反射炉进行熔炼，首先将反射炉温度升为760℃，保持温度固定1.5h；然后再将温度升高到1160℃，保持温度固定，熔炼2.0h，得熔炼熔体；
S2.炉内精练：将步骤S1所得熔炼熔体降温至1100℃后，保温15min，得精练熔体；
S3.连铸连轧：将步骤S2所得精练熔体进行连铸连轧处理，得到铜合金电缆线。
经性能测试，这种电缆线的抗拉强度为380MPa，导电率为101.0％IACS。
以上实施例1-4和对比例2性能测试数据统计见表1：
表1
Figure BDA0003035605950000081
从表1的实施例与对比例的性能测试结果中可以看出，采用本发明生产的电缆线抗拉强度有了很大的提高，导电率、延伸率也保持在很高的水平。说明本发明的铜合金线材具有良好的强度性能和导电性能。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微合金化铜合金电缆材料，其特征在于，所述铜合金化学成分包含有富镧混合稀土Re、Pb、Cu和其它合金元素；
所述其它合金元素包括S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag；
以质量百分比计，所述富镧混合稀土Re在所述铜合金中的含量≥150ppm；所述其它合金元素的总量在所述铜合金中的含量≤0.3％。
2.根据权利要求1所述的微合金化铜合金电缆材料，其特征在于，以质量百分比计，所述铜合金化学成分包括：
富镧混合稀土Re：150-800ppm；
Pb：15-20ppm；
S：1-15ppm；
Se、As、Sb：10-100ppm；
Bi：1-30ppm；
Sn：5-700ppm；
Zn：20-500ppm；
Ni：15-500ppm；
Fe：10-400ppm；
Ag：5-1000ppm；
余量为Cu。
3.根据权利要求1或2所述一种微合金化铜合金电缆材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.反射炉熔炼：按重量百分比分别称取Pb、S、Se、As、Sb、Bi、Sn、Zn、Ni、Fe、Ag和Cu的原料，加入到反射炉进行熔炼，经过第一次升温、保温，第二次升温、保温，得熔炼熔体；
S2.炉内精练：将步骤S1所得熔炼熔体降温后，用富镧混合稀土Re进行中间合金精练，保温，得精练熔体；
S3.连铸连轧：将步骤S2所得精练熔体进行连铸连轧处理，得到铜合金电缆线。
4.根据权利要求3所述的一种微合金化铜合金电缆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中原料为废杂铜。
5.根据权利要求3所述的一种微合金化铜合金电缆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中第一次升温、保温过程中将熔炼温度升至720-800℃，保温0.5-2h。
6.根据权利要求3所述的一种微合金化铜合金电缆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中第二次升温、保温过程中将炼熔温度升高到1120-1180℃，保持温度固定，熔炼1.5-2.5h。
7.根据权利要求3所述的一种微合金化铜合金电缆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中熔体温度降至1100℃，保温时间为15-30min。
8.根据权利要求3所述的一种微合金化铜合金电缆材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中铜合金电缆线的抗拉强度在460-510MPa范围内，导电率在98.2-99.8％IACS范围内，延伸率A100在36.8-41.4％范围内。
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