高强高导纯铜线的加工工艺的制作方法

本发明涉及材料成型加工领域，具体涉及一种高强高导纯铜线的加工工艺。

背景技术：

纯铜具有很高的导电、导热性能和较高的塑性变形能力，并具有良好的抗腐蚀性能，作为良导体广泛应用于工业中。然而，尽管纯铜具有高导电性的优点，但其拉伸强度极低，又因其极低的静态再结晶温度特点而导致极易加工硬化，从而抑制了进一步塑形变形。因此，纯铜材料大多应用于导线、导体和冷却器等，难以作为结构材料满足多种应用需求。采用传统方法生产的纯铜和粉末冶金生产的纯铜组织疏松，电导率和抗拉强度仍然偏低，不能满足某些特殊场合的使用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种导电性能、强度高的铜线加工工艺。

本发明所采用的技术方案是：

高强高导纯铜线的加工工艺，包括以下步骤：

(1)以电解铜为原料，烘干后在熔炼装置中进行熔化，熔炼温度为900℃-1200℃，采用木炭及石墨鳞片覆盖铜液表面保证熔化时的真空状态，并经在线除气、脱氧、搅拌，所述的在线除气、脱氧、搅拌工艺是指，通过在线除气装置向铜液内充入99.999％的氩气或氮气，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的氩气或氮气压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，从而达到除气、脱氧的目的；

(2)对步骤(1)产生的铜液采用上引连铸，结晶器水压0.2～0.6MPa，结晶器出水温度控制在20℃～35℃；

(3)对步骤(2)产生的铜坯采用连续挤压机生产铜杆；

(4)对连续挤压后的铜杆料再结晶退火，加热到430℃-500℃，保持一小时后然后随炉冷却，再继续连轧，通过连轧机组，将铜杆料轧制成线坯；

(5)将连续轧制的线坯第二次再结晶退火，加热到480℃-600℃，保持一小时后然后随炉冷却，经过拉拔机组获得铜线。

进一步地优选，所述结晶器包括内层圆筒状衬套和外层壳体，衬套和壳体之间设有第一冷却通道，衬套两端设有凸台，凸台上设有与第一冷却通道相连通的第一进水口和第一出水口，壳体内设有第二冷却通道，壳体上设有与第二冷却通道相连通的第二进水口和第二出水口，所述第一冷却通道沿衬套外壁环形设置，所述第二冷却通道沿衬套轴向方向设置。

进一步地优选，所述衬套上设有第一挡板和第二挡板，所述第一挡板为带有缺口的圆环，圆环间隔套设在衬套上，第二挡板的两端分别连接相邻两个第一挡板的缺口的下端和上端；靠近凸台的第一挡板的一端与凸台相连，另一端与缺口一端相连；所述第二挡板的倾斜方向相一致，第一挡板、第二挡板、凸台和壳体形成螺旋状第二冷却通道。

进一步地优选，所述第二挡板与第一挡板的角度为135°。

进一步地优选，所述第二冷却通道为回形通道，第二冷却通道的冷却水进口和冷却水出口相邻的设置在同一竖直方向上。

进一步地优选，所述第一冷却通道的出水温度为20℃-25℃，第二冷却通道的出水温度为25℃-35℃。

进一步地优选，所述衬套和壳体连接处设有橡胶密封圈。

进一步地优选，所述衬套采用石墨衬套。

进一步地优选，所述步骤(1)中在线除气装置向铜液中通过氩气或氮气同时通入CO，以消除氧气。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明金属经过多次再结晶退火，组织致密；通过连续轧制可得到细小的等轴晶粒，进一步改善组织结构，坯料内部组织致密，能克服上引工艺组织疏松的弊病，提高强度，同时本工艺生产出来的纯铜含氧量低，提高导电性能。另外，结晶器采用双冷却通道，可以减小结晶时轴向和径向上的温差，使得散热更均匀，提高散热效率，使结晶器结晶速度保持一致，从而使整个铸坯结晶均匀提高纯铜强度和延伸性能。

附图说明

图1是本发明的加工工艺流程图；

图2是本发明中结晶器的结构示意图；

图3是本发明中第二冷却通道的结构展开图。

图示说明：1-衬套，2-第一进水口，3-壳体，4-第一挡板，5-第二挡板，6-第一出水口，7-第二冷却通道，701-冷却水出口，702-冷却水进口，8-第二进水口，9-第二出水口，10-第一冷却通道，11-橡胶密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

如图1所示，本发明的高强高导纯铜线的加工工艺，包括以下步骤：

(1)以电解铜为原料，烘干后在熔炼装置中进行熔化，熔炼温度为900℃-1200℃，采用木炭及石墨鳞片覆盖铜液表面保证熔化时的真空状态，并经在线除气、脱氧、搅拌，所述的在线除气、脱氧、搅拌工艺是指，通过在线除气装置向铜液内充入99.999％的氩气或氮气，并通过受控的旋转石墨轴和转子，将计量的氩气或氮气压入铜液中并打散成微小气泡，使其均匀的分散在铜液中，从而达到除气、脱氧的目的；

(2)对步骤(1)产生的铜液采用上引连铸，结晶器水压0.2～0.6MPa，结晶器出水温度控制在20℃～35℃；

(3)对步骤(2)产生的铜坯采用连续挤压机生产铜杆；

(4)对连续挤压后的铜杆料再结晶退火，加热到430℃-500℃，保持一小时后然后随炉冷却，再继续连轧，通过连轧机组，将铜杆料轧制成线坯；

(5)将连续轧制的线坯第二次再结晶退火，加热到480℃-600℃，保持一小时后然后随炉冷却，经过拉拔机组获得铜线。

本工艺采用上引法连铸，降低氧含量，利于提高导电率，同时通过多次冷加工变形和再结晶退火交替，金属受力状态好，组织致密。通过连续轧制可得到细小的等轴晶粒，进一步改善组织结构，坯料内部组织致密，能克服上引工艺组织疏松的弊病，提高强度。

为了保证在上引连铸中铜液的结晶效果，本发明采用的结晶器结构如图2所示，结晶器包括内层圆筒状衬套1和外层壳体3，衬套1采用石墨衬套1。衬套1和壳体3之间设有第一冷却通道10，衬套1两端设有凸台，凸台上设有与第一冷却通道10相连通的第一进水口2和第一出水口6，壳体3上设有第二冷却通道7，壳体3上设有与第二冷却通道7相连通的第二进水口8和第二出水口9。本发明设置两个相互独立的冷却通道，有利于提高结晶器的散热能力。所述第一冷却通道10沿衬套1外壁环形设置，所述第二冷却通道7沿衬套1轴向方向设置，使得第一冷却通道10和第二冷却通道7内的冷却水流动方向垂直，提高热交换能力，且可以减小结晶时轴向和径向上的温度差，使得铜液结晶速度均匀合理，提高结晶效果。

两个冷却通道可以按要求供应不同流量的冷却水，第一冷却通道10的流量大于第二冷却通道7流量，实现两个冷却通道的独立控制，通过双层冷却，强化冷却强度，提高热交换能力，使结晶器结晶速度保持一致，从而使整个铸坯结晶均匀提高铜液强度和延伸性能。

更为具体的是，衬套1上设有第一挡板4和第二挡板5，所述第一挡板4为带有缺口的圆环，圆环间隔套设在衬套1上，第一挡板4之间的间距可以根据实际需求调整。第二挡板5的两端分别连接相邻两个第一挡板4的缺口的下端和上端；靠近凸台的第一挡板4的一端与凸台相连，另一端与缺口一端相连，即位于两端的第二挡板5一端与凸台连接，另一端与缺口连接。所述第二挡板5的倾斜方向相一致，第一挡板4、第二挡板5、凸台和壳体3形成螺旋状第二冷却通道7。第一进水口2和第一出水口6分别位于凸台的两端，并与第二冷却通道7连通。第二挡板5与第一挡板4的角度为135°(45°)。第一挡板4和第二挡板5可以增加结晶器与水流的接触面积，带走更多的热量，同时倾斜设置的第二挡板5使得第二冷却通道7形成螺旋状，增加流体湍流性能，提高散热性能。

本发明的第二冷却通道7如图3所示，第二冷却通道7为回形通道且遍布于壳体3，第二冷却通道7的冷却水进口702和冷却水出口701相邻的设置在同一竖直方向上，第二冷却通道7的冷却水进口702和冷却水出口701与壳体3上的第二进水口8和第二出水口9。冷却水从壳体3上的第二进水口8流入冷却水进口702，在第二冷却通道7内循环，从冷却水出口701流出，因为第二冷却通道7为回形结构分布在壳体3上，可以减小轴向温度差，提高散热均匀性，获得细小均匀的等轴晶，起到细晶强化的作用。

第一冷却通道10的出水温度为20℃-25℃，第二冷却通道7的出水温度为25℃-35℃，提高热交换能力，保证铜坯质量。

为了提高结晶器的密封性，防止冷却水的渗出，在衬套1和壳体3连接处设有橡胶密封圈11。

步骤(1)中在线除气装置向铜液中通过氩气或氮气同时通入CO，以消除氧气，降低铜液含氧量。

本发明加工工艺获得含氧量低的铜线，提高导电性能，同时经过通过多次冷加工变形和再结晶退火交替设置，使得组织致密；通过连续轧制可得到细小的等轴晶粒，进一步改善组织结构，坯料内部组织致密，能克服上引工艺组织疏松的弊病，提高强度，同时本工艺生产出来的纯铜含氧量低，提高导电性能。另外，结晶器采用双冷却通道，可以减小结晶时轴向和径向上的温差，使得散热更均匀，提高散热效率，使结晶器结晶速度保持一致，从而使整个铸坯结晶均匀提高纯铜强度和延伸性能。本发明得到的纯铜的电阻率小于等于1.5×10^-8Ω·m，抗拉强度大于等于425MPa。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。