本发明涉及铜合金线材领域，具体涉及一种高强高导铜合金线材的制备方法。
背景技术：
电线电缆用以传输电(磁)能，信息和实现电磁能转换的线材产品。电线电缆行业虽然只是一个配套行业，却占据着中国电工行业1/4的产值。它产品种类众多，应用范围十分广泛，涉及到电力、建筑、通信、制造等行业，与国民经济的各个部门都密切相关。电线电缆还被称为国民经济的“动脉”与“神经”，是输送电能、传递信息和制造各种电机、仪器、仪表，实现电磁能量转换所不可缺少的基础性器材，是未来电气化、信息化社会中必要的基础产品。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，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。但现有的铜合金导线在导电率、强度、韧性等方面的表现仍然无法满足市场的需求。公开号为cn107828985a的专利申请，公开了一种cu-cr-zr-ni-al铜合金线材，包括以下质量百分数的组分：0.10％～0.70％的cr，0.05％～0.50％的zr，0.50％～2.00％的ni，0.10％～0.50％的al，余量为cu以及不可避免的杂质。该铜合金线材具有良好的抗拉强度，但是其电导率较低，仅有34％～48％iacs，应用性受到限制。公开号为cn104060120a的专利申请，公开了一种高强度铜合金线材的制备方法，其特征在于：所述合金的各组分质量百分含量为：mg0.6-0.9％、cr0.5-0.8％、mn0.3-0.4％、sn0.6-0.8％、si0.4-0.5％、nb0.3-0.4％、mo0.07-0.08％、fe0.06-0.07％、co0.04-0.05％、ce0.04-0.05％和y0.02-0.03％，余量为铜及不可避免的非金属夹杂。该种铜合金线材导电性较好，但是其力学强度存在不足，应用性受到限制。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种高强高导铜合金线材的制备方法，该种铜合金综合性能优良，应用性能好。为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：一种高强高导铜合金线材的制备方法，按照以下步骤进行：步骤1：按以下重量百分比配料：硅：0.24～0.36％、铁：0.015～0.05％、锂：0.13～0.27％、锶：0.06～0.14％、钪：0.02～0.08％、铒：0.03～0.11％、碲：0.008～0.03％、磷：0.005～0.01％，余量为铜；随后并进行以下阶段熔融：ⅰ：将铜块在温度为1120～1140℃的熔炼炉中加热熔化，并保温40～50min；ⅱ：将硅铁粉、钪粉、铒粉加入至熔炼炉内，搅拌条件下，以30～40℃/min的升温速率加热至1560～1580℃使粉料充分熔融，并保温60～70min；ⅲ：控制阶段ⅱ得到的铜液温度在1150-1170℃，再依次流过设置在流槽上的旋转速度为160～180r/min的石墨转子、氩气压力为210～230kpa的除气箱以及孔隙度为60～80ppi的陶瓷过滤板进行在线除气、过滤处理，并最终转移至真空保温炉中，之后将锂粉、碲粉、磷粉、锶粉加入到真空保温炉内，经磁力搅拌2～3h，得铜合金熔体；步骤2：向真空保温炉中加入相当于铜合金熔体重量0.46～0.54％的hz-tjl型精炼剂，进行精炼并除渣，得到精炼后的铝合金熔体；步骤3：将步骤2得到的铝合金熔体采用带结晶器的水平连铸机铸造以及连轧机进行连铸连轧，浇铸温度1120～1140℃，水平连铸速度900～1100mm/min，终轧速度为8～10m/s，得铜合金铸条；步骤4：将铸条进行依次进行固溶热处理以及去应力退火处理；固溶热处理：加热温度为820～840℃，保温时间70～90min；去应力退火处理：加热温度为555～575℃，保温时间2～3h；步骤5：将步骤4处理后的铜合金铸条经拉拔机拉拔至所需规格直径，且道次拉拔变形量为6～8％，拉拔速度为3.5～4.5m/s；步骤6：将拉拔得到的铜合金线材在温度为415-435℃条件下时效处理4-5h即可。进一步地，上述铜合金线材的制备方法按照以下步骤进行：步骤1：按重量百分比配料，随后并进行以下阶段熔融：ⅰ：将铜块在温度为1125～1135℃的熔炼炉中加热熔化，并保温42～48min；ⅱ：将硅铁粉、钪粉、铒粉加入至熔炼炉内，搅拌条件下，以32～38℃/min的升温速率加热至1565～1575℃使粉料充分熔融，并保温62～68min；ⅲ：控制阶段ⅱ得到的铜液温度在1155-1165℃，再依次流过设置在流槽上的旋转速度为165～175r/min的石墨转子、氩气压力为215～225kpa的除气箱以及孔隙度为65～75ppi的陶瓷过滤板进行在线除气、过滤处理，并最终转移至真空保温炉中，之后将锂粉、碲粉、磷粉、锶粉加入到真空保温炉内，经磁力搅拌2.3～2.8h，得铜合金熔体；步骤2：向真空保温炉中加入相当于铜合金熔体重量0.48～0.52％的hz-tjl型精炼剂，进行精炼并除渣，得到精炼后的铝合金熔体；步骤3：将步骤2得到的铝合金熔体采用带结晶器的水平连铸机铸造以及连轧机进行连铸连轧，浇铸温度为1125～1135℃，水平连铸速度为950～1050mm/min，终轧速度为8.5～9.5m/s，得铜合金铸条；步骤4：将铸条进行依次进行固溶热处理以及去应力退火处理；固溶热处理：加热温度为825～835℃，保温时间75～85min；去应力退火处理：加热温度为560～570℃，保温时间2.4～2.8h；步骤5：将步骤4处理后的铜合金铸条经拉拔机拉拔至所需规格直径，且道次拉拔变形量为6.5～7.5％，拉拔速度为3.8～4.2m/s；步骤6：将拉拔得到的铜合金线材在温度为420-430℃条件下时效处理4.2-4.8h即可。进一步地，上述铜合金线材的制备方法按照以下步骤进行：步骤1：按重量百分比配料，随后并进行以下阶段熔融：ⅰ：将铜块在温度为1130℃的熔炼炉中加热熔化，并保温45min；ⅱ：将硅铁粉、钪粉、铒粉加入至熔炼炉内，搅拌条件下，以35℃/min的升温速率加热至1570℃使粉料充分熔融，并保温65min；ⅲ：控制阶段ⅱ得到的铜液温度在1160℃，再依次流过设置在流槽上的石墨转子、除气箱以及陶瓷过滤板进行在线除气、过滤处理，并最终转移至真空保温炉中，之后将锂粉、碲粉、磷粉、锶粉加入到真空保温炉内，经磁力搅拌2.5h，得铜合金熔体；步骤2：向真空保温炉中加入hz-tjl型精炼剂进行精炼并除渣，得到精炼后的铝合金熔体；步骤3：将步骤2得到的铝合金熔体采用带结晶器的水平连铸机铸造以及连轧机进行连铸连轧，浇铸温度为1130℃，水平连铸速度1000mm/min，终轧速度为9m/s，得铜合金铸条；步骤4：将铸条进行依次进行固溶热处理以及去应力退火处理；步骤5：将步骤4处理后的铜合金铸条经拉拔机拉拔至所需规格直径；步骤6：将拉拔得到的铜合金线材经时效热处理4.5h即可。进一步地，上述铜合金线材按照以下按重量百分比计的成分进行配料制备的：硅：0.30％；铁：0.035％；锂：0.20％；锶：0.10％；钪：0.05％；铒：0.07％；碲：0.018％；磷：0.008％；余量为铜。进一步地，上述步骤1中，石墨转子的旋转速度为170r/min，除气箱的氩气压力为220kpa，陶瓷过滤板的孔隙度为70ppi。进一步地，上述步骤2中，hz-tjl型精炼剂的加入量为铜合金熔体重量0.50％。进一步地，上述步骤4中，固溶热处理加热温度为830℃，保温时间为80min。进一步地，上述步骤4中，去应力退火处理的加热温度为565℃，保温时间为2.5h。进一步地，上述步骤5中，道次拉拔变形量为7％，拉拔速度为4m/s。进一步地，上述步骤6中，时效热处理温度为425℃。本发明具有如下的有益效果：本发明通过对铜合金线材所含元素成分的巧妙选用及其制备工艺的创造性改进，使制得的铜基合金材料具备以下特性及优点：抗拉强度及屈服强度高，弹性模量大，韧性好，力学性能优良；可塑性强，延伸率高，加工性能优异；电阻值小，导电性好，电导率高；电磁屏蔽效能优越，抗干扰性强；耐高温耐腐蚀，抗软化温度可达430℃以上，整体性能优良，可广泛应用于机械、电子、汽车、通信、交通等电力传输连接领域，应用性好，可靠安全，市场前景广阔。具体实施方式下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。下表1为各实施例铜合金线材元素成分占比(％)：表1成分/百分比％实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5硅0.240.280.300.320.36铁0.0150.030.0350.040.05锂0.130.180.200.220.27锶0.060.090.100.110,14钪0.020.040.050.060.08铒0.030.050.070.090.11碲0.0080.0140.0180.0220.03磷0.0050.0070.0080.0090.01铜余量余量余量余量余量实施例1本实施例涉及一种高强高导铜合金线材的制备方法，大体按照以下步骤进行：步骤1：按上述重量百分比配料，随后并进行以下阶段熔融：ⅰ：将铜块在温度为1120℃的熔炼炉中加热熔化，并保温50min；ⅱ：将硅铁粉、钪粉、铒粉加入至熔炼炉内，搅拌条件下，以30℃/min的升温速率加热至1560℃使粉料充分熔融，并保温70min；ⅲ：控制阶段ⅱ得到的铜液温度在1150℃，再依次流过设置在流槽上的旋转速度为160r/min的石墨转子、氩气压力为210kpa的除气箱以及孔隙度为60ppi的陶瓷过滤板进行在线除气、过滤处理，并最终转移至真空保温炉中，之后将锂粉、碲粉、磷粉、锶粉加入到真空保温炉内，经磁力搅拌2h，得铜合金熔体；步骤2：向真空保温炉中加入相当于铜合金熔体重量0.46％的hz-tjl型精炼剂，进行精炼并除渣，得到精炼后的铝合金熔体；步骤3：将步骤2得到的铝合金熔体采用带结晶器的水平连铸机铸造以及连轧机进行连铸连轧，浇铸温度1120℃，水平连铸速度900mm/min，终轧速度为8m/s，得铜合金铸条；步骤4：将铸条进行依次进行固溶热处理以及去应力退火处理；固溶热处理：加热温度为820℃，保温时间90min；去应力退火处理：加热温度为555℃，保温时间3h；步骤5：将步骤4处理后的铜合金铸条经拉拔机拉拔至所需规格直径，且道次拉拔变形量为6％，拉拔速度为3.5m/s；步骤6：将拉拔得到的铜合金线材在温度为415℃条件下时效热处理5h即可。实施例2本实施例涉及一种高强高导铜合金线材的制备方法，大体按照以下步骤进行：步骤1：按上述重量百分比配料，随后并进行以下阶段熔融：ⅰ：将铜块在温度为1125℃的熔炼炉中加热熔化，并保温48min；ⅱ：将硅铁粉、钪粉、铒粉加入至熔炼炉内，搅拌条件下，以32℃/min的升温速率加热至1565℃使粉料充分熔融，并保温68min；ⅲ：控制阶段ⅱ得到的铜液温度在1155℃，再依次流过设置在流槽上的旋转速度为165r/min的石墨转子、氩气压力为215kpa的除气箱以及孔隙度为65ppi的陶瓷过滤板进行在线除气、过滤处理，并最终转移至真空保温炉中，之后将锂粉、碲粉、磷粉、锶粉加入到真空保温炉内，经磁力搅拌2.3h，得铜合金熔体；步骤2：向真空保温炉中加入相当于铜合金熔体重量0.48％的hz-tjl型精炼剂，进行精炼并除渣，得到精炼后的铝合金熔体；步骤3：将步骤2得到的铝合金熔体采用带结晶器的水平连铸机铸造以及连轧机进行连铸连轧，浇铸温度1125℃，水平连铸速度950mm/min，终轧速度为8.5m/s，得铜合金铸条；步骤4：将铸条进行依次进行固溶热处理以及去应力退火处理；固溶热处理：加热温度为825℃，保温时间85min；去应力退火处理：加热温度为560℃，保温时间2.8h；步骤5：将步骤4处理后的铜合金铸条经拉拔机拉拔至所需规格直径，且道次拉拔变形量为6.5％，拉拔速度为3.8m/s；步骤6：将拉拔得到的铜合金线材在温度为420℃条件下时效热处理4.8h即可。实施例3本实施例涉及一种高强高导铜合金线材的制备方法，大体按照以下步骤进行：步骤1：按上述重量百分比配料，随后并进行以下阶段熔融：ⅰ：将铜块在温度为1130℃的熔炼炉中加热熔化，并保温45min；ⅱ：将硅铁粉、钪粉、铒粉加入至熔炼炉内，搅拌条件下，以35℃/min的升温速率加热至1570℃使粉料充分熔融，并保温65min；ⅲ：控制阶段ⅱ得到的铜液温度在1160℃，再依次流过设置在流槽上的旋转速度为170r/min的石墨转子、氩气压力为220kpa的除气箱以及孔隙度为70ppi的陶瓷过滤板进行在线除气、过滤处理，并最终转移至真空保温炉中，之后将锂粉、碲粉、磷粉、锶粉加入到真空保温炉内，经磁力搅拌2.5h，得铜合金熔体；步骤2：向真空保温炉中加入相当于铜合金熔体重量0.50％的hz-tjl型精炼剂，进行精炼并除渣，得到精炼后的铝合金熔体；步骤3：将步骤2得到的铝合金熔体采用带结晶器的水平连铸机铸造以及连轧机进行连铸连轧，浇铸温度1130℃，水平连铸速度1000mm/min，终轧速度为9m/s，得铜合金铸条；步骤4：将铸条进行依次进行固溶热处理以及去应力退火处理；固溶热处理：加热温度为830℃，保温时间80min；去应力退火处理：加热温度为565℃，保温时间2.5h；步骤5：将步骤4处理后的铜合金铸条经拉拔机拉拔至所需规格直径，且道次拉拔变形量为7％，拉拔速度为4m/s；步骤6：将拉拔得到的铜合金线材在温度为425℃条件下时效热处理4.5h即可。实施例4本实施例涉及一种高强高导铜合金线材的制备方法，大体按照以下步骤进行：步骤1：按上述重量百分比配料，随后并进行以下阶段熔融：ⅰ：将铜块在温度为1135℃的熔炼炉中加热熔化，并保温42min；ⅱ：将硅铁粉、钪粉、铒粉加入至熔炼炉内，搅拌条件下，以38℃/min的升温速率加热至1575℃使粉料充分熔融，并保温62min；ⅲ：控制阶段ⅱ得到的铜液温度在1165℃，再依次流过设置在流槽上的旋转速度为175r/min的石墨转子、氩气压力为225kpa的除气箱以及孔隙度为75ppi的陶瓷过滤板进行在线除气、过滤处理，并最终转移至真空保温炉中，之后将锂粉、碲粉、磷粉、锶粉加入到真空保温炉内，经磁力搅拌2.8h，得铜合金熔体；步骤2：向真空保温炉中加入相当于铜合金熔体重量0.52％的hz-tjl型精炼剂，进行精炼并除渣，得到精炼后的铝合金熔体；步骤3：将步骤2得到的铝合金熔体采用带结晶器的水平连铸机铸造以及连轧机进行连铸连轧，浇铸温度1135℃，水平连铸速度1050mm/min，终轧速度为9.5m/s，得铜合金铸条；步骤4：将铸条进行依次进行固溶热处理以及去应力退火处理；固溶热处理：加热温度为835℃，保温时间75min；去应力退火处理：加热温度为570℃，保温时间2.4h；步骤5：将步骤4处理后的铜合金铸条经拉拔机拉拔至所需规格直径，且道次拉拔变形量为7.5％，拉拔速度为4.2m/s；步骤6：将拉拔得到的铜合金线材在温度为430℃条件下时效热处理4.2h即可。实施例5本实施例涉及一种高强高导铜合金线材的制备方法，大体按照以下步骤进行：步骤1：按上述重量百分比配料，随后并进行以下阶段熔融：ⅰ：将铜块在温度为1140℃的熔炼炉中加热熔化，并保温40min；ⅱ：将硅铁粉、钪粉、铒粉加入至熔炼炉内，搅拌条件下，以40℃/min的升温速率加热至1580℃使粉料充分熔融，并保温60min；ⅲ：控制阶段ⅱ得到的铜液温度在1170℃，再依次流过设置在流槽上的旋转速度为180r/min的石墨转子、氩气压力为230kpa的除气箱以及孔隙度为80ppi的陶瓷过滤板进行在线除气、过滤处理，并最终转移至真空保温炉中，之后将锂粉、碲粉、磷粉、锶粉加入到真空保温炉内，经磁力搅拌3h，得铜合金熔体；步骤2：向真空保温炉中加入相当于铜合金熔体重量0.54％的hz-tjl型精炼剂，进行精炼并除渣，得到精炼后的铝合金熔体；步骤3：将步骤2得到的铝合金熔体采用带结晶器的水平连铸机铸造以及连轧机进行连铸连轧，浇铸温度1140℃，水平连铸速度1100mm/min，终轧速度为10m/s，得铜合金铸条；步骤4：将铸条进行依次进行固溶热处理以及去应力退火处理；固溶热处理：加热温度为840℃，保温时间70min；去应力退火处理：加热温度为575℃，保温时间2h；步骤5：将步骤4处理后的铜合金铸条经拉拔机拉拔至所需规格直径，且道次拉拔变形量为8％，拉拔速度为4.5m/s；步骤6：将拉拔得到的铜合金线材在温度为435℃条件下时效热处理4h即可。对比例组下表2中“-”表示某种成分的减少添加：表2成分/百分比％对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5硅0.240.280.300.320.36铁0.0150.030.0350.040.05锂-----锶0.06----钪0.020.04---铒0.030.050.07--碲0.0080.0140.0180.022-磷0.0050.0070.0080.0090.01铜余量余量余量余量余量对比例6本对比例涉及一种铜合金线材的制备方法，相当于实施例1，元素成分含量均相同，但是制备方法中步骤4铸条热处理工艺不同；本对比例步骤4：去应力退火处理：加热温度为555℃，保温时间3h。对比例7本对比例涉及一种铜合金线材的制备方法，相当于实施例5，元素成分含量均相同，但是制备方法中步骤6线材热时效温度不同；本对比例步骤6：将拉拔得到的铜合金线材在温度为360℃条件下时效热处理4h即可。对比例8本对比例涉及一种铜合金导线，包括以下按重量百分比计的成分：mg0.6-0.9％、cr0.5-0.8％、mn0.3-0.4％、sn0.6-0.8％、si0.4-0.5％、nb0.3-0.4％、mo0.07-0.08％、fe0.06-0.07％、co0.04-0.05％、ce0.04-0.05％和y0.02-0.03％，余量为铜。性能检测对上述实施例1-5以及对比例1-8进行如下表3的性能指标检测：表3由上表3可知，本发明的铜合金线材元素成分及含量的选用设定是有讲究的，具有协同效应，只有将其成分、配比及制备方法融为成一整套技术方案，才能制得出抗拉强度≥682mpa；屈服强度≥575mpa；屈服强度≥130mpa；弹性模量≥130gpa；延伸率≥17.6％；电导率≥84.8％iacs以及电磁屏蔽效能(检测频率1.5ghz)≥114db的铜合金线材；因此，相比现有技术本发明的铜合金线材整体性能提升显著，大大拓宽了该种铜合金线材的应用领域，延长其使用寿命，进而满足了市场对高性能铜合金线材的迫切需求。结合本发明之有益效果，申请人对本发明铜合金中所含的元素成分进行如下阐述：(1)硅、铁：这两种元素成分作为铜的特征微合金元素，固溶性在铜中比较有限，其固溶度随着温度变化而激烈的变化，当温度从合金结晶完成之后开始下降时，两者在铜中的固溶度也开始降低，将以硅铜化合物、铜铁化合物形态从固相中析出，当这两种元素固溶于铜中后，将会对铜合金起到不同的作用，达到固溶强化的效应；(1)硅：提高铜合金的抗拉强度和热稳定性能，但硅的含量不易超过0.36％，否则会导致电性能明显下降，且铸棒易产生缺陷，甚至在加工过程中还会出现断裂的问题，因此，硅的含量在本发明的铜合金成分配比中最优区间为0.24～0.36％，超出或者不足均会导致本发明的有益效果不能很好的实现。(2)铁：抑制铜合金的蠕变变形，提高铜基结构稳定性、抗张强度、屈服极限以及耐热性能，并且还能改善合金的塑性和抗电磁屏蔽效能；但铁的含量不易超过0.05％，否则会导致铜基电性能的削弱较为明显，对于用于电线电缆导体、电缆附件及电器领域方面的使用会有影响，因此，铁的含量在本发明的铜合金成分配比中最优区间为0.015～0.05％，超出或者不足均会导致本发明的有益效果不能很好的实现。(2)锂：作为复杂化合物的特征添加元素，锂可在铜合金熔体中形成cuxliy弥散性高温强化相，从而提高铜合金的硬度、耐腐蚀性能以及韧性；但锂的含量不易超过0.27％，否则会导致铜合金材料的强度性能削弱较为明显；而少量锂元素的加入可改善铜合金的电性能，因此，经大量实验发现，锂的含量在本发明的铜合金成分配比中最优区间为0.13～0.27％，超出或者不足均会导致本发明的有益效果不能很好的实现。(3)锶：作为复杂化合物的特征添加元素，其与铜形成的多种锶铜化合物，能够对铜合金起到高温强化的作用，并能提高材料的高温蠕变性能。另外，经试验意外发现，锶的加入，能够防止铜合金在铸轧时造成高温开裂的问题，避免铸造中出现金属件的不良，降低工艺成本，提高成品率。但锶的含量不易超过0.14％，否则会导致铜合金材料的耐蚀性能削弱较为严重；因此，锂的含量在本发明的铜合金成分配比中最优区间为0.06～0.14％，超出或者不足均会导致本发明的有益效果不能很好的实现。(4)钪、铒：两种为稀土元素，能分别与铜形成难熔活性金属化合物，且这些高熔点的活性金属化合物能弥散分布于呈网状或骨架状的晶间和枝晶间，并与铜基体牢固结合，起到了强化和稳定晶界的作用。同时，还可中和金属液中的元素铁、硅等元素，形成高熔点的化合物或使它们从枝晶间整个晶体组织内均匀分布，消除了枝晶组织，降低结晶过程的过冷度，减少偏析，细化合金的凝固组织，具有提高铜合金综合性能的作用；但上述两种成分在铜合金中只能少量存在；因此，研究得出，钪的含量在本发明的铜合金成分配比中最优区间为0.02～0.08％，钪的含量在本发明的铜合金成分配比中最优区间为0.03～0.11％，两者任一超出或者不足均会导致本发明的有益效果不能很好的实现。(5)碲：作为半金属元素，物理性能比较特殊，其在添加至铜合金中可较好地提高铜基材料的抗电弧能力和加工性能，且少量的碲的加入，可显著改善铜合金的导电性能；但碲的含量不易超过0.03％，否则会导致铜合金材料的强度及韧性削弱较为明显；因此，碲的含量在本发明的铜合金成分配比中最优区间为0.008～0.03％，超出或者不足均会导致本发明的有益效果不能很好的实现。(6)磷：磷是铜合金有效且成本低的脱氧剂，微量磷的存在，可以提高铜基熔体的流动性，改善铜合金材料的焊接性能、耐蚀性能，提高抗软化程度；但磷的含量不易超过0.01％，否则会导致铜合金材料的导电性能削弱较为明显；因此，磷的含量在本发明的铜合金成分配比中最优区间为0.005～0.01％，超出或者不足均会导致本发明的有益效果不能很好的实现。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12