軟態銅包鋼線的生產工藝的製作方法
2023-05-17 12:46:46 2
專利名稱：軟態銅包鋼線的生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軟態銅包鋼線的生產工藝。
背景技術：
數據通信線纜的持續發展越來越多的應用於專業通信領域，如數據中心、金融保險、工業自動化、交通工具、軍事通信等領域。對數據通信線纜的速率可靠性、電磁屏蔽性能、機械性能等提出了越來越高的要求。因此，傳輸介質也從同軸電纜轉向了雙絞線和光纖，雙絞線從最初的1類、3類、5類發展到了現在的超5類、6類、超6類、7類。現在的雙絞線都採用價格非常高的純銅線作為內芯導線，我國是銅資源稀缺國家，因此尋找銅線的替代材料已成為當務之急。銅包鋼線集合了鋼的高強度、高韌性與銅良好的導電性，複合後產生良好的高頻性能。利用其複合材料的優良性能，廣泛用於郵電，通信和有線電視等數字、 信號傳輸領域。但由於其傳統工藝的落後及技術上的缺陷，經拉拔成細線後，延伸率不及純銅，它的使用領域一直受到限制，如作為五類、超五類、六類、七類纜內導體與同軸電纜頻蔽層編織網用材等均因其延伸率達不到相應要求而遲遲得不到推廣應用，因為作為五類、超五類、六類、七類纜的內導體與同軸電纜頻蔽層編織網用材等，要求有較高的抗扭推力，抗扭推力與線材延伸率戚戚相關。傳統的在0. 5-0. 7mm之間的軟態銅包鋼線生產工藝如下1、剝殼，將直徑為6. 5或者5. 5mm的鋼線母材進行剝殼去除氧化層；2、酸洗，將剝殼工序後的鋼線用工業鹽酸進行酸洗，以除去鋼線表面因剝殼不徹底而殘留的氧化皮； 3、水洗，將酸洗後的鋼線用清水衝洗，基本除去鋼線表面因酸洗工序而殘留的酸液；4、粗拉，將直接為6. 5或5. 5mm的鋼線母材在連拉機上拉拔至3. 4mm直徑的粗鋼線；5、精拉，將 3. 4mm直徑的鋼線放入水箱拉絲機拉拔至1. 60mm直徑的細鋼線；6、電沉積前處理，①將直徑為1.6mm的鋼線進行除油，以去除鋼線表面因拉拔是殘留的潤滑劑，②將除油後的鋼線用清水進行衝洗，去除鋼線表面因除油工序而殘留的除油液，③將水洗後的鋼線用鹽酸溶液進行酸洗，去除鋼線表面的氧化皮，④將酸洗後的鋼線用清水進行衝洗，基本去除鋼線表面因酸洗工序而殘留的酸洗液，⑤將水洗後的鋼線用碳酸鈉進行鹼中和，去除上道水洗工序沒有完全洗清乾淨的酸洗液，防止鋼線表面再次氧化；7、酸電解，對經電沉積前處理後的鋼線用硫酸溶液進行酸電解，進一步去除鋼線表面的氧化皮；8、水洗，將酸電解後的鋼線進行水洗，以去除鋼線表面因酸電解工序而殘留的酸液；9、預處理電沉積，將水洗後的鋼線進行預鍍，生成銅層厚度較薄的銅包鋼導體；10、水洗，將預處理電沉積後的銅包鋼導體進行水洗，以去除銅包鋼表面因預處理電沉積而殘留的化學溶液；11、厚處理電沉積，將水洗後的銅包鋼導體用硫酸鹽做進一步的厚處理電沉積生成銅層厚度較厚的銅包鋼導體；12、水洗，將厚處理電沉積後的銅包鋼導體進行水洗，以去除銅包鋼表面殘留的化學溶液；13、防氧化，將水洗後的銅包鋼導體用防氧化劑進行防氧化工序，避免粗銅包鋼因長久暴露於空氣中產生氧化；14、乾燥，對防氧化工序後的成品銅包鋼導體進行乾燥；避免因水汽粘附表面而發生氧化；15、高溫回火，將拉拔後的銅包鋼線進行高溫回火，加熱到500-650度後保溫6-8小時，然後冷卻12小時左右，延伸率達到20%左右；16、拉拔，將乾燥的粗銅包鋼導體移入水箱拉絲機上拉拔至直徑為0. 50-0. 70mm的成品；17、水洗，將成品銅包鋼導體進行水洗，以除去銅包鋼表面的汙垢和油脂；18、防氧化並乾燥，避免成品銅包鋼導體長久暴露於空氣中產生氧化。19、收線裝盤。傳統生產工藝生產的軟態銅包鋼存在以下缺陷1、高溫回火工序雖能軟化銅包鋼線，消除加工硬化，提高延伸率，使得延伸率達到20%左右，但後續的成品拉拔過程中會使線材產生加工硬化，延伸率迅速降低，成品延伸率只能達到4%左右；2、鋼線表面經粗拉和精拉後殘留的拉絲油在酸洗工序中很難清洗乾淨，一旦清洗不完全，就會影響鋼線與銅層的結合力，降低了產品的成品率。
發明內容
本發明的目的在於克服傳統工藝中生產的軟態銅包鋼線延伸率不足的問題，公開了一種生產簡單，延伸率和成品率高的軟態銅包鋼線的生產工藝。為了實現上述發明目的，本發明採用下述的技術方案軟態銅包鋼線的生產工藝，依次包括下列步驟(1)拉拔，將鋼絲母材進行剝殼去氧化皮，再將去氧化皮後的鋼線經過酸電解、水洗、硼化、高頻加熱烘乾，最後將烘乾後的鋼線拉拔至直徑1. 8-2. 4mm ；(2)高溫回火，將拉拔後的鋼線放入真空回火爐中進行高溫熱處理，回火溫度 780-830°C之間，加熱時間控制在5-6小時之間，然後保溫5_6小時，接著冷卻至560_600°C， 冷卻時間控制在12-13小時之間，再開冷風機冷卻至300°C左右出爐，冷卻時間控制在2-3 小時之間；(3)電沉積前處理，將直徑為1. 8-2. 4mm的鋼線用鹽酸溶液進行酸洗，去除鋼線表面的氧化皮，然後再進行水洗，去除鋼線表面酸洗工序中殘留的酸洗液，將水洗後的鋼線用碳酸鈉進行鹼中和，去除上道水洗工序沒有完全洗清乾淨的酸洗液；(4)酸電解，對經電沉積前處理後的鋼線用硫酸溶液進行酸電解，進一步去除鋼線表面的氧化皮，並活化鋼線表面；(5)水洗，去除上道工序中殘留的酸洗液；(6)預處理電沉積，將水洗後的鋼線通過氫氧化鉀及硫酸銅混合液進行預處理電沉積，生成銅包鋼線；(7)水洗，去除上道工序殘留的溶液；(8)厚處理電沉積，將水洗後的銅包鋼線進行進一步的硫酸鹽厚處理電沉積；(9)水洗，去除上道工序中表面殘留的電沉積液；(10)防氧化，將水洗後的銅包鋼線用防氧化劑進行防氧化處理；(11)乾燥，將防氧化處理後的銅包鋼線進行乾燥處理；(12)拉拔，將乾燥後的銅包鋼線拉拔至直徑在0. 50-0. 70mm之間；(13)水洗，將拉拔後的銅包鋼線進行水洗，去除銅包鋼線表面的油脂；(14)防氧化處理，將水洗後的銅包鋼線用防氧化劑進行防氧化處理；(15)氨分解高溫回火①氨分解階段，先將氨分解爐升溫至500°C左右，保溫使整個爐體受熱均勻，然後繼續升溫至650-670°C送氨氣，同時打開排氣閥，將排氣閥出口放入水中，當溫度到達800-820°C，火焰基本呈橘黃色，並無滴水，此時氨分解爐內為隊和吐的混合物；②高溫回火階段，將氨分解爐內分解出的隊和吐混合物充入裝有銅包鋼的真空回火爐中，讓整個回火爐中充滿N2和H2，回火溫度在780-830 °C之間，並保溫時間5_6小時；關閉真空回火爐，隨爐冷卻7. 5-8小時，再空冷使爐內溫度接近室溫，將爐子抽成真空，衝入N2, 使爐子壓力閥顯示OMPa，開爐取出銅包鋼成品。作為優選，所述步驟(3)電沉積前處理採用體積比在40% -60%之間的鹽酸溶液進行酸洗，步驟(4)中用體積比在15% -25%的硫酸溶液對鋼線進行酸電解。作為優選，所述步驟(8)中厚處理電沉積後的銅層厚度在0. 002-0. 024mm之間。作為優選，所述步驟(15)中先將氨分解爐升溫1-1. 5小時至溫度500°C左右，然後保溫1. 5-2小時，溫度升至750°C左右時，在排氣閥出口處點火，觀察火焰顏色及排出口有無水滴流出；爐子空冷時間在25-30小時之間。作為優選，所述鋼絲母材是H08鋼絲，按上述藝生產，省去了拋光工序，避免了一定程度的加工硬化，與低碳鋼M6相比，H08鋼絲價格低，因此生產成本低。作為優選，所述鋼絲母材是低碳鋼M6，低碳鋼M6材質穩定，雜質少，延伸性好。作為優選，所述硼化是將鋼線浸入硼砂溶液中，硼砂溶液溫度在75-85°C之間，使鋼線表面形成硼化膜，硼砂溶液溫度低於75°C，形成的硼化膜質量不好，後續拉絲過程中， 拉絲油易嵌入硼化膜中，使鋼絲表面發黑或者出現黑色斑點，硼砂溶液溫度高於85°C，則能耗高，具體是硼砂溶液溫度高於85°C所需的能耗是正常水平的1. 5倍以上。作為優選，所述整個高溫回火階段，氨分解持續進行，直至爐體冷卻至室溫，同時打開連接在回火爐排氣孔處的防爆系統，在排氣孔處點火，防止排出的氫氣與空氣接觸產生爆炸。作為優選，所述鋼絲母材的直徑是6. 5mm或5. 5mm。採用上述技術方案的軟態銅包鋼線的生產工藝，其優點是1、步驟1中將去氧化皮後的鋼線經酸電解、水洗、硼化、高頻加熱烘乾後再拉拔，與原工藝相比，減少拉拔次數， 降低生產成本，通過硼化後在鋼線表面產生硼化膜，可以減少金屬鋼線和模具的直接接觸， 延長模具使用壽命，可以提高拉拔速度，減少材料的損耗，得到均勻光滑的加工表面，同時硼化膜易溶於水，便於後續鋼線表面的清洗；2、高溫回火可以消除鋼線的加工硬化，細化晶粒，降低脆性，提高韌性，同時可使鋼線表面殘留的拉絲油等全部因高溫炭化形成疏鬆的氧化皮，易於後續酸洗洗去氧化皮，解決了經常出現的鋼線層與銅層結合力不良的問題，成品率高；高溫回火過程中，保溫時間過後，先斷電隨爐冷卻12-13小時至溫度560-600°C，這樣可以降低熱應力，防止鋼線內部產生裂紋，然後開冷風機冷卻2-3小時快速冷卻至300°C左右出爐，這樣可以節省時間，同時開冷風機冷卻避免了鋼線的二次氧化，也避免了爐膽的氧化；3、採用氨分解回火工藝，真空回火爐中含有大量的氫氣，而氫氣具有還原作用，光亮還原退火的功能，因此回火後可使銅包鋼表面光亮，所以無需對回火後的銅包鋼進行拋光，故可將銅包鋼線直接拉拔至0. 50-0. 70mm，通過氨分解回火工藝生產成表面光亮的銅包鋼成品，延伸率> 10%，省去了後續拋光工序，避免了再次加工硬化對延伸率的影響，使成品延伸率得到了提高。綜上所述，按上述工藝生產出來的銅包鋼線的延伸率，比傳統回火工藝生產出來的銅包鋼線的延伸率至少可提高一倍以上。
具體實施例方式下面對本發明做進一步描述。軟態銅包鋼線的生產工藝，包括下列步驟(1)拉拔，將直徑為6. 5mm或者5. 5mm的H08鋼絲作為鋼絲母材進行剝殼去氧化皮，再將去氧化皮後的鋼線經過酸電解、水洗、硼化、高頻加熱烘乾，最後將烘乾後的鋼線通過連拉機拉拔至直徑在1. 8-2. 4mm之間；硼化是將單根的鋼線通過硼砂溶液，硼砂溶液溫度控制在75-85°C之間，使鋼線表面形成硼化膜；(2)高溫回火，將拉拔後的鋼線放入真空回火爐中進行高溫熱處理，消除鋼線的加工硬化，提高塑性、軟化鋼線，利於後續加工；同時使上道工序中殘留在鋼線表面的潤滑液經高溫炭化形成疏鬆的氧化皮，易於後續酸洗去除氧化皮；回火溫度780-830°C，加熱時間 5-6小時，保溫時間5-6小時，回火溫度不能高於830°C，溫度高於830°C，鋼線易發生粘連； 然後先斷電隨爐冷卻至560-600°C，冷卻時間12-13小時，再開冷風機冷卻至300°C左右出爐，冷卻時間2-3小時；(3)電沉積前處理，將直徑為1. 8-2. 4mm的鋼線用體積比在40% -60%之間鹽酸溶液進行酸洗，優選體積比為50%的鹽酸溶液進行酸洗，去除鋼線表面的氧化皮，然後再進行水洗，去除鋼線表面酸洗工序中殘留的酸洗液，將水洗後的鋼線用碳酸鈉進行鹼中和，去除上道水洗工序沒有完全洗清乾淨的酸洗液，防止鋼線表面再次氧化；(4)酸電解，對經電沉積前處理後的鋼線用體積比在15% -25%的硫酸溶液對鋼線進行酸電解，其中優選採用體積比為20%的硫酸溶液進行酸電解，進一步去除鋼線表面的氧化皮，並活化鋼線表面；(5)水洗，去除上道工序中殘留的酸洗液；(6)預處理電沉積，將水洗後的鋼線通過氫氧化鉀及硫酸銅混合液進行預處理電沉積，生成銅層銅包鋼線；(7)水洗，去除上道工序殘留的溶液；(8)厚處理電沉積，將水洗後的銅包鋼線進行進一步的硫酸鹽厚處理電沉積，銅層厚度在0. 002-0. 024mm之間；(9)水洗，去除上道工序中表面殘留的電沉積液；(10)防氧化，將水洗後的銅包鋼線用防氧化劑進行防氧化處理，避免銅包鋼長時
間暴露於空氣中產生氧化，防氧化劑採用苯並三氮唑；(11)乾燥，將防氧化後的銅包鋼進行乾燥處理，避免因水氣粘附銅包鋼線表面發生氧化；(12)拉拔，將乾燥後的銅包鋼線通過拉絲機拉拔至直徑在0.50-0. 70mm之間；(13)水洗，將拉拔後的銅包鋼線進行水洗，去除銅包鋼線表面的油脂；(14)防氧化處理，將水洗後的銅包鋼線用防氧化劑進行防氧化處理；(15)氨分解高溫回火①氨分解階段，先將氨分解爐升溫1-1. 5小時至溫度500°C 左右，然後保溫1. 5-2小時，使整個爐體受熱均勻，繼續升溫至650-670°C送氨氣，同時打開排氣閥，將排氣閥出口放入水中，溫度升至750°C左右時，在排氣閥出口處點火，觀察火焰顏色及排出口有無水滴流出，當溫度到達800-820°C，火焰基本達橘黃色，並無滴水，此時氨分解爐內為較純的隊和吐混合物，H2含量75%，N2含量25% ；②高溫回火階段，將氨分解爐內分解出的N2和H2混合物充入裝有銅包鋼的真空井式回火爐中，讓整個回火爐中充滿N2 和H2,回火溫度780-830°C，加熱時間5-6小時，保溫時間5_6小時，關閉真空回火爐隨爐冷卻7. 5-8小時，即斷電隨爐冷卻，然後將爐子吊出空冷28小時左右，使爐內溫度接近室溫， 將爐子抽成真空，衝入N2,使爐子壓力閥顯示OMPa，此時可打開爐子，取出銅包鋼成品，整個高溫回火階段，氨分解持續進行，直至爐體冷卻至室溫，同時打開連接在井式回火爐排氣孔處的防爆系統，並在排氣孔處點火，防止排出的氫氣與空氣接觸產生爆炸。
上述鋼絲母材也可以選擇直徑為5. 5mm、6. 5mm的優質鋼，例如低碳鋼M6，通過上述工藝生產的軟態銅包鋼線適用於製造五類、超五類、六類、七類纜內導體與同軸電纜頻蔽層編織網用材。
權利要求
1.軟態銅包鋼線的生產工藝，其特徵在於依次包括下列步驟(1)拉拔，將鋼絲母材進行剝殼去氧化皮，再將去氧化皮後的鋼線經過酸電解、水洗、硼化、高頻加熱烘乾，最後將烘乾的鋼線拉拔至直徑1. 8-2. 4mm ； (2)高溫回火，將拉拔後的鋼線放入真空回火爐中進行高溫熱處理，回火溫度780-830°C之間，加熱時間控制在5-6小時之間，然後保溫5_6小時，接著冷卻至560-600 V，冷卻時間控制在12-13小時之間，再開冷風機冷卻至300 V左右出爐， 冷卻時間控制在2-3小時之間；(3)電沉積前處理，將直徑為1. 8-2. 4mm的鋼線用鹽酸溶液進行酸洗，去除鋼線表面的氧化皮，然後再進行水洗，去除鋼線表面酸洗工序中殘留的酸洗液，將水洗後的鋼線用碳酸鈉進行鹼中和，去除上道水洗工序沒有完全洗清乾淨的酸洗液；(4)酸電解，對經電沉積前處理後的鋼線用硫酸溶液進行酸電解，進一步去除鋼線表面的氧化皮，並活化鋼線表面；(5)水洗，去除上道工序中殘留的酸洗液；(6)預處理電沉積， 將水洗後的鋼線通過氫氧化鉀及硫酸銅混合液進行預處理電沉積，生成銅包鋼線；(7)水洗，去除上道工序殘留的溶液；(8)厚處理電沉積，將水洗後的銅包鋼線進行進一步的硫酸鹽厚處理電沉積；(9)水洗，去除上道工序中表面殘留的電沉積液；(10)防氧化，將水洗後的銅包鋼線用防氧化劑進行防氧化處理；(11)乾燥，將防氧化處理後的銅包鋼線進行乾燥處理；(1 拉拔，將乾燥後的銅包鋼線拉拔至直徑在0. 5-0. 7mm之間；(1 水洗，將拉拔後的銅包鋼線進行水洗，去除銅包鋼線表面的油脂；(14)防氧化處理，將水洗後的銅包鋼線用防氧化劑進行防氧化處理；(1 氨分解高溫回火①氨分解階段，先將氨分解爐升溫至 500°C左右，保溫使整個爐體受熱均勻，然後繼續升溫至650-670°C送氨氣，同時打開排氣閥，將排氣閥出口放入水中，當溫度到達800-820°C，火焰基本呈橘黃色，並無滴水，此時氨分解爐內為N2和H2的混合物；②高溫回火階段，將氨分解爐內分解出的隊和吐混合物充入裝有銅包鋼的真空回火爐中，讓整個回火爐中充滿N2和H2,回火溫度在780-830°C之間， 並保溫時間5-6小時；關閉真空回火爐，隨爐冷卻7. 5-8小時，再空冷使爐內溫度接近室溫， 將爐子抽成真空，衝入N2，使爐子壓力閥顯示OMPa，開爐取出銅包鋼成品。
2.根據權利要求1所述的軟態銅包鋼線的生產工藝，其特徵在於所述步驟(3)電沉積前處理採用體積比在40%-60%之間的鹽酸溶液進行酸洗，步驟中用體積比在 15% -25%的硫酸溶液對鋼線進行酸電解。
3.根據權利要求1所述的軟態銅包鋼線的生產工藝，其特徵在於所述步驟(8)中厚處理電沉積後的銅層厚度在0. 002-0. 024mm之間。
4.根據權利要求1所述軟態銅包鋼線的生產工藝，其特徵在於所述硼化是將鋼線浸入硼砂溶液中，硼砂溶液溫度在75-85°C之間，使鋼線表面形成硼化膜。
5.根據權利要求1所述軟態銅包鋼線的生產工藝，其特徵在於所述步驟(15)中先將氨分解爐升溫1-1. 5小時至溫度500°C左右，然後保溫1. 5-2小時，溫度升至750°C左右時，在排氣閥出口處點火，觀察火焰顏色及排出口有無水滴流出；爐子空冷時間在25-30小時之間。
6.根據權利要求1所述軟態銅包鋼線的生產工藝，其特徵在於所述鋼絲母材是H08鋼絲。
7.根據權利要求1所述軟態銅包鋼線的生產工藝，其特徵在於所述鋼絲母材是低碳鋼M6。
8.根據權利要求1所述軟態銅包鋼線的生產工藝，其特徵在於所述整個高溫回火階段氨分解持續進行，直至爐體冷卻至室溫，同時打開連接在回火爐排氣孔處的防爆系統，在排氣孔處點火。
9.根據權利要求1所述軟態銅包鋼線的生產工藝，其特徵在於所述鋼絲母材的直徑是 6. 5mm 或 5. 5mm。
全文摘要
本發明涉及一種軟態銅包鋼線的生產工藝。軟態銅包鋼線的生產工藝，依次包括下列步驟拉拔、高溫回火、電沉積前處理、酸電解、水洗、預處理電沉積、水洗、厚處理電沉積、水洗、防氧化、乾燥、拉拔、水洗、防氧化處理和氨分解高溫回火。該軟態銅包鋼線的生產工藝的優點是生產的銅包鋼線的延伸率≥10％，比傳統回火工藝生產出來的銅包鋼線的延伸率至少可提高一倍以上。
文檔編號H01B13/008GK102254630SQ201110119808
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月10日 優先權日2011年5月10日
發明者張榮良, 方彪, 潘超鷹, 董毓敏, 陳金蘭 申請人:浙江省浦江縣百川產業有限公司