一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法与流程

本发明涉及金属复合材料线材制造，特别是涉及一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法。

背景技术：

1、铜包钢线材因兼具钢材的高抗拉强度、低成本以及铜材优良的导电性能，而被广泛应用于通信线缆、电子元器件及电磁引线等关键产品中。目前，常规的铜包钢线材制备工艺主要存在几种典型缺陷，铜带纵包焊接工艺本质上属于机械结合，由于界面缺乏原子扩散，当线材经深度拉拔至0.8mm以下的超细规格时，焊缝极易开裂并导致铜层脱落；电镀包覆法则面临镀层厚度分布不均、氢脆风险以及严重的三废环境污染问题；传统的热挤压复合法虽然结合力较好，但需要先制备钢锭和铜坯，再组装复合坯后进行挤压成型，工序链条冗长，且挤压坯在后续拉拔过程中需要频繁进行退火处理，导致生产周期长，设备投入大，人工成本高。现有技术中，尚缺乏一种成熟的短流程冶金复合工艺，能够直接以实心钢棒为芯材，通过固液熔铸一体化成型复合坯，并稳定量产0.1至0.8mm的超细铜包钢线材，特别是在解决异质界面在连续变形过程中的失效问题上，现有工艺往往因界面结合强度不足或加工硬化控制不当而导致断线率高，难以满足高端电子元器件对超细线材严苛的质量要求。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，提出了一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法。

2、为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法，包括以下步骤：

3、s1，选取45号实心钢棒，依次进行矫直、除油、酸洗去除表面氧化皮，随后通过机械剥皮去除钢棒表面的脱碳层，控制钢棒表层碳含量恢复至基体碳含量的90%以上，且表面铁素体软化层厚度≤20μm、表层与芯部硬度差≤30hv；将处理后的钢棒预热至420～480℃；

4、s2，将预处理后的钢棒连续送入水冷结晶器，向结晶器通入温度为1100～1150℃的熔融包覆金属液，控制钢棒进入铜液时表面温度≥350℃，在凝固过程中形成厚度为1～10μm的连续扩散过渡层，连续牵引成型铜包钢复合铸坯；

5、s3，将复合铸坯在850～1050℃条件下进行热轧减径，得到铜包钢热轧粗坯；

6、s4，将热轧粗坯进行多道次冷拉伸减径；当线材累计断面收缩率达到50%～65%时进行中间退火处理；随后继续进行冷拉伸与中间退火交替加工，逐步降低线材直径，最终制备直径0.1～0.8mm超细铜包钢线材；

7、s5，将最终制备的超细铜包钢线材进行去应力退火，控制升温速率为5～15℃/min，在200～300℃下保温1～3小时，冷却速率≤50℃/h，以释放铜钢异质界面残余应力梯度。

8、可选的，步骤s2中，在结晶器凝固区间对熔融金属液施加超声振动辅助，超声振动频率为18～30khz，功率为500～2000w。

9、可选的，步骤s1中，所述钢棒的预热温度为450℃。

10、可选的，步骤s2中，所述熔融包覆金属液为tu1或者tu2无氧紫铜；所述连续扩散过渡层的界面剪切强度≥175mpa。

11、可选的，步骤s3中，在热轧开坯前，对清理后的复合铸坯表面涂覆一层高温抗氧化润滑涂层，所述涂层为玻璃基润滑剂或石墨乳，涂覆厚度为10～50μm。

12、可选的，步骤s4中，所述中间退火的温度控制为400～650℃。

13、可选的，步骤s4中，所述中间退火在氮气保护气氛下进行。

14、可选的，步骤s5中，所述异质界面稳定化处理在真空或保护气氛下进行。

15、可选的，步骤s2中，所述熔融包覆金属液为锡青铜或磷青铜铜合金。

16、本发明的有益效果在于，通过实施基于界面成分均匀化与残余应力梯度控制的四阶段协同工艺，显著提升了超细铜包钢线材的综合性能与制备稳定性。首先，通过在源头去除钢棒表面的脱碳层并严格控制其表面碳含量恢复至基体水平、降低表面铁素体软化层厚度及硬度差，实现了钢芯与铜包覆层的性能匹配，有效解决了因两者塑性变形能力差异导致的拉拔界面滑移及变形不协调问题。其次，通过固液熔铸过程中精准控制界面温度与凝固条件，构筑了厚度适宜且连续的扩散过渡层，实现了界面的原子级冶金结合，大幅提高了界面剪切强度，使得线材在深度拉拔至0.1mm超细规格时仍能保持界面完整不剥离。再者，采用分级应变控制拉拔路径，针对铜钢异质材料的变形特性设定特定的断面收缩率阈值，有效缓解了加工硬化并抑制了界面微裂纹的萌生与扩展，保障了拉拔过程的连续性。最后，通过特定的升温速率、保温温度及冷却速率进行的异质界面稳定化处理，专门针对铜钢热膨胀系数差异产生的残余应力梯度进行精准释放，降低成品线材因残余应力导致时效性能下降的风险，确保了尺寸的长期稳定性。该方法省去了传统工艺中的坯料组装和热挤压环节，大幅缩短了工艺流程，降低了能耗与成本，实现了高质量超细铜包钢线材的规模化稳定生产。

17、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法，其特征在于，步骤s2中，在结晶器凝固区间对熔融金属液施加超声振动辅助，超声振动频率为18～30khz，功率为500～2000w。

3.如权利要求1所述的一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法，其特征在于，步骤s1中，所述钢棒的预热温度为450℃。

4.如权利要求1所述的一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法，其特征在于，步骤s2中，所述熔融包覆金属液为tu1或者tu2无氧紫铜；所述连续扩散过渡层的界面剪切强度≥175mpa。

5.如权利要求1所述的一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法，其特征在于，步骤s3中，在热轧开坯前，对清理后的复合铸坯表面涂覆一层高温抗氧化润滑涂层，所述涂层为玻璃基润滑剂或石墨乳，涂覆厚度为10～50μm。

6.如权利要求1所述的一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法，其特征在于，步骤s4中，所述中间退火的温度控制为400～650℃。

7.如权利要求1所述的一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法，其特征在于，步骤s4中，所述中间退火在氮气保护气氛下进行。

8.如权利要求1所述的一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法，其特征在于，步骤s5中，所述异质界面稳定化处理在真空或保护气氛下进行。

9.如权利要求1所述的一种固液熔铸冶金复合制备超细铜包钢线材的方法，其特征在于，步骤s2中，所述熔融包覆金属液为锡青铜或磷青铜铜合金。