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來源：行業(yè)動態(tài) 閱讀：115411 發(fā)布時間：2019-07-05
導(dǎo)讀：由于生產(chǎn)銅桿的兩者的工藝不同，所生產(chǎn)的銅桿中的含氧量及外觀就不同。上引生產(chǎn)的銅桿，工藝得當(dāng)氧含量在10ppm以下，叫無氧銅桿；連鑄連鑄生產(chǎn)的銅桿 是在保護(hù)條件下的熱軋，氧含量在200-500ppm范圍內(nèi)，但有時也高達(dá)700ppm以上，一般情況下，此種方法生產(chǎn)的銅外表光亮，低氧銅桿，有時也叫光桿。
銅桿是電纜行業(yè)的主要原料，生產(chǎn)的方式主要有兩種——連鑄連軋法和上引連鑄法。連鑄連軋低氧銅桿的生產(chǎn)方法較多，其特點是金屬在豎爐中融化后，銅液通過保溫爐、溜槽、中間包，從澆管進(jìn)入封閉的模腔內(nèi)，采用較大的冷卻強(qiáng)度進(jìn)行冷卻，形成鑄坯，然后進(jìn)行多道次軋制，生產(chǎn)的低氧銅桿為熱加工組織，原來的鑄造組織已經(jīng)破碎，含氧量一般為200~400ppm之間。無氧銅桿國內(nèi)基本全部采用上引連鑄法生產(chǎn)，金屬在感應(yīng)電爐中融化后通過石墨模進(jìn)行上引連續(xù)鑄造，之后進(jìn)行冷軋或冷加工，生產(chǎn)的無氧銅桿為鑄造組織，含氧量一般在20ppm以下。由于制造工藝的不同，所以在組織結(jié)構(gòu)、氧含量分布、雜質(zhì)的形式及分布等諸多方面有較大差別。
一、拉制性能
銅桿的拉制性能跟很多因素有關(guān)，如雜質(zhì)的含量、氧含量及分布、工藝控制等。下面分別從以上幾個方面對銅桿的拉制性能進(jìn)行分析。
1、熔化方式對S等雜質(zhì)的影響
連鑄連軋生產(chǎn)銅桿主要是通過氣體的燃燒使銅桿熔化，在燃燒的過程中，通過氧化和揮發(fā)作用，可一定程度減少部分雜質(zhì)進(jìn)入銅液，因此連鑄連軋法對原料要求相對低一些。上引連鑄生產(chǎn)無氧銅桿，由于是用感應(yīng)電爐熔化，電解銅表面的“銅綠”“銅豆”基本都熔入到銅液中。其中熔入的S對無氧銅桿塑性影響極大，會增加拉絲斷線率。
2、鑄造過程中雜質(zhì)的進(jìn)入
在生產(chǎn)過程中，連鑄連軋工藝需通過保溫爐、溜槽、中間包轉(zhuǎn)運銅液，相對容易造成耐火材料的剝落，在軋制過程中需要通過軋輥，造成鐵質(zhì)的脫落，會給銅桿造成外部夾雜。而熱軋中皮上和皮下氧化物的軋入，會給低氧桿的拉絲造成不利的影響。上引連鑄法生產(chǎn)工藝流程較短，銅液是通過聯(lián)體爐內(nèi)潛流式完成，對耐火材料的沖擊不大，結(jié)晶是通過石墨模內(nèi)進(jìn)行，所以過程中可能產(chǎn)生的污染源較少，雜質(zhì)進(jìn)入的機(jī)會較少。
O、S、P是與銅會生產(chǎn)化合物的元素。在熔態(tài)銅中，氧可以溶解一部分，但當(dāng)銅冷凝時，氧幾乎不溶解于銅中。熔態(tài)時所溶解的氧，以銅=氧化亞銅共晶體析出，分布在晶粒晶界處。銅-氧化亞銅共晶體的出現(xiàn)，顯著降低了銅的塑性。
硫可以溶解在熔體的銅中，但在室溫下，其溶解度幾乎降低到零，它以硫化亞銅的形式出現(xiàn)在晶粒晶界處，會顯著降低銅的塑性。
3、氧在低氧銅桿和無氧銅桿中分布形式及其影響
氧含量對低氧銅桿的拉線性能有著明顯的影響。當(dāng)氧含量增加到最佳值時，銅桿的斷線率最低。這是因為氧在與大部分雜質(zhì)反應(yīng)的過程中都起到了清除器的作用。適度的氧還有利于去除銅液中的氫，生成水蒸氣溢出，減少氣孔的形成。最佳的氧含量為拉線工藝提供了最好的條件。
低氧銅桿氧化物的分布：在連續(xù)澆鑄中凝固的最初階段，散熱速率和均勻冷卻是決定銅桿氧化物分布的主要因素。不均勻冷卻會引起銅桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)本質(zhì)上的差異，但后續(xù)的熱加工，柱狀晶通常會遭到破壞，使氧化亞銅顆粒細(xì)微化和均勻分布。氧化物顆粒聚集而產(chǎn)生的典型情況是中心爆裂。除氧化物顆粒分布的影響外，具有較小氧化物顆粒的銅桿顯示出較好的拉線特性，較大的Cu2O顆粒容易造成應(yīng)力集中點而斷裂。
無氧銅含氧量超標(biāo)，銅桿變脆，延伸率下降，拉伸式樣端口顯暗紅色，結(jié)晶組織疏松。當(dāng)氧含量超出8ppm時，工藝性能變差，表現(xiàn)為鑄造及拉伸過程中斷桿及斷線率極具增高。這是由于氧能與銅生成氧化亞銅脆性相，形成銅-氧化亞銅共晶體，以網(wǎng)狀組織分布在境界上。這種脆性相硬度高，在冷變形時將會與銅機(jī)體脫離，導(dǎo)致銅桿的機(jī)械性能下降，在后續(xù)加工中容易造成斷裂現(xiàn)象。氧含量高還能導(dǎo)致無氧銅桿導(dǎo)電率下降。因此，必須嚴(yán)格控制上引連鑄工藝及產(chǎn)品質(zhì)量。
4、氫的影響
在上引連鑄中，氧含量控制較低，氧化物的副作用唄**降低，但氫的影響成為較顯著的問題。吸氣后熔體中存在平衡反應(yīng)：H2O(g)=[O]+2[H]；
氣體及疏松是在結(jié)晶的過程中，氫從過飽和的溶液中析出并聚集而形成的。在結(jié)晶前析出的氫又可還原氧化亞銅而生成水氣泡。由于上引鑄造的特點是銅液自上而下的結(jié)晶，形成的液**形狀近似錐型。銅液結(jié)晶前析出的氣體在上浮過程中被堵在凝固組織內(nèi)，結(jié)晶時在鑄桿內(nèi)形成氣孔。上引的含氣量少時，析出的氫存在于晶界處，形成疏松；含氣量多時，則聚集成氣孔，因此，氣孔和疏松是氫氣和水蒸氣兩者形成的。
氫來源于上引生產(chǎn)過程中的各個工藝環(huán)節(jié)，如原料電解銅的“銅綠”、輔料木炭**、氣候環(huán)境**、石墨結(jié)晶器未干燥等。因此，熔化爐中的銅液表面應(yīng)覆蓋經(jīng)烘烤的木炭，電解銅應(yīng)盡量去除“銅綠”、“銅豆”“耳朵”，對提高無氧銅桿質(zhì)量非常重要。
在連鑄連軋工藝中，往往采用適度控制氧含量來控制氫。Cu2O+ H2= 2Cu+ H2O
由于銅液在鑄造過程中是自下而上結(jié)晶，銅液中的氧和氫所產(chǎn)生的水蒸氣很容易上浮跑出，銅液中的氫大部分能被有效去除，因而對銅桿的影響較小。
二、表面質(zhì)量
在生產(chǎn)電磁線等產(chǎn)品的過程中，對銅桿的表面質(zhì)量也需提出要求。需要拉制后的銅絲表面無毛刺、銅粉少、無油污。并通過扭轉(zhuǎn)試驗測量表面銅粉的質(zhì)量和扭轉(zhuǎn)后觀察銅桿的復(fù)原情況來判定其好壞。
在連鑄連軋過程中，從鑄造到軋制前，溫度高，完全暴露于空氣中，使鑄坯表面形成較厚的氧化層，在軋制過程中，隨著軋輥的轉(zhuǎn)動，氧化物顆粒軋入銅線表面。由于氧化亞銅是高熔點脆性化合物，對于軋入較深的氧化亞銅，當(dāng)成條狀的聚集物遇模具拉伸時，就會是銅桿外表面產(chǎn)生毛刺，給后續(xù)的涂漆造成麻煩。
而上引連鑄工藝制造的無氧銅桿，由于鑄造和冷卻完全與氧隔絕，后續(xù)亦無熱軋過程，銅桿表面無軋入表面的氧化物，質(zhì)量較好，拉制后銅粉少，上述問題較少存在。
無氧銅桿也分進(jìn)口設(shè)備做的和國產(chǎn)設(shè)備做的,但目前進(jìn)口產(chǎn)品已無明顯優(yōu)勢，銅桿產(chǎn)品出來后區(qū)別不是很大,只要銅板選的好,生產(chǎn)控制比較穩(wěn)定,國產(chǎn)設(shè)備也能產(chǎn)出可拉伸0.05的銅桿.進(jìn)口設(shè)備一般是芬蘭奧托昆普的設(shè)備,國產(chǎn)設(shè)備最好的應(yīng)該是上海的海軍廠的了，生產(chǎn)時間最長，軍工企業(yè)，質(zhì)量可靠。
低氧銅桿進(jìn)口設(shè)備國際主要有兩種,一種是美國南線設(shè)備,英文是SOUTHWIRE,國內(nèi)廠家是南京華新,江西銅業(yè),另一種是德國CONTIROD設(shè)備,國內(nèi)廠家是常州金源,天津大無縫。
無氧及低氧桿從含氧量上容易區(qū)別,無氧銅是含氧量在10-20個PPM以下,但目前有的廠家只能做到50個PPM以下.低氧銅桿在 200-400個PPM,好的桿子一般含氧量控制在250個PPM左右,無氧桿一般采取的是上引法,低氧桿是連鑄連軋,兩種產(chǎn)品相對而言低氧桿對漆包線性 能更適應(yīng)些,如柔軟性,回彈角,繞線性能.但低氧桿對拉絲條件相對要苛刻些,同樣拉伸0.2的細(xì)絲,如果伸線條件不好,普通的無氧桿可拉而好的低氧桿就斷 線,但如果放在好的伸線條件,同樣的桿子,低氧桿說不定就能拉到雙零五,而普通無氧桿最多只能拉伸到0.1而已,當(dāng)然做的最細(xì)的如雙零二卻非得依靠進(jìn)口的 無氧銅桿了.目前有企業(yè)嘗試用剝皮的方式來處理低氧桿來伸0.03線.但有關(guān)這方面的內(nèi)容我還不是很清楚。
音響線一般反而喜歡用無氧桿,這和無氧桿是單晶銅,低氧桿是多晶銅有關(guān)。
氧銅桿和無氧銅桿由于制造方法的不同，致使存在差別，具有各自的特點。
一、關(guān)于氧的吸入和脫去以及它的存在狀態(tài)
生產(chǎn)銅桿的陰極銅的含氧量一般在10—50ppm，在常溫下氧在銅中的固溶度約2ppm。低氧銅桿的含氧量一般在200（175）—400（450）ppm，因此氧的進(jìn)入是在銅的液態(tài)下吸入的，而上引法無氧銅桿則相反，氧在液態(tài)銅下保持相當(dāng)時間后，被還原而脫去，通常這種桿的含氧量都在10—50ppm以下，最低可達(dá)1-2ppm，從組織上看，低氧銅中的氧，以氧化銅狀態(tài)，存在于晶粒邊界附近，這對低氧銅桿而言可以說是常見的但對無氧銅桿則很少見。氧化銅以夾雜形式在晶界出現(xiàn)對材料的韌性產(chǎn)生負(fù)面影響。而無氧銅中的氧很低，所以這種銅的組織是均勻的單相組織對韌性有利。在無氧銅桿中的多孔性是不常見的，而在低氧銅桿中則是常見的一種缺陷。
二、熱軋組織和鑄造組織的區(qū)別
低氧銅桿由于經(jīng)過熱軋，所以其組織屬熱加工組織，原來的鑄造組織已經(jīng)破碎，在8mm的桿時已有再結(jié)晶的形式出現(xiàn)，而無氧銅桿屬鑄造組織，晶粒粗大，這是為什么，無氧銅的再結(jié)晶溫度較高，需要較高退火溫度的固有原因。這是因為，再結(jié)晶發(fā)生在晶粒邊界附近，無氧銅桿組織晶粒粗大，晶粒尺寸甚至能達(dá)幾個毫米，因而晶粒邊界少，即使通過拉制變形，但晶粒邊界相對低氧銅桿還是較少，所以需要較高的退火功率。對無氧銅成功的退火要求是：由桿經(jīng)拉制，但尚未鑄造組織的線時的第一次退火，其退火功率應(yīng)比同樣情況的低氧銅高10——15%。經(jīng)繼續(xù)拉制，在以后階段的退火功率應(yīng)留有足夠的余量和對低氧銅和無氧銅切實區(qū)別執(zhí)行不同的退火工藝，以保證在制品和成品導(dǎo)線的柔軟性。
三、夾雜，氧含量波動，表面氧化物和可能存在的熱軋缺陷的差別
無氧銅桿的可拉性在所有線徑里與低氧銅桿相比都是優(yōu)越的，除上述組織原因外，無氧銅桿夾雜少，含氧量穩(wěn)定，無熱軋可能產(chǎn)生的缺陷，桿表氧化物厚度可達(dá)≤15A。在連鑄連軋生產(chǎn)過程中如果工藝不穩(wěn)定，對氧監(jiān)控不嚴(yán)，含氧量不穩(wěn)定將直接影響桿的性能。如果桿的表面氧化物能在后工序的連續(xù)清洗中得以彌補(bǔ)外，但比較麻煩的是有相當(dāng)多的氧化物存在于“皮下”，對拉線斷線影響更直接，故而在拉制微細(xì)線，超微細(xì)線時，為了減少斷線，有時要對銅桿采取不得已的辦法——剝皮，甚至二次剝皮的原因所在，目的要除去皮下氧化物。
四、低氧銅桿和無氧銅桿的韌性有差別
兩者都可以拉到0.015mm，但在低溫超導(dǎo)線中的低溫級無氧銅，其細(xì)絲間的間距只有0.001mm.
五、從制桿的原材料到制線的經(jīng)濟(jì)性有差別。
制造無氧銅桿要求質(zhì)量較高的原材料。一般，拉制直徑>1mm的銅線時，低氧銅桿的優(yōu)點比較明顯，而無氧銅桿顯得更為優(yōu)越的是拉制直徑<0.5mm的銅線。
六、低氧銅桿的制線工藝與無氧銅桿的有所不同。
低氧銅桿的制線工藝不能照搬到無氧銅桿的制線工藝上來，至少兩者的退火工藝是不同的。因為線的柔軟性深受材料成份和制桿，制線和退火工藝的影響，不能簡單地說低氧銅或無氧銅誰軟誰硬。
