【摘要】:導讀: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(guān)就不同。上引生產(chǎn)的銅桿,工藝得當氧含量在10ppm以下,叫無(wú)氧銅桿;連鑄連鑄生產(chǎn)的銅桿是在保護條件下的熱軋,氧含量在200-500ppm范圍內,但有時(shí)也高達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(shí)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)
導讀: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(guān)就不同。上引生產(chǎn)的銅桿,工藝得當氧含量在10ppm以下,叫無(wú)氧銅桿;連鑄連鑄生產(chǎn)的銅桿 是在保護條件下的熱軋,氧含量在200-500ppm范圍內,但有時(shí)也高達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(shí)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(diǎn)是金屬在豎爐中融化后,銅?#21644;?#36942;(guò)保溫爐、溜槽、中間包,從澆管進(jìn)入封閉的模腔內,采用較大的冷卻強度進(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(lái)的鑄造組織已經(jīng)破碎,含氧量一般為200~400ppm之間。無(wú)氧銅桿國內基本全部采用上引連鑄法生產(chǎn),金屬在感應電爐中融化后通過(guò)石墨模進(jìn)行上引連續鑄造,之后進(jìn)行冷軋或冷加工,生產(chǎn)的無(wú)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,所以在組織結構、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(gè)方面對銅桿的拉制性能進(jìn)行分析。
1、熔化方式對S?#20837;s質(zhì)的影響
連鑄連軋生產(chǎn)銅桿主要是通過(guò)氣體的燃燒使銅桿熔化,在燃燒的過(guò)程中,通過(guò)氧化和揮發(fā)作用,可一定程度減少部分雜質(zhì)進(jìn)入銅?#28023;?#22240;此連鑄連軋法對原料要求相對低一些。上引連鑄生產(chǎn)無(wú)氧銅桿,由于是用感應電爐熔化,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(wú)氧銅桿塑性影響極大,會(huì )增加拉絲斷線(xiàn)?#30465;?br />
2、鑄造過(guò)程中雜質(zhì)的進(jìn)入
在生產(chǎn)過(guò)程中,連鑄連軋工藝需通過(guò)保溫爐、溜槽、中間包轉運銅?#28023;?#30456;對容易造成耐火材料的剝落,在軋制過(guò)程中需要通過(guò)軋輥,造成鐵質(zhì)的脫落,會(huì )給銅桿造成外部夾雜。而熱軋中皮上和皮下氧化物?#33021;?#20837;,會(huì )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(guò)聯(lián)體爐內潛流式完成,對耐火材料的沖擊不大,結晶是通過(guò)石墨模內進(jìn)行,所以過(guò)程中可能產(chǎn)生的污染源較少,雜質(zhì)進(jìn)入的機會(huì )較少。
O、S、P是與銅會(huì )生產(chǎn)化合物的元素。在熔態(tài)銅中,氧可以溶解一部分,但當銅冷凝時(shí),氧幾乎不溶解于銅中。熔態(tài)時(shí)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,顯著(zhù)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在晶粒晶界處,會(huì )顯著(zhù)降低銅的塑性。
3、氧在低氧銅桿和無(wú)氧銅桿中分布形式及其影響
氧含量對低氧銅桿的拉線(xiàn)性能有著(zhù)明顯的影響。當氧含量增加到最佳值時(shí),銅桿的斷線(xiàn)?#39318;?#20302;。這是因為氧在與大部分雜質(zhì)反應的過(guò)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(xiàn)工藝提供了最好的條件。
低氧銅桿氧化物的分布:在連續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(huì )引起銅桿內部結構本質(zhì)上的差異,但后續的熱加工,柱狀晶通常會(huì )遭到破?#27169;?#20351;氧化亞銅顆粒細微化和均勻分布。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(xiàn)特性,較大的Cu2O顆粒容易造成應力集中點(diǎn)而斷裂。
無(wú)氧銅含氧量超標,銅桿變脆,?#30001;?#29575;下降,拉伸式樣端口顯暗紅色,結晶組織疏松。當氧含量超出8ppm時(shí),工藝性能變差,表現為鑄造及拉伸過(guò)程中斷桿及斷線(xiàn)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(shí)將會(huì )與銅機體脫離,導致銅桿的機械性能下降,在后續加工中容易造成斷裂現象。氧含量高還能導致無(wú)氧銅桿導電率下降。因此,必須嚴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(zhù)的問(wèn)題。吸氣后熔體中存在平衡反應:H2O(g)=[O]+2[H];
氣體及疏松是在結晶的過(guò)程中,氫從過(guò)飽和的溶液中析出并聚集而形成的。在結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(diǎn)是銅液自上而下的結晶,形成的液**形狀近似錐型。銅?#33322;Y晶前析出的氣體在上浮過(guò)程中被堵在凝固組織內,結晶時(shí)在鑄桿內形成氣孔。上引的含氣量少時(shí),析出的氫存在于晶界處,形成疏松;含氣量多時(shí),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。
?#37610;?lái)源于上引生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)工藝環(huán)節,如原料電解銅的“銅綠”、輔料木炭**、氣候環(huán)境**、石墨結晶器未干燥等。因此,熔化爐中的銅液表面應?#37319;w經(jīng)烘烤的木炭,電解銅應盡量去除“銅綠”、“銅豆”“耳朵?#20445;?#23565;提高無(wú)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(lái)控制氫。Cu2O+ H2= 2Cu+ H2O
由于銅液在鑄造過(guò)程中是自下而上結晶,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(xiàn)等產(chǎn)品的過(guò)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(wú)毛刺、銅粉少、無(wú)油污。并通過(guò)扭轉試驗測量表面銅粉的質(zhì)量和扭轉后觀(guān)察銅桿的復原情況來(lái)判定其好壞。
在連鑄連軋過(guò)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(guò)程中,隨著(zhù)軋輥的轉動(dòng),氧化物顆粒軋入銅線(xiàn)表面。由于氧化亞銅是高熔點(diǎn)脆性化合物,對于軋入較深的氧化亞銅,當成條狀的聚集物遇模具拉伸時(shí),就會(huì )是銅桿外表面產(chǎn)生毛刺,給后續的?#31185;?#36896;成麻煩。
而上引連鑄工藝制造的無(wú)氧銅桿,由于鑄造和冷卻完全與氧隔絕,后續亦無(wú)熱軋過(guò)程,銅桿表面無(wú)軋入表面的氧化物,質(zhì)量較好,拉制后銅粉少,上述問(wèn)題較少存在。
無(wú)氧銅桿也分進(jìn)口設備做的和國產(chǎn)設備做的,但目前進(jìn)口產(chǎn)品已無(wú)明顯優(yōu)勢,銅桿產(chǎn)品出來(lái)后區別不是很大,只要銅板選的好,生產(chǎn)控制比較穩定,國產(chǎn)設備也能產(chǎn)出可拉伸0.05的銅桿.進(jìn)口設備一般是芬蘭奧托昆普的設備,國產(chǎn)設備最好的應該是上海的海軍廠(chǎng)的了,生產(chǎn)時(shí)間最長(cháng),軍工企業(yè),質(zhì)量可靠。
低氧銅桿進(jìn)口設備國際主要有兩種,一種是美國南線(xiàn)設備,英文是SOUTHWIRE,國內廠(chǎng)家是南京華新,江西銅業(yè),另一種是德國CONTIROD設備,國內廠(chǎng)家是常州金源,天津大無(wú)縫。
無(wú)氧及低氧桿從含氧量上容易區別,無(wú)氧銅是含氧量在10-20個(gè)PPM以下,但目前有的廠(chǎng)家只能做到50個(gè)PPM以下.低氧銅桿在 200-400個(gè)PPM,好的桿子一般含氧量控制在250個(gè)PPM左右,無(wú)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(xiàn)性 能更適應些,如柔軟性,回彈角,繞線(xiàn)性能.但低氧桿對拉絲條件相對要?#37327;?#20123;,同樣拉伸0.2的細絲,如果伸線(xiàn)條件不好,普通的無(wú)氧桿可拉而好的低氧桿就斷 線(xiàn),但如果放在好的伸線(xiàn)條件,同樣的桿子,低氧桿說(shuō)不定就能拉到雙零五,而普通無(wú)氧桿最多只能拉伸到0.1而已,當然做的最細的如雙零二卻非得依靠進(jìn)口的 無(wú)氧銅桿了.目前有企業(yè)嘗試用剝皮的方式來(lái)處理低氧桿來(lái)伸0.03線(xiàn).但有關(guān)這方面的內容我還不是很清楚。
音響線(xiàn)一般反而喜歡用無(wú)氧桿,這和無(wú)氧桿是單晶銅,低氧桿是多晶銅有關(guān)。
低氧銅桿和無(wú)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(diǎn)。
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(wú)氧銅桿則相反,氧在液態(tài)銅下保持相當時(shí)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(shuō)是常見(jiàn)的但對無(wú)氧銅桿則很少見(jiàn)。氧化銅以?shī)A雜形式在晶界出現對材料的韌性產(chǎn)生負面影響。而無(wú)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(wú)氧銅桿中的多孔性是不常見(jiàn)的,而在低氧銅桿中則是常見(jiàn)的一種缺陷。
二、熱軋組織和鑄造組織的區別
低氧銅桿由于經(jīng)過(guò)熱軋,所以其組織屬熱加工組織,原來(lái)的鑄造組織已經(jīng)破碎,在8mm的桿時(shí)已?#24615;?#32080;晶的形式出現,而無(wú)氧銅桿屬鑄造組織,晶粒粗大,這是為什么,無(wú)氧銅的再結晶溫度較高,需要較高退火溫度的固?#24615;?#22240;。這是因為,再結晶發(fā)生在晶粒邊界附近,無(wú)氧銅桿組織晶粒粗大,晶粒尺寸甚至能達幾個(gè)毫米,因而晶粒邊界少,即使通過(guò)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?#30465;?#23565;無(wú)氧銅成功的退火要求是:由桿經(jīng)拉制,但?#24418;?#37956;造組織的線(xiàn)時(shí)的第一次退火,其退火功率應比同樣情況的低氧銅高10——15%。經(jīng)繼續拉制,在以后階段的退火功率應留有足夠的余量和對低氧銅和無(wú)氧銅切實(shí)區別執行不同的退火工藝,以保證在制品和成品導線(xiàn)的柔軟性。
三、夾雜,氧含量波動(dòng),表面氧化物和可能存在的熱軋缺陷的差別
無(wú)氧銅桿的可拉性在所有線(xiàn)徑里與低氧銅桿相比都是優(yōu)越的,除上述組織原因外,無(wú)氧銅桿夾雜少,含氧量穩定,無(wú)熱軋可能產(chǎn)生的缺陷,桿表氧化物厚度可達≤15A。在連鑄連軋生產(chǎn)過(guò)程中如果工藝不穩定,對氧監控不嚴,含氧量不穩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清洗中得以彌補外,但比較麻煩的是有相當多的氧化物存在于“皮下?#20445;?#23565;拉線(xiàn)斷線(xiàn)影響更直接,故而在拉制微細線(xiàn),超微細線(xiàn)時(shí),為了減少斷線(xiàn),有時(shí)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(wú)氧銅桿的韌性有差別
兩者都可以拉到0.015mm,但在低溫超導線(xiàn)中的低溫級無(wú)氧銅,其細絲間的間距只有0.001mm.
五、從制桿的原材?#31995;?#21046;線(xiàn)的經(jīng)濟性有差別。
制造無(wú)氧銅桿要求質(zhì)量較高的原材料。一般,拉制直徑>1mm的銅線(xiàn)時(shí),低氧銅桿的優(yōu)點(diǎn)比較明顯,而無(wú)氧銅桿顯得更為優(yōu)越的是拉制直徑<0.5mm的銅線(xiàn)。
六、低氧銅桿的制線(xiàn)工藝與無(wú)氧銅桿的有所不同。
低氧銅桿的制線(xiàn)工藝不能照搬到無(wú)氧銅桿的制線(xiàn)工藝上來(lái),至少兩者的退火工藝是不同的。因為線(xiàn)的柔軟性深受材料成份和制桿,制線(xiàn)和退火工藝的影響,不能簡(jiǎn)單地說(shuō)低氧銅或無(wú)氧銅誰(shuí)軟誰(shuí)硬。
附:低氧銅桿和無(wú)氧銅桿簡(jiǎn)介
1、低氧銅桿
低氧銅桿是什么銅桿?低氧銅桿生產(chǎn)工藝是什么?低氧銅桿簡(jiǎn)介有哪些?首先看看低氧銅桿定義:以銅為原料經(jīng)過(guò)連鑄連軋方法生產(chǎn)出來(lái)含氧量200(175)~400(450)ppm之間銅桿材。
低氧銅桿簡(jiǎn)介-低氧銅桿工藝流程:
低氧銅桿采用連鑄連軋工藝進(jìn)行生產(chǎn),其工藝流程為:電解銅→豎爐→保溫爐→澆鑄機→連軋機→清洗→收桿機→成品(ф8mm)電解銅連續加料,經(jīng)豎爐連續熔化后放出銅水,經(jīng)澆鑄機鑄成大截面的梯形錠,進(jìn)入軋機進(jìn)行熱軋,軋成ф8銅桿坯料。
▍工藝缺陷
(1)豎爐:A.由于豎爐體積小,電解銅邊加入邊熔化,熔化銅水沒(méi)有條件進(jìn)行充分還原。.B.整個(gè)熔化過(guò)程及出銅水過(guò)程,不能隔氧,所以含氧量非常高。.C.熔銅燃料一般都為氣體,氣體燃燒過(guò)程中,會(huì )直接影響銅液化學(xué)成分理處,影響較大有硫和氫等。
(2)澆鑄機:澆鑄機結晶輪將銅液成為固體過(guò)程中,無(wú)法進(jìn)行隔氧,所以澆鑄過(guò)程中進(jìn)行第二次大量吸氧。
(3)溫度控制:A.銅液溫度,由于軋制量大,又受到多種因素制約,該溫度不太容易控制。B.進(jìn)軋機鑄錠溫度,該溫度要求控制在850℃,上下偏差越大,對銅桿質(zhì)量影響越大,而此溫度很難控制。C.出軋機銅桿溫度,該溫度要求控制在600℃,也是上下偏差越大,對銅桿質(zhì)量影響越大,由于受到前道工序制約,此溫度也很難控制。D.整個(gè)過(guò)程中有很多環(huán)節,而某個(gè)環(huán)節稍出現些問(wèn)題,都會(huì )影響溫度控制。
(4)其它:A.由于存在以上一些缺陷,會(huì )造成銅桿質(zhì)量不穩定,所以標?#23460;?#23450;:連鑄連軋低氧銅桿出廠(chǎng)前,必須要做扭轉試驗。但有生產(chǎn)廠(chǎng)根本不做,或不按規定批量做(每批不應超過(guò)60噸),或扭轉不合格批量照樣出廠(chǎng)。B.含氧高,會(huì )影響拉線(xiàn)工序,銅線(xiàn)越拉越硬,中間要增加退火。含氧量高,還會(huì )影響導電性能。C.為解決工藝缺陷,需盡可能提高機組性能,所以機組價(jià)格昴貴。如美國南線(xiàn)公司年產(chǎn)2.4萬(wàn)噸~4萬(wàn)噸機組,價(jià)格為690萬(wàn)美元,德國克虜勃公司更貴。而用戶(hù)自己配?#33258;O施也要幾十萬(wàn)仍至上百萬(wàn)美元。
工藝優(yōu)點(diǎn):(1)產(chǎn)量高,一般小型機組每小時(shí)產(chǎn)量可達10~14噸。(2)銅桿卸線(xiàn)采用梅花式,便于拉線(xiàn)機放線(xiàn)。(3)收線(xiàn)重量大,一般每盤(pán)可達4噸。
▍低氧銅桿簡(jiǎn)介-銅桿生產(chǎn)工藝方法:
1、浸涂成型法:能生產(chǎn)大長(cháng)度光亮無(wú)氧銅桿、導電率為101~102%IACS,含氧量20ppm以下,銅桿圈重3.5~10噸。
浸涂成型利用冷銅桿吸熱能力,用一根較細冷純銅芯桿(或稱(chēng)種子桿),垂直通過(guò)一只能保持一定液位高低銅水池,使銅水與該移動(dòng)種子桿表面銅熔合在一起,并逐步凝固結合成較粗鑄造狀態(tài)銅桿,然后經(jīng)冷卻、熱軋、冷卻、繞制成圈,整個(gè)過(guò)程封閉、有惰性氣體保護下進(jìn)行。
2、上引冷軋法:能生產(chǎn)大長(cháng)度光亮無(wú)氧銅桿、導電率為101~101.6%IACS,含氧量10ppm以下,銅桿圈重2噸。
它是利用一種管式銅套(即石墨結晶器)其下端伸入并浸沒(méi)在熔化銅液面下,上端與真空泵連通,開(kāi)始時(shí)將結晶器內空氣抽出,真空作用下,使管內產(chǎn)生負?#28023;?#37509;液徐徐吸引向上,并在引升器附近很快凝固成光亮鑄錠。然后經(jīng)冷軋或冷拉成桿。上引法生產(chǎn)銅桿含氧量10ppm以下,表面光亮。
3、連鑄連軋法:能生產(chǎn)大長(cháng)度光亮低氧銅桿、導電率為101~102%IACS,含氧量200~300ppm,銅桿圈重達5噸。
4、回線(xiàn)軋?#21697;ǎ?#29983;產(chǎn)短長(cháng)度有氧化皮黑銅桿,導電率為99.5~100.5%IACS,含氧量200~500ppm,銅桿圈重只有86~136公斤。(因受船形銅錠重量限制)
▍低氧銅桿簡(jiǎn)介-低氧銅桿牌號及特性:
低氧銅桿牌號有三種,T1、T2、T3,低氧銅桿都為熱軋,所以為軟桿,代號為R。
?。?)T1:用高純電解銅為原料(含銅量大于99.9975%)生產(chǎn)低氧銅桿。
?。?)T2:用1#電解銅為原料(含銅量大于99.95%)生產(chǎn)低氧銅桿。
?。?)T3:用2#電解銅為原料(含銅量大于99.90%)生產(chǎn)低氧銅桿。因高純電解銅和2#電解銅市場(chǎng)上很少,一般都用1#電解銅為原料,所以一般低氧銅桿牌號為:T2R。
2、無(wú)氧銅桿
由于生產(chǎn)銅桿的工藝不同,所生產(chǎn)的銅桿中的含氧量及外觀(guān)就不同。上引生產(chǎn)的銅桿,工藝得當氧含量在20ppm以下,叫無(wú)氧銅桿;連鑄連軋生產(chǎn)的銅桿是在保護條件下的熱軋,氧含量在200-500ppm范圍內,但有時(shí)也高達700ppm以上,一般情況下,此種方法生產(chǎn)的銅外表光亮,俗稱(chēng)光亮桿。
無(wú)氧銅桿是不含氧也不含任何脫氧劑殘留物的純銅。但實(shí)際上還是含有非常微量氧和一些雜質(zhì)。按標?#23460;?#23450;,氧的含量不大于0.02%,雜質(zhì)總含量不大于0.05%,銅的純度大于99.95%。
一般用電解銅生產(chǎn),電阻率低于低氧銅桿,因此在生產(chǎn)對電阻要求比較?#37327;?#30340;產(chǎn)品中,無(wú)氧銅桿比較經(jīng)濟;制造無(wú)氧銅桿要求質(zhì)量較高的原材料;無(wú)氧銅桿顯得更為優(yōu)越的是拉制直徑<0.5mm的銅線(xiàn)。6MM的無(wú)氧銅桿用于生產(chǎn)銅扁線(xiàn)。3mm的無(wú)氧銅桿用于拉絲,生產(chǎn)電線(xiàn)銅芯,漆包線(xiàn)。主要應用于電線(xiàn)電纜和電機。
根據含氧量和雜質(zhì)含量,無(wú)氧銅桿又分為T(mén)U1和TU2銅桿。TU1無(wú)氧銅桿純度達到99.99%,氧含量不大于0.001%;TU2無(wú)氧銅純度達到99.95%,氧含量不大于0.002%。