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電纜中的銅是一樣的嗎?怎樣的是好銅?

2023-11-13

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)的銅桿是在保護條件下的熱軋,氧含量在200-500ppm范圍內(nèi),但有時也高達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,有時也叫光桿。

無氧銅桿

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,從澆管進入封閉的模腔內(nèi),采用較大的冷卻強度進行冷卻,形成鑄坯,然后進行多道次軋制,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行上引連續(xù)鑄造,之后進行冷軋或冷加工,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很大,會增加拉絲斷線率。

2、鑄造過程中雜質(zhì)的進入

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)進行,所以過程中可能產(chǎn)生的污染源較少,雜質(zhì)進入的機會較少。

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z佳值時,銅桿的斷線率z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。z佳的氧含量為拉線工藝提供了z好的條件。

低氧銅桿氧化物的分布:在連續(xù)澆鑄中凝固的z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體脫離,導(dǎo)致銅桿的機械性能下降,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,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,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”、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。

無氧銅桿也分進口設(shè)備做的和國產(chǎn)設(shè)備做的,但目前進口產(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。進口設(shè)備一般是芬蘭奧托昆普的設(shè)備,國產(chǎn)設(shè)備z好的應(yīng)該是上海的海軍廠的了,生產(chǎn)時間z長,軍工企業(yè),質(zhì)量可靠。

低氧銅桿進口設(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z多只能拉伸到0.1而已,當(dāng)然做的z細的如雙零二卻非得依靠進口的無氧銅桿了。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。

低氧銅桿

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)。

低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,z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≤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,故而在拉制微細線,超微細線時,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,其細絲間的間距只有0.001mm。

五、從制桿的原材料到制線的經(jīng)濟性有差別。

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。

附:低氧銅桿和無氧銅桿簡介

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?低氧銅桿簡介有哪些?首先看看低氧銅桿定義:以銅為原料經(jīng)過連鑄連軋方法生產(chǎn)出來含氧量200(175)~400(450)ppm之間銅桿材。

低氧銅桿簡介-低氧銅桿工藝流程:

低氧銅桿采用連鑄連軋工藝進行生產(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(xù)加料,經(jīng)豎爐連續(xù)熔化后放出銅水,經(jīng)澆鑄機鑄成大截面的梯形錠,進入軋機進行熱軋,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,熔化銅水沒有條件進行充分還原。B、整個熔化過程及出銅水過程,不能隔氧,所以含氧量非常高。C、熔銅燃料一般都為氣體,氣體燃燒過程中,會直接影響銅液化學(xué)成分理處,影響較大有硫和氫等。

(2)澆鑄機:澆鑄機結(jié)晶輪將銅液成為固體過程中,無法進行隔氧,所以澆鑄過程中進行第二次大量吸氧。

(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、整個過程中有很多環(huán)節(jié),而某個環(huán)節(jié)稍出現(xiàn)些問題,都會影響溫度控制。

(4)其它:A、由于存在以上一些缺陷,會造成銅桿質(zhì)量不穩(wěn)定,所以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:連鑄連軋低氧銅桿出廠前,須要做扭轉(zhuǎn)試驗。但有生產(chǎn)廠根本不做,或不按規(guī)定批量做(每批不應(yīng)超過60噸),或扭轉(zhuǎn)不合格批量照樣出廠。B、含氧高,會影響拉線工序,銅線越拉越硬,中間要增加退火。含氧量高,還會影響導(dǎo)電性能。C、為解決工藝缺陷,需盡可能提高機組性能,所以機組價格昴貴。如美國南線公司年產(chǎn)2.4萬噸~4萬噸機組,價格為690萬美元,德國克虜勃公司更貴。而用戶自己配套設(shè)施也要幾十萬仍至上百萬美元。

工藝優(yōu)點:

(1)產(chǎn)量高,一般小型機組每小時產(chǎn)量可達10~14噸。

(2)銅桿卸線采用梅花式,便于拉線機放線。

(3)收線重量大,一般每盤可達4噸。

低氧銅桿簡介-銅桿生產(chǎn)工藝方法:

1、浸涂成型法:

能生產(chǎn)大長度光亮無氧銅桿、導(dǎo)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(或稱種子桿),垂直通過一只能保持一定液位高低銅水池,使銅水與該移動種子桿表面銅熔合在一起,并逐步凝固結(jié)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,整個過程封閉、有惰性氣體保護下進行。

2、上引冷軋法:

能生產(chǎn)大長度光亮無氧銅桿、導(dǎo)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(jié)晶器)其下端伸入并浸沒在熔化銅液面下,上端與真空泵連通,開始時將結(jié)晶器內(nèi)空氣抽出,真空作用下,使管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓,銅液徐徐吸引向上,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)大長度光亮低氧銅桿、導(dǎo)電率為101~102%IACS,含氧量200~300ppm,銅桿圈重達5噸。

4、回線軋制法:

生產(chǎn)短長度有氧化皮黑銅桿,導(dǎo)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。

(1)T1:用高純電解銅為原料(含銅量大于99.9975%)生產(chǎn)低氧銅桿。

(2)T2:用1#電解銅為原料(含銅量大于99.95%)生產(chǎn)低氧銅桿。

(3)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。

1、低氧銅桿簡介-低氧銅桿化學(xué)成分表:

圖片.png

2、無氧銅桿

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就不同。上引生產(chǎn)的銅桿,工藝得當(dāng)氧含量在20ppm以下,叫無氧銅桿;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(nèi),但有時也高達700ppm以上,一般情況下,此種方法生產(chǎn)的銅外表光亮,俗稱光亮桿。

無氧銅桿是不含氧也不含任何脫氧劑殘留物的純銅。但實際上還是含有非常微量氧和一些雜質(zhì)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,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)對電阻要求比較苛刻的產(chǎn)品中,無氧銅桿比較經(jīng)濟;制造無氧銅桿要求質(zhì)量較高的原材料;無氧銅桿顯得更為優(yōu)越的是拉制直徑<0.5mm的銅線。6MM的無氧銅桿用于生產(chǎn)銅扁線。3mm的無氧銅桿用于拉絲,生產(chǎn)電線銅芯,漆包線。主要應(yīng)用于電線電纜和電機。

根據(jù)含氧量和雜質(zhì)含量,無氧銅桿又分為TU1和TU2銅桿。TU1無氧銅桿純度達到99.99%,氧含量不大于0.001%;TU2無氧銅純度達到99.95%,氧含量不大于0.002%。

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