深度好文|沈陽銅管廠家告訴你無氧銅桿和低氧銅桿的區別|新聞資訊-沈陽市中聯銅鋁業有限公司

2020-06-01  來自: 沈陽市中聯銅鋁業有限公司 瀏覽次數:138

經常有人把無氧銅桿和低氧銅桿混淆,為了減少這種情況的發生,本文根據從業者多年實際使用經驗,幫助大家正確判斷。二者在性能上有著非常大的差別,從外觀進行仔細辨別的話,也可以發現一些可以區分它們的地方。接下來沈陽銅管廠家幸运蛋蛋告訴你無氧銅桿和低氧銅桿的區別。

無氧銅桿和低氧銅桿的生產工藝不同,根據名稱就可以聽出來,二者主要區別在于含氧量。這時有人要說了,我知道一個含氧,一個不含氧。這話雖然聽起來還挺正確,但其實是錯的。雖然叫無氧銅,這個材料也是含氧的,只不過含量非常少,可以忽略不計。另外由于制造工藝不同,性能上也存在差別,無氧銅桿外觀更加光亮,因此在同時遇到兩種產品時,一般亮度比較好的就是無氧銅桿了。

1定義

以銅為原料,經過連鑄連軋法生產出來含氧量200(175)-400(450)ppm之間銅桿材,被稱為低氧銅桿。

經過上引法生產,氧含量在20ppm以下生產的銅桿叫做無氧銅桿。無氧銅桿是不含氧也不含任何脫氧劑殘留物的純銅,但實際上含有非常微量氧和一些雜質。按標準規定,氧含量不大于0.02%,雜質總含量不大于0.05%,銅的純度大于99.95%。根據含氧量和雜質含量,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%。

2生產工藝

銅桿是電纜行業的主要原料,其生產方式有兩種:連鑄連軋法、上引連鑄法。

連鑄連軋法生產低氧銅桿的方法較多,含氧量一般為200-400ppm。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,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,原來的鑄造組織已經破碎,生產的低氧銅桿為熱加工組織。

國內基本全部采用上引連鑄法生產無氧銅桿,含氧量一般在20ppm以下。金屬在感應電爐中融化后通過石墨模進行上引連續鑄造,之后進行冷軋或冷加工,生產的無氧銅桿為鑄造組織。

低氧銅桿為熱加工組織,在8mm桿時已有再結晶形式出現。而無氧銅桿為鑄造組織,晶粒粗大,這就是無氧銅桿再結晶溫度較高、需要較高退火溫度的原因。由于再結晶發生在晶粒邊界附近,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:由桿經拉制,但尚未鑄造組織的線時的首次退火,其退火功率應比同樣情況的低氧銅高10-15%。經繼續拉制,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氧銅切實區別執行不同的退火工藝,以保證在制品和成品導線的柔軟性。

3含氧量

無氧及低氧桿從含氧量上容易區別,無氧銅桿含氧量在10-20ppm以下,但目前有的廠家只能做到50ppm以下。低氧銅桿在200-400ppm,好的銅桿一般含氧量控制在250ppm左右。

生產銅桿的陰極銅含氧量一般在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,因此氧是在銅液態狀態下吸入的。而上引法生產無氧銅桿則相反,氧在液態銅下保持相當時間后,被還原而脫去,通常這種桿的含氧量都在10-50ppm以下,較低可達1-2ppm。

從組織上看,低氧銅桿中的氧以氧化銅的狀態,存在于晶粒邊界附近,這對低氧銅桿來說常見,但對無氧銅桿很少見。氧化銅以夾雜形式在晶界出現,會對材料的韌性產生負面影響。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。在無氧銅桿中多孔性是不常見的,但在低氧銅桿中則是常見的一種缺陷。

4拉制性能

銅桿的拉制性能與很多因素有關,如雜質含量、氧含量及分布、工藝控制等。

無氧桿一般采用上引法,低氧桿是連鑄連軋。相對而言低氧桿對漆包線性能更適應些,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,而普通無氧桿較多只能拉伸到0。1而已。當然做的較細的如雙零二卻非得依靠進口的無氧銅桿了。兩者都可以拉到0。015mm,但在低溫超導線中的低溫級無氧銅,其細絲間的間距只有0。001mm。

熔化方式對S等雜質的影響

連鑄連軋法主要通過氣體的燃燒使銅桿熔化,在燃燒過程中,通過氧化和揮發作用,可特定程度減少部分雜質進入銅液,因此對原料要求相對較低。上引連鑄法是用感應電爐熔化,電解銅表面的“銅綠”“銅豆”基本都會熔入到銅液中,其中熔入的S對無氧銅桿塑性影響較大,會增加拉絲斷線率。

鑄造過程中雜質的進入

在生產過程中,連鑄連軋工藝需通過保溫爐、溜槽、中間包轉運銅液,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,造成鐵質的脫落,會帶來外部夾雜。而過程中氧化物的軋入,對低氧桿的拉絲造成不利影響。上引連鑄法生產工藝流程較短,銅液是通過聯體爐內潛流式完成,對耐火材料的沖擊不大,結晶是通過石墨模內進行,所以過程中可能產生的污染源較少,雜質進入的機會較少。

氧的分布形式及其影響

氧含量對銅桿的拉線性能有著明顯的影響。當氧含量為較佳值時,銅桿斷線率較低。這是因為氧在與大部分雜質反應的過程中都起到清除器的作用。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。

低氧銅桿氧化物的分布:在連續澆鑄中凝固的較初階段,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部結構本質上的差異,但后續的熱加工,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。氧化物顆粒聚集產生的典型情況是中心。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,較大的氧化亞銅顆粒容易造成應力集中點而斷裂。

無氧銅桿含氧量超標,銅桿變脆、延伸率下降,拉伸式樣端口顯暗紅色,結晶組織疏松。當氧含量超出8ppm時,工藝性能變差,表現為鑄造及拉伸過程中斷桿及斷線率增高。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氧銅桿導電率下降。因此,必須嚴格控制上引連鑄工藝及產品質量。

氫的影響

在上引連鑄中,氧含量控制較低,氧化物副作用降低,氫的影響成為較顯著的問題。

幸运蛋蛋吸氣后熔體中存在平衡反應:H?O(g)=[O]+2[H]。氣體及疏松是在結晶的過程中,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晶,形成的液體形狀近似錐型。銅液結晶前析出的氣體在上浮過程中被堵在凝固組織內,結晶時在鑄桿內形成氣孔。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。

氫來源于上引生產過程中的各個工藝環節,如原料電解銅的“銅綠”、輔料木炭、氣候環境潮濕、石墨結晶器未干燥等。因此,熔化爐中的銅液表面應覆蓋經烘烤的木炭,電解銅應盡量去除“銅綠”、“銅豆”“耳朵”,對提高無氧銅桿質量非常重要。

在連鑄連軋工藝中,往往采用適度控制氧含量來控制氫(Cu?O+H?=2Cu+H?O)。由于銅液在鑄造過程中是自下而上結晶,銅液中的氧和氫所產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。

5表面質量

在生產電磁線等產品的過程中,對銅桿的表面質量也需提出要求。需要拉制后的銅絲表面無毛刺、銅粉少、無油污,并通過扭轉試驗測量表面銅粉質量和扭轉后觀察銅桿的復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,當成條狀的聚集物遇模具拉伸時,就會是銅桿外表面產生毛刺,給后續的涂漆造成麻煩。低氧銅桿進口設備主要有兩種:美國南線設備,國內廠家是南京華新、江西銅業;另一種是德國CONTIROD設備,國內廠家是常州金源、天津大無縫。

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,后續亦無熱軋過程,銅桿表面無軋入表面的氧化物,質量較好,拉制后銅粉少,上述問題較少存在。

無氧銅桿也分進口設備生產和國產設備生產,但目前進口產品已無明顯優勢,生產出的銅桿產品區別不大,只要銅板選的好,生產控制穩定,國產設備也能產出可拉伸0.05的銅桿。進口設備一般是芬蘭奧托昆普的設備,國產設備較好的應該是上海的海軍廠,生產時間較長、質量可靠。

6應用

低氧銅桿和無氧銅桿都是電工用,不外乎就是電線電纜、漆包線、扁線、銅排,應用領域沒太大區別。

無氧銅桿一般用電解銅生產,電阻率和加工性能優于低氧銅桿,因此生產高要求的電工材料一般采用無氧桿,比如做漆包線,無氧桿做的肯定電阻更小,應用于電機時發熱情況肯定優于低氧桿。

制造無氧銅桿要求質量較高的原材料,一般拉制直徑>1mm的銅線時,低氧銅桿優點比較明顯,無氧銅桿顯得更為優越的是拉制直徑<0.5mm的銅線。6mm的無氧銅桿用于生產銅扁線,3mm的無氧銅桿用于拉絲,生產電線銅芯、漆包線,主要應用于電線電纜和電機。而低氧桿拉絲時,很難拉制低于0.5mm以下的細絲。

所以,現在基本上是大規格、電阻要求低的電工產品用低氧桿;小規格、電阻要求高的用無氧桿。而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。

7。價格優勢

現如今,越來越多的電纜企業傾向于采用無氧銅桿作為制作電纜的原材料。那么,與普通銅桿相比,無氧銅桿在性能上有哪些優勢呢?

“相較普通銅桿,無氧銅桿擁有更優異的延展性和更高的導電率,是電線電纜、電工電氣行業較理想的原材料。”一位無氧銅桿制造商表示。相較于普通銅桿,無氧銅桿具有純度高、含氧量低、導電率高、加工性能好等優良特性,且外觀光潔,表面圓整,無毛刺、裂紋、起皮及夾雜缺陷。

普通銅桿中往往有相當部分的氧化銅雜質,會對材料的韌性產生負面影響。而品質優良的無氧銅桿中幾乎沒有雜質的存在,具有優良的韌性。而且,優良的無氧銅桿組織均勻、晶體粗大,不但克服了普通銅桿中較常見的多孔性缺陷,還擁有著在所有線徑里較為優越的可拉性。

那么,擁有如此優異性能的無氧銅桿是否意味著高昂的價格呢?業內人士對此的回答是否定的。一方面,目前國內制作無氧銅桿主要采用的是上引法,這種主流工藝本身就具有工藝流程短、成材率高、成本低、投資少等優點,所以無氧銅桿的價格相較普通銅桿的價格不會高出太多;另一方面無氧銅制作工藝歷經近20年的發展,操作方法和工藝等均有諸多改進,如在上引法生產程序中增加精煉工序,利用上引法工頻爐溶煉生產過程中產生的廢銅線,免除了額外的加工費和運輸費。憑借完善的技術工藝和生產流程,一家成熟的無氧銅桿制造完全可以讓無氧銅桿與普通銅桿的成本相差無幾。

 

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