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经常有人把无氧铜杆和低氧铜杆混淆，为了减少这种情况的发生，本文根据从业者多年实际使用经验，帮助大家正确判断。二者绝不是一个材料，在性能上有着非常大的差别。如果对外观进行仔细辨别的话，也可以发现一些可以区分它们的地方。 无氧铜杆和低氧铜杆的生产工艺不同，根据名称就可以听出来，二者主要区别在于含氧量。这时有人要说了，我知道一个含氧，一个不含氧。这话虽然听起来还挺正确，但其实是错的。虽然叫无氧铜，这个材料也是含氧的，只不过含量非常少，可以忽略不计。另外由于制造工艺不同，性能上也存在一定差别，无氧铜杆外观更加光亮，因此在同时遇到两种产品时，一般亮度比较好的就是无氧铜杆了。 1 定义 以铜为原料，经过连铸连轧法生产出来含氧量200(175)-400(450)ppm之间铜杆材，被称为低氧铜杆。 经过上引法生产，氧含量在20ppm以下生产的铜杆叫做无氧铜杆。无氧铜杆是不含氧也不含任何脱氧剂残留物的纯铜，但实际上含有非常微量氧和一些杂质。按标准规定，氧含量不大于0.02%，杂质总含量不大于0.05%，铜的纯度大于99.95%。根据含氧量和杂质含量，无氧铜杆又分为TU1和TU2铜杆。TU1无氧铜杆纯度达到99.99%，氧含量不大于0.001%；TU2无氧铜纯度达到99.95%，氧含量不大于0.002%。 2 生产工艺 铜杆是电缆行业的主要原料，其生产方式有两种：连铸连轧法、上引连铸法。 连铸连轧法生产低氧铜杆的方法较多，含氧量一般为200-400ppm。其特点是金属在竖炉中融化后，铜液通过保温炉、溜槽、中间包，从浇管进入封闭的模腔内，采用较大的冷却强度进行冷却，形成铸坯，然后进行多道次轧制，原来的铸造组织已经破碎，生产的低氧铜杆为热加工组织。 国内基本全部采用上引连铸法生产无氧铜杆，含氧量一般在20ppm以下。金属在感应电炉中融化后通过石墨模进行上引连续铸造，之后进行冷轧或冷加工，生产的无氧铜杆为铸造组织。 低氧铜杆为热加工组织，在8mm杆时已有再结晶形式出现。而无氧铜杆为铸造组织，晶粒粗大，这就是无氧铜杆再结晶温度较高、需要较高退火温度的原因。由于再结晶发生在晶粒边界附近，无氧铜杆组织晶粒粗大，晶粒尺寸甚至能达几个毫米，因而晶粒边界少，即使通过拉制变形，但晶粒边界相对低氧铜杆还是较少，所以需要较高的退火功率。 对无氧铜成功的退火要求是：由杆经拉制，但尚未铸造组织的线时的第一次退火，其退火功率应比同样情况的低氧铜高10-15%。经继续拉制，在以后阶段的退火功率应留有足够的余量和对低氧铜和无氧铜切实区别执行不同的退火工艺，以保证在制品和成品导线的柔软性。 3 含氧量 无氧及低氧杆从含氧量上容易区别，无氧铜杆含氧量在10-20ppm以下，但目前有的厂家只能做到50ppm以下。低氧铜杆在200-400ppm，好的铜杆一般含氧量控制在250ppm左右。 生产铜杆的阴极铜含氧量一般在10-50ppm，在常温下氧在铜中的固溶度约2ppm。低氧铜杆的含氧量一般在200(175)-400(450)ppm，因此氧是在铜液态状态下吸入的。而上引法生产无氧铜杆则相反，氧在液态铜下保持相当时间后，被还原而脱去，通常这种杆的含氧量都在10-50ppm以下，最低可达1-2ppm。 从组织上看，低氧铜杆中的氧以氧化铜的状态，存在于晶粒边界附近，这对低氧铜杆来说常见，但对无氧铜杆很少见。氧化铜以夹杂形式在晶界出现，会对材料的韧性产生负面影响。而无氧铜中的氧很低，所以这种铜的组织是均匀的单相组织，对韧性有利。在无氧铜杆中多孔性是不常见的，但在低氧铜杆中则是常见的一种缺陷。 4 拉制性能 铜杆的拉制性能与很多因素有关，如杂质含量、氧含量及分布、工艺控制等。 无氧杆一般采用上引法，低氧杆是连铸连轧。相对而言低氧杆对漆包线性能更适应些，如柔软性、回弹角、绕线性能，但低氧杆对拉丝条件相对要苛刻些。同样拉伸0.2的细丝，如果伸线条件不好，普通的无氧杆可拉，而好的低氧杆就断线；但如果放在好的伸线条件，同样的杆子，低氧杆说不定就能拉到双零五，而普通无氧杆最多只能拉伸到0.1而已。当然做的最细的如双零二却非得依靠进口的无氧铜杆了。两者都可以拉到0.015mm，但在低温超导线中的低温级无氧铜，其细丝间的间距只有0.001mm。 ▎熔化方式对S等杂质的影响 连铸连轧法主要通过气体的燃烧使铜杆熔化，在燃烧过程中，通过氧化和挥发作用，可一定程度减少部分杂质进入铜液，因此对原料要求相对较低。上引连铸法是用感应电炉熔化，电解铜表面的“铜绿”“铜豆”基本都会熔入到铜液中，其中熔入的S对无氧铜杆塑性影响极大，会增加拉丝断线率。 ▎铸造过程中杂质的进入 在生产过程中，连铸连轧工艺需通过保温炉、溜槽、中间包转运铜液，相对容易造成耐火材料的剥落，在轧制过程中需要通过轧辊，造成铁质的脱落，会带来外部夹杂。而过程中氧化物的轧入，对低氧杆的拉丝造成不利影响。上引连铸法生产工艺流程较短，铜液是通过联体炉内潜流式完成，对耐火材料的冲击不大，结晶是通过石墨模内进行，所以过程中可能产生的污染源较少，杂质进入的机会较少。 ▎氧的分布形式及其影响 氧含量对铜杆的拉线性能有着明显的影响。当氧含量为最佳值时，铜杆断线率最低。这是因为氧在与大部分杂质反应的过程中都起到清除器的作用。适度的氧还有利于去除铜液中的氢，生成水蒸气溢出，减少气孔的形成。 低氧铜杆氧化物的分布：在连续浇铸中凝固的最初阶段，散热速率和均匀冷却是决定铜杆氧化物分布的主要因素。不均匀冷却会引起铜杆内部结构本质上的差异，但后续的热加工，柱状晶通常会遭到破坏，使氧化亚铜颗粒细微化和均匀分布。氧化物颗粒聚集产生的典型情况是中心爆裂。除氧化物颗粒分布的影响外，具有较小氧化物颗粒的铜杆显示出较好的拉线特性，较大的氧化亚铜颗粒容易造成应力集中点而断裂。 无氧铜杆含氧量超标，铜杆变脆、延伸率下降，拉伸式样端口显暗红色，结晶组织疏松。当氧含量超出8ppm时，工艺性能变差，表现为铸造及拉伸过程中断杆及断线率极具增高。这是由于氧能与铜生成氧化亚铜脆性相，形成铜-氧化亚铜共晶体，以网状组织分布在境界上。这种脆性相硬度高，在冷变形时将会与铜机体脱离，导致铜杆的机械性能下降，在后续加工中容易造成断裂现象。氧含量高还能导致无氧铜杆导电率下降。因此，必须严格控制上引连铸工艺及产品质量。 ▎氢的影响 在上引连铸中，氧含量控制较低，氧化物副作用降低，氢的影响成为较显着的问题。 吸气后熔体中存在平衡反应：H₂O(g)=[O]+2[H]。气体及疏松是在结晶的过程中，氢从过饱和的溶液中析出并聚集而形成的。在结晶前析出的氢又可还原氧化亚铜而生成水气泡。由于上引铸造的特点是铜液自上而下的结晶，形成的液体形状近似锥型。铜液结晶前析出的气体在上浮过程中被堵在凝固组织内，结晶时在铸杆内形成气孔。上引的含气量少时，析出的氢存在于晶界处，形成疏松；含气量多时，则聚集成气孔，因此，气孔和疏松是氢气和水蒸气两者形成的。 氢来源于上引生产过程中的各个工艺环节，如原料电解铜的“铜绿”、辅料木炭、气候环境潮湿、石墨结晶器未干燥等。因此，熔化炉中的铜液表面应覆盖经烘烤的木炭，电解铜应尽量去除“铜绿”、“铜豆”“耳朵”，对提高无氧铜杆质量非常重要。 在连铸连轧工艺中，往往采用适度控制氧含量来控制氢(Cu₂O+H₂=2Cu+H₂O)。由于铜液在铸造过程中是自下而上结晶，铜液中的氧和氢所产生的水蒸气很容易上浮跑出，铜液中的氢大部分能被有效去除，因而对铜杆的影响较小。 5 表面质量 在生产电磁线等产品的过程中，对铜杆的表面质量也需提出要求。需要拉制后的铜丝表面无毛刺、铜粉少、无油污，并通过扭转试验测量表面铜粉质量和扭转后观察铜杆的复原情况来判定其好坏。 在连铸连轧过程中，从铸造到轧制前，温度高，完全暴露于空气中，使铸坯表面形成较厚的氧化层，在轧制过程中，随着轧辊的转动，氧化物颗粒轧入铜线表面。由于氧化亚铜是高熔点脆性化合物，对于轧入较深的氧化亚铜，当成条状的聚集物遇模具拉伸时，就会是铜杆外表面产生毛刺，给后续的涂漆造成麻烦。低氧铜杆进口设备主要有两种：美国南线设备(SOUTHWIRE)，国内厂家是南京华新、江西铜业；另一种是德国CONTIROD设备，国内厂家是常州金源、天津大无缝。 而上引连铸工艺制造的无氧铜杆，由于铸造和冷却完全与氧隔绝，后续亦无热轧过程，铜杆表面无轧入表面的氧化物，质量较好，拉制后铜粉少，上述问题较少存在。 无氧铜杆也分进口设备生产和国产设备生产，但目前进口产品已无明显优势，生产出的铜杆产品区别不大，只要铜板选的好，生产控制稳定，国产设备也能产出可拉伸0.05的铜杆。进口设备一般是芬兰奥托昆普的设备，国产设备最好的应该是上海的海军厂，生产时间最长、质量可靠。 6 应用 低氧铜杆和无氧铜杆都是电工用，不外乎就是电线电缆、漆包线、扁线、铜排，应用领域没太大区别。 无氧铜杆一般用电解铜生产，电阻率和加工性能优于低氧铜杆，因此生产高要求的电工材料一般采用无氧杆，比如做漆包线，无氧杆做的肯定电阻更小，应用于电机时发热情况肯定优于低氧杆。 制造无氧铜杆要求质量较高的原材料，一般拉制直径>1mm的铜线时，低氧铜杆优点比较明显，无氧铜杆显得更为优越的是拉制直径<> 所以，现在基本上是大规格、电阻要求低的电工产品用低氧杆；小规格、电阻要求高的用无氧杆。而音响线一般反而喜欢用无氧杆， 这和无氧杆是单晶铜、低氧杆是多晶铜有关。 现如今，越来越多的电缆企业倾向于采用无氧铜杆作为制作电缆的原材料。那么，与普通铜杆相比，无氧铜杆在性能上有哪些优势呢？ “相较普通铜杆，无氧铜杆拥有更优异的延展性和更高的导电率，是电线电缆、电工电气行业最理想的原材料。”一位资深无氧铜杆制造商表示。相较于普通铜杆，无氧铜杆具有纯度高、含氧量低、导电率高、加工性能好等优良特性，且外观光洁，表面圆整，无毛刺、裂纹、起皮及夹杂缺陷。 普通铜杆中往往有相当部分的氧化铜杂质，会对材料的韧性产生负面影响。而品质优良的无氧铜杆中几乎没有杂质的存在，具有优良的韧性。而且，优良的无氧铜杆组织均匀、晶体粗大，不但克服了普通铜杆中最常见的多孔性缺陷，还拥有着在所有线径里最为优越的可拉性。 那么，拥有如此优异性能的无氧铜杆是否意味着高昂的价格呢？业内人士对此的回答是否定的。一方面，目前国内制作无氧铜杆主要采用的是上引法，这种主流工艺本身就具有工艺流程短、成材率高、成本低、投资少等优点，所以无氧铜杆的价格相较普通铜杆的价格不会高出太多；另一方面无氧铜制作工艺历经近20年的发展，操作方法和工艺等均有诸多改进，如在上引法生产程序中增加精炼工序，利用上引法工频炉溶炼生产过程中产生的废铜线，免除了额外的加工费和运输费。凭借完善的技术工艺和生产流程，一家成熟的无氧铜杆制造完全可以让无氧铜杆与普通铜杆的成本相差无几。 - End - |
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