低氧铜杆干货｜低氧铜杆和无氧铜杆性能的区别

简介:由于生产铜棒的工艺不同，生产出来的铜棒含氧量和外观也不同。向上引入产生的铜棒，如果氧含量低于10ppm，称为无氧铜棒；连铸生产的铜棒在保护条件下热轧，氧含量在200-500ppm范围内，但有时高达700ppm。一般来说，这种方法生产的铜外观光亮，铜棒含氧量低，有时称为光杆。

无氧铜棒

铜杆是电缆行业的主要原料，主要有两种生产方法——连铸连轧法和向上连铸法。连铸连轧低氧铜棒的生产方法有很多，其特点是金属在竖炉中熔化后，铜液通过保温炉、溜槽和中间包，从浇注管进入封闭的型腔，经大冷却强度冷却形成铸坯，然后进行多次轧制。生产的低氧铜棒为热加工结构，原有的铸造结构已被打破，氧含量一般在200-400 ppm之间。国内基本采用向上连铸法生产无氧铜杆。在感应炉中熔化后，金属通过石墨模具向上拉伸连续铸造，然后冷轧或冷加工。生产的无氧铜杆为铸造结构，含氧量一般在20ppm以下。由于制造工艺的不同，在组织结构、氧含量分布、杂质的形式和分布等许多方面都有很大的差异。

一、绘图性能

铜棒的拉拔性能与杂质含量、氧含量及分布、工艺控制等诸多因素有关。从以上几个方面分析了铜棒的拉拔性能。

1.熔化方式对s等杂质的影响

连铸连轧生产的铜棒主要靠燃气熔化。在燃烧过程中，一些杂质可以通过氧化和挥发在一定程度上还原成铜液。因此，连铸连轧法对原材料的要求相对较低。无氧铜杆采用向上连铸生产。因为是感应炉熔化的，所以电解铜表面的“铜锈”和“铜豆”基本都熔化成了铜液。其中，熔化的S对无氧铜杆的塑性影响较大，会增加断丝率。

2.铸造过程中进入的杂质

在生产过程中，连铸连轧过程需要通过保温炉、溜槽和中间包输送铜液，相对容易造成耐火材料剥落。在轧制过程中，它需要通过轧辊，导致铁脱落和外部夹杂物到铜杆上。然而，在热轧过程中，氧化皮在表皮上和表皮下的滚入将对低氧杆的拉拔产生不利影响。上向连铸工艺流程短，铜液在组合炉内潜流完成，对耐火材料影响小，结晶通过石墨模具进行，可能的污染源少，杂质进入的机会少。

o、S、P是能与铜生成化合物的元素。在熔融的铜中，氧可以溶解一部分，但铜凝结时，氧几乎不溶于铜。在熔融状态下溶解的氧以铜=氧化亚铜共晶的形式沉淀，并分布在晶界上。铜-氧化亚铜共晶的出现显著降低了铜的塑性。

硫可以溶解在熔融的铜中，但在室温下其溶解度几乎降至零。在晶界以硫化亚铜的形式出现，会显著降低铜的塑性。

3.低氧铜棒和无氧铜棒中氧的分布及影响

氧含量对低氧铜棒的拉伸性能有明显的影响。当氧含量增加到最佳值时，铜棒的断裂速率最低。这是因为在与大多数杂质反应的过程中，氧起着清除剂的作用。适量的氧气也有利于铜液除氢，产生水蒸气溢出，减少气孔的形成。最佳氧含量为拉伸过程提供了最佳条件。

低氧铜棒中氧化物的分布:在连铸凝固初期，散热率和均匀冷却是决定铜棒中氧化物分布的主要因素。冷却不均匀会导致铜棒内部结构的本质区别，但在后续的热加工中通常会破坏柱状晶，使氧化亚铜颗粒细小均匀分布。氧化物颗粒聚集导致的典型情况是中心破裂。除了氧化物颗粒分布的影响，氧化物颗粒越小的铜棒表现出越好的拔出特性，而氧化亚铜颗粒越大则容易造成应力集中点和断裂。

无氧铜含氧量超标，铜杆变脆，延伸率下降，拉伸口呈暗红色，晶体结构疏松。当氧含量超过8ppm时，工艺性能变差，这表明在铸造和拉拔过程中断杆和断丝率大大增加。这是因为氧可以与铜形成氧化亚铜脆性相，形成铜-氧化亚铜共晶，以网状结构分布在边界。这种脆性相具有较高的硬度，在冷变形过程中会与铜体分离，导致铜棒力学性能下降，在后续加工中容易造成断裂。含氧量高也会导致无氧铜杆电导率下降。因此，向上连铸工艺和产品质量必须严格控制。

4.氢的影响

在向上连铸中，氧含量的控制较低，氧化物的副作用减少，但氢的影响成为更显著的问题。吸入后熔体中存在平衡反应:H2O(g)=[o]+2[h]；

气体和孔隙是由氢在结晶过程中从过饱和溶液中沉淀和聚集而形成的。结晶前析出的氢气可以还原氧化亚铜，产生气泡。由于向上铸造的特征是铜液体从顶部到底部结晶，形成的液体的形状近似圆锥形。铜液结晶前析出的气体在漂浮过程中被堵塞在凝固组织中，结晶时在铸棒中形成气孔。当气体含量较小时，析出的氢存在于晶界并形成疏松；当气体含量高时，聚集成孔隙。因此，孔隙和孔隙是由氢气和水蒸气共同形成的。

氢气来自向上生产过程中的每一个工艺环节，如原料电解铜的“铜锈”、辅料木炭、气候与环境、未干燥的石墨结晶器等。因此，熔炉内的熔铜表面应覆盖烤炭，电解铜中应尽量去除“铜锈”、“铜豆”和“穗”，这对提高无氧铜棒的质量至关重要。

在连铸连轧过程中，经常通过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自下而上结晶，铜液中的氧气和氢气产生的水蒸气很容易漂浮出来，铜液中的大部分氢气可以有效去除，对铜棒的影响很小。

二、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有要求。待拉拔的铜线表面无毛刺，铜粉少，无油污。通过扭转试验测定表面铜粉的质量，扭转后观察铜棒的回复情况，判断其质量。

在连铸连轧过程中，从浇铸到轧制，温度很高，完全暴露在空气体中，使板坯表面形成一层很厚的氧化层。在轧制过程中，随着轧辊的旋转，氧化物颗粒被轧制到铜线表面。由于氧化亚铜是一种高熔点的脆性化合物，当轧制成较深的氧化亚铜时，作为条状集合体，会在铜棒外表面产生毛刺，给后续涂装带来麻烦。

连铸工艺制造的无氧铜杆在铸造和冷却过程中完全隔绝氧气，后续没有热轧工艺。铜棒表面无氧化成卷表面，质量较好。拉拔后的铜粉少，所以上述问题少。

无氧铜杆也是进口设备和国产设备做的，但是目前进口产品没有明显的优势，铜杆产品差别不是很大。只要铜板选得好，生产控制稳定，国产设备也能生产抗拉强度为0.05的铜棒。进口设备一般是芬兰奥托昆普的设备，国内最好的设备应该是上海的海军工厂，生产时间最长，质量可靠。

世界上低氧铜棒的进口设备主要有两种，一种是美国的SOUTHWIRE设备，另一种是德国的CONTIROD设备，国内生产厂家是常州金源和天津大鸿峰。

无氧和低氧棒的含氧量很容易区分。无氧铜在10-20 PPM以下，但有些厂家只能做到50 PPM以下。低氧铜棒的含氧量为200-400 PPM。好棒一般控制在250 PPM左右。无氧棒一般采用上引法，低氧棒是连铸连轧。相对来说，低氧棒更适合漆包线的特性，比如柔韧性。卷绕性能。而低氧棒对拉伸条件相对苛刻，也是拉伸0.2丝。如果拉拔条件不好，普通的无氧杆会拉，好的无氧杆会断。但如果放在拉拔条件好的情况下，同样的杆，低氧杆可能会被拉到双零五，而普通无氧杆最多只能拉伸到0.1。当然最好的，比如双零二，还得靠进口的无氧铜杆。目前有企业尝试过。

低氧铜棒

一般来说，音频线更喜欢使用无氧棒，这与无氧棒是单晶铜，低氧棒是多晶铜有关。

低氧铜棒和无氧铜棒由于制造方法不同，各有特点。

一、关于氧气的吸入和排出及其存在状态

用于生产铜棒的阴极铜的氧含量一般为10-50 ppm，常温下氧在铜中的固溶度约为2ppm。低氧铜棒的含氧量一般为200 (175)-400 (450) ppm，所以氧气是以铜的液态吸入的。然而，在铜的液态状态下保持相当一段时间后，氧被还原和去除。一般这种棒的含氧量在10-50 ppm以下，最低1-2pm。从组织的角度来看，在低氧铜中，氧化铜作为夹杂物出现在晶界上对材料的韧性有负面影响。而无氧铜中的氧含量很低，所以这种铜的显微组织均匀、单相，有利于韧性。气孔在无氧铜杆中不常见，但在贫氧铜杆中是一种常见的缺陷。

二、热轧结构与铸造结构的区别

由于热轧的原因，低氧铜杆的组织属于热加工组织，原有的铸造组织已经断裂，在8mm时已经出现再结晶，而无氧铜杆属于晶粒粗大的铸造组织，这是无氧铜再结晶温度较高，需要较高退火温度的内在原因。这是因为再结晶发生在晶界附近，无氧铜棒的晶粒尺寸甚至高达几毫米，所以晶界很少。即使拉拔变形，晶界仍小于无氧铜棒，因此需要更高的退火功率。无氧铜成功退火的要求是，当线材从棒中拉出但尚未铸造时，第一次退火的退火功率比相同情况下的无氧铜高10-15%。连续拉拔后，后期退火功率要留有足够的余量，低氧铜和无氧铜要进行不同的退火工艺，以保证过程中和成品线材的柔性。

第三，夹杂物、氧含量波动、表面氧化物之间的差异和可能的热轧缺陷

在所有线径下，无氧铜杆的拉拔性能都优于低氧铜杆。除上述结构原因外，无氧铜杆夹杂物少，氧含量稳定，没有热轧可能产生的缺陷，杆表面氧化物厚度可达≤15A。在连铸连轧过程中，如果工艺不稳定，氧监测不严格，氧含量不稳定会直接影响棒材的性能。如果在后处理的连续清洗中可以补偿棒表面的氧化物，那么很麻烦的是，相当多的氧化物存在于表皮之下，对断丝有更直接的影响。因此，为了减少拉制微丝和超细丝时的断丝，有时需要对铜棒剥离采取必要的措施，甚至是二次剥离的原因，目的是去除皮下氧化物。

第四，低氧铜棒的韧性不同于无氧铜棒

两者都可以拉到0.015mm，但是低温超导线材中低温级无氧铜的细丝间距只有0.001 mm .

5.从制棒原料到制线，经济上是有差别的。

制造无氧铜杆需要高质量的原材料。一般拉拔直径> 1mm的铜线，低氧铜棒的优势明显，无氧铜棒的优势在于拉拔直径为

6.低氧铜棒的制造工艺不同于无氧铜棒。

低氧铜杆的制线工艺不能照搬到无氧铜杆的制线工艺，至少两者的退火工艺是不一样的。因为线材的柔软度受材料成分、制棒、制线、退火工艺的影响很深，不能简单地说低氧铜或无氧铜软硬。

附:低氧铜棒和无氧铜棒简介

1.低氧铜棒

低氧铜棒是一种什么铜棒？低氧铜棒的生产工艺是怎样的？缺氧铜棒有哪些简介？先看低氧铜棒的定义:以铜为原料，通过连铸连轧生产出含氧量在200 (175)到400 (450) ppm之间的铜棒。

简要介绍了低氧铜棒的定义，然后介绍了低氧铜棒的相关内容。

低氧铜棒简介——低氧铜棒的工艺流程；

低氧铜棒采用连铸连轧工艺生产，包括电解铜→竖炉→保温炉→铸造机→连轧机→清理→收棒机→成品(ф8mm)电解铜连续加料。竖炉连续熔化后放出铜水，用铸造机浇铸成大截面梯形锭，再热轧成ф8铜杆坯。

技术缺陷:

(1)竖炉:a .由于竖炉体积小，电解铜边加入边熔化，熔化的铜水没有充分还原的条件。b .整个熔炼过程和出铜过程都离不开氧气，所以含氧量很高。C .熔化铜的燃料通常是气体。在气体燃烧过程中，会直接影响铜液化的薛城分公司，对硫、氢等影响较大。

(2)铸造机:铸造机的结晶轮将铜液变成固体时，无法进行隔氧，因此在铸造过程中第二次吸收了大量的氧气。

(3)温度控制:a .铜液温度由于轧制量大，因素多，不易控制。轧机的钢锭温度，应控制在850℃。上下偏差越大，对铜杆质量的影响越大，难以控制。轧机铜杆的温度应控制在600℃。上下偏差越大，对铜棒质量的影响越大。由于之前程序的限制，该温度也难以控制。d整个过程有很多环节，某个环节稍有问题就会影响温控。

(4)其他:a .由于上述缺陷，铜杆质量会不稳定，所以标准规定低氧铜杆连铸连轧出厂前必须做扭转试验。但是有的厂家根本不做，或者按规定分批做(每批不超过60吨)，或者把不合格的批次倒过来出厂。b .含氧量高会影响拉拔过程，铜线会越来越硬，中间会加退火。含氧量高也会影响电导率。c .为了解决工艺缺陷，需要尽可能提高机组的性能，所以单价比较贵。比如美国南线公司2.4 ~ 4万吨机组年产量690万美元，德国克虏伯公司更贵。而用户自己的配套设施就要花费几十万或者几百万美元。

该工艺的优点:(1)产量高，一般小型机组的产量可达每小时10 ~ 14吨。(2)铜杆卸线采用梅花型，方便拉线器放线。(3)卷取重量大，一般每卷可达4吨。

低氧铜棒简介——铜棒生产技术；

1.浸涂成型法:可生产出导电率为101 ~ 102% iacs、氧含量低于20ppm、铜杆环重3.5 ~ 10吨的细长光亮无氧铜杆。

浸入式成型利用冷铜棒的吸热能力，用较细的冷纯铜芯棒(或种棒)垂直穿过只能保持一定液面的铜池，使铜水和移动的种棒表面的铜熔合在一起，逐渐凝固结合成较粗的铸造铜棒，然后冷却、热轧、冷却、缠绕成环，整个过程在惰性气体保护下封闭。

2.上引冷轧法:可生产导电率为101 ~ 101.6% IACS、氧含量低于10ppm、铜棒环重2吨的光亮无氧铜长棒。

使用管状铜套(即石墨结晶器)，其下端伸入并浸没在熔融铜表面之下，上端与真空泵连通。开始时，从结晶器中抽出真空，在真空泵的作用下，管内产生负压，铜液慢慢被向上吸引，在提升器附近迅速凝固成光亮的铸锭。然后冷轧或冷拉成棒。上引法生产的铜棒含氧量在10ppm以下，表面光亮。

3.连铸连轧法:可生产导电率101 ~ 102% IACS、含氧量200 ~ 300 ppm、铜杆环重5吨的长光亮低氧铜杆。

4.活套轧制法:生产出氧化皮短长度黑铜棒，导电率99.5 ~ 100.5% IACS，含氧量200 ~ 500 ppm，铜棒环重仅86 ~ 136 kg。(受船形铜锭重量限制)

低氧铜棒简介——低氧铜棒的牌号和特点；

低氧铜棒有三个等级，分别是T1、T2和T3。低氧铜杆是热轧的，所以是软杆，代号r。

(1) T1:以高纯电解铜为原料(铜含量大于99.9975%)生产低氧铜棒。

(2) T2:以1#电解铜为原料(铜含量大于99.95%)生产低氧铜棒。