深度好文|沈陽(yáng)銅管廠(chǎng)家告訴你無(wú)氧銅桿和低氧銅桿的區(qū)別

經(jīng)常有人把無(wú)氧銅桿和低氧銅桿混淆，為了減少這種情況的發(fā)生，本文根據(jù)從業(yè)者多年實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)行仔細(xì)辨別的話(huà)，也可以發(fā)現(xiàn)一些可以區(qū)分它們的地方。接下來(lái)沈陽(yáng)銅管廠(chǎng)家告訴你無(wú)氧銅桿和低氧銅桿的區(qū)別。

無(wú)氧銅桿和低氧銅桿的生產(chǎn)工藝不同，根據(jù)名稱(chēng)就可以聽(tīng)出來(lái)，二者主要區(qū)別在于含氧量。這時(shí)有人要說(shuō)了，我知道一個(gè)含氧，一個(gè)不含氧。這話(huà)雖然聽(tīng)起來(lái)還挺正確，但其實(shí)是錯(cuò)的。雖然叫無(wú)氧銅，這個(gè)材料也是含氧的，只不過(guò)含量非常少，可以忽略不計(jì)。另外由于制造工藝不同，性能上也存在差別，無(wú)氧銅桿外觀更加光亮，因此在同時(shí)遇到兩種產(chǎn)品時(shí)，一般亮度比較好的就是無(wú)氧銅桿了。

1定義

以銅為原料，經(jīng)過(guò)連鑄連軋法生產(chǎn)出來(lái)含氧量200(175)-400(450)ppm之間銅桿材，被稱(chēng)為低氧銅桿。

經(jīng)過(guò)上引法生產(chǎn)，氧含量在20ppm以下生產(chǎn)的銅桿叫做無(wú)氧銅桿。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)際上含有非常微量氧和一些雜質(zhì)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，氧含量不大于0.02%，雜質(zhì)總含量不大于0.05%，銅的純度大于99.95%。根據(jù)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(dá)到99.99%，氧含量不大于0.001%；TU2無(wú)氧銅純度達(dá)到99.95%，氧含量不大于0.002%。

2生產(chǎn)工藝

銅桿是電纜行業(yè)的主要原料，其生產(chǎn)方式有兩種：連鑄連軋法、上引連鑄法。

連鑄連軋法生產(chǎn)低氧銅桿的方法較多，含氧量一般為200-400ppm。其特點(diǎn)是金屬在豎爐中融化后，銅液通過(guò)保溫爐、溜槽、中間包，從澆管進(jìn)入封閉的模腔內(nèi)，采用較大的冷卻強(qiáng)度進(jìn)行冷卻，形成鑄坯，然后進(jìn)行多道次軋制，原來(lái)的鑄造組織已經(jīng)破碎，生產(chǎn)的低氧銅桿為熱加工組織。

國(guó)內(nèi)基本全部采用上引連鑄法生產(chǎn)無(wú)氧銅桿，含氧量一般在20ppm以下。金屬在感應(yīng)電爐中融化后通過(guò)石墨模進(jìn)行上引連續(xù)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。

低氧銅桿為熱加工組織，在8mm桿時(shí)已有再結(jié)晶形式出現(xiàn)。而無(wú)氧銅桿為鑄造組織，晶粒粗大，這就是無(wú)氧銅桿再結(jié)晶溫度較高、需要較高退火溫度的原因。由于再結(jié)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(dá)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(duì)低氧銅桿還是較少，所以需要較高的退火功率。

對(duì)無(wú)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(xiàn)時(shí)的首次退火，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(duì)低氧銅和無(wú)氧銅切實(shí)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(xiàn)的柔軟性。

3含氧量

無(wú)氧及低氧桿從含氧量上容易區(qū)別，無(wú)氧銅桿含氧量在10-20ppm以下，但目前有的廠(chǎng)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(chǎn)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(tài)狀態(tài)下吸入的。而上引法生產(chǎn)無(wú)氧銅桿則相反，氧在液態(tài)銅下保持相當(dāng)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，較低可達(dá)1-2ppm。

從組織上看，低氧銅桿中的氧以氧化銅的狀態(tài)，存在于晶粒邊界附近，這對(duì)低氧銅桿來(lái)說(shuō)常見(jiàn)，但對(duì)無(wú)氧銅桿很少見(jiàn)。氧化銅以?shī)A雜形式在晶界出現(xiàn)，會(huì)對(duì)材料的韌性產(chǎn)生負(fù)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(duì)韌性有利。在無(wú)氧銅桿中多孔性是不常見(jiàn)的，但在低氧銅桿中則是常見(jiàn)的一種缺陷。

4拉制性能

銅桿的拉制性能與很多因素有關(guān)，如雜質(zhì)含量、氧含量及分布、工藝控制等。

無(wú)氧桿一般采用上引法，低氧桿是連鑄連軋。相對(duì)而言低氧桿對(duì)漆包線(xiàn)性能更適應(yīng)些，如柔軟性、回彈角、繞線(xiàn)性能，但低氧桿對(duì)拉絲條件相對(duì)要苛刻些。同樣拉伸0.2的細(xì)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)氧桿較多只能拉伸到0.1而已。當(dāng)然做的較細(xì)的如雙零二卻非得依靠進(jìn)口的無(wú)氧銅桿了。兩者都可以拉到0.015mm，但在低溫超導(dǎo)線(xiàn)中的低溫級(jí)無(wú)氧銅，其細(xì)絲間的間距只有0.001mm。

熔化方式對(duì)S等雜質(zhì)的影響

連鑄連軋法主要通過(guò)氣體的燃燒使銅桿熔化，在燃燒過(guò)程中，通過(guò)氧化和揮發(fā)作用，可特定程度減少部分雜質(zhì)進(jìn)入銅液，因此對(duì)原料要求相對(duì)較低。上引連鑄法是用感應(yīng)電爐熔化，電解銅表面的“銅綠”“銅豆”基本都會(huì)熔入到銅液中，其中熔入的S對(duì)無(wú)氧銅桿塑性影響較大，會(huì)增加拉絲斷線(xiàn)率。

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(zhuǎn)運(yùn)銅液，相對(duì)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)帶來(lái)外部夾雜。而過(guò)程中氧化物的軋入，對(duì)低氧桿的拉絲造成不利影響。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(nèi)潛流式完成，對(duì)耐火材料的沖擊不大，結(jié)晶是通過(guò)石墨模內(nèi)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(jī)會(huì)較少。

氧的分布形式及其影響

氧含量對(duì)銅桿的拉線(xiàn)性能有著明顯的影響。當(dāng)氧含量為較佳值時(shí)，銅桿斷線(xiàn)率較低。這是因?yàn)檠踉谂c大部分雜質(zhì)反應(yīng)的過(guò)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(xù)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(huì)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(huì)遭到破壞，使氧化亞銅顆粒細(xì)微化和均勻分布。氧化物顆粒聚集產(chǎn)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(xiàn)特性，較大的氧化亞銅顆粒容易造成應(yīng)力集中點(diǎn)而斷裂。

無(wú)氧銅桿含氧量超標(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(shí)，工藝性能變差，表現(xiàn)為鑄造及拉伸過(guò)程中斷桿及斷線(xiàn)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(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(jī)體脫離，導(dǎo)致銅桿的機(jī)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(wú)氧銅桿導(dǎo)電率下降。因此，必須嚴(yán)格控制上引連鑄工藝及產(chǎn)品質(zhì)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(wèn)題。

吸氣后熔體中存在平衡反應(yīng)：H?O(g)=[O]+2[H]。氣體及疏松是在結(jié)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(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(diǎn)是銅液自上而下的結(jié)晶，形成的液體形狀近似錐型。銅液結(jié)晶前析出的氣體在上浮過(guò)程中被堵在凝固組織內(nèi)，結(jié)晶時(shí)在鑄桿內(nèi)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。

氫來(lái)源于上引生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)，如原料電解銅的“銅綠”、輔料木炭、氣候環(huán)境潮濕、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(duì)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(Cu?O+H?=2Cu+H?O)。由于銅液在鑄造過(guò)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(duì)銅桿的影響較小。

5表面質(zhì)量

在生產(chǎn)電磁線(xiàn)等產(chǎn)品的過(guò)程中，對(duì)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(zhuǎn)試驗(yàn)測(cè)量表面銅粉質(zhì)量和扭轉(zhuǎn)后觀察銅桿的復(fù)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，隨著軋輥的轉(zhuǎn)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(duì)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(shí)，就會(huì)是銅桿外表面產(chǎn)生毛刺，給后續(xù)的涂漆造成麻煩。低氧銅桿進(jìn)口設(shè)備主要有兩種：美國(guó)南線(xiàn)設(shè)備，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家是南京華新、江西銅業(yè)；另一種是德國(guó)CONTIROD設(shè)備，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家是常州金源、天津大無(wú)縫。

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(xù)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(shè)備生產(chǎn)和國(guó)產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)，但目前進(jìn)口產(chǎn)品已無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)出的銅桿產(chǎn)品區(qū)別不大，只要銅板選的好，生產(chǎn)控制穩(wěn)定，國(guó)產(chǎn)設(shè)備也能產(chǎn)出可拉伸0.05的銅桿。進(jìn)口設(shè)備一般是芬蘭奧托昆普的設(shè)備，國(guó)產(chǎn)設(shè)備較好的應(yīng)該是上海的海軍廠(chǎng)，生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)、質(zhì)量可靠。

6應(yīng)用

低氧銅桿和無(wú)氧銅桿都是電工用，不外乎就是電線(xiàn)電纜、漆包線(xiàn)、扁線(xiàn)、銅排，應(yīng)用領(lǐng)域沒(méi)太大區(qū)別。

無(wú)氧銅桿一般用電解銅生產(chǎn)，電阻率和加工性能優(yōu)于低氧銅桿，因此生產(chǎn)高要求的電工材料一般采用無(wú)氧桿，比如做漆包線(xiàn)，無(wú)氧桿做的肯定電阻更小，應(yīng)用于電機(jī)時(shí)發(fā)熱情況肯定優(yōu)于低氧桿。

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)，低氧銅桿優(yōu)點(diǎn)比較明顯，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(yīng)用于電線(xiàn)電纜和電機(jī)。而低氧桿拉絲時(shí)，很難拉制低于0.5mm以下的細(xì)絲。

所以，現(xiàn)在基本上是大規(guī)格、電阻要求低的電工產(chǎn)品用低氧桿；小規(guī)格、電阻要求高的用無(wú)氧桿。而音響線(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)。

7.價(jià)格優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)如今，越來(lái)越多的電纜企業(yè)傾向于采用無(wú)氧銅桿作為制作電纜的原材料。那么，與普通銅桿相比，無(wú)氧銅桿在性能上有哪些優(yōu)勢(shì)呢？

“相較普通銅桿，無(wú)氧銅桿擁有更優(yōu)異的延展性和更高的導(dǎo)電率，是電線(xiàn)電纜、電工電氣行業(yè)較理想的原材料?！币晃粺o(wú)氧銅桿制造商表示。相較于普通銅桿，無(wú)氧銅桿具有純度高、含氧量低、導(dǎo)電率高、加工性能好等優(yōu)良特性，且外觀光潔，表面圓整，無(wú)毛刺、裂紋、起皮及夾雜缺陷。

普通銅桿中往往有相當(dāng)部分的氧化銅雜質(zhì)，會(huì)對(duì)材料的韌性產(chǎn)生負(fù)面影響。而品質(zhì)優(yōu)良的無(wú)氧銅桿中幾乎沒(méi)有雜質(zhì)的存在，具有優(yōu)良的韌性。而且，優(yōu)良的無(wú)氧銅桿組織均勻、晶體粗大，不但克服了普通銅桿中較常見(jiàn)的多孔性缺陷，還擁有著在所有線(xiàn)徑里較為優(yōu)越的可拉性。

那么，擁有如此優(yōu)異性能的無(wú)氧銅桿是否意味著高昂的價(jià)格呢？業(yè)內(nèi)人士對(duì)此的回答是否定的。一方面，目前國(guó)內(nèi)制作無(wú)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(yōu)點(diǎn)，所以無(wú)氧銅桿的價(jià)格相較普通銅桿的價(jià)格不會(huì)高出太多；另一方面無(wú)氧銅制作工藝歷經(jīng)近20年的發(fā)展，操作方法和工藝等均有諸多改進(jìn)，如在上引法生產(chǎn)程序中增加精煉工序，利用上引法工頻爐溶煉生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢銅線(xiàn)，免除了額外的加工費(fèi)和運(yùn)輸費(fèi)。憑借完善的技術(shù)工藝和生產(chǎn)流程，一家成熟的無(wú)氧銅桿制造完全可以讓無(wú)氧銅桿與普通銅桿的成本相差無(wú)幾。