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【摘 要】连铸连轧低氧铜线杆和无氧铜线杆在各个领域应用都非常广泛，但制造工艺的不同会导致铜线杆组织结构和力学性能的差异，这些差异最终反应到铜线杆的加工性能上。本文以自身生产实践和理论研究，就工艺方法对铜线杆组织结构和加工性能的影响进行了具体的分析，为铜线杆的工艺方法改进提供了有效的技术支撑。
【关键词】铜线材；工艺方法；组织结构；力学性能
1引言
铜线杆是电线电缆行业的最重要的原料之一，主要有低氧铜杆和无氧铜杆两类，通常采用连铸连轧的方式制造。铜线杆的制造工艺通常也可以分为两类，一类是制造低氧铜线杆的方法，如SCR法，Properzi法和Contirrod法等，其主要特点是将熔化的金属从浇管进入到事先准备好的封闭金属模腔中，冷却后经过多次轧制后形成铜线杆，含氧量在200-400μg/g到400μg/g之间，另一类是铸造无氧铜杆的方法，如Upcast上引连铸法，即金属在感应电炉中熔化后在石墨模上进行上引连续铸造，加工处理的铜线杆含氧量在0.2μg/g以下。在实际生产中，各种制造工艺的不同对铜线材的组织结构和力学性能有着重要的影响，本文根据自身实践，对不同加工工艺的铜线杆在退火性能、拉伸性能以及表面质量的影响进行具体的论述，为铜线杆的生产工艺选择提供了有效的技术支撑，同时为铜线杆的质量改进提供了有效的技术借鉴。
2工艺方法对铜线杆的组织及力学性能的影响分析
2.1铜线杆的制造工艺方法简介
目前国内铜线杆铸造方法很多，常用的有美国南方线材公司的SCR法、意大利康梯纽斯公司的Properzi法、德国SMS MEER公司的Contirod法以及Upcst上引铸造法，其中前三种铸造方法的设备组成基本相同，但铸造机和连轧机的结构、装机水平、自动化水平差别很大，下面对这几种工艺方法进行具体的阐述。
SCR法是美国南方线材公司在上世纪60年代发明，主要特点是：铸造机为五轮式，铸轮上有铜制结晶环和环绕钢带形成铸模，由于铸柸为梯形断面，且正前方无钢带阻挡，所以铸柸的截面可以增大，但是铸柸有一定的弯曲弧度，轧制钱需要校直，表面会出现微裂纹，而轧机是摩根二辊无扭转悬臂轧机，有平、立轧辊交替布置，轧辊互换性好，换辊方便。
Contirod法是德国克虏伯公司发明的，主要特点是：采用上下钢带与两侧青铜挡块链组成矩形模腔的双带式铸造机，产品质量好，可生产大断面铸柸，产品规格范围较宽，晶粒细，含氧量低，但是设备较为复杂，维护费用较贵，而轧机采用了对称调节轧辊，寿命时间长。
Properzi法是意大利抗梯纽斯公司在20世纪70年代发明的，其主要特点是：采用二轮式铸造机和三辊Y型轧机，二轮式铸造机采用导向轮、铸造轮和环形钢带结构，结构简单、紧凑，更换钢带快捷方便，铸柸断面为梯形，由于铸柸引出后需要偏转5°到8°，所以铸柸表面易产生裂纹，降低产品质量，而三辊Y型轧机采用二辊轧机和三辊轧机组合结构，有利于改善轧件组织结构，使轧件受力均匀、尺寸精度高，但轧辊维修和更换都比较困难
Upcast上引铸造法是使用铸造直接生产线杆，不适用轧机，其特点是：采用水冷的管状石墨模插入熔融的铜水中，使其凝固，并从上方凝固的铸杆引出，流程短、速度快、成本低，适合生产无氧铜杆。
2.2制造工艺对铜线杆组织结构和力学性能的影响分析
不同的铸造工艺对铜线杆在组织结构、氧含量、杂质分布以及力学性能上有着很大的差异， SCR法与Upcast法的制造工艺的主要区别为：（1）SCR法采用的熔化方式竖炉，Upcast法采用的感应电炉，前者可以通过燃烧去掉大部分杂质，保证成分稳定，后者容量小，不能烧去杂质，成分波动大；（2）SCR法通过保温炉、溜槽、中间包的方式转运，Upcast在感应炉内部流动，前者在转运过程中有耐火材料、表皮等剥落的二次污染，后者没有；（3）SCR法采用轮带式铸模，会有氧化粒子混入，Upcast法采用石墨模，密封性强，不会有氧化粒子混入，但内部气体难以排出，容易造成疏松、气孔的缺陷；（4）SCR法采用轧制和酒精酸洗，轧制过程中表面会有氧化物生产，酸洗过程中会有表面氧化层剥落，Upcast法不进行轧制和酸洗，不会产生此类缺陷。此外，原材料的不同、加工设备的区别都会造成铜线材的结构区别，但制造工艺不同对铜线杆质量的影响最终反应在铜线杆的性能和质量上，下面从拉制性能、退火性能和表面质量三个方面进行具体的论述。
首先，铜线杆的拉制性能与许多因素相关，如杂质、氧元素的含量及分布。为了更好的保证铜线杆的质量，在制造过程中应该严格控制电解铜的杂质含量，采用SCR法的竖炉加工，由于氧化和挥发可以减少一部分杂质进入，而Upcast法的感应炉是密闭的，不能去除，而且感应炉的容量较小，在连续加工过程中铜线杆的成分会有波动；在生产过程中，SCR法采用保温炉、溜槽、中间包的形式进行转移，由于耐火材料的脱落、轧辊表皮的脱落等会给铜线杆带来二次杂质混入，而UPcast法的转运在联合炉内完成，结晶也在石墨模中进行，完全与氧隔绝，生产过程中混入杂质的可能性较小；氧元素的含量对铜线杆的拉伸性能影响很大，SCR法制造工艺在竖炉内烧去了大量的杂质，同时去掉了部分氧元素，但在后续的加工中仍有氧元素混入，从而造成成型的铜线杆中含有一定量的氧元素，而Upcast法制造工艺的后期处理属于密封状态，不会混入氧元素，所以可以加工出无氧铜线杆，无氧铜线杆的延展性好，可以加工出较细的铜丝；在Upcast法制造工艺中，氧含量较低，氧的副作用减少了，氢的影响却大大增加了，氢在铜液中的溶解度较大，在加工过程中很容易与氧化铜反应生成水蒸气，水蒸气在密封加工中无法排出，最终导致铜线杆有气孔和铜质疏松，而SCR法制造工艺生产的水蒸气很容易上浮跑出，不会造成此类影响。
其次，铜线杆的退火性能主要受到铜线杆中的氧元素含量的影响。在SCR法制造工艺中，铜线杆要经过热轧工艺，组织结构属于热变形组织，原来的铸造组织结构已经破碎，是以再结晶的形式出现的，而Upcast法制造工藝属于铸造组织，晶粒较为粗大，晶粒边界较少，所以SCR法加工的低氧铜线杆的退火性能要优于Upcast法加工的无氧铜线杆，在进行无氧铜线杆的热处理时需要较高的退火功率。
另外，铜线杆的表面质量受到加工工艺的影响。在实际生产中，许多铜线（如电磁线）的生产对铜线杆的表面质量要求较高，SCR法加工工艺生产的铜坯裸露在空气中，温度较高，表面具有较高的氧化层，需要在最后的工序进行酸洗，酸洗后部分氧化物脱落，在表面形成麻点，不脱落的氧化铜在进行拉丝时会形成毛刺，给铜丝的生产造成了极大的麻烦；Upcast法制造工艺加工过程中完全与氧气隔绝，表面无氧化层，质量较高，拉制效果好。
3结论
铜线杆的加工方法很多，不同的加工工艺生产处理的铜线杆在组织结构、杂质含量、存在方式及分布、氧含量及分布以及氢含量及分布都有着很大的不同。本文根据自身实践，对铜线材的几种制造工艺方法进行详细的论述，并以SCR法和Upcast法为例对工艺方法对铜线材的组织结构和性能的具体影响及内在原因进行了详细的分析，为铜线材的生产人员和使用人员提供了有效的技术支撑，同时为铜线材的制造工艺改进提供了借鉴。
参考文献：
[1] 刘 强， 崔建忠， 许光明. 氧、氢、硫含量对上引法连铸工艺过程及产品质量的影响 [ J]. 材料与冶金， 2003 ， 2 （ 3）：181- 184.
[2] 卫红凡. 浅谈低氧铜杆和无氧铜杆的性能及应用[ J]. 机械管理开发， 2005 ， 12 （ 6）： 54 - 55 .
[3] 段军伟. 我国光亮铜杆连铸连轧生产技术浅析[ J]. 有色金属加工， 2006， 35 （ 5）： 20 - 23 .
【关键词】铜线材；工艺方法；组织结构；力学性能
1引言
铜线杆是电线电缆行业的最重要的原料之一，主要有低氧铜杆和无氧铜杆两类，通常采用连铸连轧的方式制造。铜线杆的制造工艺通常也可以分为两类，一类是制造低氧铜线杆的方法，如SCR法，Properzi法和Contirrod法等，其主要特点是将熔化的金属从浇管进入到事先准备好的封闭金属模腔中，冷却后经过多次轧制后形成铜线杆，含氧量在200-400μg/g到400μg/g之间，另一类是铸造无氧铜杆的方法，如Upcast上引连铸法，即金属在感应电炉中熔化后在石墨模上进行上引连续铸造，加工处理的铜线杆含氧量在0.2μg/g以下。在实际生产中，各种制造工艺的不同对铜线材的组织结构和力学性能有着重要的影响，本文根据自身实践，对不同加工工艺的铜线杆在退火性能、拉伸性能以及表面质量的影响进行具体的论述，为铜线杆的生产工艺选择提供了有效的技术支撑，同时为铜线杆的质量改进提供了有效的技术借鉴。
2工艺方法对铜线杆的组织及力学性能的影响分析
2.1铜线杆的制造工艺方法简介
目前国内铜线杆铸造方法很多，常用的有美国南方线材公司的SCR法、意大利康梯纽斯公司的Properzi法、德国SMS MEER公司的Contirod法以及Upcst上引铸造法，其中前三种铸造方法的设备组成基本相同，但铸造机和连轧机的结构、装机水平、自动化水平差别很大，下面对这几种工艺方法进行具体的阐述。
SCR法是美国南方线材公司在上世纪60年代发明，主要特点是：铸造机为五轮式，铸轮上有铜制结晶环和环绕钢带形成铸模，由于铸柸为梯形断面，且正前方无钢带阻挡，所以铸柸的截面可以增大，但是铸柸有一定的弯曲弧度，轧制钱需要校直，表面会出现微裂纹，而轧机是摩根二辊无扭转悬臂轧机，有平、立轧辊交替布置，轧辊互换性好，换辊方便。
Contirod法是德国克虏伯公司发明的，主要特点是：采用上下钢带与两侧青铜挡块链组成矩形模腔的双带式铸造机，产品质量好，可生产大断面铸柸，产品规格范围较宽，晶粒细，含氧量低，但是设备较为复杂，维护费用较贵，而轧机采用了对称调节轧辊，寿命时间长。
Properzi法是意大利抗梯纽斯公司在20世纪70年代发明的，其主要特点是：采用二轮式铸造机和三辊Y型轧机，二轮式铸造机采用导向轮、铸造轮和环形钢带结构，结构简单、紧凑，更换钢带快捷方便，铸柸断面为梯形，由于铸柸引出后需要偏转5°到8°，所以铸柸表面易产生裂纹，降低产品质量，而三辊Y型轧机采用二辊轧机和三辊轧机组合结构，有利于改善轧件组织结构，使轧件受力均匀、尺寸精度高，但轧辊维修和更换都比较困难
Upcast上引铸造法是使用铸造直接生产线杆，不适用轧机，其特点是：采用水冷的管状石墨模插入熔融的铜水中，使其凝固，并从上方凝固的铸杆引出，流程短、速度快、成本低，适合生产无氧铜杆。
2.2制造工艺对铜线杆组织结构和力学性能的影响分析
不同的铸造工艺对铜线杆在组织结构、氧含量、杂质分布以及力学性能上有着很大的差异， SCR法与Upcast法的制造工艺的主要区别为：（1）SCR法采用的熔化方式竖炉，Upcast法采用的感应电炉，前者可以通过燃烧去掉大部分杂质，保证成分稳定，后者容量小，不能烧去杂质，成分波动大；（2）SCR法通过保温炉、溜槽、中间包的方式转运，Upcast在感应炉内部流动，前者在转运过程中有耐火材料、表皮等剥落的二次污染，后者没有；（3）SCR法采用轮带式铸模，会有氧化粒子混入，Upcast法采用石墨模，密封性强，不会有氧化粒子混入，但内部气体难以排出，容易造成疏松、气孔的缺陷；（4）SCR法采用轧制和酒精酸洗，轧制过程中表面会有氧化物生产，酸洗过程中会有表面氧化层剥落，Upcast法不进行轧制和酸洗，不会产生此类缺陷。此外，原材料的不同、加工设备的区别都会造成铜线材的结构区别，但制造工艺不同对铜线杆质量的影响最终反应在铜线杆的性能和质量上，下面从拉制性能、退火性能和表面质量三个方面进行具体的论述。
首先，铜线杆的拉制性能与许多因素相关，如杂质、氧元素的含量及分布。为了更好的保证铜线杆的质量，在制造过程中应该严格控制电解铜的杂质含量，采用SCR法的竖炉加工，由于氧化和挥发可以减少一部分杂质进入，而Upcast法的感应炉是密闭的，不能去除，而且感应炉的容量较小，在连续加工过程中铜线杆的成分会有波动；在生产过程中，SCR法采用保温炉、溜槽、中间包的形式进行转移，由于耐火材料的脱落、轧辊表皮的脱落等会给铜线杆带来二次杂质混入，而UPcast法的转运在联合炉内完成，结晶也在石墨模中进行，完全与氧隔绝，生产过程中混入杂质的可能性较小；氧元素的含量对铜线杆的拉伸性能影响很大，SCR法制造工艺在竖炉内烧去了大量的杂质，同时去掉了部分氧元素，但在后续的加工中仍有氧元素混入，从而造成成型的铜线杆中含有一定量的氧元素，而Upcast法制造工艺的后期处理属于密封状态，不会混入氧元素，所以可以加工出无氧铜线杆，无氧铜线杆的延展性好，可以加工出较细的铜丝；在Upcast法制造工艺中，氧含量较低，氧的副作用减少了，氢的影响却大大增加了，氢在铜液中的溶解度较大，在加工过程中很容易与氧化铜反应生成水蒸气，水蒸气在密封加工中无法排出，最终导致铜线杆有气孔和铜质疏松，而SCR法制造工艺生产的水蒸气很容易上浮跑出，不会造成此类影响。
其次，铜线杆的退火性能主要受到铜线杆中的氧元素含量的影响。在SCR法制造工艺中，铜线杆要经过热轧工艺，组织结构属于热变形组织，原来的铸造组织结构已经破碎，是以再结晶的形式出现的，而Upcast法制造工藝属于铸造组织，晶粒较为粗大，晶粒边界较少，所以SCR法加工的低氧铜线杆的退火性能要优于Upcast法加工的无氧铜线杆，在进行无氧铜线杆的热处理时需要较高的退火功率。
另外，铜线杆的表面质量受到加工工艺的影响。在实际生产中，许多铜线（如电磁线）的生产对铜线杆的表面质量要求较高，SCR法加工工艺生产的铜坯裸露在空气中，温度较高，表面具有较高的氧化层，需要在最后的工序进行酸洗，酸洗后部分氧化物脱落，在表面形成麻点，不脱落的氧化铜在进行拉丝时会形成毛刺，给铜丝的生产造成了极大的麻烦；Upcast法制造工艺加工过程中完全与氧气隔绝，表面无氧化层，质量较高，拉制效果好。
3结论
铜线杆的加工方法很多，不同的加工工艺生产处理的铜线杆在组织结构、杂质含量、存在方式及分布、氧含量及分布以及氢含量及分布都有着很大的不同。本文根据自身实践，对铜线材的几种制造工艺方法进行详细的论述，并以SCR法和Upcast法为例对工艺方法对铜线材的组织结构和性能的具体影响及内在原因进行了详细的分析，为铜线材的生产人员和使用人员提供了有效的技术支撑，同时为铜线材的制造工艺改进提供了借鉴。
参考文献：
[1] 刘 强， 崔建忠， 许光明. 氧、氢、硫含量对上引法连铸工艺过程及产品质量的影响 [ J]. 材料与冶金， 2003 ， 2 （ 3）：181- 184.
[2] 卫红凡. 浅谈低氧铜杆和无氧铜杆的性能及应用[ J]. 机械管理开发， 2005 ， 12 （ 6）： 54 - 55 .
[3] 段军伟. 我国光亮铜杆连铸连轧生产技术浅析[ J]. 有色金属加工， 2006， 35 （ 5）： 20 - 23 .