摘要：我国线缆行业的迅猛发展推动了线缆行业的快速发展，带动了线缆企业对铜杆的需求。连铸连轧生产线生产的光亮圆铜杆,由于产品性能优异、能耗低、对环境污染少、生产率高、生产成本低,加之按同等生产规模投资比无氧铜杆低,所以这种低氧光亮圆铜杆具有广阔的市场。
关键词：光亮圆铜杆；再拉断线；杂质元素；氧；气孔
主要类型为重拉断线的低氧铜作业。认为杂质元素、氧、冶金缺陷和夹杂物对铜有一定的作用。指出控制质量、控制含氧量、减少夹杂物、严格控制生产工艺是提高铜制品重拉性能的有效措施。认为电解铜的质量控制、夹杂物的减少和生产工艺的严格控制是影响重拉断线的主要因素。
一、杂质元素的影响
铜杆的杂质元素来源于所用电解铜的化学成分和熔炼过程。GB/T467,ASTMB115,LME对电解铜都提出了杂质元素的上限要求。铜中的杂质元素大致可分为固溶于铜的杂质元素、很少固溶于铜与铜形成低熔点共晶的杂质元素和几乎不溶于铜与铜形成高熔点脆性化合物的杂质元素三类。固溶于铜的杂质元素主要有铝、铁、镍、锡、锌、银、镉、磷等。此类杂质元素在允许的含量范围内,能溶于铜中形成固溶体。含量过多将提高铜杆的再结晶温度,在拉丝过程中摩擦热和变形热不足以使铜线再结晶软化,导致铜线硬度提高,导致拉丝断线。很少固溶于铜,并与铜形成低熔点共晶的杂质元素主要有、铋、铅等此类杂质元素在结晶时分布于晶界,使铜在热轧时产生晶界脆化或表面裂纹,在铜杆再拉过程中产生断线。几乎不溶于铜并与铜形成高熔点脆性化合物的杂质,如氧、硫、硒、碲,以氧化物夹杂形式存在,有可能聚集在最后凝固区域,导致局部脆性增加,另外铅、锑除形成热脆外,也可能形成氧化物夹杂。所有这些杂质元素都应当按照标准严格控制。在拉丝实践中,曾经遇到某批次铜杆再拉断线严重,经检测化学成分,发现As含量达40ppm,比标准规定不大于4ppm超标严重。再追踪检测电解铜成分,得到印证。
二、氧含量的影响
测定铜杆的氧含量是铜杆生产过程中的日常检测,铜杆的氧含量对再拉断头的分析有一定的参考意义,但是直接测定断头的氧含量更可以判断断头的影响因素。一般搜集到的断头可能受到乳液污染,表面还可能因放置时间长而产生氧化,经测定表面氧化膜厚度达到1000埃以上,这对于线径小的铜线,氧含量的测定值将会受到影响。为此,先要对断头进行清洗,然后在氧化膜厚度测定仪中通过电解将断头表面的氧化膜去除,再按照正常程序,在LECO定氧仪上测定断头的氧含量。氧在铜中的存在有以下三种形式。一是以间隙固溶体的形式存在,含量极少。二是以Cu2 O的形式存在。在扫描电镜下观察,Cu2 O以颗粒状分布在铜基体上,在光学显微镜下观察,Cu2 O成片地分布在视场上,氧含量越高,Cu2 O区的面积越大,是Cu与Cu 2 O的共晶组织。 氧含量2000ppm时,Cu与Cu2 O形成共晶反应。据此计算,氧含量达到650ppm时,共晶区的表观面积可达到视场的1/3,氧含量达到1000ppm时,共晶区可达到1/2,这时测定Cu2 O颗粒,最大可达到10μm。这种大量共晶区的存在,使得铜基体被外来夹杂物分割,再拉到一定线径时将发生断线。实践证明,氧含量超过450ppm的断头占分析断头的50%以上,可见氧含量超标是影响断线的重要因素。三是与杂质元素形成氧化物夹杂。低氧铜杆生产过程中,氧先与比铜元素活泼的杂质元素氧化,从而降低有害杂质元素对铜杆物理机械性能的影响。断头氧含量超标往往与追踪的原始铜杆日常检测记录不一致,其原因是铜杆生产时有工艺波动,常规检测只能取铜卷端部试样,二者往往不能反映一致。这就要求对铜杆生产中的异常因素进行分析,找出影响局部氧含量异常高的原因。我们认为,氧含量超标,与下列因素有关。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆①各种原因导致铸坯中形成气孔,气孔周围的基体中溶解大量的氧,是氧含量高的区域。最后凝固区域,包括缩孔和重熔区,是杂质集中的区域,低熔点夹杂物和杂质元素往往集中于此,导致氧含量增高。②铸坯表面裂纹,因在高温下裂纹开口,暴露于空气中,导致氧的大量溶解。这种裂纹可由于烟炱不均匀而在铸坯凝固过程中产生,也可能由于出铸机的铸坯温度高于950℃,受到拉力而底部拉裂。③浇嘴冷铜处理不当,冷铜掉入熔池,熔化后扩散不充分,导致局部氧含量增高,同时,磷含量也超标。
三、冶金缺陷对拉丝断线的影响
铜杆再拉断头的形貌一般是一端空心,一端锥形突出。这与铜线拉丝的受力状况有关。收线轮或塔轮对铜线产生向前的拉力,在整个铜线截面上产生均匀分布的向前的拉应力。拉丝模孔表面对铜线表面产生挤压和摩擦,铜线的表面受到向后的摩擦力。两种力共同作用的结果,导致在铜线截面上芯部向前的拉力大于表面向前的拉力,这样芯部比表面更容易向前伸展,表面落后于芯部,是在与芯部的塑性协调中变形向前伸展的。如果某种因素破坏了表面和芯部之间的协调变形,断裂时,表现出的形貌就是前面的断头是空心的,后面的断头是中心有锥形突出的杯状断头。判断断头是否是空心断头,应当从两端的形貌综合判断。但在收集断头时难于成对收集,这就对正确区分空心断头带来困难。一般来说,在显微镜下观察,锥形突出的一端能观察到空洞,在断头附近折断观察也能见到空洞存在,可判断为空心断线。产生空心断线原因与铜杆生产过程中的工艺因素有关,分析认为有以下几种情况。①气孔。铜液扰动卷入空气,在结晶器中,一边随铸机运行,一边凝固,铜液中的气泡聚集长大,大气泡上浮,小气泡不足于达到上浮的尺寸而于凝固组织中形成气孔。铸机运行越快,形成的气孔越大。另一种情况是冷却水溅入铸腔,在铸坯次表面形成水蒸气气孔。②缩孔。Contirod铸机系统采用水平式浇铸。缩孔是由于液穴凝固时产生收缩不能被铜液有效补缩而产生的。这种情况的发生可描述如下,如果铜液温度过高或者铸机速度过快,液穴到达铸腔位置仍然没有完成凝固,铜液将不能到达此位置进行补缩,将形成缩孔。如果浇注液面过低,产生补缩的有效长度将减少,这样一来 ,也有可能产生缩孔。对上面所提到的气孔和缩孔这两种空心形态来说,气孔周围溶解大量的氧,导致该处氧含量超标,缩孔是铜液最后凝固位置,聚集较多的杂质元素和低熔点非金属夹杂物,在再拉过程中,不可能形成良好的协调变形,拉伸到一定线径必然导致断线。
四、夹杂物的影响
铜中夹杂物是影响拉丝断线的重要因素,实践证明,当夹杂物占到铜线截面积的1/4时,将导致拉丝断线。由于夹杂物在铜线中的位置不同,断头表现为一端不规则的锥形突出形貌或两端空心的形貌。由于很难收集到成对的断头,并且因夹杂物的脱落,都为判定夹杂物的性质增加了难度。分析认为,夹杂物的类型或者说来源有以下几种可能:①耐火材料脱落产生的硅酸盐夹杂;②氧使铜液中比铜元素活泼的杂质元素产生优先氧化,形成氧化物颗粒;以上两种夹杂物如果不能漂浮于液面,而是随着铜液流入铸机,将在铜杆中形成夹杂。③铁夹杂是由于铜杆生产过程中与各种铁制构件接触,受到脱落的铁质颗粒污染而产生的。涡流探伤仪将记录铁夹杂的数量和位置,可对再拉断线的分析提供依据。塞棒是调节铜液浇注速度的构件,有时会产生冷铜凝结使调节功能受到限制。这时加入增加流动性的磷铜,将破坏塞棒表面的保护层,使塞棒表面受到浸蚀,颗粒将直接落入铸机形成夹杂。连轧机轧辊采用热作模具钢制造,在使用过程中产生冷热疲劳、磨损的作用,脱落的表面铁质颗粒将在铜杆表面形成夹杂。
总之，因此就铜杆制造而言,精心挑选电解铜、将氧含量控制在400ppm以下、有效降低夹杂物含量和严格控制工艺参数是提高铜杆再拉性能的有效措施。
参考文献
[1]肖萍,浅谈铜杆质量对再拉断线的影响.2017.
[2]李佩玲，探讨铜杆质量对再拉断线的影响.2018.
论文作者:杨斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：断头论文; 杂质论文; 含量论文; 断线论文; 元素论文; 铜线论文; 表面论文; 《基层建设》2019年第15期论文;