摘要：根據(jù)無氧銅管棒生產(chǎn)中各工序的特征和無氧銅的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，分析了熔煉、澆鑄、擠壓、拉拔退火等過程中氧含量的變化規(guī)律，提出了無氧銅管棒生產(chǎn)各環(huán)節(jié)氧含量控制的關(guān)鍵措施和加工過程中的特別注意事項(xiàng).

關(guān)鍵詞：無氧銅管；熔煉；澆鑄；擠壓；退火；含氧量測定

中圖分類號(hào)：TG356 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

 前言

無氧銅 （一般含氧量在 20×10-6 以下的銅制品），由于其具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，被廣泛地應(yīng)用于電子、電工、電器件的生產(chǎn)和制造中.電真空器件的高頻發(fā)射管、渡導(dǎo)管、磁控管、真空開關(guān)管等產(chǎn)品，都要使用無氧銅材料[1].由于電真空器件在制造過程中都要在氫氣中密封，因此對銅中的氧含量的控制有很嚴(yán)格的規(guī)定. 某廠生產(chǎn)無氧銅管棒材已有 20 多年的歷史，產(chǎn)品在電真空行業(yè)中被廣泛使用，對無氧銅管棒生產(chǎn)有一定的技術(shù)措施和控制手段.下面就某廠無氧銅管棒生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程中氧含量的控制措施做一總結(jié)。

1.無氧銅管材、棒材的質(zhì)量要求及其生產(chǎn)工藝

1.1 無氧銅管材、棒材的質(zhì)量要求

（1）GB/T5231- 2001[2]中無氧銅的化學(xué)成分及氧含量規(guī)定（表 1）.

（2）電真空材料對無氧銅的技術(shù)要求見表 2，具體要求說明如下.

***，電真空器件要求有較高的純度.因?yàn)樵陔娬婵掌骷?，無氧銅常用做導(dǎo)電、導(dǎo)熱材料.無氧銅。

純度越高，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能就越好，電子管的使用壽命就越長.所以，在實(shí)際生產(chǎn)中，鑄錠的化學(xué)成分應(yīng)符合國標(biāo)的規(guī)定.第二，含氧量的要求.電真空器件用銅，要求含氧量極低.這是因?yàn)殡娮庸苌a(chǎn)中，零件的生產(chǎn)、裝配、封接和加工等要在還原性氣氛中進(jìn)行，如果含氧一般以 Cu2O 存在于銅中，在還原性氣氛中加熱，氫和一氧化碳能在高溫下與氧化亞銅發(fā)生反應(yīng).

Cu2O+H2=2Cu+H

2OCu2O+CO=2Cu+CO2

水蒸氣和二氧化碳不熔于銅，其產(chǎn)生壓力以求析出，當(dāng)壓力大于金屬強(qiáng)度時(shí)，將引起材料沿晶界開裂，嚴(yán)重時(shí)，肉眼可見表面氣泡.因此，為了保證在封接中材料不產(chǎn)生顯微裂紋，要求無氧銅材嚴(yán)格控制含氧量.

第三，含磷量的要求.對于與玻璃直接封接的無氧銅材，要求較低的含磷量.因?yàn)楫?dāng)無氧銅材含磷量較高時(shí)，封接時(shí)，玻璃與金屬結(jié)合得不牢，且容易造成電子管漏氣.

1.2 某廠無氧銅管材、棒材生產(chǎn)工藝

（1）管材的生產(chǎn)工藝.熔煉 - 半連續(xù)澆鑄（鑄錠氧含量測定）- 擠壓（擠制品氧含量測定）- 軋制 -拉拔（成品氧含量測定）.

（2）棒材的生產(chǎn)工藝.熔煉 - 半連續(xù)澆鑄（鑄錠氧含量測定）- 擠壓（擠制品氧含量測定）- 拉拔（成品氧含量測定）.

2.熔煉過程的氧含量控制

（1） 熔煉無氧銅的工藝操作規(guī)程. ①電解銅分切、選取、烘干后，送上爐臺(tái)，立即加入爐中；②熔煉過程中，加料次數(shù)不得超過 3 次；③加料后，必須立即用煅燒木炭覆蓋，覆蓋厚度 150- 200mm，木炭應(yīng)一次性加入，均勻覆蓋在金屬液面和爐頭，中間不得補(bǔ)加木炭；

④木炭加入后，蓋好爐蓋，做好密封，蓋不嚴(yán)的地方用耐高溫材料塞緊；⑤爐蓋打開次數(shù)不得大于 3 次.

（2）熔煉過程中應(yīng)注意的事項(xiàng).由于無氧銅材要有優(yōu)良的綜合性能，且氧含量必須控制在

0.003 %以下因此，無氧銅的生產(chǎn)原料必須嚴(yán)格挑選.一般地，生產(chǎn)廠家都選擇標(biāo)準(zhǔn)的陰極銅作為無氧銅的生產(chǎn)原料.電解銅板在加入爐子前還需做到：①表面有銅豆、銅綠的電解銅不能使用；②必須將電解板的四周切除；③ 質(zhì)量達(dá)標(biāo)的、經(jīng)過選取、分切的電解板，需放入箱體爐烘烤.烘烤后的電解板，送上爐臺(tái)，立即加入爐中熔煉；④生產(chǎn)無氧銅使用的國內(nèi)的電解陰極銅主要有：貴冶牌陰極銅、云冶牌陰極銅等；⑤熔煉除氣，主要是除氫和脫氧.無氧銅熔煉，不但要控制氫含量，同時(shí)還必須嚴(yán)格脫氧.一般地，紫銅脫氧，加入銅磷中間合金，效果比較好.但是無氧銅的脫氧，多采用覆蓋劑法，覆蓋劑選用煅燒木炭；⑥木炭是熔煉銅及其合金常用的覆蓋劑. 但是如果木炭燒得不透，往往含有氣體，一旦受熱，即析出大量氣體（見圖 1），因此，為避免木炭帶入有害氣體和水分而影響鑄錠質(zhì)量，要用煅燒木炭覆蓋.

3.半連續(xù)澆鑄鑄錠的氧含量控制

無氧銅圓錠的生產(chǎn)主要有熔煉和澆鑄兩個(gè)工序.某廠采取的是傳統(tǒng)的熔鑄生產(chǎn)工藝，因此，這兩個(gè)過程的含氧量控制對鑄錠的氧含量影響都很大.

（1）澆鑄工藝操作規(guī)程.

無氧銅圓錠鑄造工藝操作規(guī)程：①出爐前，要傾爐燙爐頭，鑄造托座要徹底烘干；②澆管與結(jié)晶器中心對齊；③結(jié)晶器液面在澆鑄過程中必須保持平穩(wěn)；④澆鑄直徑 180mm 的圓錠，澆口直徑為 8mm 比較適宜；⑤液面用烘干的碳黑覆蓋；⑥開始澆鑄后，不得再向爐內(nèi)添加任何原料.

（2）澆鑄過程中應(yīng)注意的事項(xiàng).半連續(xù)澆鑄過程中，要特別注意防止鑄錠的二次吸氧，因此注意控制：①澆鑄溫度的控制.澆鑄溫度過高，容易造成鑄錠組織晶粒粗大，易造成二次吸氧.溫度過低，鑄錠易造成夾雜缺陷；②冷卻強(qiáng)度的控制.在確保鑄錠其他方面的質(zhì)量的前提下，原則上要加大一次、二次水冷卻強(qiáng)度，加大拉鑄速度，以避免澆鑄過程中可能產(chǎn)生的二次吸氧；③結(jié)晶器液面的覆蓋和保護(hù).液面覆蓋的目的是避免二次吸氧和潤滑結(jié)晶器內(nèi)壁.無氧銅鑄造過程中，結(jié)晶器液面通常采用炭黑保護(hù).炭黑必須呈粉末狀、不結(jié)團(tuán)、含硫低、灰分小.炭黑在使用前必須烘干，待發(fā)紅后，再均勻地覆蓋到金屬液面.如果炭黑不烘干，很可能帶入水分，造成金屬二次吸氧.

（3）鑄錠的氧含量測試.***，氧含量的測試方法.一般用以下幾種測定方法：①反復(fù)彎曲法；②金相裂紋比較法（氫裂評級(jí)法）；③密度檢驗(yàn)法；④金相數(shù)點(diǎn)法；⑤氧含量儀紅外測定法. 某廠開始生產(chǎn)無氧銅時(shí)，采用定氧儀測定氧含量，正常生產(chǎn)后，改用金相裂紋比較法測定含氧量.第二，鑄錠的取樣.檢查完鑄錠的內(nèi)部質(zhì)量和外部質(zhì)量后，取得合格的產(chǎn)品，開始檢查氧含量.鑄錠含氧量取樣的程序?yàn)椋孩勹T錠頭尾 300mm 不可做為取樣位置；②去頭尾 300 mm，在鑄錠頭、中、尾取3 個(gè)試樣，并編號(hào)、標(biāo)號(hào)；③送金相檢查室試驗(yàn)；④試驗(yàn)結(jié)果判定.第三，合格鑄錠的判定條件.凡試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：如果頭、中、尾 3 個(gè)試樣的結(jié)果都大于二級(jí)，則判定該根鑄錠合格，可以鋸切發(fā)往下一道工序，如果頭、中、尾有一個(gè)試驗(yàn)結(jié)果為三級(jí)或三級(jí)以上，則該鑄錠不能做無氧銅使用，應(yīng)改為一般紫銅錠使用.

4.擠壓過程中氧含量的控制

（1）擠壓工藝操作過程.合格的錠坯，編號(hào)后即可發(fā)往擠壓工序使用.擠壓工藝操作規(guī)程為：錠坯編號(hào) - 中頻感應(yīng)爐加熱 - 脫皮擠壓 - 水封 - 出料.整個(gè)擠壓過程都在高溫中進(jìn)行，因此擠壓過程中，要密切關(guān)注氧含量變化情況，嚴(yán)格控制高溫滲氧，保證擠制品的含氧量不超標(biāo).

（2）擠壓加熱工序應(yīng)注意的問題.擠壓鑄錠是在中頻感應(yīng)爐中加熱的.根據(jù)紫銅的熱加工塑性圖（圖 2），紫銅的熱加工溫度區(qū)間為：775- 850 ℃，由于感應(yīng)加熱不是真空加熱，因此在高溫情況下，鑄錠的表面和兩端一定會(huì)氧化和滲氧. 根據(jù)紫銅在高溫情況下的滲氧情況（圖 3），所以，無氧銅的加熱應(yīng)遵循以下原則：①在紫銅高溫塑性區(qū)內(nèi)，盡量降低加熱溫度；②加熱過程中，在鑄錠加熱均勻的條件下，盡量提高加熱速度.

（3）擠壓工序應(yīng)注意的問題.鑄錠加熱后即進(jìn)入

擠壓工序.雖然控制了鑄錠的加熱溫度和加熱速度，但是擠壓鑄錠的表面和兩端仍然受到氧化和表面滲氧.因此，擠壓過程應(yīng)想辦法盡量控制.實(shí)際生產(chǎn)中，采用脫皮擠壓，另外還要加大壓余長度.嚴(yán)格控制水封，保證水冷卻強(qiáng)度，制品應(yīng)降到 50℃ 以下，方可移至到步進(jìn)式出料架. 擠壓成品進(jìn)行含氧量測定，拉制成品進(jìn)入軋制或拉伸工序.

（4）擠制品的氧含量測定.擠制品的氧含量測定方法和鑄錠的測定方法一樣，采用金相檢驗(yàn)法.擠制品采取全檢法.在每根擠制品頭、中、尾取 3 個(gè)試驗(yàn)樣片，編號(hào)（與鑄錠編號(hào)統(tǒng)一起來），送金相檢驗(yàn)室測定.測定結(jié)果按編號(hào)報(bào)告返回.

（5）合格擠制品的判定.根據(jù)檢驗(yàn)報(bào)告，如果一根擠制品上所取的 3 個(gè)試樣，檢驗(yàn)結(jié)果都達(dá)到三級(jí)或三級(jí)以上，則這根成品判定為合格產(chǎn)品.如果 3 個(gè)試樣有一個(gè)氧含量報(bào)告為四級(jí)或四級(jí)以上，則判定為不合格，改為一般紫銅使用.

5.軋制和拉制過程中氧含量的控制

（1）無氧銅軋制、拉拔工藝操作規(guī)程.無氧銅管一般需要經(jīng)過冷軋工序.

主要目的是增加組織致密度，另外還可以調(diào)整偏心，利用冷軋大的加工率的優(yōu)點(diǎn)，可以減少拉伸道次.無氧銅棒一般不需要經(jīng)過軋制工序.另外，部分規(guī)格的無氧銅管還需要進(jìn)行真空退火（軟態(tài)交貨）.無氧銅管的拉拔工藝：酸洗 - 制頭 - 軋制 - 拉伸 - 扒皮 - 拉伸 - 真空退火；無氧銅棒的拉拔工藝；酸洗 - 制頭 - 拉伸.

（2）退火工序的氧含量控制.有些規(guī)格的無氧銅管，由于生產(chǎn)工藝比較長（一般是一些小格的產(chǎn)品），其中間退火會(huì)采用通過式退火，由于通過式退火是暴露式退火，因此，要控制好退火溫度和通過時(shí)間，盡量減少氧化和滲透，退火后，要嚴(yán)格酸洗，一定要增加扒皮工序.當(dāng)然，如果生產(chǎn)成本允許的前提下，中間退火***好采用真空退火.

（3）拉制品的取樣.拉制品不管是管材還是棒材都采取全檢的方式.每根產(chǎn)品取一個(gè)試樣并編號(hào)，送金相檢驗(yàn)室測定氧含量.測定采取金相檢驗(yàn)法.

（4）拉制合格品的判定.檢驗(yàn)結(jié)果，凡是含氧量達(dá)到三級(jí)或以上的為合格品，其他級(jí)數(shù)的均為不合格品.

6.結(jié)語

利用感應(yīng)爐熔煉，半連續(xù)澆鑄，感應(yīng)加熱，脫皮、水封擠壓，再通過軋制、拉伸工序生產(chǎn)無氧銅材，關(guān)鍵就是要做好各個(gè)環(huán)節(jié)對含氧量的控制工作.

（1）熔煉工序，要嚴(yán)格選料，嚴(yán)格烘干，嚴(yán)格覆蓋木炭的烘烤，減少加料次數(shù)、做好爐蓋的密封；

（2）澆鑄時(shí)，要?jiǎng)?chuàng)造干燥環(huán)境.燙好爐頭，烘干炭黑，嚴(yán)格澆鑄工藝，嚴(yán)格按要求取樣；

（3）擠壓鑄錠的加熱要遵循低溫、快速的原則，擠壓過程要嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程；

（4）嚴(yán)格擠制品的取樣、判定制度；

（5）做好拉制和軋制過程中的酸洗、扒皮，確保拉制品的質(zhì)量；

（6）做好拉制成品的取樣和合格品的判定工作.

來源：中國知網(wǎng)   作者：胡艷萍