摘要：根據(jù)無氧銅管棒生產中各工序的特征和無氧銅的質量標準，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各環(huán)節(jié)氧含量控制的關鍵措施和加工過程中的特別注意事項.

關鍵詞：無氧銅管；熔煉；澆鑄；擠壓；退火；含氧量測定

中圖分類號：TG356 文獻標識碼：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電、導熱性能，被廣泛地應用于電子、電工、電器件的生產和制造中.電真空器件的高頻發(fā)射管、渡導管、磁控管、真空開關管等產品，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格的規(guī)定. 某廠生產無氧銅管棒材已有 20 多年的歷史，產品在電真空行業(yè)中被廣泛使用，對無氧銅管棒生產有一定的技術措施和控制手段.下面就某廠無氧銅管棒生產工藝和生產過程中氧含量的控制措施做一總結。

1.無氧銅管材、棒材的質量要求及其生產工藝

1.1 無氧銅管材、棒材的質量要求

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

（2）電真空材料對無氧銅的技術要求見表 2，具體要求說明如下.

***，電真空器件要求有較高的純度.因為在電真空器件中，無氧銅常用做導電、導熱材料.無氧銅。

純度越高，導電導熱性能就越好，電子管的使用壽命就越長.所以，在實際生產中，鑄錠的化學成分應符合國標的規(guī)定.第二，含氧量的要求.電真空器件用銅，要求含氧量極低.這是因為電子管生產中，零件的生產、裝配、封接和加工等要在還原性氣氛中進行，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.

Cu2O+H2=2Cu+H

2OCu2O+CO=2Cu+CO2

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

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.因為當無氧銅材含磷量較高時，封接時，玻璃與金屬結合得不牢，且容易造成電子管漏氣.

1.2 某廠無氧銅管材、棒材生產工藝

（1）管材的生產工藝.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，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，木炭應一次性加入，均勻覆蓋在金屬液面和爐頭，中間不得補加木炭；

④木炭加入后，蓋好爐蓋，做好密封，蓋不嚴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）熔煉過程中應注意的事項.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，無氧銅的生產原料必須嚴格挑選.一般地，生產廠家都選擇標準的陰極銅作為無氧銅的生產原料.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 質量達標的、經過選取、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，立即加入爐中熔煉；④生產無氧銅使用的國內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，同時還必須嚴格脫氧.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

無氧銅圓錠的生產主要有熔煉和澆鑄兩個工序.某廠采取的是傳統(tǒng)的熔鑄生產工藝，因此，這兩個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澆管與結晶器中心對齊；③結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，不得再向爐內添加任何原料.

（2）澆鑄過程中應注意的事項.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冷卻強度的控制.在確保鑄錠其他方面的質量的前提下，原則上要加大一次、二次水冷卻強度，加大拉鑄速度，以避免澆鑄過程中可能產生的二次吸氧；③結晶器液面的覆蓋和保護.液面覆蓋的目的是避免二次吸氧和潤滑結晶器內壁.無氧銅鑄造過程中，結晶器液面通常采用炭黑保護.炭黑必須呈粉末狀、不結團、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反復彎曲法；②金相裂紋比較法（氫裂評級法）；③密度檢驗法；④金相數(shù)點法；⑤氧含量儀紅外測定法. 某廠開始生產無氧銅時，采用定氧儀測定氧含量，正常生產后，改用金相裂紋比較法測定含氧量.第二，鑄錠的取樣.檢查完鑄錠的內部質量和外部質量后，取得合格的產品，開始檢查氧含量.鑄錠含氧量取樣的程序為：①鑄錠頭尾 300mm 不可做為取樣位置；②去頭尾 300 mm，在鑄錠頭、中、尾取3 個試樣，并編號、標號；③送金相檢查室試驗；④試驗結果判定.第三，合格鑄錠的判定條件.凡試驗結果發(fā)現(xiàn)：如果頭、中、尾 3 個試樣的結果都大于二級，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、尾有一個試驗結果為三級或三級以上，則該鑄錠不能做無氧銅使用，應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 - 中頻感應爐加熱 - 脫皮擠壓 - 水封 - 出料.整個擠壓過程都在高溫中進行，因此擠壓過程中，要密切關注氧含量變化情況，嚴格控制高溫滲氧，保證擠制品的含氧量不超標.

（2）擠壓加熱工序應注意的問題.擠壓鑄錠是在中頻感應爐中加熱的.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，無氧銅的加熱應遵循以下原則：①在紫銅高溫塑性區(qū)內，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）擠壓工序應注意的問題.鑄錠加熱后即進入

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，擠壓過程應想辦法盡量控制.實際生產中，采用脫皮擠壓，另外還要加大壓余長度.嚴格控制水封，保證水冷卻強度，制品應降到 50℃ 以下，方可移至到步進式出料架. 擠壓成品進行含氧量測定，拉制成品進入軋制或拉伸工序.

（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，采用金相檢驗法.擠制品采取全檢法.在每根擠制品頭、中、尾取 3 個試驗樣片，編號（與鑄錠編號統(tǒng)一起來），送金相檢驗室測定.測定結果按編號報告返回.

（5）合格擠制品的判定.根據(jù)檢驗報告，如果一根擠制品上所取的 3 個試樣，檢驗結果都達到三級或三級以上，則這根成品判定為合格產品.如果 3 個試樣有一個氧含量報告為四級或四級以上，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過冷軋工序.

主要目的是增加組織致密度，另外還可以調整偏心，利用冷軋大的加工率的優(yōu)點，可以減少拉伸道次.無氧銅棒一般不需要經過軋制工序.另外，部分規(guī)格的無氧銅管還需要進行真空退火（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，由于生產工藝比較長（一般是一些小格的產品），其中間退火會采用通過式退火，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間，盡量減少氧化和滲透，退火后，要嚴格酸洗，一定要增加扒皮工序.當然，如果生產成本允許的前提下，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.每根產品取一個試樣并編號，送金相檢驗室測定氧含量.測定采取金相檢驗法.

（4）拉制合格品的判定.檢驗結果，凡是含氧量達到三級或以上的為合格品，其他級數(shù)的均為不合格品.

6.結語

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

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

（2）澆鑄時，要創(chuàng)造干燥環(huán)境.燙好爐頭，烘干炭黑，嚴格澆鑄工藝，嚴格按要求取樣；

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

（4）嚴格擠制品的取樣、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