一文读懂无氧铜杆和低氧铜杆的区别

定义

以铜为原料，经过连铸连轧法生产出来含氧量200(175)-400(450)ppm之间铜杆材，被称为低氧铜杆。

经过上引法生产，氧含量在20ppm以下生产的铜杆叫做无氧铜杆。无氧铜杆是不含氧也不含任何脱氧剂残留物的纯铜，但实际上含有非常微量氧和一些杂质。按标准规定，氧含量不大于0.02%，杂质总含量不大于0.05%，铜的纯度大于99.95%。根据含氧量和杂质含量，无氧铜杆又分为TU1和TU2铜杆。TU1无氧铜杆纯度达到99.99%，氧含量不大于0.001%；TU2无氧铜纯度达到99.95%，氧含量不大于0.002%。

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含氧量

无氧及低氧杆从含氧量上容易区别，无氧铜杆含氧量在10-20ppm以下，但目前有的厂家只能做到50ppm以下。低氧铜杆在200-400ppm，好的铜杆一般含氧量控制在250ppm左右。

生产铜杆的阴极铜含氧量一般在10-50ppm，在常温下氧在铜中的固溶度约2ppm。低氧铜杆的含氧量一般在200(175)-400(450)ppm，因此氧是在铜液态状态下吸入的。而上引法生产无氧铜杆则相反，氧在液态铜下保持相当时间后，被还原而脱去，通常这种杆的含氧量都在10-50ppm以下，最低可达1-2ppm。

从组织上看，低氧铜杆中的氧以氧化铜的状态，存在于晶粒边界附近，这对低氧铜杆来说常见，但对无氧铜杆很少见。氧化铜以夹杂形式在晶界出现，会对材料的韧性产生负面影响。而无氧铜中的氧很低，所以这种铜的组织是均匀的单相组织，对韧性有利。在无氧铜杆中多孔性是不常见的，但在低氧铜杆中则是常见的一种缺陷。

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无氧杆一般采用上引法，低氧杆是连铸连轧。相对而言低氧杆对漆包线性能更适应些，如柔软性、回弹角、绕线性能，但低氧杆对拉丝条件相对要苛刻些。同样拉伸0.2的细丝，如果伸线条件不好，普通的无氧杆可拉，而好的低氧杆就断线；但如果放在好的伸线条件，同样的杆子，低氧杆说不定就能拉到双零五，而普通无氧杆最多只能拉伸到0.1而已。当然做的最细的如双零二却非得依靠进口的无氧铜杆了。两者都可以拉到0.015mm，但在低温超导线中的低温级无氧铜，其细丝间的间距只有0.001mm。

▎熔化方式对S等杂质的影响

连铸连轧法主要通过气体的燃烧使铜杆熔化，在燃烧过程中，通过氧化和挥发作用，可一定程度减少部分杂质进入铜液，因此对原料要求相对较低。上引连铸法是用感应电炉熔化，电解铜表面的“铜绿”“铜豆”基本都会熔入到铜液中，其中熔入的S对无氧铜杆塑性影响极大，会增加拉丝断线率。

▎铸造过程中杂质的进入

在生产过程中，连铸连轧工艺需通过保温炉、溜槽、中间包转运铜液，相对容易造成耐火材料的剥落，在轧制过程中需要通过轧辊，造成铁质的脱落，会带来外部夹杂。而过程中氧化物的轧入，对低氧杆的拉丝造成不利影响。上引连铸法生产工艺流程较短，铜液是通过联体炉内潜流式完成，对耐火材料的冲击不大，结晶是通过石墨模内进行，所以过程中可能产生的污染源较少，杂质进入的机会较少。

▎氧的分布形式及其影响

氧含量对铜杆的拉线性能有着明显的影响。当氧含量为最佳值时，铜杆断线率最低。这是因为氧在与大部分杂质反应的过程中都起到清除器的作用。适度的氧还有利于去除铜液中的氢，生成水蒸气溢出，减少气孔的形成。

低氧铜杆氧化物的分布：在连续浇铸中凝固的最初阶段，散热速率和均匀冷却是决定铜杆氧化物分布的主要因素。不均匀冷却会引起铜杆内部结构本质上的差异，但后续的热加工，柱状晶通常会遭到破坏，使氧化亚铜颗粒细微化和均匀分布。氧化物颗粒聚集产生的典型情况是中心爆裂。除氧化物颗粒分布的影响外，具有较小氧化物颗粒的铜杆显示出较好的拉线特性，较大的氧化亚铜颗粒容易造成应力集中点而断裂。

无氧铜杆含氧量超标，铜杆变脆、延伸率下降，拉伸式样端口显暗红色，结晶组织疏松。当氧含量超出8ppm时，工艺性能变差，表现为铸造及拉伸过程中断杆及断线率极具增高。这是由于氧能与铜生成氧化亚铜脆性相，形成铜-氧化亚铜共晶体，以网状组织分布在境界上。这种脆性相硬度高，在冷变形时将会与铜机体脱离，导致铜杆的机械性能下降，在后续加工中容易造成断裂现象。氧含量高还能导致无氧铜杆导电率下降。因此，必须严格控制上引连铸工艺及产品质量。

▎氢的影响

在上引连铸中，氧含量控制较低，氧化物副作用降低，氢的影响成为较显着的问题。

吸气后熔体中存在平衡反应：H₂O(g)=[O]+2[H]。气体及疏松是在结晶的过程中，氢从过饱和的溶液中析出并聚集而形成的。在结晶前析出的氢又可还原氧化亚铜而生成水气泡。由于上引铸造的特点是铜液自上而下的结晶，形成的液体形状近似锥型。铜液结晶前析出的气体在上浮过程中被堵在凝固组织内，结晶时在铸杆内形成气孔。上引的含气量少时，析出的氢存在于晶界处，形成疏松；含气量多时，则聚集成气孔，因此，气孔和疏松是氢气和水蒸气两者形成的。

氢来源于上引生产过程中的各个工艺环节，如原料电解铜的“铜绿”、辅料木炭、气候环境潮湿、石墨结晶器未干燥等。因此，熔化炉中的铜液表面应覆盖经烘烤的木炭，电解铜应尽量去除“铜绿”、“铜豆”“耳朵”，对提高无氧铜杆质量非常重要。

在连铸连轧工艺中，往往采用适度控制氧含量来控制氢(Cu₂O+H₂=2Cu+H₂O)。由于铜液在铸造过程中是自下而上结晶，铜液中的氧和氢所产生的水蒸气很容易上浮跑出，铜液中的氢大部分能被有效去除，因而对铜杆的影响较小。

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应用

低氧铜杆和无氧铜杆都是电工用，不外乎就是电线电缆、漆包线、扁线、铜排，应用领域没太大区别。

无氧铜杆一般用电解铜生产，电阻率和加工性能优于低氧铜杆，因此生产高要求的电工材料一般采用无氧杆，比如做漆包线，无氧杆做的肯定电阻更小，应用于电机时发热情况肯定优于低氧杆。

制造无氧铜杆要求质量较高的原材料，一般拉制直径>1mm的铜线时，低氧铜杆优点比较明显，无氧铜杆显得更为优越的是拉制直径<0.5mm的铜线。6mm的无氧铜杆用于生产铜扁线，3mm的无氧铜杆用于拉丝，生产电线铜芯、漆包线，主要应用于电线电缆和电机。而低氧杆拉丝时，很难拉制低于0.5mm以下的细丝。

所以，现在基本上是大规格、电阻要求低的电工产品用低氧杆；小规格、电阻要求高的用无氧杆。而音响线一般反而喜欢用无氧杆， 这和无氧杆是单晶铜、低氧杆是多晶铜有关。

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