Ｔｏｔａｌ ｌ２７ Ｎｏ．３ ２０１４ 铜 业 工 程 Ｃ０ＰＰＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ 总第１２７期
２０１４年第３期
潼谶镰择糜 馘 续撼侉曛缭的謦瞻 何姗珊 （江西铜业集团公司，江西贵溪３３５４２４）
摘要：重点探讨了铜杆的质量对于超细铜线在生产过程中断线现象发生的影响，分析了铜杆拉伸断线的主 要原因，总结了铜杆的杂质元素、表面缺陷、气孔的存在以及铜杆的塑性不足是影响再拉断线的主要因素，提出了 可以提高铜杆质量的包括减少杂质含量、防止表面缺陷、减少气孔、增强塑性等有效措施。 关键词：超细线；铜杆质量；断线；杂质元素；气孔 中国分类号：ＴＧ３５６．４文献标识码：Ｃ文章编号：１００９—３８４２（２０１４）０３—０００８—０３
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｕｌｔｒａｆｉｎｅ Ｗｉｒｅ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｂｒｅａｋａｇｅ ｏｎ Ｃｏｐｐｅｒ Ｒｏｄ Ｑｕａｌｉｔｙ ＨＥ Ｓｈａｎ—ｓｈａｎ （Ｊｉａｎｇｘｉ Ｃｏｐｐｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｇｕｉｘｉ ３３５４２４，Ｊｉａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｒｏｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｎ ｌｉｎｅ ｂｒｅａｋ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌｔｒａｆｉｎｅ ｃｏｐｐｅｒ，ａｎ— ａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｒｏｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｂｒｅａｋａｇｅ，ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｗｉｒｅ—ｄｒａｗｉｎｇ ａｒｅ ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｃｏｐｐｅｒ ｒｏｄ，ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔｓ，ｐｏｒｅ，ａｎｄ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ ｒｏｄ．Ｉｔ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｒｏｄ，ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｆｅｃｔｓ，ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｐｏｒｅｓ，ｒｅｉｎ— ｆｏｒｃｉｎｇ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｆｉｎｅ ｗｉｒｅ；ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｒｏｄ；ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ ｌｉｎｅ ｂｒｅａｋ；ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｅｌｅｍｅｎｔｓ；ｐｏｒｅ
１ 引言 超微细线材是一种高新技术产品，在现实生活 中应用广泛，特别是在仪器关键部件连接方面的优 势特别突出，比如可以用作生化医用精细线材、高速 宽频传输用缆线等。随着微电子电器行业的迅速发 展，带动了电线电缆企业对微细电子线材的需求。 根据上海电缆工程设计研究所统计，预计到２０１５年 微细电子线材的需求量将达到３０万ｔ左右，其中直 径不大于０．０５ｍｒｎ的电子线材需求量将达到９万ｔ 左右 。 超微细铜线是指直径不大于０．０５ｍｍ的铜线， 这种铜线也被称为超细铜线。生产超细铜线，一般 采用拉伸法。拉伸法具有自动化程度高、产品表面 质量好、尺寸精度高，且能在同一机列上实现连续等 优点。目前，我国能够全部掌握成套生产技术，生产 超细铜线的企业为数不多，这主要一方面在于超细 铜线生产对母线的质量要求很高，需要先进的铜杆 制造装备和工艺技术，另一方面在于拉制超细铜线 本身的工艺技术要求很高 Ｊ。 铜线在拉制过程中很容易发生断线的现象，这 也是超细铜线生产的难度所在。断线的根本原因就 是因为超细铜线太组，铜线拉断力较小，微小的铜杆 缺陷或稍大的外力都很容易造成“断线”的发生。 导致拉伸断线的原因很多，如铜杆质量、拉伸设备、 润滑状态等。本论文重点探讨的是铜杆质量对超微 细线拉伸断线的影响，并在此基础上提出了相应的 解决措施。 ２超细铜线的生产流程以及主要特点 目前全世界范围内的铜线的生产都经历两个步 骤：制杆和拉线，制杆尺寸一般为ｑｂ８ｍｍ，从ｑｂ８ｍｍ 以后开始进行拉伸变形。目前我国制杆的工艺主要
收稿日期：２０１４—０５一Ｏ８ 作者简介：何姗珊（１９８６一），女，江西上饶人，学士，主要从事科研项目管理工作。Ｅ—ｍａｉｌ：２７７０８６４９３＠ｑｑ．ｃｏｍ
８ 何姗珊：浅谈铜杆质量对超微细线拉伸断线的影响 ２０１４年第３期 有美国南方线材公司的ＳＣＲ法、德国西马克．梅尔 公司的Ｃｏｎｔｉｒｏｄ法以及上引法 等，超细铜线拉伸 的母线一般选用连铸连轧法生产的光亮圆铜杆，这 是由于连铸连轧生产的铜杆经历的大变形量的热变 形，因此其产品具有晶粒细小、致密度高，表面光洁 等优点。在拉制过程中，超细铜线的生产流程包括 大拉、中拉、小拉、细拉和微拉，铜线直径随工艺流程 逐渐减细，产品规格不同，生产的道次、工艺也有所 不同。 在铜线的生产过程中，常会出现很多产品缺 陷，导致成品率极低，比如断线、规格不均问题、 铜线表面不规整等等。在这些缺陷中，断线现象是 最为严重的。规格较大的铜线的拉断力也相对较 大，所以在生产规格较大的铜线时断线现象的发生 概率会小很多。然而，由于超细铜线的截面很小， 所以它的拉断力也相对很小，因此在超细铜线的生 产过程中，断线现象是很常见的。在超细铜线的拉 制过程中，随着线径的不断减小，拉伸难度越来越 大，细拉和微拉成为最关键的工序，这也是超细铜 线特有的生产流程。 ３ 铜杆质量对超微细线拉伸断线的影响 铜线拉断力的大小是产生断线的内因，因此，控 制铜杆的质量对于减少超微细线拉伸断线现象的发 生具有重要意义。一般来说，评价铜杆质量的指标 主要有铜杆中杂质元素的含量、表面缺陷、气孔以及 铜杆的塑性等。为了研究铜杆质量对超微细线拉伸 断线的影响，笔者分别对铜杆中杂质元素的含量、表 面缺陷、气孔以及铜杆的塑性等进行了探讨。 ３．１ 铜杆中杂质元素的影响 铜杆杂质元素含量的多少是对铜杆纯度的一个 主要表征，也是评价铜杆质量的好坏的一个很重要 的指标。当铜杆中的杂质元索达到一定的量时，杂 质元素会对铜杆内部的微观结构产生影响，此时这 些杂质元素就会降低铜杆的质量。例如，铝、锌、 铁等金属元素很容易固溶于铜杆中，虽然这些杂质 元素在一定的程度上可以提高铜杆的硬度，但是这 些杂质元素的存在一定程度Ｅ也会影响到铜杆的热 加工性能和铜杆的塑性 。因为这些杂质元素的 存在，会减小铜杆的塑性，尤其是会影响到杂质素 周围金属的塑性。当铜杆拉伸变形不断加大时，金 属无法承受外界要求的形变量时，断线现象就会发 生了。 ３．２铜杆表面缺陷的影响 表面缺陷是指铜杆表面存在局部物理或者化学 性质不均匀。这些缺陷包括非金属夹杂物以及机械 损伤、孔洞、氧化斑等。表面缺陷的程度也是衡量一 个铜杆质量好坏的标准。表面缺陷比较少的铜杆， 质量相对就会较高；表面缺陷较多的铜杆，质量就会 相应的较低。表面缺陷通过影响铜杆的质量，在一 定程度上也会对超微细线拉伸断线有一定的影响。 表面缺陷的存在减少表面可变形的金属量，从 而改变了铜杆的可变形量，减小了铜线的抗拉能力。 因此当外界的拉力变大时，铜线就会发生断线现象。 另外，当拉制铜杆时，表面金属流动滞后于心部金属 流动，因此由于表面和心部运动的差异就会产生沿 着轴向的附加拉应力，这种附加拉应力容易产生表 面裂纹，虽然造成这种附加应力的原因主要是模具 和润滑，但表面缺陷的存在会使允许附加应力大为 降低，并加剧裂纹的扩张。 ３．３铜杆中气孔的影响 铜杆中气孔的多少也是一个衡量铜杆质量好坏 的另一重要指标。当铜杆内部含有气孔时，会使得 气孔周围部位的铜原子比其他部位的铜原子数量 少，同时，也在一定程度上改变了铜杆内部的微观结 构，从而影响了铜杆的质量。 铜线内部存在着气孔，也很容易就会导致断线 现象的发生。铜杆内部气孔的存在会使得本应由金 属物质填充的部位出现了空洞，会使得这个部位的 金属横截面积显著减少，进而导致该铜线的抗拉能 力下降，易出现断线现象。具体来说在拉制过程 中，由于气孔的存在，随着外加应力的增加，拉制 线径逐渐变小，使得铜线在此处存在很大的应力集 中，铜线的塑性变形程度增大。但是由于气孑Ｌ区域 与基体部分的塑性变形能力存在很大差异，气孔与 位错相互作用使变形更加困难并存在严重的应力集 中，最终导致基体与气孔相脱离，基体区域发生典 型的纯金属韧性断裂，而气孔周围发生脆性断裂， 导致铜线断线 。 ．． ３．４铜杆塑性的影响 塑性是指在外力作用下，材料能够稳定的发生 ｑ Ｔｏｔａｌ １２７ ． 铜 业 工 程 总第１２７期 永久性的变形同时又不破坏其完整陛的能力。在影 响铜杆质量的因素中，铜杆的塑性也是一个很关键 的因素。塑性好的铜杆，质量相对较高；塑性差的铜 杆，质量也就相应的较低 。 当生产铜杆的原材料铜含量较低时，会对铜杆 的塑性产生一定的影响。此外，在生产过程中，当外 界的拉应力超出了被拉制的铜线的抗拉强度，这将 导致断线现象发生，这是最直接的原因。当铜线经 过多次的拉制导致加工硬化后，如果此时不及时退 火，也会导致这种铜线的塑性变差。当铜线的塑性 变差后，在拉伸过程中变形抗力过大，往往会使得铜 线断线，并且会使得断裂的部位出现脆断的形状，并 且断面收缩率也比较小。 ４结语 断线现象是由很多原因引起的，除了外界的拉 力以及设备等因素外，铜杆的质量原因对于断线现 象的影响是不容忽视的。提高铜杆的质量，减少铜 线中的气孔的存在，降低铜线中杂质元素的含量以 及克服铜线塑性不足和表面缺陷等对于减少断线的 发生具有重要意义。
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（上接第７页）提升了带材的弯曲性能。 从表３和表４还可以看出，带材的横向弯曲性 能与抗拉强度和延伸率有密切关系，横向的抗拉强 度和延伸率均低于纵向的，横向弯曲性能不良 Ｊ。 如０．３５ｍｍ／ＳＨ带材，方案一的ＧＷ为４，ＢＷ为１０， 方案二的ＧＷ为２，ＢＷ为４。 对于Ｃ２６８０ ０．４ｍｍ／ＥＨ和０．３５ｍｍ／ＳＨ带材， 方案一留底料的晶粒度为２０ｔｘｍ，方案二的晶粒度 为１０１ｘｍ，横向弯曲试验发现，这两种方案有较大差 别，这也在表５中体现。试验表明，晶粒越细，不同 取向的晶粒越多，变形可以较均匀地分散到各个晶 粒，提高变形的均匀性；晶界总长度越长，位错移动 时阻力越大，提高强度和塑性。因此，对于要求强度 和硬度高的Ｃ２６８０弹性黄铜带材，留底料可以采用 较大加工率轧制成细晶粒，退火时不使晶粒增大，则 带材横向弯曲得到了明显提高。 ４ 结语 弹性黄铜的弯曲性能是带材的重要特性之一， 可以采用Ｒ／ｔ值评判，轧制工艺及退火工艺对获得 １Ｏ 弯曲性能优良的带材起着至关重要的作用。 （１）弯曲表面有光滑面、褶皱面和裂纹面，是由 于晶粒内滑移以及应力集中造成的，一般带材的纵 向弯曲性能优于横向。 （２）留底料的加工率和退火制度影响着带材的 晶粒度，当留底料的晶粒度在２０ｔｘｍ时，弯曲性能不 良，晶粒度在１０１ｘｍ时，弯曲性能良好。 （３）适当增加退火次数有利于改善带材晶粒的 均匀性，提高带材的弯曲性能。