蘇華光， 何維浩， 張永甲， 黨 朋， 蔡西川

（1.上海電纜研究所有限公司，上海200093；2.河北中際物探設(shè)備有限公司，河北 保定074005）

0 引 言

銅包鋼雙金屬?gòu)?fù)合導(dǎo)線是將高導(dǎo)電的銅芯、均勻、致密、連續(xù)包覆于高強(qiáng)度鋼絲表面，形成緊密的物理或冶金結(jié)合。自20世紀(jì)50年代以來(lái)［1］，世界各工業(yè)國(guó)都在致力于雙金屬?gòu)?fù)合線材生產(chǎn)的研究和開發(fā)應(yīng)用，以利用兩種不同金屬的差異性，制造出比單金屬線材性能更為優(yōu)異的線材。這些國(guó)家相繼成功地開發(fā)了銅包鋼線材。在經(jīng)過(guò)多次工藝設(shè)備創(chuàng)新后，銅包鋼線材的質(zhì)量達(dá)到了相當(dāng)高的水平，銅包鋼線作為一種功能材料，在輸電、通信、航空航天、汽車和電子等領(lǐng)域顯現(xiàn)出卓越的技術(shù)或經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)［2］。

國(guó)內(nèi)并不缺少銅包鋼線的應(yīng)用，隨著技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的銅包鋼應(yīng)用市場(chǎng)有部分減少，新的應(yīng)用市場(chǎng)產(chǎn)生，而銅包鋼技術(shù)發(fā)展跟不上需求的步伐。下面將介紹國(guó)內(nèi)銅包鋼的發(fā)展歷史及趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)銅包鋼線應(yīng)用較多的幾家，在質(zhì)量、工藝水平和生產(chǎn)成本等方面的差異和進(jìn)展，與國(guó)外銅包鋼線的比較等內(nèi)容。

1 銅包鋼行業(yè)發(fā)展歷史

本文的銅包鋼是用于導(dǎo)體行業(yè)的銅包鋼，不包括焊絲等產(chǎn)品。

我國(guó)復(fù)合線材銅包鋼的發(fā)展歷史，可分成三個(gè)階段：

（1）第一階段

1969年至1985年，國(guó)內(nèi)僅有湘潭電纜廠采用鑄軋法工藝生產(chǎn)銅包鋼線，這是國(guó)內(nèi)最早的銅包鋼生產(chǎn)工藝，運(yùn)用了前蘇聯(lián)技術(shù)，這個(gè)工藝將鋼棒裝在模具中，外澆鑄銅液，形成幾十公斤的銅包鋼坯錠，然后熱軋、清洗、拉絲、退火［3］，可以生產(chǎn)雙零級(jí)的銅包鋼線。

該工藝采用小模具澆鑄，材料利用率低，產(chǎn)品長(zhǎng)度受限，成本偏高，已在1990年停產(chǎn)淘汰。

（2）第二階段

1985年至2001年，由于改革開放，通訊事業(yè)迅猛發(fā)展，當(dāng)時(shí)郵電部門要求電話線芯導(dǎo)體材料均采用銅包鋼或純銅。因此各省蜂擁而上采用電鍍工藝生產(chǎn)銅包鋼線材，即用電解電池工作原理的電鍍工藝，將塊狀銅板作陽(yáng)極“溶解”，然后經(jīng)電流引導(dǎo)到覆蓋在陰極的鋼絲上，形成銅層包覆。高峰期年產(chǎn)1 000 t以上的廠家有30余家。電鍍銅包鋼線材主要用于電話線、有線電視電纜、電子元器件引線等。其具有使用傳統(tǒng)工藝設(shè)備、生產(chǎn)場(chǎng)所占地面積小、導(dǎo)電率低、鍍層薄等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品性能差、包覆層薄厚不均勻、易剝落［4］。更為嚴(yán)重的是生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的電鍍廢液造成嚴(yán)重環(huán)境污染，成為難以克服的公害。這個(gè)時(shí)期，哈爾濱電纜廠在引進(jìn)美國(guó)通用電汽公司熱浸鍍法無(wú)氧銅桿生產(chǎn)設(shè)備上，經(jīng)改造，生產(chǎn)出了熱浸鍍法銅包鋼，但未見銷售。

1993年，湘潭電纜廠在成功獲得了引進(jìn)包覆法銅包鋼的國(guó)家項(xiàng)目，但因工廠效益下滑而停止了引進(jìn)。該階段，銅包鋼線導(dǎo)電率40%的和應(yīng)用要求較高的場(chǎng)景是進(jìn)口美國(guó)科普威的銅包鋼線，該產(chǎn)品采用雙銅帶熱軋成坯工藝，質(zhì)量?jī)?yōu)良，但成本高。

（3）第三階段

2001年至今，為了克服鑄軋、電鍍工藝生產(chǎn)銅包鋼出現(xiàn)長(zhǎng)度短、銅層不均勻，拉絲易斷線、污染環(huán)境等缺陷，適用大長(zhǎng)度、高強(qiáng)度、大截面、耐腐蝕復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)。2001年在上海某公司自主開發(fā)包覆法銅包鋼生產(chǎn)線獲得成功。包覆是將銅帶縱向包裹鋼絲，在包裹的接口處用氬弧焊焊接成管，后經(jīng)特殊的軋制、拉絲和退火工藝，讓銅和銅結(jié)合到一起。2003年形成批量銷售，不但替代進(jìn)口，而且全球銷售，產(chǎn)品質(zhì)量水平與世界接軌。其特點(diǎn)是產(chǎn)品的包覆層厚薄均勻、長(zhǎng)度長(zhǎng)，特別適合作通信、電子、輸電用線材；不足的是成本較高，存在雙金屬結(jié)合難的技術(shù)難點(diǎn)。

同時(shí)，水平連鑄等其他各種工藝也應(yīng)運(yùn)而生。水平連鑄是在鋼絲上直接連續(xù)澆鑄銅液，在模具中冷卻，形成銅包層。在銅鋼接觸面有合金層，該合金層對(duì)導(dǎo)電率有影響。其適合生產(chǎn)大截面、大長(zhǎng)度復(fù)合線材，復(fù)合層厚度可任意選擇且結(jié)合性能良好。缺點(diǎn)是復(fù)合層厚度的均勻性相對(duì)較差、有偏芯，不宜做電性能要求高的小規(guī)格復(fù)合線材。

這個(gè)階段是電鍍法、包覆法和水平連鑄法3種工藝共占市場(chǎng)。在國(guó)內(nèi)包覆法銅包鋼開發(fā)之前，國(guó)內(nèi)高端市場(chǎng)都是進(jìn)口美國(guó)科普威的銅包鋼線，國(guó)內(nèi)有代理商。但2003年，國(guó)內(nèi)包覆法投產(chǎn)后，價(jià)格比美國(guó)科普威低，質(zhì)量性能相同，當(dāng)時(shí)美國(guó)科普威的銅包鋼線價(jià)格一降再降，導(dǎo)電率40%直徑Φ0.25 mm的銅包鋼線價(jià)格為8萬(wàn)／t，國(guó)內(nèi)包覆法的價(jià)格為6萬(wàn)／t；當(dāng)美國(guó)科普威的價(jià)格降到6萬(wàn)／t時(shí)國(guó)內(nèi)包覆法的降到5.6萬(wàn)／t。到2005年，代理商已無(wú)法銷售，退出了中國(guó)市場(chǎng)。2007年，美國(guó)科普威的銅包鋼產(chǎn)量下降，國(guó)內(nèi)某公司收買了這家原世界最大的銅包鋼公司美國(guó)科普威雙金屬有限公司。但該公司產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)銷售量不大，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本被國(guó)內(nèi)三大工藝占有，分析原因主要還是成本問(wèn)題。

下面就幾種銅包鋼的主要生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本及新產(chǎn)品的開發(fā)等進(jìn)行了綜述。

2 國(guó)內(nèi)外主要的銅包鋼工藝

國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較多的是電鍍法、包覆法和水平連鑄法銅包鋼工藝。國(guó)外用得比較多的是雙銅帶熱軋法，包覆法和熱浸鍍法。先介紹各種工藝法的關(guān)鍵工藝特點(diǎn)，便于后面的產(chǎn)品質(zhì)量性能比較。

2.1 電鍍法工藝

電鍍法工藝是導(dǎo)電率30%以下銅包鋼線用得最多的。電鍍法生產(chǎn)銅包鋼線的工藝流程見圖1。

圖1 電鍍法生產(chǎn)銅包鋼線的工藝流程圖

由圖1可知：該流程主要由三大部分組成，先對(duì)鋼絲表面處理，除油去氧化層，再預(yù)鍍銅或鎳，主鍍加厚銅層，后面清洗，加抗氧化劑或表面鈍化劑。

電鍍銅包鋼的基本原理［4］：將經(jīng)過(guò)前期處理并預(yù)鍍鎳的鋼絲浸入電鍍液，并在鋼絲（陰極）和銅板（陽(yáng)極）上施加一定的電壓。在陽(yáng)極上，銅板在電解作用下，不斷的失去電子并形成游離的二價(jià)銅離子游離在電鍍液中：Cu－2e →Cu2＋，在陰極上，鋼絲在電解作用下，使二價(jià)銅離子重新獲得電子，并沉積在鋼絲表面，形成銅包鋼線：Cu2＋＋2e →Cu，Cu2＋＋e →Cu＋，Cu＋＋e →Cu，2H＋＋2e →H2。

要將銅離子鍍到鋼絲表面，一定要阻止鐵與銅離子直接發(fā)生的氧化還原反應(yīng)。鋼與銅離子直接發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，是鐵基電鍍銅要解決的最基本問(wèn)題，這個(gè)過(guò)程可表示為：Fe＋Cu2＋→Fe2＋＋Cu；Fe2＋的生成［5］，鋼絲本身提供電子并轉(zhuǎn)化為亞鐵離子意味著鋼絲的溶解，也就形成所謂的爛絲，這個(gè)過(guò)程形成的置換銅層，不涉及電沉積，結(jié)合非常薄弱［6］。為了防止鋼絲可能的溶解，必須采用預(yù)鍍。成熟的預(yù)鍍工藝有氰化物鍍、銅鍍鎳和高磷比的焦磷酸鹽鍍銅。氰化物鍍銅液具有分散性好、鍍層致密、附著性強(qiáng)等特點(diǎn)。但國(guó)產(chǎn)設(shè)備解決氰化物環(huán)保問(wèn)題比較困難，一般采用其它配方。在后續(xù)拔絲加工的電鍍，以鍍鎳作為預(yù)鍍打底比較好。而主鍍（加厚）銅則可以采用酸性硫酸鹽鍍銅［7］或氟硼酸銅／氟硼酸工藝［8］。因此，電鍍工藝要提高銅層的附著性、致密性、連續(xù)性和穩(wěn)定性，才能獲得優(yōu)質(zhì)的銅包鋼線材，這是電鍍的難點(diǎn)，再者，電鍍要提高鍍層厚度，難度較大［6］。一般線徑只做到φ2.5 mm以下，導(dǎo)電率在20%以下。

2.2 包覆法工藝

包覆焊接法生產(chǎn)銅包鋼坯線的工藝過(guò)程［7］，它主要由原料預(yù)處理、包覆焊接和銅鋼粘合3部分組成。原料預(yù)處理主要是在包覆前對(duì)銅帶和鋼線進(jìn)行徹底清理，除去表面的油污和氧化物，以保證銅包鋼線的能良好粘合。包覆焊接是銅帶在進(jìn)入焊接裝置后逐漸成型，在形成圓管過(guò)程中將鋼線包覆，然后采用鎢極氬弧焊將不斷向前運(yùn)動(dòng)的銅管縱縫的兩邊焊接起來(lái)，形成均勻包覆的銅包鋼線坯。銅鋼粘合通過(guò)專門開發(fā)的專用工藝和設(shè)備，采用特殊的軋拉工藝，將銅鋼粘合到一起，形成良好的原子間緊密結(jié)合。包覆焊接法生產(chǎn)銅包鋼雙金線生產(chǎn)工藝流程見圖2。

圖2 包覆焊接法銅包鋼線的雙金線生產(chǎn)工藝流程示意圖

由圖2可知：包覆焊接法的銅包鋼雙金線生產(chǎn)工藝流程中的難點(diǎn)之一是大長(zhǎng)度焊接，焊接中途停機(jī)換焊針后再開機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)漏點(diǎn)連續(xù)焊接，是良好包覆焊接線的基本要求，在中試階段就已解決了這個(gè)難點(diǎn)。包覆焊接法生產(chǎn)工藝流程中四輥熱軋工序截面圖見圖3。

圖3 包覆焊接法生產(chǎn)工藝流程中四輥熱軋工序截面圖

由圖3可知：四輥熱軋工序是包覆焊接法銅包鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)，四輥熱軋讓銅層和鋼芯粘合一步到位，變形量相對(duì)較小實(shí)現(xiàn)了雙金屬的結(jié)合。合適的工藝和設(shè)備是獲得這種粘合良好的銅鋼的關(guān)鍵，大變形量使銅鋼粘合通常的手段，但這樣通常只能生產(chǎn)Φ2 mm以下小規(guī)格的線材。只有小變形量使銅鋼粘合，才能生產(chǎn)大規(guī)格的線材，通過(guò)對(duì)兩種金屬粘合理論的研究［1，9］，應(yīng)用于技術(shù)開發(fā)中，指導(dǎo)工藝和設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，導(dǎo)電率70%的可做到Φ6 mm以下，擴(kuò)大了生產(chǎn)范圍。

2.3 水平連鑄法工藝

水平連鑄法生產(chǎn)銅包鋼線［10-11］，主要分為表面處理、鋼芯預(yù)熱、水平連鑄和后處理等4個(gè)環(huán)節(jié)。其關(guān)鍵點(diǎn)是水平連鑄，其工藝原理見圖4。

圖4 水平連鑄原理示意圖

由圖4可知：經(jīng)過(guò)表面處理預(yù)熱的鋼芯進(jìn)入連鑄爐，在水冷結(jié)晶器里銅液凝固成固體銅層，包覆在鋼芯上，由輪式牽引拉出，形成連續(xù)結(jié)晶的銅包鋼復(fù)合線材。

表面處理是為了得到結(jié)合性能好的銅鋼界面，在水平連鑄復(fù)合前必須對(duì)鋼絲表面進(jìn)行徹底清理。因此，鋼絲首先要通過(guò)拉拔模剝?nèi)ケ砻娴难趸F皮，然后進(jìn)入矯直機(jī)進(jìn)行矯直，經(jīng)過(guò)剝皮、矯直后的鋼絲再經(jīng)除油、酸洗、水洗等工序使芯線表面清潔。預(yù)熱是為了形成良好的潤(rùn)濕環(huán)境，減少鋼絲吸熱，保持金屬液溫度穩(wěn)定。連鑄是工藝的核心，它把表面清潔的鋼絲和銅液通過(guò)結(jié)晶器的冷卻而結(jié)合在一起，達(dá)到銅包鋼線復(fù)合的目的。后處理主要是對(duì)銅包鋼線進(jìn)行拉拔和熱處理，使復(fù)合線產(chǎn)生一定的變形，以改善其力學(xué)性能、導(dǎo)電性能和表面質(zhì)量。其中鑄造復(fù)合是關(guān)鍵，它決定產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

用水平連鑄法生產(chǎn)銅包鋼線材具有節(jié)省人力、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。但怎樣減小銅鋼界面合金層的厚度、減少偏芯，還有待進(jìn)一步的研究。

2.4 雙銅帶熱軋法

雙銅帶熱軋法［12］是美國(guó)科普威的銅包鋼工藝，2007年前是世界最大的銅包鋼線生產(chǎn)商。該工藝關(guān)鍵點(diǎn)是用二輥熱軋，雙銅帶熱軋孔成坯切邊示意圖見圖5。將上下兩根銅帶和中心鋼芯軋合在一起，形成帶雙“耳子”的銅包鋼線坯，然后切除雙“耳子”，進(jìn)行拉拔和退火，制成產(chǎn)品。

圖5 雙銅帶熱軋成坯切邊示意圖

銅帶和鋼芯在進(jìn)入軋輥前進(jìn)行表面凈化加熱和表面活化處理，銅帶與銅帶，銅帶與鋼芯才能形成粘合，在一定的壓合變形量下，軋制的銅帶向兩邊輥縫產(chǎn)生寬展，形成了多余的雙“耳子”，這是形成良好粘合必需的余量。

該工藝對(duì)銅帶質(zhì)量要求高，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好，但工藝控制比較復(fù)雜，工藝廢料較多，相對(duì)成本偏高，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被低成本的包覆法替代了。

2.5 熱浸鍍法

熱浸鍍法是日本在引進(jìn)美國(guó)通用電氣公司熱浸鍍無(wú)氧銅桿生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上開發(fā)出了銅包鋼線，并用于新干線的接觸網(wǎng)導(dǎo)線［13-15］。是一種液-固相復(fù)合工藝，其制備原理是將溫度較低的鋼芯通過(guò)熔融的銅液，鋼線由于吸熱而使液態(tài)銅冷凝在鋼線表面，制備出具有一定履層厚度的銅包鋼線。熱浸鍍法制備銅包鋼線流程示意圖見圖6［8］。

圖6 熱浸鍍法制備銅包鋼線示意圖

浸鍍前，鋼芯線首先進(jìn)行表面處理（機(jī)械打磨＋酸堿洗＋涂助鍍劑）以清除表面的油脂、氧化膜并活化表面。表面處理后將鋼線預(yù)熱，預(yù)熱后，鋼線會(huì)通過(guò)熔融的銅液實(shí)現(xiàn)復(fù)合。其銅層和鋼芯間的結(jié)合力好［16-17］，可塑性好。與包履法相比，熱浸鍍法具有加工費(fèi)用低，銅材利用率高，易得到長(zhǎng)尺寸的連續(xù)線材或帶材；與電鍍法比，它可以獲得的銅層厚度更厚，且生產(chǎn)對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。實(shí)際上是鋼絲熱鍍銅與鋼絲熱鍍鋅工藝相似，只是一個(gè)要鍍厚一個(gè)要鍍薄。

該工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)未見銷售，可能在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。

3 銅包鋼產(chǎn)品質(zhì)量性能特點(diǎn)

國(guó)內(nèi)銅包鋼線主要應(yīng)用的3種工藝，電鍍法、包覆法和水平邊鑄法，產(chǎn)品性能都能在某些特定的范圍內(nèi)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而且有相對(duì)的成本優(yōu)勢(shì)，都能形成自己的一塊市場(chǎng)，為用戶提供了可選性，可找到最佳性價(jià)比的產(chǎn)品。下面介紹3種銅包鋼的結(jié)合面結(jié)構(gòu)及其機(jī)械電氣性能。

3.1 三種銅包鋼的銅鋼結(jié)合面

對(duì)3種銅包鋼的銅鋼結(jié)合面作了線掃描分析，其結(jié)果如下：

圖7是包覆法Φ0.24銅包鋼線掃描，銅鋼結(jié)合面分界線明顯，沒(méi)有形成銅鋼中間合金層，電鍍法的結(jié)合面與包覆法的相似。圖8是電鍍?chǔ)?.0銅包鋼線的橫截面，銅鋼分界明顯。

圖7 包覆法Φ0.24銅包鋼線線掃描

圖8 電鍍?chǔ)?.0銅包鋼線橫截面

圖9線掃描中銅鋼結(jié)合面的左邊銅層中已熔入了鐵、鉻和鎳等元素，形成了合金層，合金層厚度達(dá)到200μm。從圖10可看到銅鋼界面的合金層。

圖9 水平連鑄Φ3.0銅包鋼線的線掃描數(shù)據(jù)

圖10 水平連鑄Φ3.0銅包鋼線

3.2 包覆法與電鍍法銅包鋼的銅層金相圖譜

包覆法與電鍍法的銅層金相圖譜分別見圖11和圖12。

由圖11和圖12可以看出：包覆法銅層有明顯的拉伸變形織構(gòu)，而電鍍法是顆粒堆集結(jié)構(gòu)，包覆法組織結(jié)構(gòu)緊密，加工變形量大。從Φ0.24 mm銅包鋼絲金相可以明顯地看出，電鍍法銅包鋼的金相圖在銅鋼金屬界面間有一條白線，說(shuō)明界面可能有雜質(zhì)或殘留電鍍液，而包覆法銅包鋼就不存在此現(xiàn)象。

圖11 包覆法Φ0.24銅包鋼線

圖12 電鍍法Φ0.24銅包鋼線

3.3 電鍍法與包覆法銅包鋼的銅層厚度與導(dǎo)電率

將兩個(gè)Φ0.24樣品制成金相試樣，經(jīng)打磨、拋光后在顯微鏡放大150倍觀察并測(cè)量其厚度。

按GB／T 3954.2試驗(yàn)方法，用雙臂電橋，測(cè)得兩個(gè)樣品的電阻；按GJB882A—2002產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)采用100 N拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)量拉斷力和延伸率，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可知：包覆法的平均銅層厚度比電鍍法的平均銅層厚度小2μm，但電阻更小，導(dǎo)電性更好，從前面金相可知：銅層組織結(jié)構(gòu)包覆法的是緊密的加工織構(gòu)，電鍍法是顆粒堆集，相對(duì)比較松散，導(dǎo)電性能較差，也有可能是因?yàn)樗玫匿撔镜膶?dǎo)電率有差異。

表1 Φ0.24電鍍法和包覆法的試驗(yàn)結(jié)果

采用電鍍法與包覆法生產(chǎn)的產(chǎn)品都符合標(biāo)準(zhǔn)要求，都已被用戶采用。

3.4 銅包鋼產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)差異

前面說(shuō)到在第二階段，銅包鋼只有電鍍法的產(chǎn)品供貨，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也按電鍍法的工藝制定。與國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)有差異，國(guó)外不用電鍍法的產(chǎn)品。銅包鋼產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)差異見表2。

由表2可知：ASTM B452-02為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，YD／T 722-94、GJB882A—2002為國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均沒(méi)有扭轉(zhuǎn)性能要求。因當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)電鍍法的產(chǎn)品扭轉(zhuǎn)性能達(dá)不到要求，只有13～15 r。銅層最小厚度國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)值低于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)值，或因電鍍法有點(diǎn)偏芯或鍍不厚。GJB882A—2002耐腐蝕規(guī)定了每米不超過(guò)5個(gè)孔隙，這是按電鍍法工藝制定的標(biāo)準(zhǔn)，采用包覆法銅包鋼線進(jìn)行試驗(yàn)，根本沒(méi)有孔隙。所以電鍍法的缺陷是明顯的。

表2 銅包鋼產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)差異

自2010年以來(lái)，電子行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)SJ／T11411《銅包鋼線》，將扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)加入標(biāo)準(zhǔn)中，但銅層最小厚度只有直徑的3%和5%，導(dǎo)電率分別為30%，40%，比1994年標(biāo)準(zhǔn)9%還低，部分原因是水平連鑄的銅包鋼偏芯比較多。

3.5 包覆法、電鍍法和水平連鑄法特點(diǎn)

國(guó)內(nèi)用戶一般都按標(biāo)準(zhǔn)采購(gòu)銅包鋼產(chǎn)品，不考慮銅包鋼產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，但國(guó)外不用電鍍法的銅包鋼，對(duì)生產(chǎn)工藝方法有限制。前面分析了3種工藝的一些差別，下面是3種銅包鋼生產(chǎn)工藝的比較，見表3。

表3 不同生產(chǎn)工藝的銅包鋼產(chǎn)品的比較

由表3可知：銅包鋼性能最好的是包覆法，電鍍法在導(dǎo)電率30%以下的小規(guī)格線成本較低，水平連鑄因偏芯大不能做小線，大規(guī)格優(yōu)勢(shì)大，但成本較高，因銅鋼界面的合金層降低了銅層的導(dǎo)電性。

盡管國(guó)內(nèi)銅包鋼線還存在各方面的問(wèn)題，但與純銅線相比還是有較好的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

3.6 銅包鋼線與銅線性能比較

銅包鋼產(chǎn)品具有不可替代的優(yōu)越性。銅線作為一種金屬導(dǎo)體被人廣泛應(yīng)用于通信和電力工業(yè)中，但其本身也存在無(wú)法克服的缺陷。銅包鋼線與銅線性能比較見表4。

表4 銅包鋼線與銅線性能比較

由表4可知：銅包鋼線具有的性能和成本優(yōu)勢(shì)，用銅包鋼取代純銅線，對(duì)于導(dǎo)電率20%和30%的銅包鋼，含銅量更低，成本優(yōu)勢(shì)更大，電鍍法工藝在這一塊占有較大的市場(chǎng)［11］。但是，對(duì)于出口和高端應(yīng)用，包覆法工藝在市場(chǎng)上占有率高。

4 包覆法銅包鋼產(chǎn)品

能夠與國(guó)際接軌的只有包覆法銅包鋼產(chǎn)品，包覆法銅包鋼可以按照美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)和德國(guó)等先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)并出口這些國(guó)家，銅包鋼還可以做成鍍錫或鍍銀銅包鋼產(chǎn)品，滿足相關(guān)用戶需求。

4.1 電子產(chǎn)品用銅包鋼線

電子產(chǎn)品用銅包鋼線，采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTMB452-02生產(chǎn)。主要的規(guī)格性能見表5。

表5 電子產(chǎn)品用銅包鋼線的試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知：導(dǎo)電率40%硬態(tài)和導(dǎo)電率30.5%軟態(tài)的兩個(gè)銅包鋼線，性能均符合美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTMB 452的要求。

4.2 鍍銀銅包鋼線

用于高頻導(dǎo)線和特種電纜導(dǎo)線，導(dǎo)電率30%的鍍銀銅包鋼線（樣品1）、導(dǎo)電率40%的鍍銀銅包鋼線（樣品2）的卷繞試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 導(dǎo)電率30%，40%的鍍銀銅包鋼線的結(jié)果比對(duì)

由表6可知：卷繞試驗(yàn)是試驗(yàn)鍍層的附著性，延伸試驗(yàn)是試驗(yàn)線材的延展性。這是一家英國(guó)公司的用戶標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)比較先進(jìn)，直接為這家公司提供線纜導(dǎo)體，但銅包鋼坯線必須是包覆法的銅包鋼線。

另外還有鍍錫銅包鋼線，用于電子線纜方面，本文不再列出。本單位開發(fā)的包覆法銅包鋼產(chǎn)品與美國(guó)、歐洲等國(guó)家相比，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)，成本適中，是經(jīng)過(guò)了多次保質(zhì)量、降成本的工藝、設(shè)備和原材料改進(jìn)開發(fā)，具有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

5 銅包鋼產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)

隨著3G、4G、5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，固定電話用量在減少，加上光纖的大量使用，用于固定電話的下戶線和通信線路的銅包鋼線用量減少。同時(shí)，因質(zhì)量、特別是環(huán)保要求提高，許多廠家被關(guān)停。剩下的電鍍廠家，在質(zhì)量和環(huán)保方面，都取得了重大進(jìn)步，但成本也相對(duì)提高了。

2010年以來(lái)，銅包鋼出現(xiàn)了新的應(yīng)用，用銅包鋼替代鍍鋅鋼棒作接地網(wǎng)，具有成本及質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)。銅包鋼接地棒，規(guī)格大到Φ25 mm，銅層厚度不管規(guī)格大小，常用的都是0.25 mm，這個(gè)應(yīng)用，給目前電鍍法、包覆法和水平連鑄法等3種生產(chǎn)方法均帶來(lái)了問(wèn)題，大規(guī)格不適合成盤收放（即是用大直徑盤，后面校直難度大），無(wú)法大長(zhǎng)度連續(xù)生產(chǎn)?，F(xiàn)有工藝不能滿足銅包鋼接地棒的要求。銅包鋼接地棒的主要規(guī)格見表7。

表7 銅包鋼接地棒常用規(guī)格

表7是銅包鋼接地棒常用的規(guī)格，其它可定制，銅層厚度分別為0.33，0.55，0.80，1.00 mm等。盡管這些年，電鍍法、包覆法和水平連鑄法等3種銅包鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)都在進(jìn)步，但還是跟不上市場(chǎng)需求的步伐，表7中的直徑大于Φ8 mm的產(chǎn)品，電鍍法和水平連鑄法可以生產(chǎn)，但產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。電鍍法可能出現(xiàn)容易腐蝕，產(chǎn)品使用壽命短；水平連鑄法存在偏芯增大的問(wèn)題；包覆法不能生產(chǎn)以上的規(guī)格產(chǎn)品。開發(fā)成本、質(zhì)量適合的銅包鋼接地棒，是銅包鋼面臨的新問(wèn)題。

6 結(jié) 論

目前，電鍍法、包覆法和水平連鑄法能滿足除了接地棒外的所有銅包鋼的高、中低端用途外，具有良好的性價(jià)比。隨著目前銅價(jià)不斷升高，用途還可以擴(kuò)展。

現(xiàn)有工藝電鍍法，用于銅包鋼接地棒只能鍍了直接用上，不能對(duì)銅層進(jìn)行軋、拉等深加工，鍍層致密性差，埋在地下易被腐蝕，但通過(guò)表面的工藝處理還是可以使用的。水平連鑄法可以做大規(guī)格，但比電鍍法的成本高。

開發(fā)成本低的優(yōu)質(zhì)銅包鋼接地棒，可能的方案是改進(jìn)的熱浸鍍法、雙銅帶熱軋法和套管熱加工法［17］，擴(kuò)大規(guī)格需要大型加工設(shè)備，因此成本不會(huì)低。

必須在成本和質(zhì)量之間找到平衡點(diǎn)，工藝和設(shè)備的創(chuàng)新，短流程，低成本，新的工藝路線：采用單模電磁澆鑄銅包鋼坯棒，形成類似于加工組織的銅層致密結(jié)晶，再用拉床直拉2道，即形成所需產(chǎn)品，棒的頭、尾不要去掉，接地棒安裝現(xiàn)有的接頭技術(shù)可有效把棒的頭、尾利用起來(lái)。該工藝是目前成本低、質(zhì)量好的方法。