铜加工(卷名：矿冶)
copper fabrication
用金属塑性变形方法，将铜锭坯加工成板材、带材、箔材、管材、棒材、型材和线材。最主要的金属塑性加工方法是轧制、挤压和拉伸，也可采用锻造、深冲、旋压及其他加工工艺。铜和铜合金加工材的一般规格：板材为(0.4～25)×(600～3000)毫米；带材宽 600～1000毫米；箔材厚0.005～0.05毫米；管材直径可达360毫米；毛细管直径小到0.5毫米；棒材直径5～160毫米;线材直径小到0.01毫米。产品供应状态可分为软（M）
、
、硬(Y)和特硬(T)五种。铜加工材的消费量仅次于钢材和铝材，主要用作导电、导热、耐蚀、耐磨和高级弹性材料。铜合金品种多，塑性加工性能相差较大。紫铜和大部分黄铜、青铜和白铜均有较好的热加工性能，变形温度为500～1050℃。含铅的α黄铜和含铅的青铜等，由于低熔点的铅不溶解于固态铜中，仅在晶界上分布，热加工时易引起热裂，宜于冷加工。除含铍、铬、锆等青铜合金有时效外，变形铜合金均属加工硬化型合金。塑性最好的紫铜、低锌黄铜等，热态、冷态变形率均可达90％以上。
铜和铜合金的塑性加工，除应保证制品稳定一致的力学性能、尺寸公差和表面质量外，对要求具有深冲性能的铜材还要控制晶粒大小，如黄铜晶粒粗大，深冲时就会使产品表面出现“桔皮”。一般深冲工艺要求薄板晶粒尺寸为0.03～0.07毫米。为控制制品的晶粒度，冷加工时，应控制变形量和中间退火工艺制度；热加工时，要控制加热温度和终轧温度。终轧温度过高，卷取后晶粒将继续长大。这些质量要求靠工艺及装备来保证。
熔炼和铸造 目的是得到具有一定化学成分和温度的熔体，除去熔体中的气体和有害杂质，为塑性加工提供锭坯。紫铜、黄铜、青铜等合金一般用无铁芯工频感应电炉进行熔炼，炉容量达12～15吨以上，两台熔炼炉和一台保温炉为一组，同时铸造两根扁锭。近年多用天然气为燃料的竖炉熔炼紫铜，熔化后送保温炉进行浇铸，流槽装有保护气体喷嘴，炉产量为每小时10吨以上。特殊合金有时用高频感应炉或中频感应炉进行熔炼。铜和铜合金，尤其是紫铜，熔炼时吸气性大，溶于金属中的气体会使铸锭产生气孔，常采用原木及磷、锰等元素作脱氧剂；为防止金属和低熔点合金元素的蒸发和氧化烧损，可采用木炭或硼砂等覆盖。锭坯主要用立式半连续、连续或卧式连续铸造。水平连铸板坯近年来发展很快，铸造板坯厚度可达10～20毫米，黄铜最厚可达40毫米，最宽可达800毫米，有的合金采用微行程反推。难于进行热轧的锡磷黄铜、铅黄铜等已广泛应用水平连铸带坯在机列上经铣面及均匀化后卷成带卷，作为冷轧带坯，卷重视轧机能力而定，可达5～10吨以上，熔炼的快速成分分析3分钟可报出结果。铸造时，应控制铸造温度、铸造速度、冷却强度和结晶器高度。
连铸连轧技术已应用于铜加工。连铸连轧工艺中的连铸主要采用移动结晶器成型法。按结构可分为轮带式、双带式和二辊式三种。连轧机型有多种，带材轧机有3～7个机架，线材轧机多达18～23个机架。用连轧机轧出的带坯厚度为2～6毫米，线坯直径为6～12毫米。
板材、带材、箔材生产 板材、带材、箔材一般都用带式法进行生产，特宽板材则以块式法生产。有的仍以块式法生产板材，但是板材的公差及板形都差，成品率也低。现在板带生产发展大铸锭轧制，提高质量、成品率和生产效率，锭重达10～12吨以上。铸锭不铣面，在步进式炉中加热，经两辊可逆轧机热轧到10～14毫米，三辊卷取机卷成带卷。带坯由双面铣床铣面后，经四辊可逆式或不可逆轧机，或两机架四辊连轧机、摆式轧机冷轧到2～4毫米，然后经四辊轧机或偏八辊轧机、三机架四辊连轧机、十二辊、二十辊轧机轧制到要求尺寸的带材或箔材。冷轧机装有液压压下、液压弯辊、厚度自动控制系统、板形控制仪及电子计算机控制、记录储存装置，以保证轧制带材的精度及平整度，带材公差可达3～5微米，最小可达±1微米。热轧用水或乳液作润滑剂，中轧多用乳液，精轧多用油作润滑剂，设有单独控制喷嘴多段冷却系统，控制辊型。锡磷青铜及铅黄铜等用水平连铸带坯冷轧。开始热轧温度随合金而异，一般为650～1050℃，热轧总变形量可达95％左右，紫铜、低锌黄铜等合金退火后总变形量达60～90％，低塑性及复杂合金为40～60％。精轧随性能要求选不同变形量。为保证板、带材平整度，有时采用拉弯矫。轧制带材经纵剪、横剪机列剪切成要求尺寸。铜箔除用轧制法生产外，还可用电解法生产，供电子工业制作印刷线路用。
管材、棒材、型材生产 管材主要采用挤压或斜轧穿孔开坯，经冷轧、拉伸制成；也可由挤压工艺直接生产。难以热变形的铅黄铜、锡磷青铜等合金也能承受热挤压变形。挤压流出速度:紫铜、黄铜可达5000毫米/秒，锡磷青铜仅为30毫米／秒。最大挤压比：紫铜和黄铜为500:1，青铜为40:1，白铜为20:1。棒材和型材除采用挤压供坯外，还用孔型轧制开坯，经拉伸出成品。也可采用挤压和轧制直接获得成品。挤压工艺发展长锭大挤压比水封无氧化挤压。
管材和棒材的拉伸，多在直线链式拉伸机上进行，延伸系数为2.0以下。现已采用重达500公斤铸锭经挤压或斜轧穿孔生产管坯，快速三线或单线轧管机冷轧，再用游动芯头盘管拉伸生产管材，盘管直径达2020毫米，细管用小直径盘管拉伸。管材轧制的特点是金属变形条件好，延伸系数高（紫铜4.5～12，黄铜3～8），制品壁厚均匀内外表面质量高，适于轧制难变形的合金。焊接管材是以冷轧带材做坯料，用高频焊接或氩弧焊接法生产。焊接管坯再经圆盘拉伸生产管材，采用这种生产工艺较少。铜和铜合金管材加工流程见图。
线材生产 采用挤压、轧制或连铸连轧供坯，拉伸出成品。线坯直径为6～12毫米，先在一次拉线机上粗拉，再在多次拉线机上细拉。细线常在18～25次拉线机上精拉出成品。铜和铜合金线材，两次退火间的总变形率在90％左右。高铅黄铜、锰黄铜、铝青铜、铍青铜等仅为50～70％。紫铜线材主要用作导电材料，一般冷拉后需进行退火，以改善导电性能。
热处理 加工过程中的金属热处理分为中间退火、成品退火和固溶－时效处理。热轧后坯料一般不需中间退火，只有在不完全热变形产生硬化时才采用。中间退火为使再制料的组织再结晶，便于继续冷加工。成品退火可改善组织，消除残余应力，从而控制产品的力学性能。铜和铜合金的退火温度在400～700℃间，消除残余应力的成品的退火温度最低为75℃。固溶－时效处理仅用于可以热处理强化的铜合金，如铍青铜、铝白铜等合金，淬火温度高达810℃。对同一种合金来说，厚规格制品的热处理温度应适当高于薄规格制品。为防止出现氧化、脱锌和变色，退火时通入保护性气氛。一般用强循环通风的钟罩式炉、箱式炉或牵引式炉。最近十几年气垫式退火炉广泛用于铜及铜合金带材成品退火，可得到优质带材。为获得表面质量好的制品，还可采用真空热处理。