铜包钢线的发展及前景

任安超，曾 彤，帅习元，仇东丽，夏艳花，徐志东（武汉钢铁（集团）公司研究院，武汉430080）

铜包钢线的发展及前景

任安超，曾 彤，帅习元，仇东丽，夏艳花，徐志东
（武汉钢铁（集团）公司研究院，武汉430080）

论述了铜包钢线的国内外发展历史和国内外标准演变过程。分析了铜包钢线的生产工艺特点。通过比较可知，电镀法是生产铜包钢线比较成熟的工艺，也是当前国内厂家通常使用的一种生产方法，对铜包钢线的发展前景进行了展望。

铜包钢线；发展；前景

1 引言

芯体是钢丝的铜包钢线，其借助冷加工、电化学或冶金等相关工艺方法在钢丝的表面包覆上铜层，它是一种以金属作为基芯而外围包铜的复合材料。这种复合材料不但具有钢和铜的良好性能，还具有钢的耐高温软化和高强韧性等机械性能，加之铜的接触电阻较小、导电率较高的电性能以及抗腐蚀性，尤其是当铜中加入少量的银或锡后，它的耐热和耐磨性能均得到加强，此外其更高的使用价值还表现在其具有良好的可焊接性、可塑性以及磁性能［1-3］。为了进一步提高铜包钢线的导电性能，国内外对铜包钢线芯体钢丝所使用热轧盘条及铜的镀覆工艺进行广泛的研究。

2 铜包钢线的用途及发展

2.1 铜包钢线的用途

铜包钢线依托低压高频信号的趋肤效应，在高频段沿铜包钢线表面传递，所以所镀铜层的厚度达到某一数值，一定频率段的信号才可以被确认传递。在较高频率下，这时的铜包钢丝的导电性才能与等截面的铜线相近，因此在通讯、电子工业和电力等领域被广泛应用。如电子元器件的引脚线、通讯电缆中心导体、绞线状的接地线、屏蔽编织线以及装饰、电气化铁路线路或防腐蚀用途的线。电子元件的引线也可采用铜包钢线来做，其可焊性和镀锡性由表面的纯铜保证。当前，世界各国已尝试用它来制作电容器、二极管、集成电路等元件的引线。应用于同轴电缆（CATV）导体材料的分配线、用户线的内导体及电视电缆。可代替铜线，用来制作圆角半角精密度高的产品和飞机零件等。在交通运输领域中，铜包钢线材取代铜、铜合金和铜包铝等材料，用作接触线（电车线）、电极引线、接地棒、电气设备用电缆取得了良好效果。大约在20世纪80年代，日本首先开始尝试把铜包钢接触线应用在电气列车上，目前已在新干线上使用，有效满足了特快列车的要求。当前世界上已采用其来安装链式移动装置的包括瑞典、瑞士、比利时和德国等国家，像纵向和横向架空缆绳、挂车、Y型辅助电缆、定向缆绳等，而且已经达到标准化［2-4］。现在铜包钢线在我国电气化铁路上也在尝试使用。

2.2 铜包钢线的发展历程

根据资料分析，铜包钢线起源于美国公司COPPERWELD（科普威）。美国COPPERPLUS，COPPERHEAD、ILKWANG、巴西COPPERSTEEL等公司也有铜包钢线的产品［5-6］，COPPERWELD公司在20世纪80年代末在中国设厂。湘潭电缆厂是当时国内机械部系统唯一的生产铜包钢导线厂家；1992年初哈尔滨电缆厂采用热浸涂法生产无氧铜杆的装备研发铜包钢线产品首获成功；汕头电线厂“七五”期间引进德国镀法生产工艺和主要装备；中原无线电材料厂“七五”期间引进美国电镀法生产工艺和装备；马鞍山无线电材料厂引进国外关键设备，采用电镀法生产铜包钢线。近些年，在浙江德清、江苏张家港两地出现了大批的铜包钢线生产厂家如浙江百川、张家港金鑫和浙北通讯等。在我国，铜包钢线的生产基地主要集中在长三角地区［7］。

3 铜包钢线种类、标准及生产工艺

3.1 铜包钢线种类及标准

依据应用的不同目的，铜包钢线主要可以分为六大类：电子元器件引脚线、通讯电缆中心导体、通讯电缆屏蔽编织线、电气化铁路线路、绞线状接地线、防腐蚀用途或其他装饰的线。由于直径的不同，大致上可将铜包钢线分为：粗线（≥1.6 mm）、大线（0.6～1.6 mm）、中线（0.2～0.6 mm）和微线（≤0.2 mm）。依据不同的力学性能，铜包钢线可分为：软态A、半硬态M、硬态HS、超硬态EHS。铜包钢线依据其不同功能又可将分为：深拉母线、成品线和绞线胚线。另外，由于铜包钢线还具有不同种类的深加工特点，比如镀锡、镀银、上漆以及成缆、束丝、制钉或者光亮退火编织等［8-10］。

日本于2000年编制了铜包钢标准JIS G3505：2004《低碳钢盘条》，美国也先后颁布了ASTM B452-99（2009）《电工用铜包钢线》、ASTM B910-07 （2013）《退火铜包钢线》、ASTM B869-07（2013）《冷拉铜包钢丝》和ASTM B227-10《有线电视用户引入线用铜覆钢电导线》三项标准［5-6］。而国内工信部于2010年12月首次颁布了电子行业标准SJ/T 11411-2010《铜包钢线》（Copper-clad steel wire）、YB/T 170.3-2002《制丝用非合金钢盘条——第3部分：沸腾钢和沸腾钢替代品低碳钢盘条》和GB/T 24242.3《制丝用非合金钢盘条——第3部分：沸腾钢和沸腾钢替代品低碳钢盘条》标准。目前按照全国钢标准化技术委员会［2012］15号“关于下达2012年第二批行业标准制修订计划的通知”要求由江苏沙钢集团有限公司联合冶金工业信息标准研究院等单位起草制定最新版本《铜包钢丝用热轧盘条》标准［7］。

3.2 铜包钢线生产工艺

铜包钢双金属复合材料有多种生产方法，当前国内采用主要方法有包覆法、电镀法、水平连铸法、热浸镀法和热轧法［11-13］。

与其他方法相比，电镀法是生产铜包钢比较成熟的工艺，其具有相对稳定的产品质量，是当前行业内普遍采用的一种生产工艺方法，基于电解电池工作原理的电镀方法将块状铜板“溶解”后再经电流引导到覆盖在钢丝上。但是采用电镀法制作的铜包钢线主要缺点有铜镀层较薄、铜层中混有杂质、性能比较脆、导电性能差以及生产过程中环境污染大等。

包覆方法生产铜包钢线具有同心度好，产量高等优点，包覆是将铜带包裹钢丝，在包裹的接口处用氩弧焊焊接，然后进行拉拔。但此种方法是利用无氧铜带生产，具有较高材料成本和昂贵加工费用，而且钢芯与铜的结合力较弱。据文献介绍，对这种方法进行优化的国内有一部分生产厂家，研制了工艺相对较复杂的连续挤压包覆法，此方法可得到厚度均匀、无露点、无焊缝的铜包覆层，现主要用于生产铜包铝（内材强度低于外材强度）。

热浸镀法是将铜加热熔化为液体，钢丝穿过后带出铜液然后冷却凝固；高质量的无氧铜镀层钢线和铜合金镀层钢线采用的是热浸镀方法，钢芯和与铜层间的结合力相对较强，具有良好的可塑性，此外所生产铜包钢线的铜附着比范围也较宽。所以，当前其已代表当前铜包钢线加工中比较先进以及有良好发展前景的生产路线。国内目前生产厂家相较少，主要原因是此方法的工艺还不成熟，有待持续研发及推广。

当前比较罕见的水平连铸法是采用电镀的特殊应用，原理是阴模内实现铜的还原聚集。利用水平连铸法使得铜与钢之间可延性冶金熔接，双金属界面完全结合牢固，最终成为单一的复合体，就像拉拔单一的金属一样可随意拉拔，且成品不会出现脱节和翘皮的现象。基于铜层厚度可随意设置，所以产品规格品种较多，应用也广泛，特别宜于生产高导电、大截面、大长度产品。采用水平连铸工艺生产可获得较好质量的铜包钢线。该方法使得铜钢之间冶金分子结合，结合力好，无残留电解液，防腐导电性能显著，而热轧法成品率低，现已很少使用。

4 铜包钢线发展前景展望

一直以来，由于国内没有专门生产铜包钢线用热轧盘条原材料，用户一般采用SWRM6，随着铜包钢线拉丝直径越来越小，最细直径达0.08 mm，而且对其导电性能要求也越来越高，现有钢种已无法满足用户需要。宝钢、武钢、首钢和邢钢4家针对铜包钢性能要求特点专门开发了新钢种，不但拉拔性能好，其导电率也得到大幅度提高，目前国产铜包钢线已经达到国外实物质量水平，部分产品已经实现了出口。

铜包钢凭借其优越的使用性能及性价比，有效替代了铜、铜合金和铜包铝等材料，在电力、通讯和电子工业等领域得到广泛应用。作为电力、通讯和电子工业领域的绿色产品，其具有节约铜材、降低成本的优点，是纯铜线产品的替代品，并且减轻导线重量，减小能量消耗，所以说该钢符合国家所倡导的节能减排号召［7］，目前国内每年需求量达到10万吨以上，随着国内经济建设以及国际市场的开拓，需求量必然增加。随着其性价比不断的提高以及国内外经济的发展，铜包钢应用领域不但越来越广泛，而且发展前景会越来越好。

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［6］ Brian Suwarow..51 st International Wire and Cable Symposium ［M］.USA：Cablinmg Systems Magazine，2002：117-123.

［7］何慧兰.铜包钢线的研制和应用［J］.电镀和环保，2002，18（6）：32-34.

［8］贺飞，刘利梅，钟云，等.铜包钢线材及其生产工艺［J］.表面技术，2007，36（5）：78-79.

［9］王庆娟，杜忠泽，王海波.铜包钢线生产工艺的特点及现状［J］.电线电缆，2002，（2）：15-16.

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［13］吴运忠，戴雅康，刘世程.用包覆焊接法铜包钢线更新CATV用户电缆内导体［J］.有线电视与网络，2001（4）：50-51.

Development and Prospects of Copper-clad Steel Wire

REN An-chao，ZENG Tong，SHUAI Xi-yuan，QIU Dong-li，XIA Yan-hua and XU Zhi-dong
（Research Institute，Wuhan Iron and Steel［Group］Company，Wuhan，Hubei Province 430080，China）

The paper describes the developing history of copper-clad steel wire and the evolution process of its standard home and abroad and analyzes the characteristics of its production process.It is known by comparison that galvanizing method，a mature process for the production of copper-clad steel wire，is a production method commonly adopted by domestic manufacturer.The author makes prospects for the development of copper-clad steel wire.

copper-clad steel wire；development；prospect

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.007

2015-10-13

2015-11-02

任安超（1976—），男，高级工程师，博士，主要从事线材新产品开发方面的研究工作。