Badania stanu strukturalnego i własności miedzi beztlenowej otrzymywanej w procesie ciągłego odlewania

• Autorzy: Knych T. , Smyrak B. , Walkowicz M.

Warianty tytułu

EN

Investigation of the structure and properties of oxygen-free copper obtained during continuous casting process

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Spośród różnych sposobów wytwarzania materiałów wsadowych do procesu ciągnienia w odniesieniu do miedzi, najbardziej tradycyjną i wydajną metodą jest proces ciągłego odlewania i walcowania (Contirod, Software). Technologie te pozwalając na uzyskanie znakomitej, izotropowej, drobnoziarnistej struktury walcówki o wielkości ziarna od 10 do 20 [mi]m, umożliwiają jednocześnie dużą ciągliwość i powtarzalność własności, a także wysoką jakość wyrobów gotowych. Wsadem do procesu wytwarzania walcówki są katody wysokiej czystości chemicznej, które ze względów technologicznych zawierają zawartość tlenu na poziomie ok. 50 ppm wag. W linii Contirod proces topienia katod w piecach gazowych prowadzi do pojawienia się w ciekłym metalu zanieczyszczeń w postaci produktów spalania gazów. W celu uzyskania walcówki wysokiej jakości należy je usunąć za pomocą tlenu, dlatego też walcówka taka zawiera ok. 200 ppm wag. Tlenu [1, 2], przy czym jego ilość zależy od poziomu i rodzaju zanieczyszczeń katody. Lata siedemdziesiąte ubiegłego stulecia przypadają na opracowanie nowoczesnej technologii produkcji miedzi beztlenowej, umożliwiającej jej zastosowanie jako wsadu do bezpośredniego procesu ciągnienia na mikrodruty dedykowane dla wysoko zaawansowanych aplikacji elektrotechnicznych. W praktyce przemysłowej stosuje się najczęściej dwie metody odtleniania: odtlenianie próżniowe (metoda droga i mało wydajna) lub odtlenianie węglem. Pozwala to na redukcję tlenu do poziomu 3 ppm i mniej. W praktyce przemysłowej upowszechniły się dwie technologie wykorzystujące drugi ze sposobów odtleniania: Rautomead oraz Upcast. Własności uzyskanych odlewów istotnie zależą od parametrów procesu odlewania, tj. prędkości odlewania, wielkości przepływu i temperatury wody chłodzącej krystalizator. Istnieje możliwość regulacji tych parametrów, przy czym wpływ tej zmiany powinien być widoczny w strukturze odlewów (będzie wyrażał się różną wielkością i orientacją krystalitów). Z wcześniejszych badań nad tym tematem [Walkowicz M., Pabian S. - Prace magisterskie, Kraków 2008 r.] wynika, że istnieje istotna relacja pomiędzy tymi parametrami, a własnościami uzyskiwanych drutów. Można wnioskować, że zmiana np. prędkości odlewania będzie mieć wpływ na własności elektryczne i mechaniczne oraz na temperaturę rekrystalizacji. Niniejszy artykuł poświęcony jest badaniom wpływu parametrów procesu odlewania, a w szczególności prędkości odlewania i ilości wody chłodzącej krystalizator na kształtowanie się struktury odlewu. Główny nurt badań doświadczalnych ukierunkowany został na określenie wpływu warunków odlewania na własności wytrzymałościowe i elektryczne, a ponadto na odporność cieplną miedzi beztlenowej z linii Upcast. Jako punkt odniesienia i porównania dla uzyskanych obserwacji zamieszczono także wyniki typowe dla walcówki z miedzi tlenowej gatunku Cu-ETP.

EN

Among the different methods of producting materials into drawing process in reference to copper, the most traditional and efficient is the process of continuous casting and rolling (Contirod, Software). These technologies allow to obtain of excellent, isotropic, fine-grained structure of rod around 10[mi]m, enable both high ductility and reproducibility of properties, and also the high quality of finished products. A material input into rod manufacturing process are high-purity copper cathodes which for technological reasons include oxygen content of 50 ppm. In the Contirod line process of melting cathode in gas ovens leads to content of impurities in the form of combustion products of gases. In order to obtain high-quality rod must be removed with the aid of oxygen, therefore, that is why such rod contains about 200 ppm of oxygen. Growing interest in this kind of materials led to development of the industrial solutions to be applies in the production process of oxygen-free copper in the form adapted directly for the drawing process. In the seventies of the last century was develop of modern production technologies of oxygen-free copper. It's the base material used in electronics and electrotechnics industry. In industrial practice, most often are used two deoxidation methods: vacuum reduction (expensive and inefficient method) and reduction of charcoal. This method allow reduction of oxygen to about 3 ppm. In effect industrial became general two technologies using second method: Rautomead and Upcast. Properties of castings obtained significantly depend on the parameters of casting process i.e. casting speed, flow and temperature of water cooling crystallizer. It is possible to control these parameters, the impact of this change should be visible in the structure of castings (to be expressed in different size and orientation of crystallites). From previous research of this topic [Walkowicz M., S. Pabian - Master's Thesis, Cracow 2008] it results that there was a significant relationship between these parameters and the properties of obtained wires. It can be concluded that a change e.g. casting speed will affect the electrical and mechanical properties and recrystallization temperature. This article is devoted to research of influence of casting process parameters, especially casting speed and water flow on the formation of the structure of casting. Mainstream of experimental research concern on the influence of casting conditions on the mechanical and electrical properties, and also on thermal resistance of the oxygen-free copper from Upcast line. As the comparison and reference point of observations in this paper presents the results of typical copper rod from Cu-ETP.

Słowa kluczowe

PL

miedź beztlenowa; prędkość odlewania; proces odlewania; proces topienia

EN

oxygen-free copper; casting process; melting process; casting speed

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 56, nr 2
• Strony: 70--77
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Knych T.

autor

Smyrak B.

autor

Walkowicz M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza

Bibliografia

• 1. PN-77/H-82120 — Miedź gatunki.
• 2. ASTM B49-92 — Norma na walcówkę miedziana przeznaczoną dla celów elektrycznych.
• 3. Soda H., McLean A., Wang Z., Motoyasu G.: Pilot‐scale casting of single‐crystal copper wires by the Ohno Continuous casting process. Journal of Materials Science 2009, nr 30, s. 5438÷5448.
• 4. Waryoba D. A., Kalu P. N., Crooks R.: Grain‐boundary structure of oxygen-free high‐conductivity (OFHC) copper subjected to severe plastic deformation and annealing. Materials Science and Engineering A494, 2008, s. 47÷51.
• 5. Chashchukhina T. I., Voronova L. M., Degtyarev M. V.: Effect of temperature‐strain‐rate conditions on grain growth upon heating copper. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2007, t. 71, nr 2, s. 275÷278.
• 6. Zhao-Yuan Y., Quing‐Wei J., Xiao‐Wu L.: Temperature dependent deformation and damage behavior of ultrafine‐grained copper under uniaxial compression. Physica Status Solidi (a) 205, 2008, nr 10, s. 2417÷2421.
• 7. Copper Development Association: Electrical Energy Efficiency. CDA Publication 116, January 2009.
• 8. Perzyk M., Waszkiewicz S., Kaczorowski M., Jopkiewicz A.: Odlewnictwo. Wydaw. Nauk.Techn., Warszawa 2004.
• 9. Blicharski M.: Wstęp do inżynierii materiałowej. Wydaw. Nauk.‐Techn., Warszawa 2001.