电工用铜线坯SCR连轧变形过程分析

知识点：电工用铜线坯

摘要：借助有限元模拟软件MSC.superform，采用低氧铜Johnson-cook流动应力模型，对SCR3000铜线 坯生产8道次连轧过程进行有限元模拟，通过对温度场、损伤以及机架间堆拉关系的分析，确定了影响 电工用铜线坯产生扭转裂纹的主要因素。结果表明，电工用铜线坯在SCR连轧过程中轧件表面温度 较低为520 ℃～680 ℃；轧件经8道次连轧表面Y方向累积损伤值7.18，X方向累积损伤值为6.71，中心 累积损伤值为0.877；SCR连轧过程中第1、2机架间和2、3机架间堆拉率分别为6.20%、5.67%；铜线坯 表面较低的延伸率在SCR连轧机架间大张力作用下易形成微裂纹缺陷，裂纹在后续轧制过程中难以 焊合形成影响电工用铜线坯扭转性能的主要因素。

关键词：铜杆坯；SCR；连轧；有限元；张力 

中图分类号：TM751 

文献标志码：A 文章编号：1671-8887 （2021）06-0007-05 DOI：10.16786/j.cnki.1671-8887.eem.2021.06.002

引言 

    电工用铜线坯是制作电线电缆重要的中间坯 料 [1] ，其产品质量直接决定着成品电线电缆品质的高低。SCR连铸连轧工艺是目前生产电工用铜线 坯最主要的工艺方法之一 [2] 。生产过程中连轧工艺 波动是影响铜线坯力学性能及表面质量重要因素 之一 [3] 。扭转测试（TTF）是检验铜线坯力学性能的 重要方法，也是评价后续铜线拉拔性能重要手段之 一 [4] 。国内外企业与学者对铜线坯表面质量与扭转 性能也有大量研究，江海涛等 [5] 利用扫描电镜和拉 伸试验机研究了SCR4500生产线铜杆组织和性能 的转变，结果表明铜杆经过多道次轧制组织发生明 显细化。攸骏等 [6] 通过实验分析确定了 SCR坯料中 的气孔是导致铜线坯及成品铜杆产生表面缺陷的 主要原因。彭云等 [7] 通过对杂质元素氧进行深入研 究，确定了铜线坯中氧含量与扭转次数的关系，并 提出了改善电工用铜杆质量的措施和方法。以上 学者多从成分、组织及冶炼工艺等方面对铜线坯质 量进行研究 ，对 SCR 连轧工艺研究的文献相对较少。本研究以 SCR3000连轧实际生产工艺为研究对象，借助有限元模拟软件MSC.superform对电工 用铜线坯 8 道次连轧过程进行有限元模拟，分析 SCR 连轧过程对铜线坯表面质量及扭转性能的影响。

1 有限元模型建立

2 模拟结果与讨论

2.1 温度场分析

2.2 轧制力学性能分析

2.3 轧件损伤分析

2.4 扭转裂纹形成原因分析

3 结论

（1）电工用铜线坯在SCR连轧过程中受表面与 轧辊热交换影响，轧件表面温度较低为 520 ℃～ 680 ℃。 

（2）SCR连轧过程中第 1、2机架间和 2、3机架间堆拉率分别为6.20%、5.67%，使得轧件在机架间受到较大的张力作用；

（3）轧件经8道次连轧表面Y方向累积损伤值7.18，X方向累积损伤值为6.71，中心累积损伤值为0.877，轧件表面1/4处损伤与中心处损伤较为接近。

（4）铜线坯表面较低的延伸率在SCR连轧机架间大张力作用下易形成微裂纹缺陷，裂纹在后续轧制过程中难以焊合，形成影响电工用铜线坯扭转性能的主要因素。

1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范