在由上海有色网（SMM）和山东恒邦冶炼股份有限公司联合举办的2024（第十九届）SMM铜业大会暨铜产业博览会——铜棒产业发展论坛上，中南大学副教授雷前对高性能铜合金棒线材研究进展及发展趋势进行了解读。
高性能铜合金棒线材研究现状
全球铜合金行业市场现状分析
铜合金棒材是欧盟27国和英国的主要铜合金产品，占比超过60%。2021年，铜合金棒、和型材产量为102.20万吨，相比2020年增加18.28%。2022年产量保持在100万吨左右。
从细分产品产量分布来看，北美地区铜合金产品产量主要以铜合金板材，薄板和带材。铜合金棒、棒和型材2022年占比分别为46.90%和44.16%。
2017-2023年，中国铜合金线生产规模整体呈上升趋势，生产量由35.10万吨上升至41.00万吨，CAGR达到3.96%。
数据显示，中国铜加工材的产量中，铜线材的产量占比最大，占铜加工材44.64%，铜板带材、铜管材、铜棒材产量占比分别为19.88%、15.61%、13.70%，上述四种产品产量占比超过90%。铜合金棒材、线材占比之和达到58.34%。
铜合金线材广泛用于电机整流子，点焊机，缝焊机，对焊机用电极，以及其他高温要求强度、硬度、导电性、导垫性的零件。铜合金线材表面应光滑、清洁，不应有裂缝、起刺、粗拉道、折叠和夹杂。许可有轻微的、局部的、不使线材直径超出允许偏差的划伤、划痕、斑点、凹坑和压入物等缺陷。
铜及铜合金线材发展历史
铜及铜合金线材生产具有悠久的历史,早在18世纪欧洲就开始用铸锭一锻造一拉伸的方法生产铜及铜合金线材。
19世纪欧洲发明孔型热轧-拉伸生产工艺，热轧线坯由于高温氧化而成黑色，因而该种生产工艺又称“黑杆”工艺。
20世纪七十年代新型铜及铜合金线材生产方法增加,“黑杆”工艺耗能高、成品率低、环境污染大的弊端日益突出。
铜及铜合金线材制备工艺
铜及铜合金线材生产线的设计
合理进行市场定位，目前铜及铜合金线材合金品种繁多，加工方法各不相同，主要表现在线材坯料制备技术方面，因此根据市场发展、企业资金状况合理确定主要生产品种，是进行生产线设计的关键，对此主要考虑以下几点:
低氧高导紫铜线市场需求旺盛，通常采用高效的连铸连轧法进行生产，适合资金雄厚的企业投资。
无氧铜和高铜线材制造推荐上引铸造与连续挤压、拉伸工艺相结合，成本适中，效率较高。
水平连铸技术适应性强，能快速启动生产，成本相对较低，适合多品种铜合金线材的生产需求。
铜及铜合金管棒型线材产品缺陷
过烧：过热后管棒材表面出现麻点、桔皮、晶粒粗大、塑性下降；过烧管棒材表面粗糙，挤制后出现晶界裂纹，头部开花、张口裂或裂成碎块。
热挤头部开裂：管棒型线材经加工或退火后出现连续和断续的不规则的裂缝，轻微的称为裂纹，严重的称为开裂常见的有：头部开裂、周期性横向开裂。
应力腐蚀开裂：铜制品（黄铜或白铜）在拉应力和特定腐蚀环境共同作用下发生脆性开裂现象称为应力腐蚀开裂。裂纹垂直于应力方向，断口呈脆性，多为突发性。
缩尾：缩尾是挤制品尾部的一种特殊缺陷。在挤压末期，由于金属紊流，铸锭表面的氧化皮，润滑剂等污物往往流入其中，而导致金属之间的分层。
断口缺陷：挤制品折断后，断口上出现针孔、夹杂、分层、撕裂、缩尾、层状断口及黄色组织，或者由于组织不均匀导致的其它缺陷统称为断口缺陷。
鼓泡：挤制品或经拉伸、退火后的制品表面沿加工方向拉长的条状鼓起，剖开后为一空腔，这种鼓起称为鼓泡。鼓泡多呈长条形，表面光滑，个别伴生氧化物或其它夹杂。
分层：管棒型线材沿加工方向剖开后呈现缝隙称为分层。层与层之间接触平整，有些有氧化色或夹杂；断口检查，出现断口分层现象。
成份不均：管棒型线材经退火加工后，不同部位化学成份存在较大差异现象称为成份不均，成份不均能引起颜色或变形特性差异，显微组织和性能有差异。
偏心、破肚：管材挤压后，断面上厚度不均匀现象称为偏心。若挤压偏心管或管材偏心严重，从侧面挤穿或者管材严重偏心经进一步拉伸造成破肚。
撕裂：管棒材挤压或扒皮后，表面出现沿加工方向分布的片状、条状伤痕现象称为撕裂。撕裂部位有金属色泽，个别有夹杂等缺陷。
夹杂：管棒型线材表面和内部出现的与基体有明显分界面，性能相差悬殊的金属或非金属物称为夹杂。常见有金属夹杂和非金属夹杂。
异物压入：金属压入物与基体有明显分界面，轮廓清晰，有不同的金属光泽，呈点状、块状，剥离后形成凹坑；非金属压入物形态不一，颜色各异，多呈脆性，不易剥离。
表面起皮、起刺：制品表面局部破裂翻起称为起皮。制品表面出现针尖状金属细丝翘起称为起刺。起皮一般沿加工方向，严重的贯穿整个制品，局部严重的形成结疤。
表面环状痕：管棒型线材表面或管材内壁出现周期性环状凸起称为表面环状痕，俗称竹节。表面环状痕产生于冷轧、拉伸、扒皮和矫直工序。
麻面：管棒型线材表面出现的微小的点状凹陷不平的粗糙面称为麻面。麻面呈局部、周期性或成片分布，个别的称为麻点。严重的称为麻坑。
脱锌：含锌铜合金管棒型线材退火或酸洗后，表面出现灰白、泛红色斑现象称为脱锌。轻微脱锌出现上述色斑，严重的显微组织发生变化。
腐蚀：管棒型线材表面与介质接触，发生化学或电化学反应，形成表面变色或腐蚀产物膜称为腐蚀。腐蚀后表面失去金属光泽，形成颜色各异的腐蚀产物膜。
氧化：管棒型线材在较高温度下，与氧接触生成氧化物称为氧化。氧化后呈深浅不同的氧化色，失去金属光泽，严重的出现氧化皮。
中南大学铜合金棒线材研究进展
通过形变热处理后Cu-Cr-Zr合金抗拉强度为530-567MPa，断后延伸率为20-24%，电导率为79.6-83.5%IACS，450℃高温拉伸强度为245-256MPa，450℃/50MPa的稳态蠕变速率为3×10-10 s-1。
通过大气熔铸与形变热处理，开发的Cu-Cr系合金最大抗拉强度（620MPa ）、屈服强度（600MPa ）、电导率（85.6%IACS ）和伸长率（15.7%）。
CuCr系合金工程化
高性能铜合金棒线材发展趋势
①材料基因工程
②ESG循环经济
③数字化与工业物联网
