铜包钢双金属复合材料导体

水平连铸铜覆钢制造工艺一、铜覆钢复合材料概述铜覆钢双金属复合材料是将铜与钢两种金属通过一定的工艺加工而成的复合导体。

该导体既有钢的高强度、优异的弹性、较大的热阻和高导磁特性，又有铜的良好导电性能和优良的抗腐蚀性能，因而被广泛运用于接地防雷装置（如接地棒、接地线、引下线、避雷线、避雷针等）、信号传输（如同轴电缆内导体、电子管脚、电话引入线、波传输反射网等）、承力索（如铁路吊弦、载流承力索、机车牵引线）等等。

二、制造铜覆钢栓金属复合材料的工艺1电镀（电铸）法：将处理干净的钢丝（钢棒）通过电镀槽，利用电解原理，在钢的表面镀上一层铜（先镀镍，再镀铜，要不然铜镀不上去）。

该工艺也称冷镀工艺。

主要优点是：制造成本低；主要缺点是：铜层薄（铜层厚度最厚0.25mm，在地上一剐蹭铜就没了）、铜钢结合面会残留电解液、存在内部电化学腐蚀，对环境有污染。

2套管法：将处理干净的铜棒插入钢管内，利用直拉机拉丝模的束紧力将铜管束紧在铜棒的外表面。

该工艺也称冷轧包覆法，即用机械力将铜层包覆在钢芯上，主要优点是：工艺简单、成本低；主要缺点是：铜钢结合力差（机械结合，铜层易分离、脱落），无法满足大长度要求，另因两种不同金属间存在间隙，深入地下易形成原电池效应，从而增加腐蚀速度。

3水平连铸法：将处理干净的钢丝（钢棒）在氮气保护下加热到较高温度，同时利用工频炉将电解铜加热熔化，将钢丝（钢棒）快速通过铜液并在出口处结晶成铜包钢棒，再拉制成铜包钢导体。

该工艺的主要优点是：铜与钢实现了冶金分子结合、成为单一复合体、可任意调节铜层厚度（常规0.5mm 以上），产品品种较多；主要缺点是：工艺较复杂、相比之下成本高。

三、铜覆钢防雷接地产品随着电子通讯的不断普及和大型石油石化、电站、超高压输变电线路及高层建筑不断涌现，防雷接地装置在人和电力、电子设备的安全保护方面扮演着生死攸关的角色，其可靠性已越来越受到人们的重视。

用型钢或者建筑物基础作为接地体，虽然减慢了钢的腐蚀，但因锌比钢活泼，锌的腐蚀速度比钢更快，由于镀层锌与土壤接触，而它却在不断的腐蚀之中，接地电阻随锌层的腐蚀不断变化，稳定性差，使用寿命较短，每年还需检测电阻阻值，工作量大。

B229-04同心绞合铜线和铜包钢复合导体复合导体规范1、范围1.1此规范包含了由裸硬拉圆铜线制成的同心绞合导体与硬拉圆铜包钢线材复合体，一般用于高架电气导体。

1.2此规范中导体按以下型号分级（参考图1）○铜 ◎铜包钢1.3密度的SI值被视为标准值。

对于其他性能，英寸-磅值被视为标准值，SI单位值可以是近似的。

2、参考文件2.1ASTM标准：B1 硬拉铜线规范B227 硬拉铜包钢线规范B354 有关未绝缘金属的电气导体的术语2.2ANSI标准：C42 电气术语定义2.3 标准和术语国际研究所NBS 手册100——铜线表3、订单信息3.1此规范中材料的订单应包含以下信息：3.1.1每种尺寸和型号的数量3.1.2 导体尺寸：硬拉铜线等同于圆密耳面积或AWG（第7部分和表1）3.1.3 型号（参考1.2，图1和表1）3.1.4 外层绞向，如果不是左向（参考6.3）3.1.5 需要的物理实验（参考7.2部分）3.1.6 包装尺寸（参考14.1）3.1.7 特殊包装唛头（15部分）3.1.8 防护套，如需要（参考14.2）3.1.9 检测地点（13部分）4、线材材料4.1 买方应明确导体尺寸和型号。

硬拉铜线和铜包钢线材在导体中截面积应如图1显示。

4.2 在绞合之前，使用的线材应满足B1和B227规范要求。

5、接头5.1 铜线——在最终拉制之前的铜杆或铜线可以有焊接。

构成同心绞合复合导体（总共有7条或更少的线）的成品圆铜线不能有接头。

在其它导体中，成品单支铜线可以有接头，但是在导体同一层中的接头之间距离不能小于50英尺（15m）。

5.2铜包钢——如果接头或焊接能像线材本身一样不会使成品绞合导体的强度降低到表1显示的最小断裂强度以下，那么接头或焊接则是允许的。

这些接头或焊接在导体同一层中距离不小50英尺（15m）6、绞合6.1对于型号A，C和D导体，最好的绞合约为完成后导体外径的16.5倍，但不应小于线径13倍或大于20倍。

铜包钢线(CCS)简介一，铜包钢线结构和性能铜包钢线(Copper clad steel wire，简称CCS线)是国际上近几十年开发的新产品，国外发达国家已广泛使用。

在中国，大量使用铜包钢线还是近几年的事。

铜包钢线（CCS）属双金属复合线材，它是利用两种金属各自的优点，通过特殊的生产工艺而制成的。

早在上个世纪30年代，最早由德国发明，随后在美国、英国、法国等先进国家迅速推广。

并广泛地应用于各种领域，包括电力传输系统。

1968年铜包铝、铜包钢线被应用在CATV电缆上。

1，铜包钢线结构铜包钢线是以钢线为芯体，在其表面上覆一层铜的复合线材，如图1所示结构。

铜包钢线在性能上兼备了钢的高强度、耐高温软化的机械性能和铜导电率高、接触电阻小的电性能，因而具有传导效率高，材料成本低，抗拉断力大，质量轻，耐磨损的特点。

它在电缆行业中可代替铜导体作为分配线或在通信业中用作电话用户线、高频传输电缆的导体。

图1，铜包钢线结构视图铜包钢线由钢芯线和紧密包覆其外的铜层构成，铜包钢线按导电率可分为21%IACS、30%IACS和40%IACS（IACS国际退火铜标准导电率）三种。

铜包钢线按力学性能（退火状态）可分为软态(A)、硬态(HS)和超硬态(EHS)。

铜包钢线经过深加工，还可加工成镀银铜包钢线、镀锡铜包钢或镀铅合金铜包钢线。

一般CATV电缆采用30%的软态铜包钢作内导体。

铜包钢线的表示方法：铜包钢线执行的标准：铜包钢线执行的标准有：ASTM B 22704-04《拉制硬态铜包钢线》、ASTM B 910/B910M-04《退火态铜包钢线》、ASTM B 869-04《CATV 同轴电缆用铜包钢线》和ASTM B 452-02《电子产品用铜包钢线》。

也有按GB12269－91、YD/T 722-94、BS4087-1989、ASTM B227-93、ASTM B3452-93等标准生产。

2，铜包钢线性能特点铜包钢线将钢的高强度与铜的高导电性和抗腐蚀性相结合，使它已成为通信、电力、电子行业中的理想导线。

机密切勿外传双金属（CCS铜包钢）线及其系列新产品可行性报告一序言—项目的提起当今电力设备和器材面临着严重的环境腐蚀与雷击事故的威胁，事故频频发生，给国民经济的发展造成巨大的影响。

提高架空导线、避雷线（OPGW）抗腐蚀、耐雷击能力，控制断股数量，避免事故扩大，这是我们研究的目标。

利用铜的高熔点、高导电率和钢的高强度，来开发高导电率,高强度, 耐腐蚀,抗冰风雪灾和雷击的新型导、地线。

从根本上扭转事故频发，确保电力系统安全可靠运营。

1、环境污染对金属腐蚀环境污染对金属材料的腐蚀始终是人类与自然介较量的重大课题。

金属腐蚀现象，是一种自然趋势，普遍存在。

“全世界每年因腐蚀而损耗的金属达2亿多吨。

1995年美国由于腐蚀造成的经济损失达3000亿美元。

我国地处四海之滨，沿海省、市有辽宁、天津、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西、海南、香港、澳门和台湾等十三省、市，海岸线较长约32000Km。

内陆盐硷地较多，是世界上盐湖众多的国家之一。

从西北、沿长城内外，由天山以南的新疆到青藏高原，盐湖分布有700多个，总面积27800Km2。

其中；罗布泊盐湖10380Km2.。

察尔汗盐湖5856Km2.。

这些地区环境对铝、钢都有比较严重的腐蚀现象。

当今临海重工业区排出的废气或海边盐雾珠集积对铝、钢的腐蚀速度已是清洁地区的8-10倍。

内陆化工、盐湖地区对铝钢的腐蚀速度也已是清洁地区的3-5倍。

1996年我国由于腐蚀造成的经济损失估计为1600亿人民币，数字相当惊人。

在我国GB1179-83标准中对钢芯铝绞线就明确规定；分轻、中、重三个防腐等级涂覆防腐涂料。

DL/T832和GB/T7424标准规定；在OPGW绞线时(内层)涂覆防腐油膏。

实际运行经验告诉我们；这些都是短期行为，因为，油膏在暴雨气候下会从OPGW的间隙中漏出；在烈日或干燥气候下，油膏会出现固化现象，长期暴露在这些环境下，就会引起防腐油膏防腐能力的降低，尤其是在恶劣环境下这种现象会加剧，如果从使用寿命达到25-30年的角度出发。

包覆拉拔法铜包铝、铜包钢双金属导线的研究的开题报告一、选题意义随着现代化社会的快速发展，电力系统对输电线路的要求也越来越高。

而传统的金属导线由于自身的抗拉强度、导电率等方面的限制，无法满足高压、长距离输电的需要。

相比之下，铜包铝、铜包钢双金属导线因其较高的抗拉强度和导电性能，在输电线路中的使用越来越广泛。

然而，铜包铝、铜包钢双金属导线在制造过程中存在一些技术难题，如铜层与钢丝的粘结强度不足、涂覆不均等问题。

因此，寻找一种能够解决这些问题的新型包覆拉拔工艺是十分必要的。

本课题旨在通过研究包覆拉拔法对铜包铝、铜包钢双金属导线的制造工艺进行探索，旨在提高铜包铝、铜包钢双金属导线的制造工艺，以满足现代化电力系统的需要。

二、研究内容1. 包覆拉拔法的原理和工艺流程2. 针对铜包铝、铜包钢双金属导线制造过程中存在的问题，研究包覆拉拔法的优势和解决方法；3. 综合应用材料力学、金属材料工程等学科，对铜包铝、铜包钢双金属导线的物理性能进行分析和检测；4. 通过工艺优化和实验验证，评估包覆拉拔法对铜包铝、铜包钢双金属导线物理性能的影响。

三、研究方法1. 通过文献资料查阅和分析，了解包覆拉拔法的原理和工艺优势。

2. 在现有基础上，建立铜包铝、铜包钢双金属导线包覆拉拔法的模拟模型，并通过计算机仿真分析工艺参数的合理性。

3. 通过实验，对比分析传统工艺与包覆拉拔法的物理性能，以验证其有效性。

四、预期结果通过本研究，能够提高铜包铝、铜包钢双金属导线的制造工艺，解决传统工艺中存在的问题，改善产品物理性能，降低生产成本，提高产品竞争力。

铜包钢一、概述铜包钢是一种具有高度优势的复合材料，由铜与钢两种不同材料通过特殊工艺结合而成。

具有优良的导电性和机械性能，被广泛应用于电力、电子、汽车、航空航天等领域。

本文将从铜包钢的制备方法、性能特点、应用领域等方面进行详细论述。

二、制备方法铜包钢的制备方法主要包括熔铸法、冶金复合法和扩展法。

1. 熔铸法：熔铸法是最常用的一种制备方法，其步骤包括：首先，在铝锅中加入适量的铜、钢和其他合金元素，通过高温熔炼使其混合均匀；然后，将熔融的合金倒入预先设计好的模具中，经过冷却凝固形成铜包钢。

2. 冶金复合法：冶金复合法主要是通过热加工工艺将铜和钢进行变形加工，在加工过程中使两种材料界面相互扩散，进而形成铜包钢。

这种方法制备的铜包钢具有较好的界面结合性能和一定的塑性。

3. 扩展法：扩展法是一种新型的制备方法，其优点在于能够制备具有很小材料厚度的铜包钢。

具体步骤为将铜和钢分别加热到一定温度，在高温下通过机械力使两种材料形成超薄的层状结构，然后进行冷却固化。

三、性能特点铜包钢具有多种优异的性能特点，使其得到广泛应用。

1. 优良的导电性能：铜作为导电材料，使得铜包钢具有出色的导电性能，可以广泛应用于电力、电子领域，如电力输配电设备的接线、电子元器件的导电材料等。

2. 机械性能卓越：铜包钢不仅具有铜的导电性能，还具有钢的机械性能，如较高的强度、硬度和韧性，使其在工程领域中承担起重要的结构和承载作用。

3. 良好的耐腐蚀性：铜包钢表面的铜层能够很好地保护钢材免受腐蚀的影响，延长使用寿命。

因此，铜包钢在海洋工程、化工设备等要求较高的耐腐蚀场合有着广泛的应用。

4. 可加工性强：铜包钢具有优异的可加工性，可以通过冷热加工、焊接、切割等工艺进行形状加工和连接，满足不同工程的设计需求。

四、应用领域铜包钢由于其独特的性能特点，被广泛应用于多个领域。

1. 电力领域：铜包钢在电力输配电设备中应用较广，如电缆、导线、变压器等，可以提供良好的导电性能和机械强度，从而保障电力传输的质量和安全。

铜包铝线及其制备加工技术1 铜包铝复合线材的特点及其应用复合材料，就是由两种或两种以上的材料经一定的复合工艺制造出来的一种新型材料，兼备两种材料的优点于一身。

双金属复合导线是在20世纪30年代由德国创造的，随后在美、英、法等先进国家推广，并广泛应用于高频信号传输电缆、电力电缆、控制电缆、电磁线和特殊漆包线等领域。

目前，双金属复合导线主要有铜包铝线、铜包钢线和铝包钢线，其中铜包铝线和铜包钢线是线缆行业中应用最广泛的双金属复合线材。

双金属复合线材是集两种性能不同的金属于一体而制成的新型线材。

铜包铝线同时具备铝的密度小和铜的导电性好的特点，而铜包钢线那么同时具备钢的高强度和铜的导电性好的特点。

由于高频信号的电流“集肤效应〞，采用双金属复合线作为传导线或作为内导体的同轴电缆，不仅具有高的信号传输特性，而且具有重量轻或强度高、生产本钱低等优点，特别在节约日日增长的铜资源需求上有着重大的实际意义。

其中，铜包铝复合线材〔以下简称铜包铝线〕是兼备铜和铝两种材料的优点的复合材料，最早由德国于上世纪30年代推出，随后英国、美国、法国、前苏联等国也相继采用各种不同方法生产铜包铝线。

与纯铜线相比拟，铜包铝线具有如下特点：(1)节约了金属铜，大大降低了生产本钱。

同时用铜包铝代替纯铜，节约了稀有资源。

(2)提高了同轴电缆信号传输的稳定性和可靠性。

同轴电缆常用铝作为外导体，因铜包铝线的膨胀系数相对纯铜而言与铝材更为接近，从而减小了因温度变化使电缆内、外导体膨胀不匹配而产生的连接故障。

(3)铜包铝线质量轻、密度小，便于运输和安装，大大减小了网络施工中的劳动强度。

铜与铝的质量比为3.3︰1，铜包铝线的密度仅为纯铜密度的37.3%～40.8%。

在直径一样的条件下，1吨铜包铝线的长度是一样质量的纯铜线长度1.7～2.45倍。

铜包铝线的构造特点是：外层为纯铜或紫铜，其厚度较小，芯部为铝金属。

有线电视信号和移动通信信号的频率很高，一般在50～800MHz左右，由于“集肤效应〞，高频电流主要集中在导体的外表层传输，而且铝本身也具有良好的导电性能，因而采用铜包铝复合材料代替纯铜或紫铜可以保证电缆的传输效率。

北京科技大学科技成果——双金属复合材料双结晶
器连铸新技术
成果简介
由于双金属复合材料铸造成形具有易于实现批量化、连续化、自动化生产，降低生产成本，应用范围广等优点，研究开发和应用受到越来越广泛的重视。

现有双金属复合材料连续铸造成形方法可以分为两大类：
（1）使用已成形的芯材对其进行包覆的包覆铸造成形法；
（2）将两种金属同时注入同一个结晶器内进行成形的双流铸造法。

包覆铸造成形法的典型代表为用于复合轧辊成形的CPC法，这种方法的主要缺点是预处理工艺复杂，获得具有良好复合质量的界面较困难。

有代表性的双流铸造法是双流浇铸连续铸造制备梯度材料的方法，其主要优点是界面质量好，可以制备具有梯度过渡层的复合材料；其主要缺点是技术难度大、适用范围窄、包覆层厚度控制困难。

为此，本课题组开发了采用双结晶器一次铸造成形双金属复合材料的方法，其基本原理如图所示。

在上结晶器（芯材结晶器）内连铸凝固成形的芯材，在保护环的保护作用下，保持表面无氧化、无夹杂、无油污的状态，直接进入下结晶器（包覆层结晶器），热态连铸包覆层。

该方法具有工序简单、节能降耗、适用范围广、复合界面良好等优点。

双金属双结晶器连铸技术原理图
1-底盘；2-结晶器；3-包覆材料；4-加热线圈；5-耐火材料；6-预热线
圈；7-保护涂层；8-芯部材料
应用前景
电子电工材料：如铜包铝高频导线、铜包钢电话线（国外采用镀铜方式）。

耐蚀与阳极保护材料：如钛包铜导电排、镁阳极；双金属轧辊，以及有如不锈钢包覆碳钢等装饰性、耐蚀性结构材料。

双金属管：如医药、食品、石油化工用双金属管材等。

铜包铝、铜包钢型同轴电缆的应用思考一、引言铜包铝（CCA）、铜包钢（CCS）属双金属复合线材，它是利用两种金属各自的优点，通过特殊的生产工艺而制成的。

早在上个世纪30年代，最早由德国发明，随后在美国、英国、法国等先进国家迅速推广。

并广泛地应用于各种领域，包括电力传输系统。

1968年铜包铝、铜包钢线被用在CATV电缆上。

我国上世纪六十年代、七十年代的CATV 电缆基本依赖进口，而此时高价进口的产品基本都是铜包铝、铜包钢的同轴电缆,随后我国陆续能够自己生产CATV电缆,但也只是纯铜内导体的电缆；目前我国的铜包铝、铜包钢线材的技术已经比较成熟，在很多的产品的标准上也明确地推荐使用,这里我们将铜包铝、铜包钢的原理和性能比较如下：二、利用铜包钢、铜包铝的几大优势1．电气性能指标完全满足CATV系统的需要。

衰减、回波损耗、特性阻抗等性能指标不低于纯铜芯电缆，2．为国家节约大量的自然资源。

在当前国家大力提倡节约型社会的政治环境下，更应该将铜包铝、铜包钢电缆替代纯铜导体电缆作为有线电视系统践行节约型社会的一项贡献。

3．减少网络维护工作量。

绝大多数的CATV系统的干线或分支采用铝管型或铝/塑带纵包型外导体电缆，若内导体采用纯铜导体时，由于铜与铝的热膨胀系数相差相大，当环境温度发生变化时，外导体铝与铜内导体在连接头端部就会发生相对位移，连接头就可能因此而脱落造成故障。

而用铜包铝作内导体时，铜包铝与外导体铝的热膨胀系数相差较小，就不易发生上述现象，所以可减少网络维护工作量。

铜包钢主要应用于较小规格的电缆上,如75-5、75-7等，这些电缆主要用做分支线或入户线，由于其抗拉强度更好，不易在施工中由于拉力过大将线缆拉断，特别是现在新的铜包钢的品质的提高，其表面质量和伸长率都有很大的改善。

4．重量轻，可降低运输、安装等费用，减轻架设杆路的载荷。

采用铜包铝电缆的重量将至少减少约16%；铜包钢电缆重量则可减少约1. 2%，这样就在很大程度上减轻杆路的负荷，铜包钢由于其抗拉强度比铜线大，可增大杆距。

铜包钢介绍铜包钢（CCS）介绍一、铜包钢的结构：铜包钢（Copper clad steel wire）简写为CCS。

铜包钢中的钢芯可以采用优质的低碳钢材料为基体，使得铜包钢在退火后变得柔软，有延伸；同样也可以采用中高碳钢钢或进口材料加工，铜包钢就会具有一定的抗拉强度。

而钢芯上的铜层是采用电镀或包覆工艺将高纯度铜包在钢芯上，由客户要求的电阻或导电率来决定包在钢芯上的铜层的量。

我公司可以生产导电率介于14％～40％的铜包钢。

二、铜包钢的分类：按铜包钢的应用范围可以分为：铜包钢编织软线，直放线，镀锡铜包钢，铜包钢漆包线等等；按铜包钢的力学性能分可以分为：软态（A类）和硬态（H类）两种；另外我公司还可以按客户要求，加工出不同导电率和抗拉强度的铜包钢产品。

三、铜包钢的说明：铜包钢线是以优质低碳钢材为基芯，经镀铜加工而成的新型复合材料，广泛用于通讯电线电缆的导电体。

该产品既有钢的强度和韧性又有铜的导电性能。

具有比重轻、节铜材、造价低等优点，是低电压、高频率的电力电缆中传统铜线的换代产品。

四、铜包钢的应用：铜包钢主要用于有线电视用户线同轴电缆内导体材料，平行双芯电话线用户通信线的导体材料，计算机局域网、接入网电缆、野外用电缆内导体材料，各种电子元器件的接插件，电话线路的架空线，电气化铁路、轨道交通线路接触网架空线，电力电缆屏蔽线，电力工业接地棒等等。

五、铜包钢的经济特性：铜包钢的密度是7.95g／cm3，而铜的密度是8.89g／cm3，所以1000kg铜包钢线的长度相当于1130kg纯铜线的长度。

现以φ0.15mm线径为例，作比较如下：铜包钢售价为17.5元／kg（07年01月含税含运费价）；纯铜裸线售价为65元／kg（07年1月上海长江现货中心价格加该规格加工费）（含税含运费）使用1000kg铜包钢线和使用1130kg纯铜线相比，可节约成本五万多（65元／kg×1130kg －17.5元／kg×1000kg＝55950元）由此可知，使用铜包钢线替代纯铜线，能够大幅度节约原材料成本。