CN100361235C - 一种三元铜合金绞线、接触线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种三元铜合金绞线、接触线的制备方法，属导线技术领域，用于提高绞线、接触线生产中熔铜炉炉龄和毛坯成材率的问题。其特别之处是，它以三元铜合金为原料，所述三元铜合金由下述百分重量的原料熔炼而成：镁0.10～0.50；锡0.10～0.4；杂质总量不大于0.30；余量为铜；上述三元合金经熔炼、保温、铸杆、冷轧等工序制成绞线、接触线。本发明可明显提高合金绞线、接触线生产中熔铜炉炉龄和毛坯成材率，毛坯成材率接近百分之百，炉龄提高到三倍以上，使生产成本大大降低、生产率大幅度提高。经有关部门测定，本发明镁锡铜三元合金硬绞线，机械性能、物理性能等项指标均达到或超过现有镁铜绞线，完全符合产品技术标准的要求。
Description
技术领域
本发明型涉及一种导线，特别是用于电气化铁道接触网上的绞线、接触线等，属电缆导线技术领域。
背景技术
具有关文献报道，1996年我国电气化铁路营运里程为10000公里，电气化率占17.8％，到2004年底，又有了长足的进步，据不完全统计，电气化铁路实现20000公里，电气化率约占26％，但与德、法、日等先进国家的电气化铁路营运里程占三分之一、营运量承担三分之二相比仍存有较大的差距。为适应经济发展的需要，我国电气化铁路朝着高速化、重载化的方向发展，年需求接触网导线6000吨、载流承力索6000吨。近年来随着铁路连续多次提速，相应对接触网的接触线、载流承力索、吊弦等部件的耐磨性、强度、导电性等性能指标也在不提高，纯铜导线300Mpa的强度及较低的耐软化性能远不能满足高速化要求，在此背景下铜合金导线应运而生。铜合金导线是在铜中掺入少量合金元素，打破铜晶格中的周期结构，铜合金制成的绞线、接触线虽使电阻率有所上升，但却可明显提高材料的强度和抗软化温度。铜合金通常是在铜中添加银、镁、镉等合金材料，其中，银铜合金成本较高而强度较低，难以广泛推广使用，镉铜合金在制造和使用过程中会对环境造成污染，故目前使用较为普遍的是镁铜二元合金绞线和接触线。镁铜二元合金的强度可达到500Mpa以上，其中镁元素的加入起着关键作用，镁含量过低强化作用不明显，而含量过高又会影响其导电性能。但目前镁铜合金绞线在生产过程中还存有一些问题，即由于镁是一种具有腐蚀性的活泼元素，在合金熔融过程中镁会对熔铜炉、保温炉炉壁产生强烈的腐蚀，通常炉龄仅为7～30天，频繁的打炉维护使得生产成本增加，生产率低下。此外，由于炉壁损害等因素造成工艺性能波动较大，致使毛坯成材率仅为70％左右。
发明内容
本发明用于克服已有技术的缺陷而提供一种铸造工艺性能较好、可有效提高炉龄及毛坯成材率的三元铜合金绞线、接触线的制备方法。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种三元铜合金绞线、接触线的制备方法，特别之处是，它以三元铜合金为原料，所述三元铜合金由下述百分重量的原料熔练而成：镁0.10～0.50；锡0.10～0.4；杂质总量不大于0.30；余量为铜；并按如下工序进行：
a.熔炼：按配比取铜、镁、锡置入熔铜炉熔练，温度为1150±30℃；
b.保温：熔化的合金液本流进保温炉保温，温度1140±20℃；
c.铸杆：上引连铸制成镁锡铜合金杆坯；
d.冷轧：上述合金杆坯经冷轧制成铜合金细杆；
e.拉线：上述合金细杆经拉丝机拉制成铜合金丝；
f.绞线：将上述铜合金丝经绞线机制成绞线。
上述三元铜合金绞线、接触线的制备方法，优选方案为：镁0.13～0.43，锡0.1～0.35。
一种三元铜合金接触线的制备方法，特别之处是，它以三铜合金为原料，所述三元合金由下述百分量的原料熔炼而成：镁0.10～0.5；锡0.10～0.4；杂质总量不大于0.30；余量为铜；并按如下工序进行：
a.熔炼：按配称比取铜、镁、锡置入熔铜炉熔炼，温度1150±30℃；
b.保温：熔化的合金液体流进保温炉保温，温度1140±20℃；
c.铸杆：上引连铸制成镁锡铜合金杆坯；
d.冷轧：上述合金杆坯经冷轧制成铜合金杆；
e.成型轧制或拉拔：将上述合金杆经成型轧制或成型拉拔，制成截面具有对称沟槽的接触线。
f.检查、包装。
上述三元铜合金绞线、接触线的制备方法，优选方案为：镁0.13～0.43，锡0.1～0.35。
本发明针对镁铜二元合金绞线、接触线制造过程中毛坯成材率低、工艺性能较差的问题进行了改进，在镁铜二元合金的基础上添加第三种元素锡，并根据对合金绞线、接触线力学性能、导电性能等方面的要求，掌握合金成分的添加量，制成镁锡铜三元合金绞线、接触线。本发明可使合金绞线、接触线的制造工艺性能明显提高，解决了铜镁二元合金杆坯生产过程中长期困扰的问题。经试验表明，三元铜合金毛坯生产中成材率接近百分之百，炉龄提高到三个月以上，从而使生产成本大大降低、生产率大幅度提高。经有关部门测定，本发明镁锡铜三元合金硬绞线，其直流电阻、综合拉断力、抗拉强度、振动试验、轴向疲劳试验等向指标均达到或超过现有镁铜铰线，完全符合产品技术标准的要求，且耐腐蚀性能大为改善。本发明亦可用于制造接触线或其它对强度、耐磨性要求高的导电器件。
附图说明
图1是上引炉示意图；
图2是三元合金绞线生产工艺流程图；
图3是三元合金接触线工艺流程图。
图中各部件标号表示如下：1.熔铜炉；2.铜合金杆坯；3.出水口；4.进水口；5.结晶器；6.保温炉；7.水套；8.熔沟；9.铁芯；10.线圈。
具体实施方式
现有的镁铜合金接触线、导线制造工艺过程是经配料、熔化、保温、上引连铸制成一定直径的毛坯铜合金杆，再经过拉拔、冷轧等工序加工成绞线或接触线。由于镁元素的腐蚀性和活泼性，在熔化、保温过程中会对熔铜炉、保温炉的炉衬产生强烈的腐蚀作用，炉龄短则7天，长则一个月。炉衬的频繁损坏不仅使生产成本提高，而且还造成工艺性能波动，致使毛坯合格率仅可达到70％左右。本发明针对上述问题，改变合金配方，在铜的基体中加入少量的镁和锡，制成一种镁锡铜三元合金，镁和锡溶入铜中与铜形成固溶体，加剧晶格畸变，起到复合强化作用。通过控制镁、锡的添加量，使其力学性能、导电性能与目前广泛使用铜镁二元合金基本不变，目视观察抗氧化性能有明显提高，在应力腐蚀试验中端面收缩率指标提高近23％。该三元合金绞线、接触线最突出的优点是通过锡的加入，减小镁的腐蚀作用，在熔铜过程中明显减少合金液对炉衬的腐蚀损坏，炉龄大幅度提高，且由于工艺稳定，毛坯成材率接近百分之百。因此本发明是目前大量使用的镁铜合金绞线最为合适的替代产品。
图1所示为生产镁锡铜合金杆坯的上引炉的示意图，图中左侧为熔铜炉1，右侧为保温炉6，均采用工频感应炉。其原边线圈10接电源，副边线圈即是熔化的铜水。原料首先在熔铜炉中熔化，继而流入保温护，由于保温炉中的铜水受热后向上涌动，形成强烈的对流，这种对流起到搅拌作用，使合金材料就得圴匀。结晶器5设置在保温炉中，成分均匀化的合金液体经结晶器上引连铸出铜合金杆坯2，上引速度150～500mm/min，冷却水循环冷却，进水温度10～40℃，出水温度30～50℃。
以下提供几个具体实施例：取原料按下述比例加入(％)：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6
镁 0.13 0.10 0.30 0.40 0.43 0.50
锡 0.10 0.15 0.35 0.30 0.10 0.40
铜 余量 余量 余量 余量 余量 余量
上述原料中杂质总量不超过0.30。
一.绞线制备，参看图2：
a.熔练：按实施例配比取铜、镁、锡原料置入熔铜炉中熔炼，当然，也可首先将铜、镁炼成铜镁中间合金，尔后再加入铜、锡原料，熔铜炉温度控制在1150±30℃。
b.保温：由熔钢炉熔化的合金液体流进保温炉保温，温度1140±20℃，经熔化保温的合金液体达到充分均匀化。
c.铸杆：将结晶器直接插入保温炉液体合金中，上引连铸制成镁锡铜合金杆坯。上述三个步骤均在铜水上覆盖木炭，利用木炭隔绝氧气，以避免氧化。
d.冷轧：将上述合金杆坯经轧机冷轧，改善杆坯组织，提高力学性能，制成铜合金细杆；
e.拉线：上述合金细杆经拉丝机拉制成铜合金线；
f.绞线：将上述铜合金丝经绞线机制成绞线，多层绞线的绞向逐层相反，外层向右。
g.检查、包装。
二接触线制备，参看图3：
a.熔炼：按实施例配比取铜、镁、锡原料置入熔铜炉中熔炼，当然，也可首先将铜、镁炼成铜镁中间合金，尔后再加入铜、锡原料，熔铜炉温度控制在1150±30℃。
b.保温：由熔铜炉熔化的合金液体流进保温炉保温，温度1140±20℃，经熔化保温的合金液体达到充分均匀化。
c.铸杆：将结晶器直接插入保温炉液体合金中，上引连铸制成镁锡铜合金杆坯。
d.冷轧：将上述合金杆坯经轧机冷轧，改善杆坯组织，提高力学性能，制成铜合金杆；
e.成型轧制或拉拔：将上述合金杆经成型轧制或成型拉拔，制成接触线。
f.检查、包装。
上述工艺中，可以将合金熔炼分为两道工序，第一步首先冶炼铜镁中间合金，第二步炼成最终的三元铜合金。在冶炼铜镁中间合金时，其合金成分中铜的含量为80％，镁为20％。冶炼在真空炉中进行，并充以0.05MPA的氩气提供保护。在冶炼三元铜合金时，将锡投入熔化的铜液中，加入铜镁中间合金，调节铜镁中间合金的加入量，以获得所需三元合金中各元素的含量。
Claims (6)
1.一种三元铜合金绞线的制备方法，其特征在于，它以三元铜合金为原料，所述三元铜合金由下述百分重量的原料熔炼而成：镁0.30～0.50；锡0.300.40；杂质总量不大于0.30；余量为铜；并按如下工序进行：
a.熔炼：按配比取铜、镁、锡置入熔铜炉熔炼，温度为1150±30℃；
b.保温：熔化的合金液体流进保温炉保温，温度1140±20℃；
c.铸杆：上引连铸制成镁锡铜合金杆坯；
d.冷轧：上述合金杆坯经冷轧制成铜合金细杆；
e.拉线：上述合金细杆经拉丝机拉制成铜合金丝；
f.绞线：将上述铜合金丝经绞线机制成绞线。
2.根据权利要求1所述的三元铜合金绞线的制备方法，其特征在于：镁的用量为0.4～0.5。
3.根据权利要求1或2所述的三元铜合金绞线的制备方法，其特征在于：所述熔炼工序分为两步，第一步冶炼铜镁中间合金，第二步冶炼三元铜合金，铜镁中间合金中铜的含量为80％，镁为20％，冶炼在真空炉中进行，并充以0.05MPA的氩气，第二步，将锡投入熔化的铜液中，加入铜镁中间合金，并依照三元合金中各元素的含量调节铜镁中间合金的加入量。
4.一种三元铜合金接触线的制备方法，其特征在于，它以三元铜合金为原料，所述三元铜合金由下述百分重量的原料熔炼而成：镁0.3～0.50；锡0.30～0.40；杂质总量不大于0.30；余量为铜；并按如下工序进行：
a.熔炼：按配称比取铜、镁、锡置入熔铜炉熔炼，温度1150±30℃；
b.保温：熔化的合金液体流进保温炉保温，温度1140±20℃；
c.铸杆：上引连铸制成镁锡铜合金杆坯；
d.冷轧：上述合金杆坯经冷轧制成铜合金杆；
e.成型轧制或拉拔：将上述合金杆经成型轧制或拉拔，制成截面具有对称沟槽的接触线；
f.检查、包装。
5.根据权利要求4所述三元铜合金接触线的制备方法，其特征在于：镁的用量为0.4～0.5。
6.根据权利要求4或5所述三元铜合金接触线的制备方法，其特征在于：所述熔炼工序分为两步，第一步冶炼铜镁中间合金，第二步冶炼三元铜合金，铜镁中间合金中铜的含量为80％，镁为20％，冶炼在真空炉中进行，并充以0.05MPA的氩气，第二步，将锡投入熔化的铜液中，加入铜镁中间合金，并依照三元合金中各元素的含量调节铜镁中间合金的加入量。
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Assignee: YANTAI JINHUI COPPER INDUSTRY CO.,LTD. Assignor: XINGTAI XINHUI COPPER INDUSTRY SPECIAL WIRES Co.,Ltd. Contract fulfillment period: 2008.11.3 to 2013.11.3 Contract record no.: 2008990001240 Denomination of invention: Ternary copper-alloy stranded conductor and contact line preparing method Granted publication date: 20080109 License type: Exclusive license Record date: 20081120 |
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