CN101447259A - 一种接触导线及杆坯的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触导线及杆坯的制备方法，所述接触导线的制备方法包括：利用熔炼得到多根析出强化型铜合金无氧铸杆；将所述无氧铸杆进行预处理后得到多根坯料杆；将多根坯料杆进行无缝连接；将经过无缝连接后的坯料杆送入挤压机进行连续挤压，并将挤压成型的接触导线杆坯进行冷却；将所述接触导线杆坯进行冷轧，并进行时效处理；根据预定的接触导线截面尺寸对所述接触导线杆坯进行多道次冷拉拔，制成接触导线；本发明提出的方法简化了析出强化型铜合金接触导线材料的熔炼和热处理问题，所制得的接触导线晶粒细密，不仅具有较高的机械强度，还保持了理想的导电率和较好的物理性能，并且长度能够满足铁路建设的要求。

Description

一种接触导线及杆坯的制备方法

技术领域

本发明涉及供电类导线技术领域，尤其涉及一种接触导线及杆坯的制备方法。

背景技术

电气化铁路接触导线是应用于最恶劣工作环境中的供电类导线之一，其性能直接影响到高速列车的安全运行。高速铁路接触导线额定工作张力较大，并且在长年运行时不断受到受电弓的冲击和摩擦，需要忍受电弧烧蚀、温度变化以及环境带来的影响。在这种情况下，要求接触导线具有较高的抗拉强度、耐磨性、抗腐蚀性，还要有良好的抗高温软化特性，另外出于节能要求，还要有较好的导电性能。这些仅仅是导线本身所要求的材料特性。在实际应用中，还要考虑导线生产成本、大长度导线生产工艺和施工维护的方便性等问题。目前高速铁路均采用铜合金接触导线。

仅就300km/h以上高速电气化铁路普遍采用的铜合金导线而言，常见的有两种：铜锡合金接触导线和铜镁合金接触导线。

以上两种接触导线的合金含量越高，导线的强度也就越高，但导电率却大幅下降。铜镁和铜锡导线按传统生产手段得到的性能指标已经接近极限，目前虽然可以满足时速350公里铁路的抗拉强度要求，但是导电率都在70％IACS以下，电能损耗较严重。要使两者性能更上一个档次，除非有新合金成分加入或者新的加工手段。

有希望取得性能突破的是铜铬锆合金系制成的接触导线，该导线材料属于析出强化型，具有高强度高导电等特性，其综合性能比目前所采用的镁铜或锡铜合金导线高出一个档次。

目前，虽然析出强化型铜合金材料在冶金等工业领域得到了广泛的应用，但是在铁路接触导线方面尚未有实际应用，原因在于：接触导线较长，以致整盘杆坯体积和重量较大；对熔炼设备的要求很高，要防止合金元素氧化；较大体积的坯料在固熔时不易均匀加热，固熔效果变差；大体积的铜合金固熔炉价格昂贵。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明目的在于提供一种接触导线及杆坯的制备方法，简化了析出强化型铜合金接触导线材料的熔炼和热处理问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种接触导线的制备方法，所述方法包括：

步骤A：利用熔炼得到的析出强化型铜合金分批制备多根无氧铸杆；

步骤B：将所述无氧铸杆进行预处理，得到多根坯料杆；所述预处理至少包括：固熔、水淬和清洁处理；

步骤C：将多根坯料杆进行无缝连接；

步骤D：将经过无缝连接后的坯料杆送入挤压机进行连续挤压，并将挤压成型的接触导线杆坯进行冷却；

步骤E：将所述接触导线杆坯进行冷轧，并进行时效处理；

步骤F：根据预定的接触导线截面尺寸对所述接触导线杆坯进行多道次冷拉拔，制成接触导线。

进一步地，所述熔炼得到的析出强化型铜合金成分以重量比计，铬元素占0.4％～1.0％、锆元素占0.05％～0.2％、稀土或镁元素占0.05％，余量由铜和杂质构成。

进一步地，所述无氧铸杆通过以下任一方法获得：

真空熔炼法、保护气体熔炼法、水平连铸法或上引连铸法。

进一步地，所述步骤C中，通过氩弧焊或搅拌摩擦焊将多根坯料杆进行无缝连接。

本发明还提供了一种接触导线杆坯的制备方法，所述方法包括：

步骤A：利用熔炼得到的析出强化型铜合金分批制备多根无氧铸杆；

步骤B：将所述无氧铸杆进行预处理，制成多根坯料杆；所述预处理至少包括：固熔、水淬和清洁处理；

步骤C：将多根坯料杆进行无缝连接；

步骤D：将经过无缝连接后的坯料杆送入挤压机进行连续挤压，并将挤压成型的接触导线杆坯进行冷却。

本发明有益效果如下：

本发明提出的方法简化了析出强化型铜合金接触导线材料的熔炼和热处理问题，所制得的接触导线晶粒细密，不仅具有较高的机械强度，还保持了理想的导电率和较好的物理性能，并且长度能够满足铁路建设的要求。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本发明所述接触导线的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优先实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的设备中已知功能和结构的详细具体说明。

如图1所示，图1为本发明所述接触导线的制备方法的流程示意图，具体可以包括以下步骤：

步骤101：进行铜合金的熔炼；可采用各种适当的熔炼方法进行，需要保证铬元素占铜合金总重量的0.4％～1.0％，锆占0.05％～0.2％，余量由铜、其他元素和不可避免的杂质构成；其他元素可以是稀土或者镁等金属，占铜合金总重量的0.05％，氧化物等杂质成分含量尽可能的低。

步骤102：制备无氧铸杆；在保护气氛(比如，氩气保护)下进行浇注，或采用上引(水平)连铸法等手段制备无氧铸杆，制得的铸杆尺寸可根据固熔炉参数确定。

步骤103：将铸杆放入固熔炉中，固熔温度为950℃—980℃，保温0.5—2小时后进行水淬。

步骤104：清洁固熔后的坯料杆表面，并将多个坯料杆进行无缝连接，保证连接处无氧化物掺杂并对连接处进行修整。无缝连接的目的是形成一定长度的坯料杆原料，将其连续挤压后可以形成大长度的接触导线杆坯。无缝连接可以采用氩弧焊、搅拌摩擦焊等手段，确保连接部位内部无参杂的氧化物和缝隙。

这里，如有必要可将坯料杆减径使之符合连续挤压机尺寸。

步骤105：将进过无缝连接后的坯料杆送入挤压机进行连续挤压，并将挤压成型的接触导线杆坯进行冷却。由焊接形成的铸态组织在挤压腔内被破碎细化，同时与挤压腔内其他坯料杆成分融合，并被挤出，形成大长度连续的接触导线杆坯。挤压成型的杆坯均匀性较好，具有再结晶金相组织，晶粒细小，含氧量低且具有高导电性和高延展性。另外挤压后的析出强化型合金经过时效处理后其铸态组织被完全破坏，形成性能均匀的连续接触导线杆坯。

步骤106：将杆坯进行冷轧，变形量为35-50％。

步骤107：进行时效处理，温度500℃—550℃，保温1.5—3小时。

步骤108：冷拉拔成型，根据接触导线截面尺寸进行多道次冷拉拔，变形量40-60％，得到大长度高强高导接触导线。

为了便于理解本发明，下面举例对本发明所述方法进行说明。

实施例一：

1)非真空熔炼铜合金。铜铬合金和铜锆合金以中间合金形式加入，炉中铬元素占总重量的0.6％，锆占0.1％，镁占0.05％，其余为铜。氩气保护。

2)制备无氧铸杆。

3)将铸杆放入固熔炉中，固熔温度为950℃，保温2小时后进行水淬。

4)清洁固熔后的坯料杆表面，并进行连接，保证连接处无氧化物及其他杂质掺杂并对连接处进行修整。

5)将连接后的坯料杆送入康仿挤压机进行连续挤压并冷却，得到接触导线杆坯。

6)将杆坯进行冷轧，变形量为45％。

7)进行时效处理，温度550℃，保温2小时。

8)冷拉拔成型，根据接触导线截面尺寸进行多道次冷拉拔，变形量50％，得到接触导线抗拉强度可达到580MPa以上，导电率达到78％IACS以上。

实施例二：

1)在真空感应炉中加入电解铜、稀土、镁、铬和锆，其中铬元素占总重量的0.6％，锆占0.1％，稀土占0.05％，镁占0.05％，其余为铜。熔炼温度为1300℃，熔净后降温至1250℃浇铸。

2)将合金铸坯加工成无氧铸杆。

3)将铸杆盘卷放入固熔炉中，固熔温度为950℃，保温2小时后水淬。

4)清洁固熔后的坯料杆表面，并进行无缝连接，保证连接处无氧化物及其他杂质掺杂并对连接处进行修整。

5)将连接后的坯料杆送入康仿挤压机进行连续挤压并冷却，得到接触导线杆坯。

6)将杆坯进行冷轧，变形量为40％。

7)进行时效处理，温度500℃，保温2小时。

8)冷拉拔成型，根据接触导线截面尺寸进行多道次冷拉拔，变形量50％，得到接触导线抗拉强度可达到600MPa以上，导电率达到80％IACS以上。

综上所述，本发明提供了一种接触导线及杆坯的制备方法，由于分批处理铸杆，铸杆重量减轻，利用小容量的真空熔炼炉即可进行熔炼，也可以采用上引或水平连铸法等制作无氧铸杆并截成适当的长度。固熔时铸杆可以盘卷或者制成杆状，由于体积减小，铸杆可以均匀加热，加强了固熔效果，同时固熔炉成本也可以降低。

添加的镁或稀土等其它元素可以有效去除熔体内的残余氧，还可以净化合金成分。坯料杆经过挤压可进一步细化晶粒，并消除连接产生的接头组织，可以制备出性能优良的大长度接触导线杆坯。

本发明提出的方法简化了析出强化型铜合金接触导线材料的熔炼和热处理问题，所制得的接触导线晶粒细密，不仅具有较高的机械强度，还保持了理想的导电率和较好的物理性能，并且长度能够满足铁路建设的要求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1、一种接触导线的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤A：利用熔炼得到的析出强化型铜合金分批制备多根无氧铸杆；

步骤B：将所述无氧铸杆进行预处理，得到多根坯料杆；所述预处理至少包括：固熔、水淬和清洁处理；

步骤C：将多根坯料杆进行无缝连接；

步骤D：将经过无缝连接后的坯料杆送入挤压机进行连续挤压，并将挤压成型的接触导线杆坯进行冷却；

步骤E：将所述接触导线杆坯进行冷轧，并进行时效处理；

步骤F：根据预定的接触导线截面尺寸对所述接触导线杆坯进行多道次冷拉拔，制成接触导线。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无氧铸杆通过以下任一方法获得：

真空熔炼法、保护气体熔炼法、水平连铸法或上引连铸法。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，通过氩弧焊或搅拌摩擦焊将多根坯料杆进行无缝连接。

4、一种接触导线杆坯的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤A：利用熔炼得到的析出强化型铜合金分批制备多根无氧铸杆；

步骤B：将所述无氧铸杆进行预处理，制成多根坯料杆；所述预处理至少包括：固熔、水淬和清洁处理；

步骤C：将多根坯料杆进行无缝连接；

步骤D：将经过无缝连接后的坯料杆送入挤压机进行连续挤压，并将挤压成型的接触导线杆坯进行冷却。

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