CN102851526B

CN102851526B - 一种高导电率铜镁合金接触线及其加工工艺

Info

Publication number: CN102851526B
Application number: CN201210163240.4A
Authority: CN
Inventors: 张根华; 陈素敏
Original assignee: JIANGSU HUADIAN ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: JIANGSU HUADIAN ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: CN102851526A

Abstract

本发明公开了一种高导电率铜镁合金接触线及其加工工艺，该铜镁合金中含有0.02wt%~0.10wt%的镁，≤0.01wt%的银，≤0.1wt%不可避免的杂质，其余为铜；其加工工艺为：在上引炉中配置合金，上引连铸出合金铸杆，上引的铸杆送入连续挤压机挤压出挤压杆坯，挤压杆坯，不经过中间冷加工，直接送入巨拉机拉制成接触线成品。该高导电率铜镁合金接触线比含银量w(Ag)=0.1%铜银合金接触线略低，但远高于铜锡、高含量铜镁合金等其他铜合金接触线的导电率，另外该高导电率铜镁合金接触线的抗拉强度，抗软化性能均达到了含银银合金接触线的同样水平。该铜镁合金接触线银合金接触线合金材料成本低很多。这可使铁路建设节省一大笔投资。

Description

一种高导电率铜镁合金接触线及其加工工艺

技术领域

本发明涉及一种电气化铁路使用的接触线，具体涉及一种高导电率铜镁合金接触线及其加工工艺。

背景技术

目前国内电气化铁路广泛采用接触线的材质是纯铜、铜银合金（银含量w(Ag)=0.1%）、铜锡合金（锡含量w(Sn)≤0.3wt%~0.6 wt %）、铜镁合金（镁含量w(Mg)≤0.2 wt %~0.7 wt %）。国内外也试验研制了铜铬锆等多元铜合金用于制造接触线。

其中铜锡合金、铜镁合金、铜铬锆合金的接触线中合金的加入都是为了提高其抗拉强度，满足高速铁路时速200公里以上悬挂张力加大的使用要求。时速200km/h及以下的客运和货运线路接触线的悬挂张力通常为10kN~15kN。高速铁路悬挂张力一般为20kN~30kN。随着列车运行速度的提高，接触线的悬挂张力还要进行一步提高。目前试验速度400km/h的接触线悬挂张力已经达到40kN。随着这些合金元素含量的增加，接触线的抗拉强度提高（420Mpa~560MPa），但其导电性能大幅下降（导电率仅为62%IACS~77%IACS）。如此的结果是，接触网供电线路的阻抗加大，电能损耗加大。这种高合金含量的铜合金接触线对于运行速度在200km/h及以下的大部分客运线路和重载货运线路不具有最佳的技术经济效益。

然而在铜银合金接触线中加入合金中的是贵金属银，可在保证不低于纯铜接触线抗拉强度和导电率的前提条件下，大幅度提高了接触线的耐软化性能。我国铁道行业标准和欧洲联盟标准中，铜银合金接触线的抗拉强度与纯铜接触线的抗拉强度和导电率相同，都是360MPa和97%IACS，但其耐软化性能却大幅提高。接触线的耐软化性能是指，将接触线样品加热到300℃保温2小时的软化处理，其冷却后的抗拉强度应不小于其软化处理前的90%。铜银合金接触线可以达到这个指标，而纯铜接触线在经过上述的软化处理后，其抗拉强度只能达到其软化前的60%左右，损失了40%左右。

由于铜银合金接触线耐软化性能提高，使得其最高允许工作温度大幅提升到150℃，而纯铜接触线最高允许工作温度受到易软化的限制，仅为90℃。接触线的工作温度与其允许通过工作电流的大小（载流量）密切相关。以150mm²规格为例。纯铜接触线最高允许工作温度为90℃，其载流量仅为580安培。铜银接触线的允许最高工作温度提升到150℃，其额定载流量也可达到800安培，比纯铜接触线有了明显的提高。另一方面，接触线耐软化性能的提高，也提高了其抵抗短路大电流使接触线软化而引发断线事故的能力，有利于电气化铁路运行的安全可靠性。

铜银接触线具有的优点可以概括为，在保证与纯铜接触线抗拉强度和导电率相同的条件下，可以大幅提高其耐软化性能，有利于提高铁路运输能力和运行安全可靠性。

但问题是，银是贵金属，价格昂贵，为6000/kg元左右。铜银合金接触线（含(Ag)量≤0.1wt%）的材料成本因含银而增加6000元/吨，这样将使接触线的成本大大提高，因此会增加高铁的建设成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种抗拉强度高，导电率高，抗软化性能好，成本低廉的铜镁合金。本发明的目的在于，提供一种采用改进后的铜镁合金配方和生产高导电率接触线的加工工艺。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种高导电率铜镁合金配方，其特征在于，在所述铜镁合金中含有0.02wt%~0.10wt%的镁，≤0.01wt %的银，≤0.1wt%不可避免的杂质，其余为铜。

其中优选的技术方案是，所述铜镁合金中含有0.04wt%~0.08wt%的镁，≤0.008wt %的银。

进一步优选的技术方案是，所述铜镁合金的抗拉强度≥360Mpa，导电率≥90%IACS，抗软化性能≥90%。

发明的另一个技术方案是设计一种高导电率铜镁合金接触线的加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括如下工艺步骤：

第一步，将高纯阴极铜投入上引炉中熔化，然后在铜液表面覆盖木炭以保护铜液不被氧化；

第二步，将0.02wt%~0.10wt%的镁和≤0.01wt %的银加入到铜液中，用石墨棒适当搅拌使合金成分均匀后开始上引杆坯；

第三步，将上引出的含有镁和银的合金上引杆坯送入连续挤压机挤压成直径20mm的杆坯；

第四步，然后直接将第三步制成的杆坯，不经过预先的冷加工，直接送入巨拉机拉制成120mm²或150 mm²接触线成品。

其中优选的技术方案是，在所述第二步中将0.04wt%~0.08wt%的镁和≤0.008wt %的银加入到铜液中，用石墨棒适当搅拌使合金成分均匀后开始上引杆坯。

本发明的优点和有益效果在于：由于本发明采用纯在铜中加入金属镁和银，与只加入金属银相比较仅导电率为90%IACS比铜银合金接触线的97%IACS略低，但远高于上述其他铜合金接触线的导电率（62%IACS~77%IACS），适合于时速200km及以下客运及货运线路要求。是铁路市场的主体（高铁仅佔整个铁路市场的22%）。另外该高导电铜镁合金接触线（以规格120mm²为例）抗拉强度≥360MPa，导电率≥90%IACS，抗软化性能≥90%，均达到了铜银合金的同样水平，而远高于上述其他铜合金接触线的导电率。

本发明采用价格低廉的镁作为合金元素，使产品成本降低，节省贵金属银。金属镁的价格为18元/kg。本发明的铜镁合金中，镁含量 (Mg)≤0.1wt%，银含量 (Ag)≤0.01wt%。考虑到熔炼过程中的消耗，镁的用量仅为1.4kg/吨，价值25元/吨，再加微量银600元/吨，其总的材料成本仅为625元/吨，与铜银合金接触线6000元/吨相比，仅为其1/10，节省5375元/吨。以规格150mm²的接触线单位长度重量1350kg/km计算，采用本发明的高导电铜镁合金接触线比铜银合金接触线合金材料成本节省7256元/km。这可使铁路建设节省一大笔投资，从资金上有利于促进铁路建设的发展。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1。

本发明首先将高纯阴极铜作原料加入上引炉中熔化，然后按照常规的生产工艺在铜液表面覆盖木炭以保护铜液不被氧化。再将按含量为0.08wt%比例称重的金属镁和含量为0.008%银加入到铜液中，用石墨棒适当搅拌使合金成分均匀后开始上引杆坯。再将上引出的含有镁和银的合金上引杆坯送入连续挤压机挤压成直径20mm的杆坯，而后直接将此杆坯经过巨拉机拉制成120mm²接触线成品。其技术性能实测结果为：抗拉强度380MPa，导电率92%IACS，耐软化性能为92.5%。

实施例2。

将高纯阴极铜作原料加入上引炉中熔化，然后按照常规的生产工艺在铜液表面覆盖木炭以保护铜液不被氧化。将按含量为0.04%比例称重的金属镁锭和含量为0.01%银加入到铜液中，用石墨棒适当搅拌使合金成分均匀后开始上引杆坯。将上引出的含有镁和银的合金上引杆坯送入连续挤压机挤压成直径20mm的杆坯，而后直接将此杆坯经过巨拉机拉制成120mm²接触线成品。其技术性能实测结果为：抗拉强度375MPa，导电率94%IACS，耐软化性能为91.5%。

由于本发明的加工工艺是，在上引炉中配置合金，上引连铸出合金铸杆，上引的铸杆送入连续挤压机挤压出挤压杆坯，挤压杆坯直接通过巨拉机拉制成接触线成品。与已有技术不同的是，取消了挤压杆坯和成品拉拔之间的冷轧工序，减小了杆坯冷加工变形率，也同时减小了冷加工使导电率降低的不利影响，可以使本发明产品的导电率保持在较高的水平，同时也降低了生产成本。

本发明的生产工艺特点为，上引炉熔炼合金并引出铸杆坯，需要经过连续挤压机挤出杆坯，再拉制成成品接触线。

本发明的另一个工艺特点在于，取消了挤压杆坯的冷加工工序，在保证成品接触线抗拉强度达到指标要求的同时，仍保有较高的导电率和耐软化性能。（此段是否与上上段有重复？）

本发明的高导电铜镁合金接触线（以规格120mm²为例）抗拉强度≥360MPa，导电率≥90%IACS，抗软化性能≥90%。仅导电率为90%IACS比铜银合金接触线的97%IACS略低，但远高于上述其他铜合金接触线的导电率（62%IACS~77%IACS），适合于时速200km及以下客运及货运线路要求。是铁路市场的主体（高铁仅佔整个铁路市场的22%）。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高导电率铜镁合金接触线的加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括如下工艺步骤：

第四步，然后直接将第三步制成的杆坯经过巨拉机拉制成120mm²或150 mm²接触线成品。

2.如权利要求1所述的高导电率铜镁合金接触线的加工工艺，其特征在于，在所述第二步中将0.04wt%~0.08wt%的镁和≤0.008wt %的银加入到铜液中，用石墨棒适当搅拌使合金成分均匀后开始上引杆坯。