CN103911572B - 一种高强高导铜合金接触网线的生产工艺 - Google Patents

一种高强高导铜合金接触网线的生产工艺 Download PDF

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Abstract

<b>本发明公开了一种高强高导铜合金接触网线的生产工艺，其中通过上引获得无氧的铜合金杆材，再将其冷轧至适当尺寸后再经热处理，获取了一种高强度与高导电率的铜合金接触线，解决了铜合金接触网线一直存在的高强度与高电导率之间的矛盾，满足铁路行业对接触网线的性能要求。热处理后将其二次冷轧、拉线处理至预设的直径尺寸，即可获得可应用于铁路上的接触网线产品。该生产工艺过程简单，生产效率较高。</b>

Description

一种高强高导铜合金接触网线的生产工艺
技术领域
本发明涉及一种电气化铁路使用的接触网线的系列产品，具体涉及一种高强高导铜合金接触网线的生产工艺。
背景技术
由于电力牵引的热效率高、功率大且速度快、运用维护简单、运行可靠，采用二次能源，无污染、零排放，因此电气化铁路是铁路建设的发展方向。电气化铁路中采用的接触网线产品，如接触线、承力索，更是铁路发展需要的重要产品，而目前国内外传统的加工上述接触网线的工艺主要有以下几种：
1、上引法：将上引杆坯直接进行冷拉制成接触网线。“上引法”制造出的接触网线含氧量很低(小于0.0020％)，属于无氧铜级，杂质少、韧性好，但金相组织为粗大的柱状晶，存在抗拉强度低、性能不均匀、拉断力值分散性大等力学性能缺陷。接触网线架设后平直度差，机车通过时受电弓离线率高、机车取流质量差、火花多，甚至时有大的电弧发生，不仅影响机车取流，还使接触网线及与之接触的受电弓滑板产生烧蚀，减短了接触网线及受电弓滑板的使用寿命。用这种工艺生产的接触网线更不能用于高速铁路。
2、连铸连轧法：连续铸造连续热轧制成杆坯，经冷拉成接触网线。采用“连铸连轧”工艺生产铜杆坯时，熔炼和铸造过程中有大量氧进入铜液，生产出的杆坯为低氧铜(含氧量达到O(w)％＝0.0200％～0.0400％)，由于含氧量较高，杆坯中含有大量硬脆的氧化亚铜，使杆坯变脆，接触网线的反复弯曲性能差；另一方面，由于含氧量高，加入的合金元素易氧化成渣，无法生产含易氧化合金元素(如镁)的铜合金接触网线。
3、上引连挤法：上引连挤法是通过对上引杆材进行挤压再成型、利用挤压摩擦热量达到细晶强化的目的。这种工艺方法的特点是，在上引杆坯的冷加工前，增加一道连续挤压(conform成形)工艺。用这样的杆坯制造的接触网线，含氧量为无氧铜级，品质纯净，产品的塑性及韧性都得到了相应的加强，但在挤压的过程中会产生大量的“溢料”，无形中增加了加工成本。另外，在挤压的过程中易产生“冷隔”、“金属夹杂”等缺陷，给列车运行安全带来极大的隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种高强高导铜合金接触网线的生产工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种高强高导铜合金接触网线的生产工艺，包括如下步骤：
(1)上引获得铜合金杆材：在无氧的条件下利用上引连铸炉上引获得无氧的直径为Φ25～Φ30的铜合金杆材；
(2)冷轧处理：利用冷轧机将经步骤(1)获取的铜合金杆材冷轧，获得直径为Φ23～Φ26.7的铜合金杆材；
(3)对经步骤(2)获取的铜合金杆材进行热处理，热处理前先将热处理炉的炉腔抽真空，并向所述炉腔内充入惰性气体作为保护气体；然后采用梯度升温的方式分三个阶段将热处理炉炉腔中的温度提升至550℃，分别如下：
(ⅰ)第一阶段，在1.5～2h内将热处理炉炉内温度升温至100～200℃，并保温1.5～2h；
(ⅱ)第二阶段，在1.5～2h内将热处理炉炉内温度升温至300～400℃，并保温1.5～2h；
(ⅲ)第三阶段，在1～1.5h内将热处理炉炉内温度升温至550℃，并保温1.5～2h；
(4)冷却：将热处理炉炉体温度冷却至20℃以下并取出热处理后的铜合金杆材；
(5)二次冷轧处理：将经步骤(4)获取的铜合金杆材冷轧，获取直径为Φ15.4～Φ20的铜合金杆材；
(6)拉线：将步骤(5)获得的铜合金杆材拉线处理直至其直径尺寸至指定尺寸，获取所需尺寸的铜合金接触网线。
优选地，所述步骤(3)中，依次按照如下步骤将热处理炉炉腔中的温度提升至550℃：
(ⅰ)第一阶段，在1.5～2h内将热处理炉炉内温度升温至200℃，并保温1.5～2h；
(ⅱ)第二阶段，在1.5～2h内将热处理炉炉内温度升温至400℃，并保温1.5～2h；
(ⅲ)第三阶段，在1～1.5h内将热处理炉炉内温度升温至550℃，并保温1.5～2h。
作为一种具体的实施方式，所述第一阶段、第二阶段升温用时均为1.5h，且均保温1.5h；所述第三阶段升温用时为1h，保温1.5h。
优选地，所述步骤(4)中，冷却时先通过自然冷却，待热处理炉炉体温度下降至80℃～100℃之间时，采用水冷方式使热处理炉炉体温度下降至20℃以下。
优选地，所述步骤(1)中，上引获取的铜合金杆材的盘重为3.5～4t。
优选地，所述步骤(3)中，充入所述热处理炉炉腔内的惰性气体为氮气。
作为一种具体的实施方式，所述步骤(6)中，采用巨拉机对步骤(5)获得的铜合金杆材进行拉线处理。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的高强高导电铜合金接触网线的生产工艺，其中通过上引获得无氧的铜合金杆材，再将其冷轧至适当尺寸后再经热处理，获取了一种高强度与高导电率的铜合金接触线，解决了铜合金接触网线一直存在的高强度与高电导率之间的矛盾，满足铁路行业对接触网线的性能要求。热处理后将其二次冷轧、拉线处理至预设的直径尺寸，即可获得可应用于铁路上的接触网线产品。
附图说明
附图1为本实施例中无氧铜合金杆材热处理前的晶粒组织图像；
附图2为本实施例中无氧铜合金杆材热处理后的晶粒组织图像。
具体实施方式
下面结合具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
实施例：CTHM150接触网线的生产工艺
1、上引获得铜合金杆材：在无氧的条件下利用劳同美德上引连铸炉上引获得无氧的直径为Φ30的铜合金杆材，为满足铁路运行的两个锚段，同时兼顾热处理的有效热传递，上引获得的铜合金杆材盘重为3.5t～4t；
2、冷轧处理：利用冷轧机将经过上引获得的铜合金杆材进行冷轧，获得直径为Φ23～Φ26.7的铜合金杆材，取样并观测其金相组织，如附图1所示；
3、对冷轧后的铜合金杆材进行热处理：热处理前先用真空泵将热处理炉的炉腔抽真空，并向炉腔内充入氮气作为保护性气体，然后采用梯度升温的方式分三个阶段将热处理炉炉腔中的温度提升至550℃，具体如下：
(ⅰ)第一阶段，在1.5h内将热处理炉炉内温度升温至200℃，并保温1.5h；
(ⅱ)第二阶段，在1.5h内将热处理炉炉内温度从200℃升温至400℃，并保温1.5h；
(ⅲ)第三阶段，在1h内将热处理炉炉内温度从400℃升温至550℃，并保温1.5h；
4、冷却：先用自然冷却的方法将热处理炉炉体温度降至100℃，然后用水冷，待炉体温度降至20℃以下并取出热处理后的铜合金杆材；
5、二次冷轧处理：将经过冷却的铜合金杆材进行二次冷轧，获取直径为Φ20的铜合金杆材，取样并观测其金相组织，如附图2所示；
6、拉线：通过巨拉机将二次冷轧处理后的直径为Φ20的铜合金杆材拉线处理，使其直径满足预设的直径尺寸标准，以满足铁路行业所需的CTHM150接触网线。
经过上述步骤制得的产品CTMH150接触网线的性能检测结果如下表所示：
从上表的数据可以看出，通过上述生产工艺生产的CTMH150接触网线无论是抗拉强度还是电导率都要高于行业标准。
参见附图1、附图2所示，通过对比热处理前后金相组织可以看出，原有铸态粗大晶粒组织破碎再结晶，形成细晶强化，从而提高抗拉强度。另外，传统工艺要提高金属抗拉强度必须增加合金元素的加入量，这就会导致增加合金对电子的散射率从而降低导电率，而本发明工艺改变了单一靠增加合金的加入量来提高强拉强度，而是通过细化晶粒的方式增加抗拉强度，这就减少了合金元素的加入从而在提高抗拉强度的同时又提高了导电率，且相对于热连续挤压细晶强化工艺而言，本工艺又不会产生夹杂、冷隔等工艺缺陷。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种高强高导铜合金接触网线的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）上引获得铜合金杆材：在无氧的条件下利用上引连铸炉上引获得无氧的直径为Φ25～Φ30的铜合金杆材；
（2）冷轧处理：利用冷轧机将经步骤（1）获取的铜合金杆材冷轧，获得直径为Φ23～Φ26.7的铜合金杆材；
（3）对经步骤（2）获取的铜合金杆材进行热处理，热处理前先将热处理炉的炉腔抽真空，并向所述炉腔内充入惰性气体作为保护气体；然后采用梯度升温的方式分三个阶段将热处理炉炉腔中的温度提升至550℃，分别如下：
（ⅰ）第一阶段，在1.5～2h内将热处理炉炉内温度升温至100～200℃，并保温1.5～2h；
(ⅱ)第二阶段，在1.5～2h内将热处理炉炉内温度升温至300～400℃，并保温1.5～2h；
（ⅲ）第三阶段，在1～1.5h内将热处理炉炉内温度升温至550℃，并保温1.5～2h；
（4）冷却：将热处理炉炉体温度冷却至20℃以下并取出热处理后的铜合金杆材；
（5）二次冷轧处理：将经步骤（4）获取的铜合金杆材冷轧，获取直径为Φ15.4～Φ20的铜合金杆材；
（6）拉线：将步骤（5）获得的铜合金杆材拉线处理直至其直径尺寸至指定尺寸，获取所需尺寸的铜合金接触网线。
2.根据权利要求1所述的高强高导铜合金接触网线的生产工艺，其特征在于：所述步骤（3）中，依次按照如下步骤将热处理炉炉腔中的温度提升至550℃：
（ⅰ）第一阶段，在1.5～2h内将热处理炉炉内温度升温至200℃，并保温1.5～2h；
(ⅱ)第二阶段，在1.5～2h内将热处理炉炉内温度升温至400℃，并保温1.5～2h；
（ⅲ）第三阶段，在1～1.5h内将热处理炉炉内温度升温至550℃，并保温1.5～2h。
3.根据权利要求2所述的高强高导铜合金接触网线的生产工艺，其特征在于：所述第一阶段、第二阶段升温用时均为1.5h，且均保温1.5h；所述第三阶段升温用时为1h，保温1.5h。
4.根据权利要求1所述的高强高导铜合金接触网线的生产工艺，其特征在于：所述步骤（4）中，冷却时先通过自然冷却，待热处理炉炉体温度下降至80℃～100℃之间时，采用水冷方式使热处理炉炉体温度下降至20℃以下。
5.根据权利要求1所述的高强高导铜合金接触网线的生产工艺，其特征在于：所述步骤（1）中，上引获取的铜合金杆材的盘重为3.5～4t。
6.根据权利要求1所述的高强高导铜合金接触网线的生产工艺，其特征在于：所述步骤（3）中，充入所述热处理炉炉腔内的惰性气体为氮气。
7.根据权利要求1所述的高强高导铜合金接触网线的生产工艺，其特征在于：所述步骤（6）中，采用巨拉机对步骤（5）获得的铜合金杆材进行拉线处理。
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