CN104342575B - 一种电气化铁路铬锆铜接触线及其加工工艺 - Google Patents

一种电气化铁路铬锆铜接触线及其加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电气化铁路铬锆铜接触线制备方法,其成份以铜为基体,向基体中加入重量百分比为Cr0.30‑0.70%和Zr0.10‑0.35%,杂质总和不大于0.05%。本发明的铬锆铜接触线制备方法是通过真空熔化和真空水平连铸获得大长度大断面铬锆铜连铸坯;经过全热连轧和在线固溶获得大长度铬锆铜线杆盘圆;该盘圆经过拉拔剥皮后进行冷连轧减径;随后进行时效处理强化;再进行Y型轧机冷连轧预成型;最后一道次进行精拉成型。用该工艺生产的铬锆铜接触线晶粒细小均匀,无缺陷,强度高、导电率高、软化温度高;适合大工业生产。

Description

一种电气化铁路铬锆铜接触线及其加工工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电气化铁路接触线,具体涉及一种电气化铁路铬锆铜接触线及其 加工工艺,属于电缆技术领域。
背景技术
[0002] 电气化铁路用接触线应具有高的强度、高的导电率和高的软化温度。目前接触线 采用的主要有Cu-Mg、Cu-Sn、Cu-Ag合金。Cu-Ag是低强高导合金,适合于速度不太高的铁路; Cu-MgXu-Sn是中强中导合金,虽用于目前的高铁,但由于导电率中等浪费大量电能,并不 是理想的接触线合金材料。Cu-Cr-Zr是典型的高强高导铜合金,国内外普遍认可它是目前 最理想的接触线合金材料。Cu-Cr-Zr合金应用在其它行业已很普遍,应用于高铁接触线的 目前只有日本和中国。虽然日本和中国都在铁路上进行了挂线试用,但挂线长度短,生产制 造工艺都不理想,都不适合于大生产。
[0003] 关于Cu-Cr-Zr接触线制造方面有如下一些专利技术:
[0004] 专利 CN101447259A 公开了重量百分比为〇1-(0.4-1.0%)〇-(0.05-0.2%)2『_ 0.05% (Mg、Re)接触线合金的加工技术,该专利是用多根短的Cu-Cr-Zr线杆经过焊接变成 长线杆,再用连续挤压方法细化晶粒,然后固溶处理、冷拉成型。该技术生产的线杆有许多 焊接接头,接头处成分不一致,虽经连续挤压,在长度方向上线杆的成分有区别,自然性能 不相同;再是铬锆铜变形抗力大,挤压模具寿命很短;该技术生产成本很高。
[0005] 专利〇价01386925厶公开了重量百分比为〇1-(0.3-0.5%)〇-(0.1-0.15%)2『_ (0.01-0.02) %Si接触线合金的加工技术。该专利是先用真空感应炉熔化Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Si中间合金,然后二次熔化Cu-Cr-Zr并铸锭,铸锭经过冷乳变成线杆,线杆不经过固溶处理 而直接退火后冷拔成型,抗拉强度580-640MPa,导电率77-80 % IACS。该技术有几个不足,一 是二次熔化能耗高;二是冷乳变形量有限,铸锭规格很小,不符合接触线大长度要求;三是 没有进行固溶处理,材料的弥散沉淀强化效果不可能发挥出来,达不到专利中所指的机械 物理性能。
[0006] 专利 CN101531149A 公开了重量百分比为 Cu-(0.3-0.6%)Cr-(0.1-0.15%)Zr-(0.01-0.02) %Si接触线合金的加工技术。该专利是先用真空感应炉熔化Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Si中间合金,然后用上引连铸方法连铸(616-22的盘圆,盘圆经过连续挤压成(624-31的盘 圆,尔后进行固溶处理、冷拔或冷乳、退火。接触线抗拉强度540-600MPa,导电率75-84% IACS。该技术主要不足处,一是上引连铸法目前还无法生产出合格的铬锆铜铜杆,其原因是 锆太活泼,成分根本无法保证长度方向上一致,木炭覆盖不住Zr的氧化烧损;二是铬锆铜连 续挤压模具没有过关,并且连续挤压铬锆铜氧化夹杂解决不了;三是必须单独进行固溶处 理,能耗尚,晶粒大。
[0007] 专利CN03135758. X公开了采用快速凝固制粉、压坯、烧结、挤压获得〇1-(0.01--2.5)%Cr-(0.01-2.0)%Zr-(0.01-2.0)%(Y,La,Sm)合金棒材或片材的制备方法,可以获 得良好的导电、导热、高温强度及抗软化性能,但由于受加工技术特点的限制,况且合金元 素含量较高,只适用于制造尺寸较小的电阻焊电极及引线框架等产品,无法在制造上千米 长的接触线中实际应用。
[0008] 0附8119984公开了重量百分比为〇1-(0-0.15%从8-(0.20%-0.72%)〇接触线合 金的加工技术。该技术由于不加 Zr,采用大气下熔化铸造技术;铸造采用半连铸铸大断面坯 料和水平连铸铸造(634盘圆;大断面坯料经热乳成盘圆再固溶处理,水平连铸(634盘圆铸 后再进行固溶处理;固溶后的两种盘圆进行同样的冷乳、时效、冷乳成型。
[0009] 日本新干线曾用过大型挤压机提供铬锆铜铜杆,然后拉拔成型,但该工艺不能制 作长度达1000米以上的线杆。
发明内容
[0010] 本发明针对现有技术的不足,提供一种电气化铁路铬锆铜接触线及其加工工艺。
[0011] 本发明解决上述技术问题的技术方案为:一种电气化铁路铬锆铜接触线,由如下 质量百分比的原料组成:铬0.30~0.70%,锆0.10~0.35%,杂质总和不大于0.05%,余量 为铜。
[0012] 本发明第二方面公开了前述电气化铁路铬锆铜接触线的制备方法,包括以下步 骤:
[0013] 1)在真空感应熔化炉中按所述铬锆铜接触线的原料重量百分比加入电解铜、金属 铬和海绵锆,真空度<0.0 lpa,铜水熔清温度至1200 ± 30 °C时倒入真空保温炉,保温炉真空 度<0.0 Ipa,双流水平连铸方坯;
[0014] 2)对前一步骤得到的连铸方坯在无水冷推钢式加热炉中加热,加热温度950±30 °C,保温20~40min;
[0015] 3)接上步进行连乳,坯料侧出炉2~3m后立即进入乳机,开乳温度950 ± 30°C,终乳 温度为950±30°c,恒温乳制,终乳速度8~15m/s,得到直径为<p28~32mm的盘圆;
[0016] 4)接上步盘圆利用乳后余热进行在线入水固溶处理,入水温度920~980°C ;
[0017] 5)对上步得到的固溶处理后的盘圆进行拉拔剥皮,去除表面缺陷;
[0018] 6)对剥皮的盘圆进行冷连乳减径,由<p28~32 mm减径为cp15~20mm ,变形 量60~70% ;
[0019] 7)接上步对冷乳盘圆时效强化;
[0020] 8)对时效后的盘圆进行Y型乳机冷连乳预成型并进一步强化,变形量30~50%,得 到断面双沟形状的盘圆;
[0021] 9)对前一步骤的断面双沟形状的盘圆按接触线尺寸标准精拉成型,变形量< 15%〇
[0022] 在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
[0023] 进一步,步骤1)中所述方坯的断面150X 150~170X 170mm,铸坯长度10000~ 13000mm,单根坯重 2000 ~3300Kg。
[0024] 进一步,步骤1)铸速为60~150mm/min。
[0025] 进一步,步骤5)直径方向上剥皮切削量为0.1~0.3mm。
[0026]进一步,步骤6 )对剥皮的盘圆进行冷连乳减径,由(p28_-32mm减径为 屮16~19|11111,变形量60~70%。
[0027] 进一步,步骤7)所述时效强化的时效温度为400~550°C,保温时间为4~8h。
[0028]采用本发明所述工艺制备的铬锆铜接触线抗拉强度可达到560~620MPa,电导率 可达到80~90%IACS。
[0029] 本发明与背景技术相比具有的优点是:
[0030] (1)采用真空熔化真空水平连铸大断面方坯,方坯可利用无水冷推钢式加热炉,加 热炉造价低能耗少;大断面坯料总乳制变形量大,晶粒组织更细化;熔铸过程全部真空,成 分稳定,不会造成像上引连铸法那样线杆长度方向上的成分差异;
[0031] (2)全热连乳,高速乳制,恒温乳制,这样可实现在线固溶。其晶粒组织在连续变形 过程中不断破碎、不断再结晶、不断细化,没有长大的时间,比重新加热固溶工艺晶粒要细 得多,从而保证了高的机械性能;不用重新加热固溶,降低了能耗;
[0032] (3)热连乳相比于连续挤压的组织缺陷要少得多;相比于冷乳变形效率要高得多;
[0033] (4)冷乳-时效-Y型乳机冷乳预成型-冷拔精成形工艺,比冷拔-时效-冷拔工艺可 获得更大的变形量,既保证产品精度,又获得更高的强度。
具体实施方式
[0034] 以下对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限 定本发明的范围。
[0035] 实施例1
[0036] 1.产品化学成分
[0037] 产品化学成分为Cu-O • 3 % Cr-O • 35 % Zr;
[0038] 2 •制备方法
[0039] 1)将电解Cu、金属Cr、海绵Zr按所制备合金成分重量百分比加入真空感应熔化炉 中熔化,真空度< 0.0 IPa,升温至1450 °C铜水熔清后降低温度,至1200 ± 30 °C时打开真空阀 门,将铜水倒入真空保温炉;真空保温炉保持温度1200 ± 30 °C,真空度<0.0 lPa,双流水平 连铸,连铸方坯的规格为:150 X 150 X 10000,铸速150mm/min,单根坯重2000Kg;
[0040] 2)对前一步骤得到的连铸方坯在无水冷推钢式加热炉中加热,加热温度920°C,保 温20min;
[00411 3)16架乳机全连乳,开乳温度920°C,终乳温度920°C,终乳速度15m/s,乳制规格为 028的盘圆,盘重2000敁;
[0042] 4)接上步盘圆利用乳后余热进行在线入水固溶处理,920°C直接入水固溶处理;
[0043] 5)对上步得到的固溶处理后的盘圆进行拉拔剥皮,直径方向上剥皮切削量0.1mm;
[0044] 6)在6机架冷连乳机上冷乳,由® 28冷乳到® 17.8,变形量60% ;
[0045] 7)罩式炉光亮时效,温度550°C,保温时间4h;
[0046] 8)在Y型冷连乳机上4道次冷乳预成双沟型,当量直径®12.6,变形量50% ;
[0047] 9)在单模盘拉机上精成型,由当量直径®12.6到成品断面110平方毫米,变形量 12%〇
[0048] 3.制备结果
[0049] 该实例获得断面110平方毫米、长度2100米的接触线,抗拉强度560MPa,导电率 90 % IACS〇
[0050] 实施例2
[00511 1.产品化学成分
[0052] 化学成分为Cu-O • 50 % Cr-O • 20 % Zr;
[0053] 2.制备方法
[0054] 1)将电解Cu、金属Cr、海绵Zr按所制备合金成分重量百分比加入真空感应熔化炉 中熔化,真空度< 0.0 IPa,升温至1450 °C铜水熔清后降低温度,至1200 ± 30 °C时打开真空阀 门,将铜水倒入真空保温炉;真空保温炉保持温度1200 ± 30 °C,真空度<0.0 lPa,双流水平 连铸,连铸方坯的规格为:160 X 160 X 10500,铸速100mm/min,单根坯重2400Kg;
[0055] 2)对前一步骤得到的连铸方坯在无水冷推钢式加热炉中加热,加热温度960°C,保 温30min;
[0056] 3)16架乳机全连乳,开乳温度960°C,终乳温度960°C,终乳速度13m/s,乳制规格为 〇30的盘圆,盘重2400敁;
[0057] 4)接上步盘圆乳件利用乳后余热进行在线入水固溶处理,960°C直接入水固溶处 理;
[0058] 5)对上步得到的固溶处理后的盘圆进行拉拔剥皮,直径方向上剥皮切削量0.2mm;
[0059] 6)在6机架冷连乳机上冷乳,由® 30冷乳到® 16.4,变形量70% ;
[0060] 7)罩式炉光亮时效,温度480°C,保温时间6h;
[0061 ] 8)在Y型冷连乳机上4道次冷乳预成双沟型,当量直径® 13.6,变形量30% ;
[0062] 9)在单模盘拉机上精成型,由当量直径®13.6到成品断面120平方毫米,变形量 14%〇
[0063] 3.制备结果
[0064]该实例获得断面120平方毫米、长度2100米的接触线,抗拉强度600MPa,导电率 87 % IACS〇
[0065] 实施例3
[0066] 1.产品化学成分
[0067] 产品化学成分为Cu-O • 70 % Cr-O • 10 % Zr;
[0068] 2.制备方法
[0069] 1)将电解Cu、金属Cr、海绵Zr按所制备合金成分重量百分比加入真空感应熔化炉 中熔化,真空度< O. O IPa,升温至1450 °C铜水熔清后降低温度,至1200 ± 30 °C时打开真空阀 门,将铜水倒入真空保温炉;真空保温炉保持温度1200 ± 30 °C,真空度< O. OlPa,双流水平 连铸,连铸方坯的规格为:170 X 170 X 13000,铸速60mm/min,单根坯重3300Kg;
[0070] 2)对前一步骤得到的连铸方坯在无水冷推钢式加热炉中加热,加热温度980°C,保 温40min;
[0071] 3) 16架乳机全连乳,开乳温度980°C,终乳温度980°C,终乳速度8m/s,乳制规格为 〇32的盘圆,盘重3300Kg;
[0072] 4)接上步盘圆利用乳后余热进行在线入水固溶处理,980°C直接入水固溶处理;
[0073] 5)对上步得到的固溶处理后的盘圆进行拉拔剥皮,直径方向上剥皮切削量0.3mm;
[0074] 6)在6机架冷连乳机上冷乳,由® 32冷乳到® 19,变形量65% ;
[0075] 7)罩式炉光亮时效,温度400°C,保温时间8h;
[0076] 8)在Y型冷连乳机上4道次冷乳预成双沟型,当量直径014.8,变形量39% ;
[0077] 9)在单模盘拉机上精成型,由当量直径(614.8到成品断面150平方毫米,变形量 13%〇
[0078] 3.制备结果
[0079]该实例获得断面150平方毫米、长度2100米的接触线,抗拉强度620MPa,导电率 85 % IACS〇
[0080]以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和 原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1. 一种电气化铁路铬锆铜接触线的制备方法,包括以下步骤: 1) 在真空感应熔化炉中按所述铬锆铜接触线的原料重量百分比加入电解铜、金属铬和 海绵锆,真空度<0.0 lpa,铜水熔清温度至1200 ± 30 °C时倒入真空保温炉,保温炉真空度< 0.0 lpa,双流水平连铸方坯; 2) 对前一步骤得到的连铸方坯在无水冷推钢式加热炉中加热,加热温度920~980°C, 保温20~40min; 3) 接上步进行连乳,坯料侧出炉2~3m后立即进入乳机,开乳温度920~980°C,终乳温 度为920~98〇°c,恒温乳制,终乳速度8~I5m/s,得到直径为φ28~32mm的盘圆; 4) 接上步盘圆利用乳后余热进行在线入水固溶处理,入水温度920~980°C; 5) 对上步得到的固溶处理后的盘圆进行拉拔剥皮,去除表面缺陷; 6) 对剥皮的盘圆进行冷连乳减径,由φ28~32mm减径为Φ15- 20mm ,变形量60 ~70% ; 7) 接上步对冷乳盘圆时效强化; 8) 对时效后的盘圆进行Y型乳机冷连乳预成型并进一步强化,变形量30~50%,得到断 面双沟形状的盘圆; 9) 对前一步骤的断面双沟形状的盘圆按接触线尺寸标准精拉成型,变形量<15%; 制得的电气化铁路铬锆铜接触线,由如下质量百分比的原料组成:铬〇. 30~0.70%,锆 0.10~0.35%,杂质总和不大于0.05%,余量为铜。
2. 如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中所述方坯的断面为150X150~ 170 X 170mm2,铸坯长度 10000 ~13000mm,单根坯重 2000 ~3300Kg。
3. 如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)铸速为60~150mm/min。
4. 如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤5)直径方向上剥皮切削量为0.1~ 0.3mm〇
5. 如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤7)所述时效强化的时效温度为400 ~550°C,保温时间为4~8h。
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PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Chromium zirconium copper contact wire for electrified railway and its processing technology

Effective date of registration: 20210316

Granted publication date: 20170118

Pledgee: Rizhao bank Limited by Share Ltd. Yantai branch

Pledgor: YANTAI WANLONG VACUUM METALLURGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2021980001706

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