CN106140863B - 一种铜锡合金接触线的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铜锡合金接触线的生产工艺，包括以下步骤：（1）A级阴极铜在熔炼装置内连续铸造，铸造完成后用冷却循环水进行冷却从而制备上引铜杆；（2）将上引铜杆在连续挤压机内进行连续挤压制备接触线坯料；（3）采用拉拔机组制备接触线成品。本发明制备的铜锡合金接触线的抗拉强度为大于580Mpa，导电率大于70%IACS，满足高速铁路的接触线的使用。

Description

一种铜锡合金接触线的生产工艺
技术领域
本发明涉及一种铜合金的生产工艺，尤其涉及一种用于高速铁路接触线的铜锡合金的生产工艺。
背景技术
国内外高速铁路的发展趋势将朝着高效快捷、环保节能的方向发展，这就要求高速铁路用的接触线具有较高的抗拉强度和良好的导电性能。
目前，国内用于满足电气化铁路接触网用铜合金接触线主要为镁铜合金接触线和铜锡合金接触线，镁铜合金接触线生产工艺比较复杂，成本高，铜锡合金接触线对铜镁合金进行了改进。国内时速为350公里及其以上的高铁用接触线的抗拉强度达到500Mpa，导电率为62%。但是随着电气化铁路时速的提升，如果铜锡合金接触线的性能不能得到进一步提升，将会对电气化铁路建设技术造成停滞。中国专利CN201410262535.6提出了一种添加碲、稀土镧等微合金化的铜锡合金接触线，但是其抗拉强度仅仅达到540MPa以上，同时，添加的金属碲容易造成接触线的加工脆性，而且碲元素价格也价高。
发明内容
针对上述的技术问题，本发明提供了一种用于高速铁路接触线使用的铜锡合金的生产工艺。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种铜锡合金接触线的生产工艺，其特征在于所述的铜锡合金接触线按重量百分比为：锡含量为0.45%，铌含量为0.02-0.05%，钴含量为0.02-0.05%，镍含量为0.02-0.05%，硅含量为0.005-0.02%，钇含量为0.005-0.05%，钪含量为0.005-0.05%，氧含量小于0.0005%，其它不可避免的杂质元素含量小于0.01%，余量为铜。
所述的铜锡合金接触线的生产工艺包括以下步骤：
（1）上引连铸铜杆：以A级阴极铜、纯锡、铜铌中间合金、铜钴中间合金、铜镍中间合金、纯硅、铜钇中间合金、铜钪中间合金为原料，由熔炼装置熔炼、上引连续铸造，熔炼装置内覆盖有木炭和石墨鳞片，采用牵引机组上引连续铸造铜杆；
（2）连续挤压接触线坯料：以上引铜杆为原料，采用连续挤压机组的成型装置挤压制备接触线坯料；
（3）拉拔成型接触线成品：采用巨型拉拔机组，将接触线坯料拉拔成150mm2截面的接触线。
所述制备的铜锡合金接触线的抗拉强度为大于580Mpa，导电率大于70%IACS。
所述步骤（1）中熔炼装置包括熔化炉和保温炉，其中熔化炉温度为1200±5℃，保温炉温度为1180±5℃；木炭的粒度为60mm-80mm，覆盖厚度150mm-200mm ；石墨鳞片的覆盖厚度50mm-100mm；冷却循环水出水温度小于35℃；上引铜杆的直径为30mm，直径公差小于±0.1mm，铜杆的节距为3-3.8mm，铜杆的牵引速度为250-300mm/min。
所述步骤（1）中铜铌中间合金、铜钴中间合金、铜镍中间合金、铜钇中间合金、铜钪中间合金分别是含20%铌的铜铌中间合金、含20%钴的铜钴中间合金、含20%镍的铜镍中间合金、含10%钇的铜钇中间合金、含10%钪的铜钪中间合金。
所述步骤（1）中镍+钴总含量与硅含量的重量百分比为四比一，钇含量与钪含量的重量百分比为一比一，钴含量与镍含量的重量百分比为一比一。
所述步骤（2）中的连续挤压机组的转速为2-3r/min，所述上引铜杆在连续挤压机组内进行连续挤压接触线坯料的制造，所述连续挤压接触线坯料的挤压温度大于750℃，挤压压力大于1100MPa。
所述步骤（2）中所述的成型装置包括扩展模具和成型模具；所述的扩展模具为锥形模具，模角为50°，模孔工作带长度为8mm；所述的成型模具为双锥形模具，模角分别为62°和25°，模孔工作带长度为15mm。
所述步骤（2）中所述的连续挤压机组的挤压轮直径为630mm、挤压轮宽度为150mm。
所述步骤（2）中所述的连续挤压机组中靴座与挤压轮的间隙为0.10-0.12mm，靴座的压紧压力为20-30MPa。
所述步骤（2）中所述的连续挤压机组采用含有30%的酒精水溶液对接触线坯料进行冷却，冷却后接触线坯料的温度小于50℃。
所述步骤（2）中制备的接触线坯料的晶粒尺寸为0.005-0.01mm。
所述步骤（2）中制备的接触线坯料为非圆形，接触线坯料截面积为750mm2-1500mm2，接触线坯料截面与接触线成品截面形状一致。
所述步骤（3）中拉拔成型过程中包括5道次拉拔，拉拔总加工率为80-90%。
所述步骤（3）中拉拔成型中拉拔模具的模角范围为5°-15°，拉拔模具的模孔工作带长度为7mm，同时5个道次的拉拔模具的模角依次减小。
本发明用于铜锡合金接触线的生产工艺具有如下有益效果：
1、本发明制备的铜锡合金接触线，锡含量为0.45%，铌含量为0.02-0.05%，钴含量为0.02-0.05%，镍含量为0.02-0.05%，硅含量为0.005-0.02%，钇含量为0.005-0.05%，钪含量为0.005-0.05%，氧含量小于0.0005%，其它不可避免的杂质元素含量小于0.01%，余量为铜。
2、本发明制备的铜锡合金接触线的抗拉强度为大于580Mpa，导电率大于70%IACS，满足了高速铁路的使用。
3、本发明生产工艺流程短、高效、节能；采用上引连铸技术、连续挤压技术、高精度拉拔技术等相结合。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
本实施例1用于铜锡合金接触线的生产工艺，包括如下步骤：
（1）上引连铸铜杆：以A级阴极铜、纯锡、铜铌中间合金、铜钴中间合金、铜镍中间合金、纯硅、铜钇中间合金、铜钪中间合金为原料，在熔炼装置内熔炼、上引连续铸造，熔炼装置内覆盖有木炭和石墨鳞片，采用牵引机组上引连续铸造铜杆；
熔炼装置中熔化炉温度为1200℃，保温炉温度为1180℃；木炭的粒度为60mm，覆盖厚度150mm；石墨鳞片的覆盖厚度50mm；冷却循环水出水温度30℃；上引铜杆的直径为30mm，直径公差±0.05mm，铜杆的节距为3.5mm，铜杆的牵引速度为270mm/min。
铜铌中间合金、铜钴中间合金、铜镍中间合金、铜钇中间合金、铜钪中间合金分别是含20%铌的铜铌中间合金、含20%钴的铜钴中间合金、含20%镍的铜镍中间合金、含10%钇的铜钇中间合金、含10%钪的铜钪中间合金。
上引铜杆中锡含量为0.45%，铌含量为0.02-0.05%，钴含量为0.02-0.05%，镍含量为0 .02-0.05%，硅含量为0.005-0.02%，钇含量为0.005-0.05%，钪含量为0.005-0.05%，镍+钴总含量与硅含量的重量百分比为四比一，钇含量与钪含量的重量百分比为一比一，镍含量与钴含量的重量百分比为一比一，氧含量小于0.0005%，其它不可避免的杂质元素含量小于0.01%，余量为铜。
（2）连续挤压接触线坯料：以上引铜杆为原料，采用连续挤压机组的成型装置挤压制备接触线坯料；
连续挤压机组的转速为2.7r/min，所述上引铜杆在连续挤压机组内进行连续挤压接触线坯料的制造，所述连续挤压接触线坯料的挤压温度780℃，挤压压力1150MPa。
成型装置包括扩展模具和成型模具；扩展模具为锥形模具，模角为50°，模孔工作带长度为8mm；所述的成型模具为双锥形模具，模角分别为62°和25°，模孔工作带长度为15mm。
连续挤压机组的挤压轮直径为630mm、挤压轮宽度为150mm。连续挤压机组中靴座与挤压轮的间隙为0.10mm，靴座的压紧压力为26MPa。
连续挤压机组采用含有30%的酒精水溶液对接触线坯料进行冷却，冷却后接触线坯料的温度45℃。制备的接触线坯料的晶粒尺寸为0.007mm。制备的接触线坯料为非圆形，接触线坯料截面积为750mm2，接触线坯料截面与接触线成品截面形状一致。
（3）拉拔成型接触线成品：采用巨型拉拔机组，将接触线坯料拉拔成150mm2截面的接触线。
拉拔成型过程中包括5道次拉拔，拉拔总加工率为80%。
拉拔成型中拉拔模具的模孔工作带长度为7mm，同时5个道次的拉拔模具的模角依次为10°、8°、7°、6°、5°。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种铜锡合金接触线的生产工艺，其特征在于：所述的铜锡合金按重量百分比为：锡含量为0.45%，铌含量为0.02-0.05%，钴含量为0.02-0.05%，镍含量为0 .02-0.05%，硅含量为0.005-0.02%，钇含量为0.005-0.05%，钪含量为0.005-0.05%，镍+钴总含量与硅含量的重量百分比为四比一，钇含量与钪含量的重量百分比为一比一，镍含量与钴含量的重量百分比为一比一，氧含量小于0.0005%，其它不可避免的杂质元素含量小于0.01%，余量为铜；所述的生产工艺是：
（1）上引连铸铜杆：以A级阴极铜、纯锡、含重量百分比为20%铌的铜铌中间合金、含重量百分比为20%钴的铜钴中间合金、含重量百分比为20%镍的铜镍中间合金、纯硅、含重量百分比为10%钇的铜钇中间合金、含重量百分比为10%钪的铜钪中间合金为原料，在熔炼装置内熔炼、上引连续铸造，熔炼装置内覆盖有木炭和石墨鳞片，采用牵引机组上引连续铸造铜杆；熔炼装置包括熔化炉和保温炉，其中熔化炉温度为1200±5℃，保温炉温度为1180±5℃，木炭的粒度为60mm-80mm，覆盖厚度150mm-200mm，石墨鳞片的覆盖厚度50mm-100mm；上引铜杆的直径为30mm，上引铜杆的直径公差小于±0.1mm，上引铜杆的节距为3-3.8mm，上引铜杆的牵引速度为250-300mm/min；
（2）连续挤压接触线坯料：以上引铜杆为原料，采用连续挤压机组的成型装置挤压制备接触线坯料；连续挤压机组的转速为2-3r/min，连续挤压机组的挤压轮直径为630mm、挤压轮宽度为150mm，连续挤压接触线坯料的挤压温度大于750℃，挤压压力大于1100MPa；所述的成型装置包括扩展模具和成型模具，扩展模具为锥形模具，模角为50°，模孔工作带长度为8mm，成型模具为双锥形模具，模角分别为62°和25°，模孔工作带长度为15mm；连续挤压机组中靴座与挤压轮的间隙为0.10-0.12mm，靴座的压紧压力为20-30MPa，连续挤压机组采用含有30%的酒精水溶液对接触线坯料进行冷却，冷却后接触线坯料的温度小于50℃，制备的接触线坯料的晶粒尺寸为0.005-0.01mm，制备的接触线坯料为非圆形，接触线坯料截面积为750mm2-1500mm2，接触线坯料截面与接触线成品截面形状一致；
（3）拉拔成型接触线成品：采用拉拔机组将接触线坯料拉拔成150mm2截面的接触线；拉拔成型过程中包括5道次拉拔，拉拔总加工率为80-90%，拉拔成型中拉拔模具的模角范围为5°-15°，拉拔模具的模孔工作带长度为7mm，同时5个道次的拉拔模具的模角依次减小；上述工艺制备的铜锡合金接触线的抗拉强度为大于580Mpa，导电率大于70%IACS。
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