CN108220544A - 一种铁路电力贯通线用高导电率铜导体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁路电力贯通线用高导电率铜导体的制备方法，属于有色金属导体加工成形、铜合金制备及电缆制造技术领域。所述方法利用真空电子束熔炼提纯和净化铜熔体，大幅度降低氢、氧和氮元素的含量，消除氧化物及氮化物等夹杂物，实现铜的超高纯度和高洁净化。采用一模多出水封挤压和水封连续挤压，避免了热加工过程中对铜导体表面氧化污染，通过两次挤压大塑性变形，细化组织，提高铜的塑性，后续拉拔加工无需退火，拉拔总变形量可达75％以上。本发明能够获得高纯、高洁净的铁路电力贯通线用铜导体，氧含量小于5ppm，导电率为100.5～Φ105％IACS。

Description

一种铁路电力贯通线用高导电率铜导体的制备方法
技术领域
本发明属于有色金属导体加工成形、铜合金制备及电缆制造技术领域，涉及一种铁路电力贯通线用高导电率铜导体的制备方法，尤其是一种铁路电力贯通线用高导电率铜导体的制备方法。
背景技术
铁路电力贯通线为包括信号系统、生产部门、车站、供水系统以及生活等铁路用电负荷提供电源，其供电可靠性直接影响铁路运输系统的正常安全运行，还关系到各铁路部门的正常工作。随着铁路系统的高速发展，对铁路电力贯通线的导电性提出更高要求。铜绞线芯是铁路电力贯通线的导体部分，铜导体的导电率决定了铁路电力贯通线的导电性能。目前采用上引冷轧制/拉拔工艺和连铸连轧工艺制备铁路电力贯通线用铜线的导电率为98～102％IACS，导电率波动范围较大，难以稳定保持在101％IACS以上。电子束熔炼是在高真空环境下进行熔炼，熔炼是在水冷铜坩埚(结晶器)内进行的，可以有效地避免金属液被耐火材料污染。电子束熔炼可除去金属中的氢，由于真空度高，熔池温度及处于液态的时间可控，脱氮效果也很高。氧化物及氮化物夹杂物在电子束熔炼温度及真空度下，有可能分解出[O]及[N]被去除；[O]还可以通过碳氧反应而被去掉。电子束熔炼金属具有高的纯洁度与良好的铸态组织。
发明内容
为了克服上引法铸造+轧制/拉拔工艺和连铸连轧工艺制备铁路电力贯通线用铜导体导电率，难以提高的瓶颈难题，本发明提出了一种铁路电力贯通线用高导电率铜导体的制备方法。本发明采用真空电子束熔炼技术提纯和净化水平连铸铜锭，采用水封高速挤压和连续挤压大塑性变形技术，细化组织，提高塑性，避免中间热处理对铜导体材料表面污染，严格控制氧含量，显著提高铜线的导电率，满足铁路高速发展对铁路电力贯通线的要求。
为实现上述目的，本发明一种铁路电力贯通线用高导电率铜线的制备方法采取以下技术方案：
(1)将电解超纯铜板在真空电子束炉中进行熔炼、凝固，净化和除杂，获得高纯度、高洁净的铜锭。
(2)将真空电子束熔炼铜铸锭在气体保护气氛的加热炉加热；炉内温度为600～700℃；
(3)将加热的铜锭在挤压机上对铜铸锭一模多出水封高速挤压；
(4)在连续挤压上对挤压棒进行二次水封连续挤压；
(5)将连续挤压棒材在多模拉拔机上进行多道次拉拔，获得用户需求的形状和尺寸的铜导体；
(6)将拉拔铜导体进行清洗，并进行退火热处理，获得高导电率铜导体。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述真空电子束熔炼铜铸锭的直径为Φ200mm～Φ300mm，真空电子束熔炼铜铸锭的氧含量小于5ppm。
一种优选的技术方案，其特征在于：水封挤压速度为40mm/s～120mm/s，挤压温度为500℃～700℃，挤压比50～200。
一种优选的技术方案，其特征在于：水封连续两次挤压的挤压轮转速为5r/min～10r/min，挤压比3～10。
一种优选的技术方案，其特征在于：水封挤压和水封连续挤压避免了挤压棒表面被氧化等污染，保证了铜棒的纯净度；
一种优选的技术方案，其特征在于：铜棒在连续挤压过程中变形热将变形区的温度提升到550℃，材料发生动态再结晶，连续挤压棒材无需中间退火，直接进行多道次拉拔，总变形量可达75％以上；
一种优选的技术方案，其特征在于：铜导体的导电率为100.5～105％IACS。
本发明的优点和有益效果为：
本发明提出采用真空电子束熔炼技术提纯和净化水平连铸铜料，大幅度降低氢、氧和氮元素的含量，消除氧化物及氮化物等夹杂物，实现铜的高纯度和高洁净化。
水封挤压和水封连续挤压避免了挤压棒表面被氧化等污染，严格控制氧含量，保证了铜棒的纯净度；两次挤压大塑性变形细化组织，提高塑性，避免中间热处理对铜导体材料表面污染，显著提高铜线的导电率。
本发明方法收到铜导体的导电率为100.5～105％IACS。成材率和生产效率高，且具有极强的适用性和良好的工程应用。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例1
将电解超纯铜板装入电子束熔炼炉内，对炉体和枪室抽真空，枪室真空为1.5×10-4Pa，炉内真空为1×10-3Pa；通过电子束熔炼获得直径为Φ200mm的铸锭。清除和打磨铸锭表面缺陷，放入氩气等惰性气体保护的加热炉内加热，加热到600℃时，保温3.5h后进行水封挤压，挤压模具预热温度为500℃，挤压速度为100mm/s，一模两出，挤压棒材直径为9mm，挤压比为247。将挤压棒材在连续挤压机上进行水封连续挤压，挤压轮转速为9r/min，挤压成Φ3mm线材，挤压比为10。然后在多模拉拔机上拉制成Φ1.2mm，拉拔变形量为84％，最后采用光亮退火对铜导体进行退火，退火温度为450℃。铜导体的氧含量小于1ppm，导电率为104.7％IACS。
实施例2
将电解超纯铜板装入电子束熔炼炉内，对炉体和枪室抽真空，枪室真空为2×10- 4Pa，炉内真空为1.1×10-3Pa；通过电子束熔炼获得直径为Φ250mm的铸锭。清除和打磨铸锭表面缺陷，放入氩气等惰性气体保护的加热炉内加热，加热到650℃时，保温4h后进行水封挤压，挤压模具预热温度为500℃，挤压速度为80mm/s，一模两出，挤压棒材直径为12mm，挤压比为217。将挤压棒材在连续挤压机上进行水封连续挤压，挤压轮转速为7r/min，挤压成Φ6mm线材，挤压比为5.4。然后在多模拉拔机上拉制成Φ3mm，拉拔变形量为75％，最后采用光亮退火对铜导体进行退火，退火温度为400℃。铜导体的氧含量小于3ppm，导电率为102.7％IACS。
实施例3
将电解超纯铜板装入电子束熔炼炉内，对炉体和枪室抽真空，枪室真空为2×10- 4Pa，炉内真空为1.1×10-3Pa；通过电子束熔炼获得直径为Φ300mm的铸锭。清除和打磨铸锭表面缺陷，放入氩气等惰性气体保护的加热炉内加热，加热到700℃时，保温4.5h后进行水封挤压，挤压模具预热温度为500℃，挤压速度为60mm/s，一模三出，挤压棒材直径为14mm，挤压比为153。将挤压棒材在连续挤压机上进行水封连续挤压，挤压轮转速为6r/min，挤压成Φ6.8mm线材，挤压比为5。然后在多模拉拔机上拉制成Φ2.6mm，拉拔变形量为85％，最后采用光亮退火对铜导体进行退火，退火温度为350℃。铜导体的氧含量小于5ppm，导电率为101.8％IACS。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种铁路电力贯通线用高导电率铜导体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将铜在真空电子束炉中进行熔炼，获得铜铸锭；
(2)将步骤(1)所得铜铸锭在加热炉内加热；
(3)将加热的铜铸锭在挤压机上进行挤压，得到棒材；
(4)将步骤(3)所得棒材进行连续挤压；
(5)将步骤(4)所得棒材在拉拔机上进行多道次拉拔，获得所需形状和尺寸的铜导体；
(6)将步骤(5)所得铜导体进行清洗，退火热处理，获得高导电率铜导体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述铜为电解超纯铜板，所述铜铸锭的直径为Φ200mm～Φ300mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述加热炉内有氩气保护气体，炉内温度为600-700℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述挤压为一模多出水封挤压，棒材的个数为1～4个，挤压速度为40mm/s～120mm/s。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述连续挤压后棒材的直径为Φ5mm～Φ10mm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述棒材无需中间退火，直接进行多道次拉拔，总变形量可达75％以上。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所得铜导体的导电率为100.5％IACS～105％IACS。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述真空电子束熔炼所得铜铸锭的氧含量小于5ppm。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述挤压的挤压速度为40mm/s～120mm/s，挤压温度为500℃～700℃，挤压比50～200。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述连续挤压的挤压轮转速为5r/min～10r/min，挤压比3～10。
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