CN108220665A - 一种铁路电力贯通线用稀土铜合金线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁路电力贯通线用稀土铜合金导线及其制备方法，属于铜合金材料制备、有色金属线材加工成形技术领域。所述稀土铜合金导线含有稀土和铜二组元，稀土含量为0.003％～0.05％，气体元素总含量小于20ppm，所述稀土为镧、铈、镨、钕、钇中的两种或多种元素组成的混合稀土。利用真空感应熔炼+真空电子束熔炼双联工艺和稀土净化铜熔体，制备高纯净度稀土铜合金铸锭；通过冷轧和冷拔加工成一定尺寸规格的稀土铜合金线材，最后对拉拔线材进行清洗和真空退火。本发明制备的高洁净稀土铜合金导线，具有良好的耐磨、耐寒热性能，氧含量小于5ppm，导电率为98.5～101.8％IACS，在铁路电力贯通线上具有良好的应用前景。

Description

一种铁路电力贯通线用稀土铜合金线及其制备方法
技术领域
本发明属于铜合金材料制备、有色金属导线加工成形技术领域，涉及一种铁路电力贯通线用高耐磨、耐寒热、高导稀土铜合金线及其制备方法，尤其是一种铁路电力贯通线用稀土铜合金线及其制备方法。
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。铁路电力贯通线服役地区跨度大，环境多样化，导体材料不但要满足高导电线，亦要满足高耐磨、耐寒热，避免磨损和高温软化，保持电压稳定，确保铁路运输系统的正常安全运行。
稀土在金属材料中是一种非常有益的添加元素，稀土与氧和硫的亲和力很强，形成熔点较高，热稳定性强，比重较小的稀土化合物，从而达到脱硫、脱氧的作用；稀土与低熔点元素铋、锡、铅等元素生成比铜熔点高的高熔点金属间化合物，因此在铜熔铸过程中，可以保持固体状态，与熔渣一起从液体金属铜合金中排除，达到脱铋、锡、铅等有害杂质，提高铜合金的导电率。此外，稀土的添加，可以提高铜的耐寒热性和耐磨性能。但目前采用上引冷轧制/拉拔工艺和连铸连轧工艺制备稀土铜合金线的导电率为96.5％IACS，无法满足铁路电力贯通线导电率大于98.5％IACS的要求。
发明内容
为了克服现有稀土铜合金导体无法满足铁路电力贯通线的要求，本发明提出了一种铁路电力贯通线用高耐磨、耐寒热、高导稀土铜合金及导线的制备方法。利用本发明稀土铜合金和制备方法生产的稀土铜合金导线可用于制造服役于环境工况复杂、苛刻的铁路电力贯通线。
为实现上述目的，本发明一种铁路电力贯通线用高耐磨、高导铜合金导线的制备方法，采取以下技术方案：
一种铁路电力贯通线用稀土铜合金，包括稀土和铜二组元，稀土含量为0.003％～0.05％，气体元素含量小于20ppm。
所述稀土铜合金，稀土为镧、铈、镨、钕、钇中的两种或多种元素组成的混合稀土。
所述高耐磨、耐寒热、高导稀土铜合金导线的制备方法，包括以下步骤:
(1)按照比例高纯电解铜板和高纯混合稀土，放入真空感应炉，熔炼温度为1150～1300℃；
(2)将真空感应熔炼铸锭放入真空电子束中进行熔炼、凝固，净化和除杂，获得高洁净度的稀土铜合金锭；
(3)将稀土铜合金铸锭在气体保护气氛炉中加热，所述加热温度为780-850℃，然后进行水封挤压；
(4)将挤压棒材在连轧机上进行冷轧，严格控制冷轧润滑剂温度，避免表明氧化污染；
(5)将冷轧棒材进行真空退火热处理后，在多模拉拔机上对冷轧棒材进行多道次拉拔，获得稀土铜合金导线；
(6)将拉拔稀土铜合金导线进行清洗和退火热处理。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(1)中真空频感熔炼稀土铜合金铸锭的直径为Φ150mm～Φ250mm；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(2)中真空电子束熔炼炉设置真空电子束熔炼枪，所述真空电子束熔炼炉内真空度为5×10-4Pa～5×10-3Pa；所述真空电子束熔炼枪室内真空度为2.5×10-5Pa～5×10-4Pa。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(3)中水封挤压为一模多出挤压，模孔数为1～3个，挤压速度比为50～250；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(4)中冷连轧润滑剂的温度为20～40℃；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(5)中多模连续冷拔润滑剂的温度为10～35℃；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(6)中稀土铜合金导线的退火温度为350～600℃；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(6)中稀土铜合金导线的导电率为98.5～101.8％IACS。
本发明的优点和有益效果为：
本发明提出采用真空感应熔炼+真空电子束熔炼双联工艺和稀土净化，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，除去铜熔体中硫、铅、锑等多种杂质元素，实现熔体的超净化，制备高纯净度稀土铜合金铸锭；
通过水封挤压和严格控制冷加工润滑剂温度以及中间真空热处理退火，避免了加工过程中表面被氧化污染，保证了稀土铜合金的纯度；
本发明稀土铜合金导线具有良好的耐磨性、耐寒热性和高导电率，导电率为98.5～101.8％IACS，在铁路电力贯通线上具有良好的工程应用。
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
稀土含量为0.01％，按照比例将高纯电解铜板和高纯混合稀土，放置到真空感应炉，炉内真空度为1.0×10-2Pa，加热到1150℃～1250℃，熔炼成直径为Φ150mm的稀土铜合金铸锭；将稀土铜合金铸锭装入电子束熔炼炉内，对炉体和枪室抽真空，枪室真空为1.0×10-4Pa，炉内真空为1.0×10-3Pa，通过电子束熔炼、凝固，净化和除杂，获得直径为Φ200mm的高洁净度的稀土铜合金锭。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800℃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50mm/s，一模两出，挤压棒材直径为14mm，挤压比为102。在连轧机上对挤压棒材进行轧制，轧制道次变形量小于15％，总变形量为78.4％，润滑剂的温度为25～35℃，轧制棒材直径为6.5mm；在真空退火炉对轧制棒材进行退火，退火温度为600℃，保温2h。然后在多模拉拔机上拉制成Φ3.2mm，拉拔变形量为75.8％，拉拔冷却润滑剂的温度为15～30℃，最后采用真空退火对稀土铜合金导线进行退火，退火温度为500℃。稀土铜合金导线的氧含量小于3ppm，导电率为100.3％IACS。
实施例2
稀土含量为0.003％，按照比例将高纯电解铜板和高纯混合稀土，放置到真空感应炉，炉内真空度为5.0×10-3Pa，加热到1200℃～1250℃，熔炼成直径为Φ180mm的稀土铜合金铸锭。将稀土铜合金铸锭装入电子束熔炼炉内，对炉体和枪室抽真空，枪室真空为2.5×10-5Pa，炉内真空为5.0×10-4Pa，通过电子束熔炼、凝固，净化和除杂，获得直径为Φ300mm的高洁净度的稀土铜合金锭。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780℃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100mm/s，一模三出，挤压棒材直径为14mm，挤压比为102。在连轧机上对挤压棒材进行轧制，轧制道次变形量小于15％，总变形量为78.4％，轧制冷却润滑剂的温度为20～38℃，轧制棒材直径为6.5mm。在真空退火炉对轧制棒材进行退火，退火温度为550℃，保温2h。在多模拉拔机上将退火棒材拉制成Φ3.6mm，拉拔变形量为69.3％，拉拔冷却润滑剂的温度为15～30℃，将拉拔线材清洗和退火，退火温度为550℃，保温1.5h，继续拉拔到Φ2mm，拉拔变形量为69.1％，拉拔冷却润滑剂的温度为10～25℃，并进行清洗和成品退火，退火温度为540℃，保温1h。稀土铜合金导线的氧含量小于1ppm，导电率为101.5％IACS。
实施例3
稀土含量为0.04％，按照比例将高纯电解铜板和高纯混合稀土，放置到真空感应炉，炉内真空度为1.0×10-2Pa，加热到1240℃～1300℃，熔炼成直径为Φ150mm的稀土铜合金铸锭。将稀土铜合金铸锭装入电子束熔炼炉内，对炉体和枪室抽真空，枪室真空为5×10- 4Pa，炉内真空为3.0×10-3Pa，通过电子束熔炼、凝固，净化和除杂，获得直径为Φ200mm的高洁净度的稀土铜合金锭。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850℃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，一模三出，挤压棒材直径为10mm，挤压比为133。在连轧机上对挤压棒材进行轧制，轧制成Φ5mm棒材，轧制道次变形量小于15％，总变形量为75％，轧制冷却润滑剂的温度为20～35℃。在真空退火炉对轧制棒材进行退火，退火温度为620℃，保温2h。在多模拉拔机上将退火棒材拉制成Φ2.5mm，拉拔变形量为75％，拉拔冷却润滑剂的温度为10～30℃，将拉拔线材清洗和退火，退火温度为650℃，保温1.5h，继续拉拔到Φ1.25mm，拉拔变形量为75％，拉拔冷却润滑剂的温度为10～30℃，并进行清洗和成品退火，退火温度为600℃，保温1h。稀土铜合金导线的氧含量小于5ppm，气体元素总含量小于大于15ppm，导电率为99％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 (9)

1.一种铁路电力贯通线用稀土铜合金导线，其特征在于，所述稀土铜合金导线含有稀土和铜二组元，稀土含量为0.003％～0.05％，气体元素含量小于20ppm，所述稀土为镧、铈、镨、钕、钇中的两种或多种元素组成的混合稀土。
2.权利要求书1所述稀土铜合金导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)按照比例将铜和混合稀土放入真空感应炉熔炼，得到铸锭；
(2)将步骤(1)所得铸锭放入真空电子束熔炼炉中进行熔炼、获得高洁净度的稀土铜合金铸锭。
(3)将步骤(2)所得稀土铜合金铸锭在加热炉中加热，然后进行水封挤压，得到棒材；
(4)将步骤(3)所得棒材在连轧机上进行冷轧；
(5)将步骤(4)所得冷轧棒材进行真空退火热处理后，在多模拉拔机上进行多道次拉拔，获得稀土铜合金导线；
(6)将拉拔稀土铜合金导线进行清洗和退火热处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述真空感应炉内的温度为1150～1300℃，熔铸的稀土铜合金铸锭直径为Φ150mm～Φ250mm。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述真空电子束熔炼炉设置真空电子束熔炼枪，所述真空电子束熔炼炉内真空度为5×10-4Pa～5×10-3Pa；所述真空电子束熔炼枪室内真空度为2.5×10-5Pa～5×10-4Pa。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述加热在气体保护气氛中进行，所述加热温度为780-850℃，所述水封挤压为一模多出挤压，模孔数为1～3个，挤压速度比为50～250。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述冷轧使用润滑剂，所述润滑剂的温度为20～40℃。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述拉拔使用润滑剂，所述润滑剂的温度为10～35℃。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所述退火热处理的温度为350～600℃。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所得稀土铜合金导线的导电率为98.5～101.8％IACS。
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