CN108265194A - 一种铁路电力贯通线用铜合金导体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁路电力贯通线用铜合金导体及其制备方法，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。本发明的铜合金为铜银二组元合金，银含量为0.05％～0.12％。利用真空自耗熔炼+真空电子束熔炼双联工艺净化和提纯熔铸铜银棒，消除氧、氢、氮等有害气体和有害杂质，实现铜银合金的高纯度和高洁净化。采用大挤压比变形，消除铸造缺陷，细化组织，提高合金塑性，后续拉拔加工无需退火，拉拔总变形量为50％～75％。本发明能够获得高纯、高洁净铜银导体，气体元素含量小于10ppm，氧含量小于3ppm，导电率为100.5％～102.5％IACS，可用于制造耐磨、耐蚀的铁路电力贯通线。

Description

一种铁路电力贯通线用铜合金导体及其制备方法
技术领域
本发明属于有色金属线材加工成形及铁路电力贯通线制造技术领域，涉及一种铁路电力贯通线用高耐磨、耐蚀、高导铜合金导体制备方法，尤其是一种电力贯通线用铜合金导体及其制备方法。
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。铁路电力贯通线的铜绞线芯在运输和安装过程中容易磨损，导致电压不稳；部分铁路电力贯通线长期服役于碱性或酸性的潮湿环境中，铜导体易被腐蚀，导致电压不稳；直接影响铁路运输系统的正常安全运行。铁路系统的高速发展，要求铁路电力贯通线用导体材料具有良好导电性、高耐磨性和优良的耐蚀性能，稳定电压，保证铁路运输系统的正常安全运行。微量银很少降低铜的导电性和导热性，可显著提高铜的耐蚀性能和耐磨性能，但目前采用上引冷轧制/拉拔工艺和连铸连轧工艺制备的铜银合金的性能，难以满足部分铁路电力贯通线对导体高耐磨、耐蚀、高导的要求。
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铜银合金线不能满足铁路电力贯通线对导体材料要求的问题，本发明提出了一种铁路电力贯通线用高耐磨、耐蚀、高导铜合金导体的制备方法。本发明采水平连铸+真空自耗重熔+真空电子束熔炼技术，实现铜银合金的超纯净度制备；通过水封挤压和连续挤压将铸锭加工成棒线，采用多模拉拔将棒线进一步加工成用户需求的产品。
为实现上述目的，本发明一种铁路电力贯通线用高耐磨、耐蚀、高导铜合金导体的制备方法，采取以下技术方案：
一种铁路电力贯通线用铜合金，其中银含量为0.05％～0.12％，气体元素含量小于10ppm。
所述的高耐磨、耐蚀、高导铜合金导体制备方法，包括以下步骤:
(1)将按照比例的高纯电解铜板和高纯银，在水平连铸机上熔铸；
(2)将水平连铸棒放入真空自耗重熔炉中进行净化和除杂，获得高洁净度铜银合金锭；
(3)将真空自耗铸锭放入真空电子束熔炼炉中进行二次净化和除杂，获得超高洁净度的铜银合金锭；
(4)在卧式挤压机上，将铜银合金铸锭进行水封挤压；
(5)在连续挤压机上，对挤压棒进行二次水封连续挤压；
(6)将连续挤压棒线在多模拉拔机上进行多道次拉拔，获得用户需求的铜银导体；
(7)将拉拔铜导体进行清洗，并进行退火热处理，获得高耐磨、耐蚀、高导铜合金导体。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(1)中水平连铸棒的直径为Φ120mm～Φ150mm；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(2)中真空自耗重熔炉内真空度为2.5×10-2Pa～5×10-3Pa；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(3)中真空电子束熔炼炉中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2.5×10-4Pa～2.5×10-3Pa；所述真空电子束熔炼枪室的真空度为1.5×10-5Pa～2.5×10-4Pa。
一种优选的技术方案，其特征在于：步骤(3)所得铜银合金锭先放入氩气保护的加热炉内加热，再进行挤压，所述加热温度为680～780℃。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(4)中水封挤压为一模多出，挤压温度为650℃～850℃，保温时间为3h～4.5h，速度为20mm/s～65mm/s；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(5)中水封连续挤压的挤压轮转速为8r/min～15r/min，挤压比6～12；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(6)中连续挤压棒材无需中间退火，直接进行多道次拉拔，拉拔总变形量为50％～75％，多模连续冷拔润滑剂的温度为10～30℃；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(7)中铜银导体的气体元素含量小于10ppm，氧含量小于3ppm，导电率为100～102.5％IACS。
本发明的有益效果：通过在铜中添加微量银元素，提高耐蚀性和耐磨性，并采用真空自耗重熔+真空电子束熔炼双联工艺净化和提纯铜熔体，本发明铜银导体的气体元素含量小于10ppm，氧含量小于3ppm，制备出超高纯铜银导体；
通过水封挤压和水封连续挤压大塑性变形消除铸造缺陷，细化组织，提高塑性，避免传统热挤压和中间热处理对导体材料表面污染，保证了铜银导体的高纯洁度；提高铜银导体的导电性。
本发明铜合金导体具有良好的耐磨性、耐蚀性和高导电率，导电率为100～102.5％IACS，在耐磨、耐蚀环境的铁路电力贯通线中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
银含量为0.05％，将高纯电解铜板放置到中频感应炉，加热到1180℃～1200℃，按照比例将高纯银加入，并进行搅拌，然后水平连铸成Φ120mm的铜银合金铸锭。将水平连铸棒打磨和清除干净后装入真空自耗重熔炉，抽真空到6×10-3Pa，在高真空下对铜银合金精炼，消除氧、氢、氮等有害气体和有害杂质，自耗重熔成Φ150mm铸锭。将真空自耗重熔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5×10-5Pa，炉内真空为5.0×10- 4Pa，通过电子束熔炼二次净化和除杂，获得直径为Φ200mm高洁净度的铜银合金锭。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680℃时，保温3.5h，挤压模具预热温度为450℃，挤压速度为60mm/s，一模三出，挤压成9mm棒材，挤压比为164.6。将挤压棒材在连续挤压上进行水封连续挤压，挤压轮转速为10r/min，挤压成Φ3.5mm线材，挤压比为7。然后在多模拉拔机上拉制成Φ1.8mm，拉拔变形量为73.5％，拉拔冷却润滑剂的温度为15～25℃，并进行清洗和成品退火，退火温度为500℃，保温1h。铜银合金导体的气体元素含量小于5ppm，氧含量小于0.8ppm，导电率为102.3％IACS。
实施例2
银含量为0.08％，将高纯电解铜板放置到中频感应炉，加热到1190℃～1220℃，按照比例将高纯银加入，并进行搅拌，然后水平连铸成Φ130mm的铜银合金铸锭。将水平连铸棒打磨和清除干净后装入真空自耗重熔炉，抽真空到6×10-3Pa，在高真空下对铜银合金精炼，消除氧、氢、氮等有害气体和有害杂质，自耗重熔成Φ150mm铸锭。将真空自耗重熔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1.5×10-4Pa，炉内真空为1.5×10-3Pa，通过电子束熔炼二次净化和除杂，获得直径为Φ250mm高洁净度的铜银合金锭。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720℃时，保温4h，挤压模具预热温度450℃，挤压速度为50mm/s，一模四出，挤压成8.5mm棒材，挤压比为216。将挤压棒材在连续挤压上进行水封连续挤压，挤压轮转速为11r/min，挤压成Φ3mm线材，挤压比为8.5。然后在多模拉拔机上拉制成Φ1.5mm，拉拔变形量为75％，拉拔冷却润滑剂的温度为20～30℃，并进行清洗和成品退火，退火温度为550℃，保温1h。铜银合金导体的气体元素含量小于8ppm，氧含量小于1.5ppm，导电率为101.1％IACS。
实施例3
稀土含量为0.1％，将高纯电解铜板放置到中频感应炉，加热到1200℃～1240℃，按照比例将高纯银加入，并进行搅拌，然后水平连铸成Φ130mm的铜银合金铸锭。将水平连铸棒打磨和清除干净后装入真空自耗重熔炉，抽真空到6×10-3Pa，在高真空下对铜银合金精炼，消除氧、氢、氮等有害气体和有害杂质，自耗重熔成Φ150mm铸锭。将真空自耗重熔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2.5×10-4Pa，炉内真空为2.5×10-3Pa，通过电子束熔炼二次净化和除杂，获得直径为Φ200mm高洁净度的铜银合金锭。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4h，挤压模具预热温度450℃，挤压速度为45mm/s，一模四出，挤压成10mm棒材，挤压比为100。将挤压棒材在连续挤压上进行水封连续挤压，挤压轮转速为13r/min，挤压成Φ4mm线材，挤压比为6.5。然后在多模拉拔机上拉制成Φ2.5mm，拉拔变形量为60.9％，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570℃，保温1h。铜银合金导体的气体元素含量小于10ppm，氧含量小于3ppm，导电率为100.1％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铜合金导体，其特征在于，所述铜合金导体为铜银二组元合金，银含量为0.05％～0.12％，气体元素含量小于10ppm。
2.一种权利要求书1所述铜合金导体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)将按照比例的高纯铜板和高纯银板熔铸，得到熔铸棒；
(2)将步骤(1)所得熔铸棒放入重熔炉中进行净化和除杂，得到高洁净度铜银合金锭；
(3)将步骤(2)所得合金锭放入真空电子束熔炼炉中进行二次净化和除杂，获得超高洁净度的铜银合金锭；
(4)将步骤(3)所得合金锭在卧式挤压机上进行挤压，得到挤压棒；
(5)将步骤(4)所得挤压棒在连续挤压机上进行二次挤压；
(6)将步骤(5)连续挤压所得棒材在拉拔机上进行多道次拉拔，得到铜银合金导体；
(7)将步骤(6)所得铜银合金导体进行清洗和退火热处理，获得所需铜银合金导体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，(1)中所述熔铸在水平熔炼机上进行，熔铸温度1150～1250℃，所述熔铸棒直径为Φ100mm～Φ150mm。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述重熔炉为真空自耗重熔炉，炉内真空度为2.5×10-2Pa～5×10-3Pa。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述真空电子束熔炼炉中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2.5×10-4Pa～2.5×10-3Pa；所述真空电子束熔炼枪室的真空度为1.5×10-5Pa～2.5×10-4Pa。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述卧式挤压机为水封挤压一模多出形式，挤压温度为650℃～850℃，保温时间为3h～4.5h，速度为20mm/s～65mm/s。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其特征在于：步骤(5)中所述二次挤压为水封连续挤压，挤压轮转速为8r/min～15r/min，挤压比6～12。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中所述多道次拉拔在多模拉拔机上进行，无需中间退火，拉拔总变形量为50％～75％，多模连续拉拔使用润滑剂，所述润滑剂的温度为15～35℃。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)中所述铜银导体的气体元素含量小于10ppm，氧含量小于3ppm，导电率为100～102.5％IACS。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所得铜银合金锭先放入氩气保护的加热炉内加热，再进行挤压，所述加热温度为680～780℃。
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