CN1293213C - 耐磨损性无轨电车线及其制造方法 - Google Patents

耐磨损性无轨电车线及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无轨电车线，其Sn含量为0.2～0.5质量%，从Ag、In、Sr、Ca、Mg中选择至少一种的总含量为0.0005～0.3质量%，其余部分由铜和不可避免的杂质构成，其拉伸强度超过430N/mm2。通过不只添加所述规定量的Sn，还添加所述规定量的从Ag、In、Sr、Ca、Mg中选出的至少一种元素，可以提供一种高张力、高导电率、高耐磨损性、具有足够的强度和导电率，同时耐磨性优良的无轨电车线和其制造方法。

Description

耐磨损性无轨电车线及其制造方法
技术领域
本发明涉及耐磨损性优良的无轨电车线及其制造方法。特别涉及可以廉价提供的耐磨损性和导电率优良的无轨电车线的制造方法。
背景技术
现在，作为用于与电车的导电弓架接触、对电车供电的无轨电车线的结构材料，可以使用纯铜或含锡为0.3％质量以下的铜合金。
但近年来，由于电车向高速化发展，所以，无轨电车线的架线张力必须增强。作为针对这种期望的技术有如特开平6-8759号公报中所述的技术。
该技术首先通过连续铸造得到含氧量低于0.1质量％、含锡为0.2～0.5质量％，其余部分由铜和不可避免的杂质构成的铸造材料。其次，对得到的铸造材料在600℃以上的温度下，以超过80％的加工度实施连续的热加工，得到直径超过24mm的线材。之后，对该线材在150℃以下的温度，以超过70％的加工度实施冷加工，得到电车电线用的铜合金导体。得到的铜合金导体既维持现有的一般的导电率，同时实现了高强度。
但人们期望开发比用上述现有技术得到的电车电线用的铜合金导体耐磨损性更好的无轨电车线。
随着电车的高速化，导电弓架和无轨电车线的滑动速度变大，在导电弓架和无轨电车线间容易产生电弧。由该电弧引发了无轨电车线的磨损速度加大的问题。上述现有技术，在强度和导电率方面满足作为无轨电车线要求的特性，但对于耐磨损性来说还有进一步改善的余地。特别是从使无轨电车线维修简单和减少换电缆的频度出发，也需要耐磨损性优良的无轨电车线。
发明内容
因而，本发明的主要目的是提供一种具有足够的强度和导电率，同时耐磨损性优良的无轨电车线及其制造方法。
本发明通过不只定量添加Sn，还定量添加其他元素，达到上述目的。
本发明的耐磨损性无轨电车线含Sn量为0.2～0.5质量％，从Ag、In、Sr、Ca、Mg中选择至少一种，总含量为0.0005～0.3质量％，其余部分由Cu和不可避免的杂质构成，拉伸强度为430N/mm2以上。
通过不只添加上述规定量的Sn，还添加上述规定量的从Ag、In、Sr、Ca、Mg中选择的至少一种元素，可以得到高张力、高导电率及高耐磨损性。
另外，本发明耐磨损性无轨电车线的制造方法，其特征在于，包括：用连续铸造得到铸造材料的工序，所述铸造材料含Sn为0.2～0.5质量％，含从Ag、In、Sr、Ca、Mg中选择的至少一种的总量为0.0005～0.3质量％，其余部分由Cu和不可避免的杂质构成；制造直径超过18mm的线材的工序，对所得到的铸造材料在600℃以上的温度下，以超过50％的加工度(reduction ratio)实施连续的热加工；实施冷加工的工序，该工序在150℃以下的温度对所述线材以超过50％的加工度实施冷加工。
根据上述本发明的无轨电车线的制造方法，可以得到具有足够的强度和导电率，同时耐磨损性优良的无轨电车线。因而，针对电车的高速化，能够使无轨电车线的维修简单化及使换电缆的频率降低，同时，在更进一步高速化的铁路领域中，本发明的利用也是可期待的。
具体实施方式
下面更详细地说明本发明。
<Sn：0.2～0.5质量％>
Sn的含量为0.2质量％以上，是为了作为无轨电车线的材料得到更高的强度；Sn的含量为0.5质量％以下，是为了进一步抑制导电率的下降。
<Ag、In、Sr、Ca、Mg的至少一种：总量为0.0005～0.3质量％>
通过在铜中添加Ag、In、Sr、Ca、Mg的至少一种，可以使铜合金的强度提高，而且即使产生了由导电弓架与无轨电车线之间的电弧引发的热也不会使铜合金软化，可以提高耐热性。
若上述Ag等添加元素的总含有量不足0.0005质量％，则强度和耐热性提高的效果不足。另外Ag作为金属形态存在时，具有比铜还高的导电率，但Ag在铜合金中固溶时，铜合金的导电率就下降。而且，In、Sr、Ca、Mg任何一种都比铜的导电率低。因此，把这些添加元素的总含量的上限取为0.3质量％以下，可防止无轨电车线的导电率的下降。
<拉伸强度：430N/mm2以上>
由于具有430N/mm2以上的拉伸强度，可以充分地对应随着电车的高速化产生的无轨电车线架线张力的增强。特别是436N/mm2以上，尤其440N/mm2以上的拉伸强度更为理想。
<通过连续铸造得到铸造材料的工序>
得到铸造材料的工序最好是使用滚动带方式(wheel belt casting method)或环带方式(twin belt casting method)那样的可动铸模(movable casting)的铸造方式。通过用这些方式进行连续铸造，可以抑制制造成本的上升。
<对铸造材料实施热加工，得到线材的工序>
通过在600℃以上的温度下对铸造材料实施50％以上的热加工，可以使铸造组织细微化，提高线材强度。作为热加工，热轧最好。特别接着所述铸造进行热轧，在制造性方面最好。
由于加工温度为600℃以上，可以很容易地进行热加工。而且也能使后续工序的冷加工时的加工性提高。由于铸造材料在轧制时氧化，所以，在后面的工序中，用酒精等进行浸渍还原。这时，如果铸造材料冷却了，则很难进行反应，还原变慢，故从这一点出发，加工温度定为600℃以上也是重要的。
由于热加工的加工度超过50％，故可以使线材的结晶组织细微化，强度提高。该加工度用“(加工前的截面积-加工后的截面积)/加工前的截面积”表示。由于加入了上述的添加元素，即使热加工度极高，也能在后续工序的冷加工中得到强度足够的无轨电车线。热加工的加工度也可以为70％以上，进而为80％以上也可。
另外，由热加工得到的线材的直径为18mm以上。由于作成这样的线径，在下一工序中才能接受高加工度的冷加工。其结果是，可以使由冷加工产生的线材强度提高的效果更为显著。由热加工得到的线材的直径也可以超过24mm。
<对线材实施冷加工的工序>
得到直径超过18mm的线材后，在150℃以下的温度，以50％以上的加工度实施冷加工。通过该冷加工，可以使线材的强度提高。在此的加工度也用“(加工前的截面积)-(加工后的截面积)/加工前的截面积”表示。通过该冷加工，可以得到高强度的无轨电车线。
冷加工最好是拉丝加工。加工温度可以低于150℃，也可以在常温下不加热进行加工。加工度为50％以上。通过进行加工度为50％以上的冷加工，可以使强度提高的效果充分。最好该加工度超过70％，超过75％更好。
<含氧量>
在上述的本发明的无轨电车线中，最好再含有0.01～0.05质量％的氧。同样，在本发明的无轨电车线的制造方法中，在铸造材料中最好再含有0.01～0.05质量％的氧。由于在铸造材料中含有0.05质量％以下的氧，可以抑制氧化铜的生成，抑制在加工时以氧化铜为起点的断线。反之，若氧含量不足0.01质量％时，在热加工时就会容易产生割断，在铸造后的工序中很难得到高质量的无轨电车线。
进一步对本发明的实施方式进行以下说明。
按溶解→铸造→热轧→拉丝→产品的工序制造无轨电车线。在该工序中，从溶解到热轧用连续铸造轧制设备进行加工。首先，连续铸造具有表1所示化学成分的溶解铜合金。接着，用表2所示的加工度热轧得到线材。其后，对得到的线材以该表2所示的加工度实施冷拉丝加工，得到截面积为170mm2或110mm2的无轨电车线。
对这些无轨电车线测定拉伸强度和导电率，其结果也一并示于表2。拉伸强度的阈值(threshold value)为436N/mm2以上，导电率的阈值为70％以上。
表1
  No.   组成(质量％)
  Sn   Ag   In   Sr   Ca   Mg   氧
  实施例   A1   0.35   0.0200   -   0.0150
  A2   0.38   0.0100   -   0.0200
  A3   0.32   0.0010   -   0.0150
  A4   0.30   0.0500   -   0.0250
  A5   0.33   0.0800   -   0.0150
  A6   0.40   0.0060   0.0030   0.0007   -   -   0.0230
  A7   0.40   -   0.0090   -   0.0008   0.0010   0.0200
  A8   0.22   0.0050   0.0025   0.0250
  A9   0.48   0.0100   -   0.0200
  比较例   B1   0.10   0.0100   -   0.0200
  B2   0.55   0.0020   0.0010   0.0210
  B3   0.49   0.0100   -   0.0003
  B4   0.30   0.0100   -   0.0002
  B5   0.35   0.0080   -   0.0300
  B6   -   -   -   0.0250
  现有例   C1   0.29   -   -   0.0320
  C2   0.27   -   -   0.0350
  C3   0.31   -   -   0.0330
  C4   -   -   -   0.0350
表2
  No.   轧制温度(℃)   热加工度(％)   热加工后的尺寸(mm)   冷加工度(％)   冷加工后的尺寸(mm2)   拉伸强度(N/mm2)  导电率(％IACS)
  实施例   A1   620   66   30   76   170   440   79
  A2   700   89   32   79   170   473   76
  A3   620   50   32   79   170   440   77
  A4   700   90   30   76   170   460   81
  A5   620   78   24   59   170   450   79
  A6   700   90   21   70   110   455   75
  A7   620   87   18   59   110   445   79
  A8   700   90   21   70   110   440   78
  A9   700   89   32   79   170   470   72
  比较例   B1   700   90   21   70   110   400   85
  B2   700   90   19   37   170   410   65
  B3   -   0   20   45   170   380   73
  B4   -   0   30   85   110   400   74
  B5   600   82   19   37   170   395   78
  B6   700   89   32   79   170   370   99
  现有例   C1   650   92   21   46   170   397   81
  C2   650   94   18   53   170   398   83
  C3   650   89   30   73   170   465   82
  C4   650   92   21   46   170   365   100
如表2所示，所有的实施例无轨电车线都具有高的拉伸强度和导电率。与此相反，比较例是除Sn之外还含有Ag，强度不足。
进而，对上述无轨电车线的一部分测定磨损率，进行耐磨损性评价。该评价如下进行。首先，取无轨电车线与铜系烧结研磨板(sintered slider)的滑动速度为50km/h，与研磨板的接触负荷(contact load)为7kgf(68.6N)，在供给直流电压200V，通电电流200A的状态下，使无轨电车线和研磨板滑动104次。之后求无轨电车线的磨损面积，把用导电弓架的滑动次数除其磨损面积的结果作为磨损率进行评价。磨损率越小，表示耐磨损越好，其结果示于表3中。
表3
  No.   磨损率
  实施例   A1   0.20
  实施例   A2   0.20
  实施例   A8   0.21
  比较例   B1   0.25
  现有例   C1   0.26
  现有例   C3   0.23
  现有例   C4   0.28
*磨损率：(mm2/×104通过导电弓架)
如表3所示，可以确认，在Sn中加入除Sn以外的添加元素的NoA1、A2、A8比完全没有添加元素的NoC4或只添加Sn的NoC1和NoC3(相当于特开平6-8759号公报所述的发明品)磨损率都小，耐磨性优良。这些NoA1，A2，A8的拉伸强度和导电率也超过了阈值。另外，在Sn之外添加了Ag、Sn的含量少的NoB1，在磨损率方面比NoA1、A2、A8更差，不能得到足够的拉伸强度。

Claims (3)

1.一种具有耐磨损性的无轨电车线，其特征在于，含氧为0.01～0.05质量％，含Sn为0.2～0.5质量％，从Ag、In、Sr、Ca、Mg中选择至少一种的总含量为0.0005～0.3质量％，其余部分由铜和不可避免的杂质构成，其拉伸强度为430N/mm2以上。
2.一种具有耐磨损性的无轨电车线的制造方法，其特征在于，包括由连续铸造得到铸造材料的工序，所述铸造材料含Sn为0.2～0.5质量％，从Ag、In、Sr、Ca、Mg中选择的至少一种的总含量为0.0005～0.3质量％，其余部分由Cu和不可避免的杂质构成；得到直径为18mm以上的线材的工序，其对所得到的铸造材料在600℃以上的温度下，以50％以上的加工度实施连续的热加工；实施冷加工的工序，其在150℃以下的温度，对所述线材以50％以上的加工度实施冷加工，所述铸造材料还含有0.01～0.05质量％的氧。
3.如权利要求2所述的具有耐磨损性的无轨电车线的制造方法，其特征在于，热加工的加工度为80％以上，冷加工的加工度超过75％。
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