CN101763910B - 一种用于电气化铁道的低锡铜合金接触线及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于电气化铁道的低锡铜合金接触线：所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线为锡铜合金；其中：锡含量为重量百分比0.06～0.08％，杂质：重量百分比不大于0.10％，余量：铜。本发明还要求保护所述低锡铜合金接触线的制造方法：使用截面积为2300mm2的铸条作为最初原料，将其通过4～12道次的热轧加工得到如下规格的中间坯料杆：直径25～32mm；每道次加工率为12～25％；所述低锡铜合金接触线的材质为铜锡合金，其中：锡含量为重量百分比0.06～0.08％，杂质：重量百分比不大于0.10％，余量：铜。所述低锡铜合金接触线，填补了国内空白，其综合性能指标优异，具有较好的经济价值和社会价值。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属加工设计及加工技术，特别是一种用于电气化铁道的低锡铜合金接触线及其制造方法。
背景技术
现今，我国电气化铁路建设已经进入了一个高速发展时期。目前，国内用于满足电气化铁道普通速度的主要为铜银合金接触线，但因其生产成本较高、可加工性能差、使用寿命短等，已不符合现今建设节约型社会的国家政策。
人们期望获得一种技术效果更好的用于电气化铁道的低锡铜合金接触线及其制造方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电气化铁道的低锡铜合金接触线及其制造方法。
本发明一种用于电气化铁道的低锡铜合金接触线，其特征在于：所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线为锡铜合金；其中：锡含量为重量百分比0.06～0.08％(锡含量优选为重量百分比0.06～0.08％)，杂质：重量百分比不大于0.10％，余量：铜。
所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线成品截面积为85～150mm2。
所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的最初原料为截面积为2300mm2的铸条，由最初原料得到的中间坯料杆直径是25～32mm；所述中间坯料杆直径进一步优选范围是28～30mm；
最终的接触线为横截面面积为150mm2、120mm2和85mm2等截面的铜锡合金接触线；
本发明还要求保护一种用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法，所述低锡铜合金接触线的制造方法具体是：使用截面积为2300mm2的铸条作为最初原料，将其通过4～12道次的热轧加工得到如下规格的中间坯料杆：直径25～32mm；每道次加工率为12～25％；
所述低锡铜合金接触线的材质为铜锡合金，其中：锡含量为重量百分比0.06～0.08％，杂质：重量百分比不大于0.10％，余量：铜。
所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法具体要求是：
按照下述材质要求配比低锡铜合金接触线：锡含量为重量百分比0.06～0.08％，杂质：不大于0.10％，余量：铜；
首先将高纯阴极铜熔化，控制铜液温度为1105～1140℃，然后控制铜液温度达到1140℃～1170℃，然后均匀加入对应含量的锡；之后开始铸造，铸件规格要求：截面积为2300mm2的铸条。
所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法进一步优选具体要求是：使用截面积为2300mm2的铸条作为最初原料，将其通过4～8道次的热轧加工得到如下规格的中间坯料杆：直径28～30mm；每道次加工率为18.5～23.5％。
所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线制造方法的进一步的优选具体要求是：
首先将高纯阴极铜熔化，控制铜液温度为1115～1130℃，然后在控制铜液温度达到1115～1130℃后，使用一氧化碳成分分析仪对炉内气氛进行监控；
将熔化的液体金属铜连续地流入保温炉，温升至1140℃～1160℃，确保炉内气氛为微还原；
熔化的液体金属铜连续地流入浇包，在液体金属铜流入过程中连续加入锡合金，加入量与铸造速度同步，充分搅拌，确保锡加入量的均匀性，防止锡的偏析；所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法中，在控制熔化的液体金属铜连续地流入浇包过程中连续加入锡的具体方式优选是：采用加入直径为8mm的锡线的方式加入锡。
取样分析，当锡含量合格后开始铸造，轧制；铸造浇包温度控制在1100～1130℃，铸造速度为700～850rpm，冷却水压力为0.08～0.45Mpa，经冷却凝固成型得到铸坯，铸造截面为梯形，断面积2300mm2；控制进轧温度为760～830℃；
最终的接触线为横截面面积为150mm2、120mm2和85mm2等截面的铜锡合金接触线，总冷加工率70％～87％，其冷加工道次为4～8次，道次加 工率为道次10.5～18.5％，其晶粒组织为均匀、细小的等轴晶，晶粒大小为0.013～0.016mm。
经轧制形成铜锡合金线坯料杆，通过合理的异型模具冷加工道次分配，用接触线专用拉伸成形设备经多道次冷拉拔电气化铁路专用的接触线，在倒立式拉伸机和由意大利Sictra公司设计并制造的接触线专用拉伸机上将Φ28-热轧坯料杆拉制成Φ19.3圆杆(冷加工率52.5％)，最终拉制为150mm2、120mm2和85mm2等截面的铜锡合金接触线(总冷加工率75.5％、80.3％、86.1％)，其冷加工道次为4～8次，道次加工率为道次10.5～18.5％，其晶粒组织为均匀、细小的等轴晶，晶粒大小为0.013～0.016mm。
在以上低锡铜合金接触线生产过程中，通过连铸连轧过程中添加适量的锡合金，充分利用其合金强化效果，以及后续较大的冷拉加工硬化作用，可使低锡铜合金接触线获得比铜银合金接触线更大的强度但却与之一样的导电率。所得铸坯及接触线均有很好的微观组织及宏观性能；在所给的成分范围内，通过上述加工工艺均能同时保证高的强度和电导率。
我们自行研制开发的低锡铜合金接触线，填补了国内空白。由于铜锡合金具有强度大、软化温度高、合适的导电性等一系列综合性能良好的优点，并且其生产成本低、可加工性能好，从而成为电气化铁路接触网上接触线的首选材料之一。该低锡铜合金接触线的综合性能指标优于目前在我国广泛应用于普通速度电气化铁道建设的需要铜银合金接触线。该低锡铜合金接触线中锡含量相对较低，但是使用加工硬化等手段可以弥补其某些 可能出现的缺点。其具有较为明显的经济价值和社会价值。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为低锡铜合金接触线生产工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
用于电气化铁道的低锡铜合金接触线及其制造方法：
采用连铸连轧工艺生产直径为φ28mm的低锡铜合金接触线坯料杆。其中锡是以直径为φ6mm的定量加入装置加入在下流槽上部。最后经过热轧开坯将截面为2300mm2的铸条热轧为Φ28mm坯料杆，其热加工道次可以为4～8次，道次加工率为每道次18.5～23.5％，总热加工率为73.26％，热轧温度为750～830℃，晶粒大小为0.015～0.018mm，热轧对合金金属的铸态晶粒细小化改变已经足够，却为后序的以冷加工率来提高性能指标做以了很好的基础。
将高纯阴极铜加入竖式熔化炉，燃料为天然气，控制炉内的铜液温度在1115～1130℃，由配备有一氧化碳成分分析仪对炉内气氛进行监控。熔化的液体金属经上溜槽连续地流入保温炉，保温炉为倾动式，温升至1140℃-1160℃，确保炉内气氛为微还原。熔化的液体金属经下溜槽连续地流入浇包，在下溜槽采用喂丝法连续加入锡合金(所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法中，在控制熔化的液体金属铜连续地流入浇包过程中连续加入锡的具体方式是：采用加入直径为8mm的锡线的方式加入 锡。)，加入量与铸造速度同步，充分搅拌，确保锡加入量的均匀性，防止锡的偏析。取样分析，锡含量合格后开始铸造，轧制。铸造机为五轮式钢带铸造机，浇包温度控制在1100～1130℃，由远红外线控制，铸造速度为700～850rpm，冷却水压力为0.08～0.45Mpa，经冷却凝固成型得到铸坯，铸造截面为梯形，断面积2300mm2。铸坯送入运行速度为750～850rpm的轧机内进行连续轧制，控制进轧温度为760～830℃，由远红外线控制连轧机共6道次，采用椭圆-圆孔型***，机架采用平、立式布置，使轧件实现无扭转直线轧制，最终生产 
铜锡合金坯料杆。
经轧制形成铜锡合金线坯料杆，通过合理的异型模具冷加工道次分配，用接触线专用拉伸成形设备经多道次冷拉拔电气化铁路专用的接触线，在倒立式拉伸机和由意大利Sictra公司设计并制造的接触线专用拉伸机上将Φ28(直径28mm)热轧坯料杆拉制成Φ19.3(直径19.3mm)圆杆(冷加工率52.5％)，最终拉制为150mm2、120mm2和85mm2等截面的铜锡合金接触线(总冷加工率75.5％、80.3％、86.1％)，其冷加工道次为4～8次，道次加工率为道次10.5～18.5％，其晶粒组织为均匀、细小的等轴晶，晶粒大小为0.013～0.016mm。
在以上低锡铜合金接触线生产过程中，通过连铸连轧过程中添加适量的锡合金，充分利用其合金强化效果，以及后续较大的冷拉加工硬化作用，可使低锡铜合金接触线获得比铜银合金接触线更大的强度但却与之一样的导电率。所得铸坯及接触线均有很好的微观组织及宏观性能；在所给的成分范围内，通过上述加工工艺均能同时保证高的强度和电导率。
实施例2
将35吨高纯阴极铜加入竖式熔化炉，当保温炉温升至1140℃～1150℃，确保炉内气氛为微还原，开始生产。熔化的液体金属经下溜槽连续地流入浇包，在下溜槽采用喂丝法按重量百分比控制在0.097％加入金属锡线，加入量与铸造速度同步。取样分析，锡含量合格后开始铸造，轧制，浇包温度控制在1100～1120℃，铸造速度为750rpm，冷却水压力为0.08～0.25Mpa，经冷却凝固成型得到铸坯，铸造截面为梯形，断面积2300mm2。铸坯送入运行速度为750rpm的轧机内进行连续轧制四道次，控制进轧温度为780～820℃，形成铜锡合金线坯料杆。再用意大利SICTRA公司的生产的四模接触线专用拉伸机成形设备经多道次冷拉拔电气化铁路专用的接触线，得到满足铁道部要求的120mm2截面33.58吨接触线成品。
实施例3
采用连铸连轧工艺生产直径为φ28mm的低锡铜合金接触线坯料杆。其中锡是以直径为φ6mm的定量加入装置加入在下流槽上部。最后经过热轧开坯将截面为2300mm2的铸条热轧为Φ28mm坯料杆，其热加工道次为4～8次，道次加工率为道次18.5～23.5％，总热加工率为73.26％，热轧温度为750～830℃，晶粒大小为0.015～0.018mm，热轧对合金金属的铸态晶粒细小化改变已经足够，却为后序的以冷加工率来提高性能指标做以了很好的基础。
实施例4
将35吨高纯阴极铜加入竖式熔化炉，当保温炉温升至1140℃～1155℃，确保炉内气氛为微还原，开始生产。熔化的液体金属经下溜槽连续地流入浇包，在下溜槽采用喂丝法按重量百分比控制在0.08％加入金属锡线， 加入量与铸造速度同步。取样分析，锡含量合格后开始铸造，轧制，浇包温度控制在1110～1125℃，铸造速度为750rpm，冷却水压力为0.10～0.35Mpa，经冷却凝固成型得到铸坯，铸造截面为梯形，断面积2300mm2。铸坯送入运行速度为750rpm的轧机内进行连续轧制四道次，控制进轧温度为770～830℃，形成铜锡合金线坯料杆。再用意大利SICTRA公司的生产的四模接触线专用拉伸机成形设备经多道次冷拉拔电气化铁路专用的接触线，得到满足铁道部要求的85mm2截面的33.66吨接触线成品。
实施例5
将35吨高纯阴极铜加入竖式熔化炉，当保温炉温升至1145℃～1160℃，确保炉内气氛为微还原，开始生产。熔化的液体金属经下溜槽连续地流入浇包，在下溜槽采用喂丝法按重量百分比控制在0.07％加入金属锡线，加入量与铸造速度同步。取样分析，锡含量合格后开始铸造，轧制，浇包温度控制在1115～1130℃，铸造速度为800rpm，冷却水压力为0.15～0.40Mpa，经冷却凝固成型得到铸坯，铸造截面为梯形，断面积2300mm2。铸坯送入运行速度为800rpm的轧机内进行连续轧制四道次，控制进轧温度为780～830℃，形成铜锡合金线坯料杆。再用意大利SICTRA公司的生产的四模接触线专用拉伸机成形设备经多道次冷拉拔电气化铁路专用的接触线，得到满足铁道部要求的150mm2截面接触线33.78吨成品。
实施例6
将35吨高纯阴极铜加入竖式熔化炉，当保温炉温升至1140℃～1150℃，确保炉内气氛为微还原，开始生产。熔化的液体金属经下溜槽连续地流入浇包，在下溜槽采用喂丝法按重量百分比控制在0.06％加入金属锡线， 加入量与铸造速度同步。取样分析，锡含量合格后开始铸造，轧制，浇包温度控制在1110～1125℃，铸造速度为750rpm，冷却水压力为0.15～0.35Mpa，经冷却凝固成型得到铸坯，铸造截面为梯形，断面积2300mm2。铸坯送入运行速度为750rpm的轧机内进行连续轧制四道次，控制进轧温度为780～830℃，形成铜锡合金线坯料杆。再用意大利SICTRA公司的生产的四模接触线专用拉伸机成形设备经多道次冷拉拔电气化铁路专用的接触线，得到满足铁道部要求的120mm2截面接触线32.98吨成品。
比较例1
将35吨高纯阴极铜加入竖式熔化炉，当保温炉温升至1140℃～1150℃，确保炉内气氛为微还原，开始生产。熔化的液体金属经下溜槽连续地流入浇包，在下溜槽采用喂丝法按重量百分比控制在0.055％加入金属锡线，加入量与铸造速度同步。取样分析，锡含量合格后开始铸造，轧制，浇包温度控制在1110～1125℃，铸造速度为750rpm，冷却水压力为0.10～0.35Mpa，经冷却凝固成型得到铸坯，铸造截面为梯形，断面积2300mm2。铸坯送入运行速度为750rpm的轧机内进行连续轧制四道次，控制进轧温度为780～830℃，形成铜锡合金线坯料杆。再用意大利SICTRA公司的生产的四模接触线专用拉伸机成形设备经多道次冷拉拔电气化铁路专用的接触线，得到的33.66吨120mm2截面成品没达到铁道部要求。
比较例2
将35吨高纯阴极铜加入竖式熔化炉，当保温炉温升至1140℃～1155 ℃，确保炉内气氛为微还原，开始生产。熔化的液体金属经下溜槽连续地流入浇包，在下溜槽采用喂丝法按重量百分比控制在0.105％加入金属锡线，加入量与铸造速度同步。取样分析，锡含量合格后开始铸造，轧制，浇包温度控制在1110～1125℃，铸造速度为750rpm，冷却水压力为0.10～0.25Mpa，经冷却凝固成型得到铸坯，铸造截面为梯形，断面积2300mm2。铸坯送入运行速度为750rpm的轧机内进行连续轧制四道次，控制进轧温度为780～820℃，形成铜锡合金线坯料杆。再用意大利SICTRA公司的生产的四模接触线专用拉伸机成形设备经多道次冷拉拔电气化铁路专用的接触线，得到的32.36吨120mm2截面成品没达到铁道部要求。
按照以上各实施例所得到的锡含量在0.06～0.097％接触线成品，进行性能检测的结果如表1所示，其结果表明：该低锡铜合金接触线相对于铜银合金接触线而言有着更大的强度，同时也有着基本一样的导电率。
表1
| 产品 指标 | 截面85mm2 | 截面120mm2 | 截面150mm2 |
| 外观 | 清洁、光滑、无硬弯、 裂纹等与良好工艺产 品不相称的任何缺陷。 | 清洁、光滑、无硬弯、裂纹等 与良好工艺产品不相称的任 何缺陷。 | 清洁、光滑、无硬弯、裂 纹等与良好工艺产品不 相称的任何缺陷。 |
| 尺寸 | 符合铁道部 TB/T2809-2005 | 符合铁道部TB/T2809-2005 | 符合铁道部 TB/T2809-2005 |
| 拉断力 (KN) | 平均36.8，最小33.9 | 平均47.6，最小43.6 | 平均60.6，最小58.6 |
| 软化后拉 断力(KN) | 平均33.2，最小30.3 | 平均43.3，最小41.1 | 平均56.6，最小53.9 |
| 导电率(％) | 平均97.3，最小97.1 | 平均97.8，最小97.3 | 平均98.3，最小97.1 |
Claims (9)
1.一种用于电气化铁道的低锡铜合金接触线，其特征在于：所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线为锡铜合金；其中：锡含量为重量百分比0.06～0.08％，杂质：重量百分比不大于0.10％，余量：铜。
2.按照权利要求1所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线，其特征在于：所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线成品截面积为85～150mm2。
3.按照权利要求1或2所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线，其特征在于：所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的最初原料为截面积为2300mm2的铸条，由最初原料得到的中间坯料杆直径是25～32mm。
4.按照权利要求3所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线，其特征在于：所述中间坯料杆直径是28～30mm；
最终的接触线为横截面面积为150mm2、120mm2和85mm2截面的铜锡合金接触线。
5.一种用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法，其特征在于：所述低锡铜合金接触线的制造方法具体是：使用截面积为2300mm2的铸条作为最初原料，将其通过4～12道次的热轧加工得到如下规格的中间坯料杆：直径25～32mm；每道次加工率为12～25％；
所述低锡铜合金接触线的材质为铜锡合金，其中：锡含量为重量百分比0.06～0.08％，杂质：重量百分比不大于0.10％，余量：铜。
6.按照权利要求5所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法，其特征在于：所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法具 体要求是：
首先将高纯阴极铜熔化，控制铜液温度为1105～1140℃，然后控制铜液温度达到1140℃～1170℃，然后均匀加入对应含量的锡；之后开始铸造，铸件规格要求：截面积为2300mm2的铸条。
7.按照权利要求6所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法，其特征在于：所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法具体要求是：使用截面积为2300mm2的铸条作为最初原料，将其通过4～8道次的热轧加工得到如下规格的中间坯料杆：直径28～30mm；每道次加工率为18.5～23.5％。
8.按照权利要求7所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法，其特征在于：所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法具体要求是：
首先将高纯阴极铜熔化，控制铜液温度为1115～1130℃，然后在控制铜液温度达到1115～1130℃后，使用一氧化碳成分分析仪对炉内气氛进行监控；
将熔化的液体金属铜连续地流入保温炉，温升至1140℃～1160℃，确保炉内气氛为微还原；
熔化的液体金属铜连续地流入浇包，在液体金属铜流入过程中连续加入锡，加入量与铸造速度同步，充分搅拌，确保锡加入量的均匀性，防止锡的偏析；
取样分析，当锡含量合格后开始铸造，轧制；铸造浇包温度控制在1100～1130℃，铸造速度为700～850rpm，冷却水压力为0.08～0.45Mpa， 经冷却凝固成型得到铸坯，铸造截面为梯形，断面积2300mm2；控制进轧温度为760～830℃；
最终的接触线为横截面面积为150mm2、120mm2和85mm2截面的铜锡合金接触线，总冷加工率70％～87％，其冷加工道次为4～8次，道次加工率为道次10.5～18.5％，其晶粒组织为均匀、细小的等轴晶，晶粒大小为0.013～0.016mm。
9.按照权利要求8所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法，其特征在于：所述用于电气化铁道的低锡铜合金接触线的制造方法中，在控制熔化的液体金属铜连续地流入浇包过程中连续加入锡的具体方式是：采用加入直径为8mm的锡线的方式加入锡。
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