[發明專利]一種超長Cu-Cr-Zr合金接觸線的制備方法

有效

• 申請號: 200910097340.X
• 申請日: 2009-04-09
• 公開（公告）號: CN101531149A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 張曙光;孟亮;于增;韋國;王祖峰;董安平;王立天;方攸同;張進東;李金華
• 申請（專利權）人: 中鐵電氣化局集團有限公司;河北晶輝電工有限公司;浙江大學
• 主分類號: B60M1/28
• 分類號: B60M1/28;C22C1/03;C21D1/26;B22D11/14;B21C23/22;B21C1/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種銅基合金加工，尤其是涉及一種超長Cu-Cr-Zr合金接觸線的制備方法。

背景技術

電氣化鐵路用接觸線的作用是通過與電力機車受電弓滑板滑動摩擦直接接觸向電力機車輸送電流，所需導體合金要工作在電流傳導、懸掛張力、運行沖擊、溫度變化、環境因素影響和滑板磨耗等惡劣條件下，因此要求接觸線材料應具有較高的抗拉強度和電導率，并兼有較高的抗高溫軟化能力。隨著鐵路電氣化的高速發展，鐵路運輸一再提速，對于電氣化鐵路用接觸線性能要求越來越高。然而，導體合金的強度與導電性一般呈反函數關系，即采用特定技術提高強度則往往以犧牲電導率為代價，或者為改善電導率則往往損失強度。因此，非常需要采用特定技術能夠同時獲得滿足鐵路實際架線要求并具有良好使用性能的接觸線用合金。

目前高速電氣化列車接觸線采用的導體合金主要有Cu-Mg、Cu-Sn、Cu-Ag、Cu-Cd、Cu-Sn-Ag、Cu-Ag-Zr、Cu-Cr-Zr及Cu包鋼、Al包鋼等雙金屬復合材料等。在這些合金中，Cu-Cr-Zr展示了更為突出的強度和電導率匹配關系。然而，在材料制備過程中，由于Cr、Zr合金元素熔點顯著高于Cu，且熔化狀態下極易氧化、揮發并與許多接觸物質發生反應，加之熔體易吸氣、偏析及雜質不易排除等因素，導致材料制備困難及實際性能難以達到理想匹配狀態。Cu-Cr-Zr為沉淀強化型合金，在制備過程中必須采用固溶處理工藝，增加了專用熱處理設備及組織過燒等風險因素。另外，鐵路實際架線要求線材具有連續長度，在此長度范圍內，要嚴格保持材料成分、組織及性能的穩定性，進一步增大了材料制備難度及成本。

專利CN02128927.1公開了再結晶接觸線桿坯的制造方法，采用上引(或水平連鑄)及連續擠壓等工序，可生產重1500kg的Φ16mm無氧桿坯，成本及能源消耗較低。CN200510082133.9公開了Cu-(0.12～0.3)％Ag-(0.01～0.05)％O電車架空線的制造方法，采用連續鑄造及熱、冷加工等工藝得到標稱截面積為80～170mm²的線材，強度和電導率高于400MPa及97％IACS。CN200610039986.9公開了通過上引連鑄、加熱連續擠壓及拉拔等過程生產Cu-(0.15～0.35)％Sn-(0.005～0.01)％Zr-(0.005～0.02)％RE接觸線的制造方法，可獲得高于430MPa的抗拉強度及低于0.0225Ω·mm²/m的電阻率，300℃軟化后強度仍高于390MPa。CN200610048186.3公開了Cu-(0.05～0.35)％Mg-(0.35～0.05)％Sn并添加(0.003～0.025)％RE(Ce或Ce+La)的接觸線加工技術，主要工藝過程為熔煉、上引連鑄、擠壓、冷軋或拉拔等。上述合金主要通過熔煉和壓力變形加工，工藝過程比較簡單，所需加工設備較少，成本較低，但主要依賴合金元素的固溶強化和加工硬化方式強化，產品性能特別是抗拉強度難以達到很高水平，不能滿足時速350km以上高速電氣化列車接觸線的性能要求。

CN200410060463.3公開了Cu-(0.02～0.4)％Zr-(0.04～0.16)％Ag合金的制備技術，CN200510017889.5及CN200510043073.X在上述合金系統中又增加了一定量的稀土元素。這些合金加工的主要工序為真空熔煉、Ar保護澆注、鍛造、固溶水冷、冷拉拔變形、時效處理及再次冷變形等，強度可達到500～600MPa，電導率可保持在80％IACS以上。這種制備技術必須利用真空感應爐熔煉、鍛造開坯以及固溶處理等方法，需要控制后續冷變形加工程度與配合，在超長單根接觸線的實際生產中較難實施。另外，這些合金中均含有昂貴的Ag元素，且需額外添加稀土元素，提高了材料成本和成分的復雜性。

CN200410025886.1，CN200510096378.7及CN200510124589.7公開了Cu-(0.20～0.40)％Cr-(0.05～0.15)％Ag-(0～0.09)％RE，Cu-(0.42～0.64)％Cr-(0.05～0.15)％Ag-(0～0.09)％RE及Cu-(0.2～0.72)％Cr-(0.07～0.15)％Ag接觸線制備方法，可在大氣條件下熔煉，但仍含昂貴的Ag元素，并需要固溶處理等。CN200610019238.4公開了Cu-(0.4～1.1)％Cr-(0.02～0.08)％Nd合金制備工藝，在加工過程中無需專門的固溶處理，但Cr含量較高，且熔煉時需以純Cr方式加入，成分均勻性難以保證，也必須采用真空熔鑄。