專利名稱：一種高導(dǎo)電率銅鎂合金接觸線及其加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣化鐵路使用的接觸線，具體涉及一種高導(dǎo)電率銅鎂合金接觸線及其加工工藝。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)電氣化鐵路廣泛采用接觸線的材質(zhì)是純銅、銅銀合金(銀含量w(Ag) =0. 1%)、銅錫合金(錫含量w (Sn) ^ O. 3wt% 0. 6 wt %)、銅鎂合金(鎂含量w (Mg) ^ O. 2Wt °/Γθ. 7 Wt %)。國內(nèi)外也試驗研制了銅鉻錯等多元銅合金用于制造接觸線。其中銅錫合金、銅鎂合金、銅鉻鋯合金的接觸線中合金的加入都是為了提高其抗拉強(qiáng)度，滿足高速鐵路時速200公里以上懸掛張力加大的使用要求。時速200km/h及以下的客運(yùn)和貨運(yùn)線路接觸線的懸掛張力通常為10kN 15kN。高速鐵路懸掛張力一般為 20kN 30kN。隨著列車運(yùn)行速度的提高，接觸線的懸掛張力還要進(jìn)行一步提高。目前試驗速度400km/h的接觸線懸掛張力已經(jīng)達(dá)到40kN。隨著這些合金元素含量的增加，接觸線的抗拉強(qiáng)度提高(420Mpa 560MPa)，但其導(dǎo)電性能大幅下降(導(dǎo)電率僅為62%IACS 77%IACS)。如此的結(jié)果是，接觸網(wǎng)供電線路的阻抗加大，電能損耗加大。這種高合金含量的銅合金接觸線對于運(yùn)行速度在200km/h及以下的大部分客運(yùn)線路和重載貨運(yùn)線路不具有最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。然而在銅銀合金接觸線中加入合金中的是貴金屬銀，可在保證不低于純銅接觸線抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率的前提條件下，大幅度提高了接觸線的耐軟化性能。我國鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和歐洲聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)中，銅銀合金接觸線的抗拉強(qiáng)度與純銅接觸線的抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率相同，都是360MPa和97%IACS，但其耐軟化性能卻大幅提高。接觸線的耐軟化性能是指，將接觸線樣品加熱到300°C保溫2小時的軟化處理，其冷卻后的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不小于其軟化處理前的90%。銅銀合金接觸線可以達(dá)到這個指標(biāo)，而純銅接觸線在經(jīng)過上述的軟化處理后，其抗拉強(qiáng)度只能達(dá)到其軟化前的60%左右，損失了 40%左右。由于銅銀合金接觸線耐軟化性能提高，使得其最高允許工作溫度大幅提升到150°C，而純銅接觸線最高允許工作溫度受到易軟化的限制，僅為90°C。接觸線的工作溫度與其允許通過工作電流的大小(載流量)密切相關(guān)。以150_2規(guī)格為例。純銅接觸線最高允許工作溫度為90°C，其載流量僅為580安培。銅銀接觸線的允許最高工作溫度提升到150°C，其額定載流量也可達(dá)到800安培，比純銅接觸線有了明顯的提高。另一方面，接觸線耐軟化性能的提高，也提高了其抵抗短路大電流使接觸線軟化而引發(fā)斷線事故的能力，有利于電氣化鐵路運(yùn)行的安全可靠性。銅銀接觸線具有的優(yōu)點(diǎn)可以概括為，在保證與純銅接觸線抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率相同的條件下，可以大幅提高其耐軟化性能，有利于提高鐵路運(yùn)輸能力和運(yùn)行安全可靠性。但問題是，銀是貴金屬，價格昂貴，為6000/kg元左右。銅銀合金接觸線(含(Ag)量< O. lwt%)的材料成本因含銀而增加6000元/噸，這樣將使接觸線的成本大大提高，因此會增加高鐵的建設(shè)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種抗拉強(qiáng)度高，導(dǎo)電率高，抗軟化性能好，成本低廉的銅鎂合金。本發(fā)明的目的在于，提供一種采用改進(jìn)后的銅鎂合金配方和生產(chǎn)高導(dǎo)電率接觸線的加工工藝。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是設(shè)計一種高導(dǎo)電率銅鎂合金配方，其特征在于，在所述銅鎂合金中含有O. 02wt% 0. 10wt%的鎂，(O. Olwt %的銀，(O. lwt%不可避免的雜質(zhì)，其余為銅。其中優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述銅鎂合金中含有O. 04wt9T0. 08wt%的鎂，(O. 008wt
%的銀。進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述銅鎂合金的抗拉強(qiáng)度> 360Mpa，導(dǎo)電率彡90%IACS，抗軟化性能彡90%。發(fā)明的另一個技術(shù)方案是設(shè)計一種高導(dǎo)電率銅鎂合金接觸線的加工工藝，其特征在于，所述加工工藝包括如下工藝步驟
第一步，將高純陰極銅投入上引爐中熔化，然后在銅液表面覆蓋木炭以保護(hù)銅液不被氧化；
第二步，將O. 02wt% O. 10wt%的鎂和< O. Olwt %的銀加入到銅液中，用石墨棒適當(dāng)攪 拌使合金成分均勻后開始上引桿坯；
第三步，將上引出的含有鎂和銀的合金上引桿坯送入連續(xù)擠壓機(jī)擠壓成直徑20mm的桿還;
第四步，然后直接將第三步制成的桿坯，不經(jīng)過預(yù)先的冷加工，直接送入巨拉機(jī)拉制成120mm2或150 mm2接觸線成品。其中優(yōu)選的技術(shù)方案是，在所述第二步中將O. 04wt°/T0. 08wt%的鎂和彡O. 008wt%的銀加入到銅液中，用石墨棒適當(dāng)攪拌使合金成分均勻后開始上引桿坯。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于由于本發(fā)明采用純在銅中加入金屬鎂和銀，與只加入金屬銀相比較僅導(dǎo)電率為90%IACS比銅銀合金接觸線的97%IACS略低，但遠(yuǎn)高于上述其他銅合金接觸線的導(dǎo)電率(62%IACS 77%IACS)，適合于時速200km及以下客運(yùn)及貨運(yùn)線路要求。是鐵路市場的主體(高鐵僅佔(zhàn)整個鐵路市場的22%)。另外該高導(dǎo)電銅鎂合金接觸線(以規(guī)格120mm2為例)抗拉強(qiáng)度彡360MPa，導(dǎo)電率彡90%IACS，抗軟化性能彡90%，均達(dá)到了銅銀合金的同樣水平，而遠(yuǎn)高于上述其他銅合金接觸線的導(dǎo)電率。本發(fā)明采用價格低廉的鎂作為合金元素，使產(chǎn)品成本降低，節(jié)省貴金屬銀。金屬鎂的價格為18元/kg。本發(fā)明的銅鎂合金中，鎂含量(Mg) ^ O. lwt%，銀含量(Ag) ^0.01wt%o考慮到熔煉過程中的消耗，鎂的用量僅為I. 4kg/噸，價值25元/噸，再加微量銀600元/噸，其總的材料成本僅為625元/噸，與銅銀合金接觸線6000元/噸相比，僅為其1/10，節(jié)省5375元/噸。以規(guī)格150mm2的接觸線單位長度重量1350kg/km計算，采用本發(fā)明的高導(dǎo)電銅鎂合金接觸線比銅銀合金接觸線合金材料成本節(jié)省7256元/km。這可使鐵路建設(shè)節(jié)省一大筆投資，從資金上有利于促進(jìn)鐵路建設(shè)的發(fā)展。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例I。本發(fā)明首先將高純陰極銅作原料加入上引爐中熔化，然后按照常規(guī)的生產(chǎn)工藝在銅液表面覆蓋木炭以保護(hù)銅液不被氧化。再將按含量為O. 08wt%比例稱重的金屬鎂和含量為O. 008%銀加入到銅液中，用石墨棒適當(dāng)攪拌使合金成分均勻后開始上引桿坯。再將上引出的含有鎂和銀的合金上引桿坯送入連續(xù)擠壓機(jī)擠壓成直徑20mm的桿坯，而后直接將此桿坯經(jīng)過巨拉機(jī)拉制成120mm2接觸線成品。其技術(shù)性能實(shí)測結(jié)果為抗拉強(qiáng)度380MPa，導(dǎo)電率92%IACS，耐軟化性能為92. 5%。實(shí)施例2。
將高純陰極銅作原料加入上引爐中熔化，然后按照常規(guī)的生產(chǎn)工藝在銅液表面覆蓋木炭以保護(hù)銅液不被氧化。將按含量為O. 04%比例稱重的金屬鎂錠和含量為O. 01%銀加入到銅液中，用石墨棒適當(dāng)攪拌使合金成分均勻后開始上引桿坯。將上引出的含有鎂和銀的合金上引桿坯送入連續(xù)擠壓機(jī)擠壓成直徑20mm的桿坯，而后直接將此桿坯經(jīng)過巨拉機(jī)拉制成120mm2接觸線成品。其技術(shù)性能實(shí)測結(jié)果為抗拉強(qiáng)度375MPa，導(dǎo)電率94%IACS，耐軟化性能為91. 5%。由于本發(fā)明的加工工藝是，在上引爐中配置合金，上引連鑄出合金鑄桿，上引的鑄桿送入連續(xù)擠壓機(jī)擠壓出擠壓桿坯，擠壓桿坯直接通過巨拉機(jī)拉制成接觸線成品。與已有技術(shù)不同的是，取消了擠壓桿坯和成品拉拔之間的冷軋工序，減小了桿坯冷加工變形率，也同時減小了冷加工使導(dǎo)電率降低的不利影響，可以使本發(fā)明產(chǎn)品的導(dǎo)電率保持在較高的水平，同時也降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)為，上引爐熔煉合金并弓I出鑄桿坯，需要經(jīng)過連續(xù)擠壓機(jī)擠出桿坯，再拉制成成品接觸線。本發(fā)明的另一個工藝特點(diǎn)在于，取消了擠壓桿坯的冷加工工序，在保證成品接觸線抗拉強(qiáng)度達(dá)到指標(biāo)要求的同時，仍保有較高的導(dǎo)電率和耐軟化性能。(此段是否與上上段有重復(fù)？)
本發(fā)明的高導(dǎo)電銅鎂合金接觸線(以規(guī)格120mm2為例)抗拉強(qiáng)度> 360MPa，導(dǎo)電率彡90%IACS，抗軟化性能彡90%。僅導(dǎo)電率為90%IACS比銅銀合金接觸線的97%IACS略低，但遠(yuǎn)高于上述其他銅合金接觸線的導(dǎo)電率(62%IACS 77%IACS)，適合于時速200km及以下客運(yùn)及貨運(yùn)線路要求。是鐵路市場的主體(高鐵僅佔(zhàn)整個鐵路市場的22%)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種高導(dǎo)電率銅鎂合金，其特征在于，在所述銅鎂合金中含有O. 02wt°r0. 10wt%的鎂，< O. Olwt %的銀，< O. 1 丨％不可避免的雜質(zhì)，其余為銅。
2.如權(quán)利要求I所述高導(dǎo)電率銅鎂合金，其特征在于，所述銅鎂合金中含有O. 04wt% 0. 08wt% 的鎂，(O. 008wt % 的銀。
3.如權(quán)利要求I或2所述的高導(dǎo)電率銅鎂合金，其特征在于，所述銅鎂合金的抗拉強(qiáng)度彡360Mpa，導(dǎo)電率彡90%IACS，抗軟化性能彡90%。
4.一種高導(dǎo)電率銅鎂合金接觸線的加工工藝，其特征在于，所述加工工藝包括如下工藝步驟 第一步，將高純陰極銅投入上引爐中熔化，然后在銅液表面覆蓋木炭以保護(hù)銅液不被氧化； 第二步，將O. 02wt% O. 10wt%的鎂和< O. Olwt %的銀加入到銅液中，用石墨棒適當(dāng)攪拌使合金成分均勻后開始上引桿坯； 第三步，將上引出的含有鎂和銀的合金上引桿坯送入連續(xù)擠壓機(jī)擠壓成直徑20mm的桿還; 第四步，然后直接將第三步制成的桿坯經(jīng)過巨拉機(jī)拉制成120_2或150 mm2接觸線成品O
5.如權(quán)利要求4所述的高導(dǎo)電率銅鎂合金接觸線的加工工藝，其特征在于，在所述第二步中將O. 04wt9T0. 08wt%的鎂和彡O. 008wt %的銀加入到銅液中，用石墨棒適當(dāng)攪拌使合金成分均勻后開始上引桿坯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高導(dǎo)電率銅鎂合金接觸線及其加工工藝，該銅鎂合金中含有0.02wt%~0.10wt%的鎂，≤0.01wt%的銀，≤0.1wt%不可避免的雜質(zhì)，其余為銅；其加工工藝為在上引爐中配置合金，上引連鑄出合金鑄桿，上引的鑄桿送入連續(xù)擠壓機(jī)擠壓出擠壓桿坯，擠壓桿坯，不經(jīng)過中間冷加工，直接送入巨拉機(jī)拉制成接觸線成品。該高導(dǎo)電率銅鎂合金接觸線比含銀量w(Ag)=0.1%銅銀合金接觸線略低，但遠(yuǎn)高于銅錫、高含量銅鎂合金等其他銅合金接觸線的導(dǎo)電率，另外該高導(dǎo)電率銅鎂合金接觸線的抗拉強(qiáng)度，抗軟化性能均達(dá)到了含銀銀合金接觸線的同樣水平。該銅鎂合金接觸線銀合金接觸線合金材料成本低很多。這可使鐵路建設(shè)節(jié)省一大筆投資。
文檔編號C22C9/00GK102851526SQ201210163240
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者張根華, 陳素敏 申請人:江蘇華電電氣有限公司