專利名稱：一種三元銅合金絞線、接觸線的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明型涉及一種導(dǎo)線，特別是用于電氣化鐵道接觸網(wǎng)上的絞線、接觸線等，屬電纜導(dǎo)線技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
具有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，1996年我國(guó)電氣化鐵路營(yíng)運(yùn)里程為10000公里，電氣化率占17.8％，到2004年底，又有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，電氣化鐵路實(shí)現(xiàn)20000公里，電氣化率約占26％，但與德、法、日等先進(jìn)國(guó)家的電氣化鐵路營(yíng)運(yùn)里程占三分之一、營(yíng)運(yùn)量承擔(dān)三分之二相比仍存有較大的差距。為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，我國(guó)電氣化鐵路朝著高速化、重載化的方向發(fā)展，年需求接觸網(wǎng)導(dǎo)線6000噸、載流承力索6000噸。近年來(lái)隨著鐵路連續(xù)多次提速，相應(yīng)對(duì)接觸網(wǎng)的接觸線、載流承力索、吊弦等部件的耐磨性、強(qiáng)度、導(dǎo)電性等性能指標(biāo)也在不斷提高，純銅導(dǎo)線300Mpa的強(qiáng)度及較低的耐軟化性能遠(yuǎn)不能滿足高速化要求，在此背景下銅合金導(dǎo)線應(yīng)運(yùn)而生。銅合金導(dǎo)線是在銅中摻入少量合金元素，打破銅晶格中的周期結(jié)構(gòu)，銅合金制成的絞線、接觸線雖使電阻率有所上升，但卻可明顯提高材料的強(qiáng)度和抗軟化溫度。銅合金通常是在銅中添加銀、鎂、鎘等合金材料，其中，銀銅合金成本較高而強(qiáng)度較低，難以廣泛推廣使用，鎘銅合金在制造和使用過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，故目前使用較為普遍的是鎂銅二元合金絞線和接觸線。鎂銅二元合金的強(qiáng)度可達(dá)到500Mpa以上，其中鎂元素的加入起著關(guān)鍵作用，鎂含量過(guò)低強(qiáng)化作用不明顯，而含量過(guò)高又會(huì)影響其導(dǎo)電性能。但目前鎂銅合金絞線在生產(chǎn)過(guò)程中還存有一些問(wèn)題，即由于鎂是一種具有腐蝕性的活潑元素，在合金熔融過(guò)程中鎂會(huì)對(duì)熔銅爐、保溫爐爐壁產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕，通常爐齡僅為7～30天，頻繁的打爐維護(hù)使得生產(chǎn)成本增加，生產(chǎn)率低下。此外，由于爐壁損害等因素造成工藝性能波動(dòng)較大，致使毛坯成材率僅為70％左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于克服已有技術(shù)的缺陷而提供一種鑄造工藝性能較好、可有效提高爐齡及毛坯成材率的三元銅合金絞線、接觸線的制備方法。
本發(fā)明所稱問(wèn)題是由以下技術(shù)方案解決的一種三元銅合金絞線、接觸線的制備方法，特別之處是，它以三元銅合金為原料，所述三元銅合金由下述百分重量的原料熔練而成鎂0.10～0.50；錫0.10～0.4；雜質(zhì)總量不大于0.30；余量為銅；并按如下工序進(jìn)行a.熔煉按配比取銅、鎂、錫置入熔銅爐熔煉，溫度為1150±30℃；b.保溫熔化的合金液體流進(jìn)保溫爐保溫，溫度1140±20℃；c.鑄桿上引連鑄制成鎂錫銅合金桿坯；d.冷軋上述合金桿坯經(jīng)冷軋制成銅合金細(xì)桿；e.拉線上述合金細(xì)桿經(jīng)拉絲機(jī)拉制成銅合金絲；f.絞線將上述銅合金絲經(jīng)絞線機(jī)制成絞線。
上述三元銅合金絞線、接觸線的制備方法，優(yōu)選方案為鎂0.13～0.43，錫0.1～0.35。
一種三元銅合金接觸線的制備方法，特別之處是，它以三元銅合金為原料，所述三元銅合金由下述百分重量的原料熔煉而成鎂0.10～0.5；錫0.10～0.4；雜質(zhì)總量不大于0.30；余量為銅；并按如下工序進(jìn)行a.熔煉接配稱比取銅、鎂、錫置入熔銅爐熔煉，溫度1150±30℃；b.保溫熔化的合金液體流進(jìn)保溫爐保溫，溫度1140±20℃；c.鑄桿上引連鑄制成鎂錫銅合金桿坯；d.冷軋上述合金桿坯經(jīng)冷軋制成銅合金桿；e.成型軋制或拉拔將上述合金桿經(jīng)成型軋制或成型拉拔，制成截面具有對(duì)稱溝槽的接觸線。
f.檢查、包裝。
上述三元銅合金絞、接觸線的制備方法，優(yōu)選方案為鎂0.13～0.43，錫0.1～0.35。
本發(fā)明針對(duì)鎂銅二元合金絞線、接觸線制造過(guò)程中毛坯成材率低、工藝性能較差的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，在鎂銅二元合金的基礎(chǔ)上添加第三種元素錫，并根據(jù)對(duì)合金絞線、接觸線力學(xué)性能、導(dǎo)電性能等方面的要求，掌握合金成分的添加量，制成鎂錫銅三元合金絞線、接觸線。本發(fā)明可使合金絞線、接觸線的制造工藝性能明顯提高，解決了銅鎂二元合金桿坯生產(chǎn)過(guò)程中長(zhǎng)期困擾的問(wèn)題。經(jīng)試驗(yàn)表明，三元銅合金毛坯生產(chǎn)中成材率接近百分之百，爐齡提高到三個(gè)月以上，從而使生產(chǎn)成本大大降低、生產(chǎn)率大幅度提高。經(jīng)有關(guān)部門測(cè)定，本發(fā)明鎂錫銅三元合金硬絞線，其直流電阻、綜合拉斷力、抗拉強(qiáng)度、振動(dòng)試驗(yàn)、軸向疲勞試驗(yàn)等向指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)現(xiàn)有鎂銅絞線，完全符合產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要球，且耐腐蝕性能大為改善。本發(fā)明亦可用于制造接觸線或其它對(duì)強(qiáng)度、耐磨性要求高的導(dǎo)電器件。


圖1是上引爐示意圖；圖2是三元合金絞線生產(chǎn)工藝流程圖；
圖3是三元合金接觸線工藝流程圖。
圖中各部件標(biāo)號(hào)表示如下1.熔銅爐；2.銅合金桿坯；3.出水口；4.進(jìn)水口；5.結(jié)晶器；6.保溫爐；7.水套；8.熔溝；9.鐵芯；10.線圈。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)有的鎂銅合金接觸線、導(dǎo)線制造工藝過(guò)程是經(jīng)配料、熔化、保溫、上引連鑄制成一定直徑的毛坯銅合金桿，再經(jīng)過(guò)拉拔、冷軋等工序加工成絞線或接觸線。由于鎂元素的腐蝕性和活潑性，在熔化、保溫過(guò)程中會(huì)對(duì)熔銅爐、保溫爐的爐襯產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕作用，爐齡短則7天，長(zhǎng)則一個(gè)月。爐襯的頻繁損壞不僅使生產(chǎn)成本提高，而且還造成工藝性能波動(dòng)，致使毛坯合格率僅可達(dá)到70％左右。本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，改變合金配方，在銅的基體中加入少量的鎂和錫，制成一種鎂錫銅三元合金，鎂和錫溶入銅中與銅形成固溶體，加劇晶格畸變，起到復(fù)合強(qiáng)化作用。通過(guò)控制鎂、錫的添加量，使其力學(xué)性能、導(dǎo)電性能與目前廣泛使用銅鎂二元合金基本不變，目視觀察抗氧化性能有明顯提高，在應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)中端面收縮率指標(biāo)提高近23％。該三元合金絞線、接觸線最突出的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)錫的加入，減小鎂的腐蝕作用，在熔銅過(guò)程中明顯減少合金液對(duì)爐襯的腐蝕損壞，爐齡大幅度提高，且由于工藝穩(wěn)定，毛坯成材率接近百分之百。因此本發(fā)明是目前大量使用的鎂銅合金絞線最為合適的替代產(chǎn)品。
圖1所示為生產(chǎn)鎂錫銅合金桿坯的上引爐的示意圖，圖中左側(cè)為熔銅爐1，右側(cè)為保溫爐6，均采用工頻感應(yīng)爐。其原邊線圈10接電源，副邊線圈即是熔化的銅水。原料首先在熔銅爐中熔化，繼而流入保溫爐，由于保溫爐中的銅水受熱后向上涌動(dòng)，形成強(qiáng)烈的對(duì)流，這種對(duì)流起到攪拌作用，使合金材料變得均勻。結(jié)晶器5設(shè)置在保溫爐中，成分均勻化的合金液體經(jīng)結(jié)晶器上引連鑄出銅合金桿坯2，上引速度150～500mm/min，冷卻水循環(huán)冷卻，進(jìn)水溫度10～40℃，出水溫度30～50℃。
以下提供幾個(gè)具體實(shí)施例取原料按下述比例加入(％)

上述原料中雜質(zhì)總量不超過(guò)0.30。
一.絞線制備，參看圖2a.熔煉按實(shí)施例配比取銅、鎂、錫原料置入熔銅爐中熔煉，當(dāng)然，也可首先將銅、鎂煉成銅鎂中間合金，爾后再加入銅、錫原料，熔銅爐溫度控制在1150±30℃。
b.保溫由熔銅爐熔化的合金液體流進(jìn)保溫爐保溫，溫度1140±20℃，經(jīng)熔化保溫的合金液體達(dá)到充分均勻化。
c.鑄桿將結(jié)晶器直接插入保溫爐液體合金中，上引連鑄制成鎂錫銅合金桿坯。上述三個(gè)步驟均在銅水上覆蓋木炭，利用木炭隔絕氧氣，以避免氧化。
d.冷軋將上述合金桿坯經(jīng)軋機(jī)冷軋，改善桿坯組織，提高力學(xué)性能，制成銅合金細(xì)桿；e.拉線上述合金細(xì)桿經(jīng)拉絲機(jī)拉制成銅合金線；f.絞線將上述銅合金絲經(jīng)絞線機(jī)制成絞線，多層絞線的絞向逐層相反，外層向右。
g.檢查、包裝。
二接觸線制備，參看圖3a.熔煉按實(shí)施例配比取銅、鎂、錫原料置入熔銅爐中熔煉，當(dāng)然，也可首先將銅、鎂煉成銅鎂中間合金，爾后再加入銅、錫原料，熔銅爐溫度控制在1150±30℃。
b.保溫由熔銅爐熔化的合金液體流進(jìn)保溫爐保溫，溫度1140±20℃，經(jīng)熔化保溫的合金液體達(dá)到充分均勻化。
c.鑄桿將結(jié)晶器直接插入保溫爐液體合金中，上引連鑄制成鎂錫銅合金桿坯。
d.冷軋將上述合金桿坯經(jīng)軋機(jī)冷軋，改善桿坯組織，提高力學(xué)性能，制成銅合金桿；e.成型軋制或拉拔將上述合金桿經(jīng)成型軋制或成型拉拔，制成接觸線。
f.檢查、包裝。
上述工藝中，可以將合金熔煉分為兩道工序，第一步首先冶煉銅鎂中間合金，第二步煉成最終的三元銅合金。在冶煉銅鎂中間合金時(shí)，其臺(tái)金成分中銅的含量為80％，鎂為20％。冶煉在真空爐中進(jìn)行，并充以0.05MPA的氬氣提供保護(hù)。在冶煉三元銅合金時(shí)，將錫投入熔化的銅液中，加入銅鎂中間合金，調(diào)節(jié)銅鎂中間合金的加入量，以獲得所需三元合金中各元素的含量。
權(quán)利要求
1.一種三元銅合金絞線、接觸線的制備方法，其特征在于，它以三元銅合金為原料，所述三元銅合金由下述百分重量的原料熔煉而成鎂0.10～0.50；錫0.10～0.4；雜質(zhì)總量不大于0.30；余量為銅；并按如下工序進(jìn)行a.熔煉按配比取銅、鎂、錫置入熔銅爐熔煉，溫度為1150±30℃；b.保溫熔化的合金液體流進(jìn)保溫爐保溫，溫度1140±20℃；c.鑄桿上引連鑄制成鎂錫銅合金桿坯；d.冷軋上述合金桿坯經(jīng)冷軋制成銅合金細(xì)桿；e.拉線上述合金細(xì)桿經(jīng)拉絲機(jī)拉制成銅合金絲；f.絞線將上述銅合金絲經(jīng)絞線機(jī)制成絞線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元銅合金絞線、接觸線的制備方法，其特征在于鎂的用量為0.13～0.43，錫的用量為0.1～0.35。
3.一種三元銅合金絞線、接觸線的制備方法，其特征在于，它以三元銅合金為原料，所述三元銅合金由下述百分重量的原料熔煉而成鎂0.10～0.5；錫0.10～0.4；雜質(zhì)總量不大于0.30；余量為銅；并按如下工序進(jìn)行a.熔煉按配稱比取銅、鎂、錫置入熔銅爐熔煉，溫度1150±30℃；b.保溫熔化的合金液體流進(jìn)保溫爐保溫，溫度1140±20℃；c.鑄桿上引連鑄制成鎂錫銅合金桿坯；d.冷軋上述合金桿坯經(jīng)冷軋制成銅合金桿；e.成型軋制或拉拔將上述合金桿經(jīng)成型軋制或成型拉拔，制成截面具有對(duì)稱溝槽的接觸線。f.檢查、包裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三元銅合金絞線、接觸線的制備方法，其特征在于鎂的用量為0.13～0.43，錫的用量為0.1～0.35。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的三元銅合金絞線、接觸線的制備方法，其特征在于所述熔煉工序分為兩步，第一步冶煉銅鎂中間合金，第二步冶煉三元銅合金，銅鎂中間合金中銅的含量為80％，鎂為20％，冶煉在真空爐中進(jìn)行，并充以0.05MPA的氬氣，第二步，將錫投入熔化的銅液中，加入銅鎂中間合金，并依照三元合金中各元素的含量調(diào)節(jié)銅鎂中間合金的加入量。
全文摘要
一種三元銅合金絞線、接觸線的制備方法，屬導(dǎo)線技術(shù)領(lǐng)域，用于提高絞線、接觸線生產(chǎn)中熔銅爐爐齡和毛坯成材率的問(wèn)題。其特別之處是，它以三元銅合金為原料，所述三元銅合金由下述百分重量的原料熔煉而成鎂0.10～0.50；錫0.10～0.4；雜質(zhì)總量不大于0.30；余量為銅；上述三元合金經(jīng)熔煉、保溫、鑄桿、冷軋等工序制成絞線、接觸線。本發(fā)明可明顯提高合金絞線、接觸線生產(chǎn)中熔銅爐爐齡和毛坯成材率，毛坯成材率接近百分之百，爐齡提高到三倍以上，使生產(chǎn)成本大大降低、生產(chǎn)率大幅度提高。經(jīng)有關(guān)部門測(cè)定，本發(fā)明鎂錫銅三元合金硬絞線，機(jī)械性能、物理性能等項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)現(xiàn)有鎂銅絞線，完全符合產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
文檔編號(hào)H01B5/00GK1776831SQ200510012849
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月27日
發(fā)明者張進(jìn)東 申請(qǐng)人:邢臺(tái)鑫暉銅業(yè)特種線材有限公司