一种接触导线用铜合金的制备方法技术

一种接触导线用铜合金的制备方法，包括：(1)熔化：将阴极铜加入熔炼炉中，添加覆盖剂，在保护气氛下进行熔化；(2)熔体除气：对得到的铜熔体进行除气，使熔体中的氧含量为50ppm及以下，对处理后的熔体进行严密覆盖及惰性气体保护；(3)合金化：将Cu‑Mg‑Zr等中间合金加入铜熔体中，得到铜合金熔体；(4)上引连铸：采用SiC/石墨复合材料内衬连铸结晶器，对所得铜合金熔体进行上引连铸，得到铜合金铸锭；(5)加工：将所得铜合金铸锭加工成接触导线。本发明专利技术得到的150mm

【技术实现步骤摘要】
一种接触导线用铜合金的制备方法
本专利技术涉及铜合金加工
，具体涉及一种接触导线用铜合金的制备方法。
技术介绍
随着技术的进步，高速铁路进一步提速至400km/h以上是未来发展的必然趋势，需要采用高强高导Cu-Cr-Zr系接触导线。由于单根接触导线要求至少1200m长，以标称150mm2的铜合金接触线计算，需要制备的线坯单卷重达到2.5吨，且要求全长范围内成分均匀。Zr为易损元素，成分均匀性难以控制，真空熔炼方式能较好解决此问题，但对设备要求较高，制备成本增加，且生产连续性差，不适于工业化生产。因此，需要开发适合于工业化生产的非真空大卷重制备方法，目前使用较普遍、具备发展前景的是上引连铸法。上引连铸为非真空制备方法，因连铸过程时间较长，Zr的控制难度较大，收得率一般低于50％，Zr元素价格昂贵，导致合金制备成本高。另一方面，传统上引连铸所使用的石墨模具，易被高强度的铸锭磨损，而且在长时间的铸造过程中发生氧化，损耗加剧，使用寿命有限，难以实现大卷重铸锭的连续铸造。为了解决Zr元素的烧损问题，常规做法是使用覆盖剂及惰性气体保护，如CN101531149B、CN101613808B、CN101618445B、CN106735003B、CN107586975B、CN108526422A等，具备一定的保护效果，但是在长时间的熔炼铸造过程中，熔体的氧含量仍然会持续增加。另一种方法是利用其他元素替代或者降低Zr含量，以降低制备难度。专利CN107287468B和CN108526422A通过添加廉价的常见元素Mg、Si等元素替代或降低Zr含量，CN103966475B和CN108277378B分别采用Ti和Ag元素代替Zr元素。但是Cu-Cr-Zr系合金优异的综合性能，是这些替代合金难以完全企及的，这也是Cu-Cr-Zr合金虽然制备难度大，但仍然备受推崇的原因。为解决模具寿命问题，专利CN108526422A公开了一种炭炭复合材料(石墨60-70，碳纤维30-40)的上引连铸模具内衬，以保证高润滑、高导热和耐高温性能。专利CN106735003B通过对石墨模具内表面施加BN或Al2O3涂层，以阻止合金棒材与石墨发生反应。但是炭炭复合材料内衬制备困难、成本过高，BN或Al2O3涂层制备困难且不能很好起到润滑作用，使用效果不佳，均难以应用于工业化生产。
技术实现思路
针对上述已有技术存在的不足，本专利技术提供一种接触导线用铜合金的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种接触导线用铜合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)熔化：将阴极铜加入熔炼炉中，添加覆盖剂，在保护气氛下进行熔化；(2)熔体除气：对经步骤(1)得到的铜熔体进行除气，对处理后的熔体进行严密覆盖及惰性气体保护；(3)合金化：将中间合金加入铜熔体中，得到铜合金熔体；(4)上引连铸：对步骤(3)所得铜合金熔体进行上引连铸，得到铜合金铸锭；(5)加工：将经步骤(4)所得铜合金铸锭加工成接触导线。进一步地，所述步骤(1)中，熔炼炉为带中间过渡仓的三炉体上引感应熔炼炉。进一步地，所述步骤(2)中，除气方法为Cu-P除气、精炼剂除气、惰性气体除气中的一种或几种的组合。进一步地，所述步骤(2)中，处理后熔体的氧含量为50ppm及以下。进一步地，所述步骤(3)中，中间合金的加入顺序为先加入Cu-Cr中间合金，待Cu-Cr中间合金完全熔化后，依次添加Cu-Mg-Zr、Cu-B和Cu-Ti中间合金；即Cr元素的加入通过Cu-Cr中间合金，B元素的加入通过Cu-B中间合金，Ti元素的加入通过Cu-Ti中间合金，Zr、Mg元素的添加通过Cu-Mg-Zr中间合金加入；Cu-Mg-Zr中间合金中元素含量为：Zr10wt％-30wt％，Mg5wt％-20wt％，其余为Cu。进一步地，所述步骤(3)中，铜合金熔体的成分为Cr0.2-0.8wt％，Zr0.02-0.2wt％，Mg0.05-0.2wt％，B0.03-0.06wt％，Ti0.03-0.2wt％，余量为Cu。进一步地，所述步骤(4)中，上引连铸过程中，对熔体中合金元素含量定时检测，间隔30～90分钟添加Cu-Mg-Zr中间合金进行补偿Zr、Mg元素，其他元素根据需要进行补偿。进一步地，所述步骤(4)中，上引连铸过程中采用上引连铸结晶器，所述上引连铸结晶器采用SiC/石墨复合材料，其配比为：SiC60wt％-70wt％，石墨30wt％-40wt％，内表面粗糙度Ra≤3.2。进一步地，所述步骤(4)中，上引连铸过程中采用的上引连铸杆坯直径为φ15-30mm，优选的，上引连铸杆坯直径采用φ20mm或φ25mm。进一步地，所述步骤(5)中，加工工艺为：固溶—连续挤压—冷拉—热处理—冷拉至成品；或者连续挤压—固溶—冷拉—热处理—冷拉至成品；或者连续挤压—冷拉—热处理—冷拉至成品。更进一步的，所述步骤(5)中，连续挤压后的杆坯直径为φ25-35mm。本专利技术得到的150mm2的Cu-Cr-Zr接触线，卷重大于2.5吨，性能可达抗拉强度560MPa-650MPa，延伸率5％-12％，电导率75-85％IACS。本专利技术的有益技术效果如下：(1)本专利技术中，添加中间合金前，对铜熔体进行除气处理，将氧含量降低至50ppm以下，再添加易氧化的合金元素，有效降低易氧化元素的损耗，提高收得率；(2)本专利技术中，通过添加Cu-Zr-Mg中间合金方式，实现Mg与Zr元素的同步添加，因Mg元素较Zr元素更易于与氧结合，能持续对熔体进行脱氧，保持熔体中的氧处于50ppm以下，从而有效降低Zr元素的氧化损失，使Zr的收得率达到70％以上。Mg相对于Zr来说较为便宜，大幅度降低合金成本。(3)本专利技术上引连铸过程中，采用价格低廉、制备方便的SiC/石墨复合材料内衬，充分利用SiC的高强度、高硬度和抗氧化性能，以及石墨的高润滑性能，降低拉铸时铸坯与铸杆的摩擦阻力，减少高强度合金铸坯对结晶器的磨损，提高结晶内衬的使用寿命；(4)本专利技术中，B和Ti元素，能够起到进一步强化合金和细化铸锭组织的作用，改善成品的综合性能，且B元素更易于与O元素结合，有利于降低Zr元素的氧化损失；(5)Mg、B的加入，持续对熔体进行脱氧，降低SiC/石墨模具的氧化烧损，可大幅度提高模具的使用寿命，增加单卷产品的重量。本专利技术提供的一种接触导线用铜合金的制备方法，在非真空条件下，通过降低熔体中氧含量和添加Cu-Mg-Zr中间合金，实现Mg与Zr的同步加入，利用更易氧化的Mg元素保持熔体中的氧处于较低水平，减少Zr的烧损，提高Zr元素的收得率；采用SiC/石墨复合材料内衬提高连铸结晶器寿命，实现单卷重2.5吨Cu-Cr-Zr系接触线的低成本制备。本专利技术所制备得到的接触导线用铜合金的成分为Cr0.2-0.8wt％，Zr0.02-0.2wt％，Mg0.05-0.2wt％，B0.03-0.06wt％，Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种接触导线用铜合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)熔化：将阴极铜加入熔炼炉中，添加覆盖剂，在保护气氛下进行熔化；/n(2)熔体除气：对经步骤(1)得到的铜熔体进行除气，对处理后的熔体进行严密覆盖及惰性气体保护；/n(3)合金化：将中间合金加入铜熔体中，得到铜合金熔体；/n(4)上引连铸：对步骤(3)所得铜合金熔体进行上引连铸，得到铜合金铸锭；/n(5)加工：将经步骤(4)所得铜合金铸锭加工成接触导线。/n

【技术特征摘要】
1.一种接触导线用铜合金的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)熔化：将阴极铜加入熔炼炉中，添加覆盖剂，在保护气氛下进行熔化；
(2)熔体除气：对经步骤(1)得到的铜熔体进行除气，对处理后的熔体进行严密覆盖及惰性气体保护；
(3)合金化：将中间合金加入铜熔体中，得到铜合金熔体；
(4)上引连铸：对步骤(3)所得铜合金熔体进行上引连铸，得到铜合金铸锭；
(5)加工：将经步骤(4)所得铜合金铸锭加工成接触导线。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，熔炼炉为带中间过渡仓的三炉体上引感应熔炼炉。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，除气方法为Cu-P除气、精炼剂除气、惰性气体除气中的一种或几种的组合。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，处理后熔体的氧含量为50ppm及以下。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，中间合金的加入顺序为先加入Cu-Cr中间合金，待Cu-Cr中间合金完全熔化后，依次添加Cu-Mg-Zr、Cu-B和Cu-Ti中间合金；Cu-Mg-Zr中间合金中元素含量为：Zr10wt％-30wt％，Mg5wt％-20wt％，其余为Cu。

【专利技术属性】
技术研发人员：向朝建，娄花芬，张曦，管桂生，陈忠平，王金华，杨春秀，莫永达，
申请(专利权)人：中铝材料应用研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11