一种电气化铁路用Cu-Cr-Zr合金接触线的制造方法技术

一种电气化铁路用Cu‑Cr‑Zr合金接触线的制造方法，属电气化铁路材料制造技术领域，涉及Cu‑Cr‑Zr材料上引连续铸造技术及Cu‑Cr‑Zr材料轧制技术。制造方法为采用上引连续铸造技术制备Cu‑Cr‑Zr铜杆，将上引连续铸造铜杆进行轧制得到接触线坯料，将轧制后的坯料再进行拉拔冷变形，时效处理后再进行冷拉拔即可获得接触线。本发明专利技术实现了高速铁路Cu‑Cr‑Zr接触线的大长度、大单重产业化生产，具有性能优异，质量稳定，连续化作业，材料利用率高等优势，可实现规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种电气化铁路用Cu-Cr-Zr合金接触线的制造方法
本专利技术涉及电气化铁路的材料制造
，具体地，涉及一种电气化铁路用Cu-Cr-Zr合金接触线的制造方法。
技术介绍
铁路高速化已成为电气化铁路的主要发展趋势，到目前为止，已建成高速电气化铁路的国家有中国、日本、法国、德国、意大利、西班牙和比利时。我国京沪高速铁路速度目标为350km/h(全长1300km)，耗资达1000亿元人民币，这个速度也是国际高速电气化铁路的发展趋向。京沪轮轨高速电气化铁路对接触线提出了抗拉强度＞600MPa，导电率＞80％IACS的要求。可以看出轮轨高速电气化对接触线的性能要求是相当高的。根据高速列车对接触线的要求，世界发达国家都在发展自己的高速铁路接触线，接触线的材质和品种繁多，但接触线向铜合金化和复合金属化的发展已成为世界接触线发展的总趋势。公认的比较理想的铜合金接触线材料是时效强化型的Cu-Cr-Zr合金，高强度和高导电始终是接触线性能要求的重要指标，而对于铜合金接触线，长期以来一直存在着高强度与高导电率之间的矛盾，在各种制备材料的方法中，而只有利用时效析出强化则可以使铜合金的强度和导电性达到较好的结合。到目前为止,世界各国所开发出来的接触线材均满足不了高速铁路的发展对接触线材料的要求，而我国高速电气化铁路正在迅速发展，显然接触线有着很大的国内外市场。目前Cu-Cr-Zr合金主要的制备方法有真空感应熔炼、下引半连续铸造等，受到熔炼环境的限制，熔炼的Cu-Cr-Zr合金不能有效解决铸坯中Cr、Zr主要合金元素分布及均匀性的问题，还存在铸坯杂质含量高、气体元素含量高、铸态组织相对粗大等诸多问题的，降低了合金的性能。最重要的是不能实现大长度大单重的连续生产，生产效率低、生产工艺流程长、生产成本高等，无法满足电气化铁路接触线的产品要求。鉴于以上，必须尽快地在高起点、高质量的基点上进行新一代接触线产品的研究与开发，开发高质量连续铸造Cu-Cr-Zr合金势在必行。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种电气化铁路用Cu-Cr-Zr合金接触线的制造方法。本专利技术实现了高速铁路Cu-Cr-Zr接触线的大长度、大单重产业化生产，具有性能优异，质量稳定，连续化作业，材料利用率高等优势，可实现规模化生产。为实现上述目的，本专利技术提供了一种电气化铁路用Cu-Cr-Zr合金接触线的制造方法，所述Cu-Cr-Zr合金的化学组成及重量百分比为：Cr:0.2％-1.0％，Zr:0.02％-0.2％,Cu:余量；所述Cu-Cr-Zr合金材料高铁接触线的制造方法包括以下步骤：第一步：按照上述Cu-Cr-Zr合金的成分要求Cr:0.2％-1.0％，Zr:0.02％-0.2％，Cu:余量，对各合金元素进行配比，选择并准备相应的原料；第二步：根据各元素的配比及各自特定的加入方式进行熔炼，将原料装入熔炼炉，Cr和Zr以包芯线的形式加入，Cu选用无氧铜杆形式加入，将三种原材料加入熔炼炉内，送料进入加料区域的同时进行加热，整个过程充入氩气保护，确保合金溶液在碳基坩埚系统的自然脱氧环境中获得足够的保温时间后开始上引铸造，获得Φ40-60mm的铜杆坯料；第三步：将铜杆坯料进行加热轧制，加热温度800-1000℃，多道次轧制获得Φ30-50mm的热轧坯料；第四步：将Φ30-50mm的热轧坯料进行固溶热处理，固溶温度850-1000℃，保温时间1-3小时，水淬；第五步：将固溶热处理后的Φ30-50mm坯料进行多道次冷轧或冷拉拔，获得Φ20-30mm冷轧坯料；第六步：将Φ20-30mm冷轧坯料进行时效热处理，时效温度400-500℃，保温时间2-5小时；第七步：将时效后的Φ20-30mm坯料进一步进行多道次拉拔，获得带有槽子的成品盘圆线材。优选的，在所述第二步中，所述上引铸造是将合金溶液盛放于碳基坩埚系统中保温；将进液通道自冷却装置的底部穿入冷却装置并固定好后，垂直浸入合金溶液中，冷却装置不完全浸入合金溶液；将引杆的一端与进液通道连接并与金属液接触，另一端装配于上引铸造机；启动上引铸造机将引杆牵出，合金溶液进入进液通道，并在固液界面处不断冷却结晶形成铜杆，在引杆的拉动下逐渐将所述铜杆牵出，牵出时带来负压使合金溶液不断进入进液通道，继续进行冷却结晶。在上述任一方案中优选的是，在所述第三步中，多道次轧制的具体步骤为：设定总轧制量和轧制道次数；对加热炉进行调节，使加热炉内温度升高到设定目标温度；当加热炉升高到目标温度后，将铜杆坯料放入到加热炉中进行保温，确保铜杆坯料受热均匀；在保温的过程中，设置轧辊的下压量，调节相邻轧辊之间的距离至设定值；在将铜杆坯料取出前，先启动轧机，使其稳定到设定速度；保温结束后，将铜杆坯料从加热炉中取出，迅速放入所述轧机中进行多道次等温热轧；将热轧后的铜杆坯料放在空气中进行空冷，得到热轧坯料。在上述任一方案中优选的是，在所述第三步中，所述铜杆坯料的边角需要经过提前打磨，所述设定速度为0.5-0.6m/s；保温时间为12-15min。在上述任一方案中优选的是，在所述第四步中，所述固溶热处理的具体步骤为：将热轧坯料于固溶温度900～950℃，保温0.5～1h，实现固溶；以1～1.2℃/min的降温速率使热轧坯料降温到850～880℃，保温0.3～1h；以7～9℃/min的升温速率使热轧坯料升温到980～1000℃，保温0.2～1h，出炉，水淬。在上述任一方案中优选的是，在所述第六步中，所述时效热处理的具体步骤为：完成固溶处理后以8-10℃/min的速度冷却至450-500℃并保温，保温时间为1-2.5h，随后空冷至室温；随后以8-10℃/min的速率加热至450-500℃并保温1-2.5，最后空冷至室温。在上述任一方案中优选的是，在所述第七步中，进行多道次拉拔之后还可对坯料进行深过冷处理，使坯料冷却到-120℃～-150℃，并保持2-3h，随后置于大气中使其恢复至室温；深过冷处理时的降温速度为12-15℃/min。本专利技术是根据多年的实际应用实践和经验所得，采用最佳的技术手段和措施来进行组合优化，获得了最优的技术效果，并非是技术特征的简单叠加和拼凑，因此本专利技术具有显著的意义。本专利技术的有益效果为：1.本专利技术实现了高速铁路Cu-Cr-Zr接触线的大长度、大单重产业化生产，具有性能优异，质量稳定，连续化作业，材料利用率高等优势，可实现规模化生产。2.本专利技术采用上引连铸技术作为新型的铜合金线棒材生产技术，生产的线坯材料成分均匀，工艺流程短、产品性能稳定，革新了Cu-Cr-Zr合金传统加工制造工艺，缩短工艺流程，提高产品性能，使加工生产过程进一步向节能、节材、环保方向发展。3.本专利技术引进上引连续铸造技术，突破了Cu-Cr-Zr合金材料传统制备难题，获得Cu-Cr-Zr合金上引铜杆坯料，实现大长度大单重产业化连续生产；通过上引连续铸造技术获得Cu-Cr-Zr合金圆杆坯料，Cu-Cr-Zr接触线的制造实现连续生产。该方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电气化铁路用Cu-Cr-Zr合金接触线的制造方法，其特征在于，所述Cu-Cr-Zr合金的化学组成及重量百分比为：Cr:0.2％-1.0％，Zr:0.02％-0.2％,Cu:余量；所述Cu-Cr-Zr合金材料高铁接触线的制造方法包括以下步骤：/n第一步：按照上述Cu-Cr-Zr合金的成分要求Cr:0.2％-1.0％，Zr:0.02％-0.2％，Cu:余量，对各合金元素进行配比，选择并准备相应的原料；/n第二步：根据各元素的配比及各自特定的加入方式进行熔炼，将原料装入熔炼炉，Cr和Zr以包芯线的形式加入，Cu选用无氧铜杆形式加入，将三种原材料加入熔炼炉内，送料进入加料区域的同时进行加热，整个过程充入氩气保护，确保合金溶液在碳基坩埚系统的自然脱氧环境中获得足够的保温时间后开始上引铸造，获得Φ40-60mm的铜杆坯料；/n第三步：将铜杆坯料进行加热轧制，加热温度800-1000℃，多道次轧制获得Φ30-50mm的热轧坯料；/n第四步：将Φ30-50mm的热轧坯料进行固溶热处理，固溶温度850-1000℃，保温时间1-3小时，水淬；/n第五步：将固溶热处理后的Φ30-50mm坯料进行多道次冷轧或冷拉拔，获得Φ20-30mm冷轧坯料；/n第六步：将Φ20-30mm冷轧坯料进行时效热处理，时效温度400-500℃，保温时间2-5小时；/n第七步：将时效后的Φ20-30mm坯料进一步进行多道次拉拔，获得带有槽子的成品盘圆线材。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电气化铁路用Cu-Cr-Zr合金接触线的制造方法，其特征在于，所述Cu-Cr-Zr合金的化学组成及重量百分比为：Cr:0.2％-1.0％，Zr:0.02％-0.2％,Cu:余量；所述Cu-Cr-Zr合金材料高铁接触线的制造方法包括以下步骤：
第一步：按照上述Cu-Cr-Zr合金的成分要求Cr:0.2％-1.0％，Zr:0.02％-0.2％，Cu:余量，对各合金元素进行配比，选择并准备相应的原料；
第二步：根据各元素的配比及各自特定的加入方式进行熔炼，将原料装入熔炼炉，Cr和Zr以包芯线的形式加入，Cu选用无氧铜杆形式加入，将三种原材料加入熔炼炉内，送料进入加料区域的同时进行加热，整个过程充入氩气保护，确保合金溶液在碳基坩埚系统的自然脱氧环境中获得足够的保温时间后开始上引铸造，获得Φ40-60mm的铜杆坯料；
第三步：将铜杆坯料进行加热轧制，加热温度800-1000℃，多道次轧制获得Φ30-50mm的热轧坯料；
第四步：将Φ30-50mm的热轧坯料进行固溶热处理，固溶温度850-1000℃，保温时间1-3小时，水淬；
第五步：将固溶热处理后的Φ30-50mm坯料进行多道次冷轧或冷拉拔，获得Φ20-30mm冷轧坯料；
第六步：将Φ20-30mm冷轧坯料进行时效热处理，时效温度400-500℃，保温时间2-5小时；
第七步：将时效后的Φ20-30mm坯料进一步进行多道次拉拔，获得带有槽子的成品盘圆线材。


2.根据权利要求1所述的电气化铁路用Cu-Cr-Zr合金接触线的制造方法，其特征在于，在所述第二步中，所述上引铸造是将合金溶液盛放于碳基坩埚系统中保温；将进液通道自冷却装置的底部穿入冷却装置并固定好后，垂直浸入合金溶液中，冷却装置不完全浸入合金溶液；将引杆的一端与进液通道连接并与金属液接触，另一端装配于上引铸造机；启动上引铸造机将引杆牵出，合金溶液进入进液通道，并在固液界面处不断冷却结晶形成铜杆，在引杆的拉动下逐渐将所述铜杆牵出，牵出时带来负压使合金溶液不断进入进液通道，继续进行冷却结晶。


3....

【专利技术属性】
技术研发人员：王聪利，庾高峰，张航，靖林，吴斌，武旭红，王文斌，张琦，马明月，李小阳，
申请(专利权)人：陕西斯瑞新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61