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1、高速铁路接触线用铜及铜合金 加工技术 钟 毅 2009年7月27日,一、高速铁路对接触线的要求,1.接触线的概念 接触线是一种传输电力的裸线电缆,广泛应用于铁路、公交、矿山、冶金等行业。 其中电气化铁路用量最大、而高速铁路电气化对接触线技术和质量要求最高。,一、高速铁路对接触线的要求,2.“十一五”期间高速铁路对接触线的需求量 1）时速：200250km;里程：4343km 2）时速：300350km;里程：5457km,一、高速铁路对接触线的要求,3. 技术要求 随着铁路电气化的高速发展，铁路运输一再提速，对于电气化铁路用接触线性能要求越来越高。接触线长期接受一定的张力，悬挂在铁路线路的上方
2、，通过与电力机车受电弓滑板接触摩擦，向电力机车传输电流。其工作状态可知，对接触线有着不限于一般导体的技术要求,电阻率小，导电率高； 高的机械强度和综合机械性能； 接触线有较好的耐软化性能； 较好的耐磨耗性能； 接触线的机械性能均匀性好，架设后平顺度好； 较好的耐大气腐蚀性能、价格低廉等。,一、高速铁路对接触线的要求,一、高速铁路对接触线的要求,4.执行标准 BT / T 2809-2005 成份要求,一、高速铁路对接触线的要求,机械性能要求,一、高速铁路对接触线的要求,电阻率的要求,二、接触线用铜及铜合金,1.已可规模化生产的铜及铜合金接触线 纯铜（CT）： 纯铜接触线具有良好导电性； 机械强
3、度太低，为250MPa.110m2拉断力仅为27.5KN；经过冷加工强度可 达350MPa，称为硬拉纯铜接触线，其拉断力可达38.5KN。 表面和内部硬化程度不均匀，内、外磨损不一致： 抗高温软化性能差。 工作温度:90 显然，不能用于中、高速铁路。,二、接触线用铜及铜合金,铜银（CTA、CTHA）： 铜银合金（CTA、CTHA）接触线具有良好导电性96.5%IACS； 机械强度，为350MPa.110m2拉断力仅为38.85KN； 工作温度:150，载流量可提高1326%； 抗高温软化性能：软化后降低46%；延伸率提高0.71.2%。 可用于300KM/H以下的高速铁路。,二、接触线用铜及铜
4、合金,铜镁CuMg0.2-0.5（CTM、CTMH）： 铜镁（CTM、CTMH）接触线具有良好导电性,6277%IACS； 机械强度，为420490MPa.120m2拉断力为5759KN； 工作温度:150，载流量可提高1326%； 抗高温软化性能：软化后降低11.4%；延伸率提高5.4%。 可用于300KM/H以上的高速铁路。,二、接触线用铜及铜合金,铜锡CuSn0.04-0.6（CTS）： 铜锡CuSn0.04-0.6（CTS）接触线具有良好导电性,6093.2%IACS； 机械强度，为367460MPa.120m2拉断力为44.150.82KN； 工作温度:150，载流量可提高1326%
5、； 抗高温软化性能：软化后降低8.15%，延伸率提高26%。 可用于300KM/H以上的高速铁路。,二、接触线用铜及铜合金,铜包钢（CSD、CS）铝包钢（TA),二、接触线用铜及铜合金,2.小规模试验阶段的铜合金接触线 铜铬锆（PHC)： 铜铬锆接触线具有良好导电性,5078%IACS； 机械强度，为550680MPa.110m2拉断力为61.5KN； 工作温度:150，载流量可提高1326%； 抗高温软化性能好 耐磨性好 可用于350KM/H以上的高速铁路。,二、接触线用铜及铜合金,三、铜及铜合金接触线生产技术,针对纯铜、铜锡、铜银、铜镁这类固溶度较高、合金含量低的合金以及钢热镀铜，生产过程
6、中不需考虑均匀化、偏析问题的接触线。因此现有的生产技术均可达到连续生产商业化目的，国内外均有大型规模化的生产设备。 现有生产技术包括： 1、 连铸连轧+冷拉 2、上引连铸+连续挤压+冷拉 3、连铸连轧+连续挤压+冷拉 4、溶铜浸渍+轧制+冷拉,三、铜及铜合金接触线生产技术,1. 连铸连轧+冷拉 其主要工艺流程为：合金成份设计铜合金熔炼连铸连轧预拉拉拔成形检测。 铜及铜合金的连铸连轧生产线主要有： 意大利的Properzi系统，Properzi系统采用双轮铸造机和Y型轧制机，对大截面锭坯，在原轧机前加两平一立辊机架，箱式孔型。 美国的Southwire系统， Southwire系统采用一大四小的
7、五轮铸造机，平立辊轮轧机，箱-辊-圆系统 德国的Hazelett系统。Hazelett系统与Southwire系统基本相同，但铸机改为“无轮双钢带式”,三、铜及铜合金接触线生产技术,三、铜及铜合金接触线生产技术,三、铜及铜合金接触线生产技术,2.上引连铸+连续挤压+冷拉 上引铸造法是60年代束期由芬兰奥托昆普公司开发的一种经济 简易的连续铸造方法。其原理是将石墨模垂直插入熔融的铜液内 根据虹吸原理， 铜液在抽成真空的石墨模内 上升至一定高度， 当锕液进入石墨模外面有冷却套的那一段肘，铜液即被冷却凝固， 从而可缓慢地从嵌有密封圈的上部引出。,三、铜及铜合金接触线生产技术,3.连铸连轧+连续挤压+
8、冷拉 连续挤压：模腔位于挤压轮侧面，坯料在旋转挤压轮的带动下进入挤压腔内，在轮槽摩擦力的作用下，坯料温度升高压力加大，达到一定值后便从模孔中挤出，形成管材或型材产品。根据设备品种不同，坯料可以是一根，也可以是两根；根据坯料材料的不同，可以挤压铝、铜及其合金。,三、铜及铜合金接触线生产技术,4.溶铜浸渍+轧制+冷拉 其主要工艺流程为：钢丝表面处理预热处理烘干钢线在铜液中浸涂包覆线的冷却和加工变形。其原理是将经过表面清洗和预处理的钢芯线穿过铜液的熔池，钢芯线处于铜液中，依靠高温作用下两种金属原子间的相互扩散，产生冶金结合（如下图）；控制芯线的移动速度，使铜镀层的厚度控制在合理的范围内。,三、铜及铜
9、合金接触线生产技术,四、铜及铜合金接触线在研技术,1. 合金材料的连铸连轧 Properzi增加了在线加热与冷却，以适应合金材料不同的热加工温度和在线淬火的需求，收排线后进行时效处理。但由于轮式铸机的限制，容易形成铸造裂纹，产生断坯。此外，偏析、组织不均匀性缺陷无法避免。因此对于高合金材料，此工艺难以实现。 Hazelette连铸由于采用无辊水冷钢带式铸造，可以解决Properzi铸造的断坯问题，但是对于铸造的传统问题，如偏析、组织不均匀依然存在。在连铸连轧不可能实现均匀化处理，因此，对于高合金材料仍然难以实现,四、铜及铜合金接触线在研技术,2.半固态连铸连轧 在连铸机前引入半固态的铜合金，利
10、用半固态合金的特点，获得球形、均匀的半固态浆料，克服传统铸造中的缺陷，有望较好实现合金材料的连铸连轧生产。,四、铜及铜合金接触线在研技术,3. 喷射沉积连续挤压 本研究在喷射沉积和连续挤压的基础上进行技术集成，不但可有效解决常规铸锭方法的缺陷及喷射沉积的稳定性问题，还可以实现在线压实成形，在理论上和技术上都具有创新性,四、铜及铜合金接触线在研技术,近终形、短流程，节省能耗30%左右 （高效率） 形成成分均匀的高合金产品 （减少偏析） 可消除喷射沉积材料在底托上形成的孔隙 （在线压实） 可克服大块沉积金属的组织不均匀类问题 （稳定的边界条件） 可大幅提高成材率 （减少制坯过程）,四、铜及铜合金接触线在研技术,4.铜包钢连续挤压技术成套设备 （连续挤压机+超音频感应加热装置）,四、铜及铜合金接触线在研技术,五、结论,1. 高速铁路接触线用铜及铜合金对于现有铁道部标准TB / T 2809-2005我国已具备生产能力。 2. 对于国外在大力开展的铜铬锆、铜铁、铜铌、铜多元微合金化等接触线材料及其加工技术，我国应加快研究和发展步伐。,谢 谢！,
