高速铁路接触线用铜及铜合金加工技术

三、铜及铜合金接触线生产技术
1. 连铸连轧+冷拉 . 连铸连轧+
其主要工艺流程为：合金成份设计→铜合金熔炼→ 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。 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： 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 Properzi系统 意大利的Properzi系统，Properzi系统采用双轮铸造机和 型轧制机，对大截面锭坯，在原轧机前加两平一立辊机架， 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。 孔型。 美国的Southwire系统， Southwire系统采用一大四小的 Southwire系统 美国的Southwire系统， Southwire系统采用一大四小的 五轮铸造机，平立辊轮轧机， 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 Hazelett系统 系统与Southwire 德国的Hazelett系统。Hazelett系统与Southwire系统基 本相同，但铸机改为“ 本相同，但铸机改为“无轮双钢带式”
二、接触线用铜及铜合金
铜镁CuMg0.2CTM、CTMH）： 铜镁CuMg0.2-0.5（CTM、CTMH）： 铜镁（CTM、CTMH）接触线具有良好导电性,62～77%IACS； 铜镁（CTM、CTMH）接触线具有良好导电性,62～77%IACS； 机械强度， 420～490MPa.120m 拉断力为57 59KN 57～ KN； 机械强度，为420～490MPa.120m2拉断力为57～59KN； MPa 工作温度:150℃，载流量可提高13～26%； 工作温度:150℃ 载流量可提高13～26% 13 抗高温软化性能：软化后降低11. 抗高温软化性能：软化后降低11.4%；延伸率提高5.4%。 11 延伸率提高5 可用于300KM/H以上的高速铁路。 用于300KM/H以上的高速铁路。 300KM/H以上的高速铁路
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 上引连铸+连续挤压 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 上引铸造法是 年代束期由芬兰奥托昆普公司开发的一种经 简易的连续铸造方法。 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． 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， 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。 冷却凝固， 从而可缓慢地从嵌有密封圈的上部引出。
一、高速铁路对接触线的要求
4.执行标准 4.执行标准
成份要求
铜及铜合金类 ω(Cu) 别 铜 铜银合金 99.90] 余量 ω(Ag) — 0.08～ 0.12 — — — 其他杂 ω（Bi ω（pb ω(Mg) ω（Sn） ω（O） ω（P） 质总和 ） ） ≦ ≦0.000 ≦0.030 ≦0.005 — — — 0.03 5 0 0 ≦0.000 — — 0.03 — — 0.03 5 0.1～ — — — ≦0.01 0.1 0.3 0.4～ — — — ≦0.01 0.1 0.7 0.15～ — — — — 0.1 0.55
一、高速铁路对接触线的要求
电阻率小，导电率高； 电阻率小，导电率高； 高的机械强度和综合机械性能； 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； 接触线有较好的耐软化性能； 较好的耐磨耗性能； 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； 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。 较好的耐大气腐蚀性能、价格低廉等。
二、接触线用铜百度文库铜合金
铜包钢（CSD、CS）铝包钢（ 铜包钢（CSD、CS）铝包钢（TA)
材料 制造方法 强度（MPa） 导电率 （%IA CS） 60 80 46.5
铜包钢（CS） 铜包钢（CSD） 铝包钢（TA）
复合 热浸涂 连续挤压
659 398 349
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 2.小规模试验阶段的铜合金接触线
360 360 350 350 360 360 440 430 500 490 430 420
39.96 43.56 38.85 42.35 39.96 43.56 48.84 52.03 55.5 59.29 47.73 50.92
— — 34.96 38.12 35.96 39.2 43.96 46.83 49.95 53.36 42.96 45.74
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30
6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6
1d 1d 1d 1d 1d 1d 1d 1d 1d 1d 1d 1d
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
一、高速铁路对接触线的要求
电阻率的要求
接触线型号（不含规格） 接触线型号（不含规格） CT CTA、 CTA、CTAH CTM CTMH CTS 电阻率（20℃） 电阻率（20℃）mm2/m 0.01777 0.01777 0.0224 0.02778 0.02395
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 1.已可规模化生产的铜及铜合金接触线
二、接触线用铜及铜合金
铜锡CuSn CTS）： 铜锡CuSn0.04-0.6（CTS）： 铜锡CuSn CTS）接触线具有良好导电性,60～93. IACS； 铜锡CuSn0.04-0.6（CTS）接触线具有良好导电性,60～93.2%IACS； 机械强度， 367～460MPa.120m 拉断力为44 44. 50.82KN KN； 机械强度，为367～460MPa.120m2拉断力为44.1～50.82KN； MPa 工作温度:150℃，载流量可提高13～26%； 工作温度:150℃ 载流量可提高13～26% 13 抗高温软化性能：软化后降低8 15% 延伸率提高2 抗高温软化性能：软化后降低8.15%，延伸率提高2～6%。 可用于300KM/H以上的高速铁路 用于300KM/H以上的高速铁路。 300KM/H以上的高速铁路
2809BT / T 2809-2005
铜镁合金 余量 [ω(Mg)=0.2%] 铜镁合金 余量 [ω(Mg)=0.5%] 铜锡合金 余量
注：铜类中，无氧铜的铜含量为99.95%，氧含量≦0.0030%
一、高速铁路对接触线的要求
机械性能要求
型号 抗拉强度 MPa不小于 MPa不小于
拉断力KN不小于 拉断力KN不小于 KN
二、接触线用铜及铜合金
铜银（CTA、CTHA）： 铜银（CTA、CTHA）： 铜银合金（CTA、CTHA）接触线具有良好导电性96 96. IACS； 铜银合金（CTA、CTHA）接触线具有良好导电性96.5%IACS； 机械强度， 350MPa.110m 拉断力仅为38 85KN 38. KN； 机械强度，为350MPa.110m2拉断力仅为38.85KN； MPa 工作温度:150℃ 载流量可提高13～26% 工作温度:150℃，载流量可提高13～26%； 13 抗高温软化性能：软化后降低4 抗高温软化性能：软化后降低4～6%；延伸率提高0.7～1.2%。 延伸率提高0 可用于300KM/H以下的高速铁路。 用于300KM/H以下的高速铁路。 300KM/H以下的高速铁路
一、高速铁路对接触线的要求
2.“十一五” 2.“十一五”期间高速铁路对接触线的需求量
1）时速：200～250km;里程：4343km 时速：200～250km;里程： 里程 时速：300～350km;里程 里程： 2）时速：300～350km;里程：5457km
一、高速铁路对接触线的要求
3. 技术要求
纯铜（CT） 纯铜（CT）： 纯铜接触线具有良好导电性； 纯铜接触线具有良好导电性； 机械强度太低，为 250MPa.110m2 拉断力仅为27.5KN；经过冷加工 机械强度太低， 250MPa.110m 拉断力仅为27. KN； MPa 27 350MPa 称为硬拉纯铜接触线，其拉断力可达38 KN。 MPa， 38. 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， 表面和内部硬化程度不均匀，内、外磨损不一致： 外磨损不一致： 抗高温软化性能差。 抗高温软化性能差。 工作温度:90℃ 工作温度:90℃ 显然，不能用于中、高速铁路。 显然，不能用于中、高速铁路
二、接触线用铜及铜合金
材料 Cu-Nb（18%） Cu-Fe（20%） Cu-0.27%Zr0.22%Cr0.5%Al Cu-Mg-Sn-PRe(微量） 强化机理 原位复合纤维强化 原位复合纤维强化 弥散强化 强度（MPa） 1480 950 517 导电率（%IACS） 66 69 61
固溶强化
随着铁路电气化的高速发展，铁路运输一再提速， 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， 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，通过与电力机车受电弓滑板接触摩擦， 悬挂在铁路线路的上方，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， 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
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、 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。 矿山、冶金等行业。 其中电气化铁路用量最大、 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。 和质量要求最高。
未软化
软化后
伸长率 未软化） （未软化） %不小于
扭转圈数（ 扭转圈数（至 断开） 断开）不下于
反复弯曲（至断裂） 反复弯曲（至断裂）
卷绕
弯曲半径mm 弯曲半径mm
次数不小于
卷绕直 径
圈数不小 于
CT110 CT120 CTA110 CTA120 CTAH110 CTAH120 CTM110 CTM120 CTMH110 CTMH120 CTS110 CTS120
铜铬锆（PHC)： 铜铬锆（PHC)： 铜铬锆接触线具有良好导电性,50～78%IACS； 铜铬锆接触线具有良好导电性,50～78%IACS； 机械强度， 550～680MPa.110m 拉断力为61 KN； 61. 机械强度，为550～680MPa.110m2拉断力为61.5KN； MPa 工作温度:150℃ 载流量可提高13～26% 工作温度:150℃，载流量可提高13～26%； 13 抗高温软化性能好 耐磨性好 可用于350KM/H以上的高速铁路。 用于350KM/H以上的高速铁路。 350KM/H以上的高速铁路
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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、 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，生产过程中不需考虑均匀化、 的合金以及钢热镀铜，生产过程中不需考虑均匀化、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， 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。 内外均有大型规模化的生产设备。 现有生产技术包括： 现有生产技术包括： 1、 连铸连轧 冷拉 、 连铸连轧+冷拉 2、上引连铸 连续挤压 冷拉 连续挤压+冷拉 、上引连铸+连续挤压 3、连铸连轧 连续挤压 冷拉 连续挤压+冷拉 、连铸连轧+连续挤压 4、溶铜浸渍 轧制 冷拉 轧制+冷拉 、溶铜浸渍+轧制