高速铁路用铜合金接触网导线及铜扁线的产业化研究

【摘要】：随着我国高速铁路网的快速发展,对接触网导线的要求越来越高。铜合金导线材料由于性能优良,成为研究热点,高品质接触线的开发成为迫切需要解决的课题。同时高速列车的牵引变压器绕组对铜扁线也提出了更高的要求,铜合金扁线的研究也是热点之一。本文为国家科技支撑计划项目“高速铁路专用铜合金导线产业化开发”(2007BAE23B00)中的课题1——铜银、铜锡合金导线产品产业化技术研究(2007BAE23B01)和课题3——连续挤压铜合金扁线产业化技术研究(2007BAE23B03)的部分研究内容。 铜合金接触网导线的关键技术是：掌握SCR连铸连轧工艺生产铜银、铜锡等高铁用铜合金导线的配方；形成连续化生产条件下微合金配置的成套技术和工艺装备；形成柔性化的SCR连铸连轧工艺制备铜合金的技术和装备：解决制备微合金化铜合金材料强化技术,满足高铁对高强高导材料的需求。 连续挤压铜合金扁线的关键技术是：掌握铜及铜银合金在挤压轮槽、腔体、模具中流动及热力场分布规律；实现腔体、模具材料与腔体、模具结构的最佳组合；掌握影响挤压合金产品质量因素；实现连续挤压铜合金扁线的产业化生产。进行铜包钢导线材料连续挤压的工程问题研究,利用法向连续挤压机进行铜包钢线生产的探索和实验。 论文的主要研究工作及研究成果如下： 通过开展产业化条件下的铜银、铜锡、合金导线制备技术及装备研究,解决主要关键技术,即在合金配方、微合金化技术、强化技术、柔性化生产等产业化技术研究方面和产品生产工艺、质量控制技术研究、在线实时检测等方面进行研究。在国内率先提出并实现“强电磁搅拌+SCR连铸连轧+冷拉／冷轧工艺”制备铜合金导线的工艺路线,并将研究成果应用到了实际生产之中。课题研究期间累计生产铜合金导线产品13349.712吨(其中：铜银合金8936.077吨,铜锡合金4298.072吨),累计实现销售收入8.83亿元,利润6181.75万元。 通过开展“双进多出工艺”研究,在单轮槽连续挤压上,实现“超小截面、超大宽窄比”的铜及铜银合金扁线挤压生产,在连续挤压材料制备工艺上具有创新性。 在云南铜业的TLJ-300Conform连续挤压机上,通过开展创新设计腔体结构,采用嵌入组合的方式将关键部位材料升级,设计开发出组合腔体,提高了腔体的高温性、易修复性,提高寿命降低成本。大大提高了生产效率和产量,获得了很好的经济和社会效益(课题完成后累计生产铜及铜合金扁线产品4821.905吨,实现销售收入2.39亿元,税收560万元,利润498万元)。 通过数值模拟研究获得了连续挤压过程中压力场、温度场、金属流动等规律,开发出适于高强铜银合金生产的高强、高性能模具及合理的腔体结构,在模具制备方面具有创新性。 通过开展连续挤压包覆材料(铜包钢)变形过程机理的研究,利用昆明理工大学自制的LJ350型法向连续挤压机,开展连续挤压铜包钢线的研究,掌握优化了相关参数,解决了相关工程化的关键问题,得到了铜包钢线材样品。