[发明专利]一种连续生产CuCrZr合金导线的设备及生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金制造领域，特别是一种连续生产CuCrZr合金导线的设备及生产方法。

背景技术

从2009年起我国高速电气化铁路(以下简称高铁)得到实质的飞跃式发展，京津线、京沪线和京广线相继开通。高铁最高时速达到了480公里/小时的世界纪录，目前稳定运行速度为300公里/小时。高速电气化铁路的发展对其关键部件—接触线—产生巨大的市场需求和苛刻的性能要求。要求用作接触线的材料同时具备以下特性：良好的导电性、高强度、低线密度、良好的耐磨擦性、良好的耐腐蚀性等，尤其强度和电导率是最核心指标。

目前高铁接触线采用的导体材料主要有Cu-Mg, Cu-Sn, Cu-Ag, Cu-Sn-Ag, Cu-Ag-Zr, Cu-Cr-Zr等系列Cu合金，其中Cu-Cr-Zr显示了更为优异的强度和电导率综合性能。

中国专利ZL200910097340.X披露了一种超长CuCrZr合金接触线的制备方法，合金成分质量百分数为含量为(0.30 ～0.50)％ Cr， (0.10 ～ 0.15)％ Zr， (0.01 ～ 0.02)％ Si，其余为Cu，该方法的步骤如下：

1) 感应炉升温至1200℃熔化电解Cu，采用木炭、石墨片保护，再添加Cu-Cr、Cu-Zr 及Cu-Si 中间合金；

2) 充分熔化后搅拌均匀并静置15min ；

3) 上引连铸毛坯杆；

4) 毛坯杆挤压；

5) 挤压杆退火；

6) 拉拔及轧制截面具有对称沟槽的成品接触线材；

制备抗拉强度为540 ～ 600MPa，相对电导率为(75 ～ 84)％ IACS，在400℃软化退火2h 后强度下降不超过10％的成品接触线单根长度为1000 ～ 1500m 的方法：

所采用的中间合金成分为Cu-5％ Cr、Cu-15％ Zr 及Cu-20％ Si ；

上引连铸温度为1200 ～ 1250℃，上引速率为150 ～ 250mm/min，上引毛坯杆规格为Φ16 ～ Φ22mm ；上引毛坯杆连续挤压后的挤压杆规格为Φ24 ～ Φ31mm ；挤压杆退火温度为450 ～ 500℃，退火时间为1 ～ 4h ；轧制或拉拔的成品接触线材公称截面积为110 ～ 150mm²。

上述制备方法采用的是上引连续铸造或者水平连续铸造方法，且以连续挤压和拉拔作为主要变形手段。虽然这种工艺方法简单高效，但其致命缺点是材料组织不致密，缺陷很多，拉拔过程中组织变形不彻底，芯部组织比较粗大。每经过一道拉拔，Cu合金杆的直径就减少一定比例，相应地产生一定程度的冷加工硬化效果。Cu合金杆的变形程度取决于最终横截面积与初始横截面积的比值。提高变形程度才能使Cu合金强度提高到所要求水平，也即需要降低最终横截面积与初始横截面积的比值。而实际应用的Cu合金杆横截面积已经确定，这意味着需要通过提高初始横截面积来实现大变形程度从而获得高强度。这可以通过提高连续挤压出口直径或者增大杆坯初始横截面积来实现。通过使用扩张模提高连续挤压出口直径虽然能在一定程度使杆坯粗化，但是粗化的能力是有限的，通常是从直径22 mm提高到31 mm，并且该过程存在增加内部界面的问题。而在实际生产中提高初始横截面积的难度非常大，涉及出炉口、结晶器、铸造速度、冷却强度等方面的改造，甚至有时是无法实现的。如何实现连续的大变形程度的冷加工同时晶粒横截面积又无需显著缩小是现实生产中最突出的问题。

发明内容

为了克服现有技术无法实现线材连续的大变形程度的冷加工同时横截面积又无需显著缩小的缺点，本发明提供了一种既能实现线材的无限长生产，在线材连续的大变形程度的冷加工的同时晶粒的横截面积又无需显著缩小的连续生产CuCrZr合金导线的设备及其生产方法。

一种连续生产CuCrZr合金导线的设备，包括推送装置和ECAP装置（等通道转角挤压装置），ECAP装置至少有两个，推送装置包括机架和设置于机架上的多个滚轮对，以及驱动滚轮转动的动力机构，型材位于两个滚轮之间；第一个ECAP装置的进口和相邻的ECAP装置之间分别设有一个推送装置；ECAP装置包括两个横截面形状完全的挤压通道和连接两个挤压通道的转角通道，两个挤压通道具有交叉角度。型材紧贴于滚轮表面，型材依靠其与滚轮之间的摩擦力被向前推送。

进一步，最后一个ECAP装置的出口处设有一个推送装置。

进一步，从第一个ECAP装置到最后一个ECAP装置的通道横截面积逐渐缩小，最后一个ECAP装置的通道的形状与成品线材的形状一致。