高速铁路接触线

高速铁路接触线用铜及铜合金加工技术 2021年7月27日一、高速铁路对接触线的要求1 1.接触线的概念接触线的概念 接接触触线线是是一一种种传传输输电电力力的的裸裸线线电电缆缆,广广泛泛应应用用于于铁铁路路、公公交交、矿山、冶金等行业。矿山、冶金等行业。其其中中电电气气化化铁铁路路用用量量最最大大、而而高高速速铁铁路路电电气气化化对对接接触触线线技技术术和质量要求最高。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十一五期间高速铁路对接触线的需求量触线的需求量 1时速：时速：200250km;里程：里程：4343km 2时速：时速：300350km;里里程：程：5457km一、高速铁路对接触线的要求 3.3.技术要求技术要求 随着铁路电气化的高速开展，铁路运随着铁路电气化的高速开展，铁路运输一再提速，对于电气化铁路用接触线输一再提速，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，向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，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对接触线有着不限于一般导体的技术要求求 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。一、高速铁路对接触线的要求一、高速铁路对接触线的要求4.4.执行标准执行标准 BT/T 2809-2005BT/T 2809-2005 成份要求成份要求铜及铜合金类别(Cu)(Ag)(Mg)（Sn）（Bi）（O）（pb）（P）其他杂质总和铜99.90 0.00050.03000.00500.03铜银合金余量0.080.12 0.00050.030.03铜镁合金(Mg)=0.2%余量 0.10.30.010.1铜镁合金(Mg)=0.5%余量 0.40.70.010.1铜锡合金余量 0.150.550.1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 机械性能要求机械性能要求型号型号抗拉强度抗拉强度MPaMPa不小于不小于拉断力拉断力KNKN不小于不小于伸长率伸长率（未软化）（未软化）%不小于不小于扭转圈数（至扭转圈数（至断开）不下于断开）不下于反复弯曲（至断裂）反复弯曲（至断裂）卷绕卷绕未软化未软化软化后软化后弯曲半径弯曲半径mmmm次数不小于次数不小于卷绕直卷绕直径径圈数不小圈数不小于于CT110CT11036036039.9639.96 3 35 530306 6 1d 1d3 3CT120CT12036036043.5643.56 3 35 530306 6 1d 1d3 3CTA110CTA11035035038.8538.8534.9634.963 35 530306 6 1d 1d3 3CTA120CTA12035035042.3542.3538.1238.123 35 530306 6 1d 1d3 3CTAH110CTAH11036036039.9639.9635.9635.963 35 530306 6 1d 1d3 3CTAH120CTAH12036036043.5643.5639.239.23 35 530306 6 1d 1d3 3CTM110CTM11044044048.8448.8443.9643.963 35 530306 6 1d 1d3 3CTM120CTM12043043052.0352.0346.8346.833 35 530306 6 1d 1d3 3CTMH110CTMH11050050055.555.549.9549.953 35 530306 6 1d 1d3 3CTMH120CTMH12049049059.2959.2953.3653.363 35 530306 6 1d 1d3 3CTS110CTS11043043047.7347.7342.9642.963 35 530306 6 1d 1d3 3CTS120CTS12042042050.9250.9245.7445.743 35 530306 6 1d 1d3 3一、高速铁路对接触线的要求 电阻率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）电阻率（电阻率（2020）mm2/mmm2/mCTCT0.017770.01777CTACTA、CTAHCTAH0.017770.01777CTMCTM0.02240.0224CTMHCTMH0.027780.02778CTSCTS0.023950.02395二、接触线用铜及铜合金 1.1.已可规模化生产的铜及铜合金接触线已可规模化生产的铜及铜合金接触线 纯铜纯铜CTCT：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，为机械强度太低，为2 2拉断力仅为；经过冷加工拉断力仅为；经过冷加工强度可强度可 达达350MPa350MPa，称为硬拉纯铜接触线，其，称为硬拉纯铜接触线，其拉断力可达。拉断力可达。外表和内部硬化程度不均匀，内、外磨损不外表和内部硬化程度不均匀，内、外磨损不一致：一致：抗高温软化性能差。抗高温软化性能差。工作温度工作温度:90:90 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 铜银铜银CTACTA、CTHACTHA：铜银合金铜银合金CTACTA、CTHACTHA接触线具有良好导电性接触线具有良好导电性96.5%IACS96.5%IACS；机械强度，为机械强度，为2 2拉断力仅为；拉断力仅为；工作温度工作温度:150:150，载流量可提高，载流量可提高131326%26%；抗高温软化性能：软化后降低抗高温软化性能：软化后降低4 46%6%；延伸率提高；延伸率提高1.2%1.2%。可用于可用于300KM/H300KM/H以下的高速铁路。以下的高速铁路。二、接触线用铜及铜合金 铜镁铜镁CuMgCuMgCTMCTM、CTMHCTMH：铜镁铜镁CTMCTM、CTMHCTMH接触线具有良好导电性接触线具有良好导电性,62,6277%IACS77%IACS；机械强度，为机械强度，为4204202 2拉断力为拉断力为575759KN59KN；工作温度工作温度:150:150，载流量可提高，载流量可提高131326%26%；抗高温软化性能：软化后降低抗高温软化性能：软化后降低11.4%11.4%；延伸率提高；延伸率提高5.4%5.4%。可用于可用于300KM/H300KM/H以上的高速铁路。以上的高速铁路。二、接触线用铜及铜合金 铜锡CuSnCTS：铜锡CuSnCTS接触线具有良好导电性,6093.2%IACS；机械强度，为3672拉断力为；工作温度:150，载流量可提高1326%；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 铜包钢铜包钢CSDCSD、CSCS铝包钢铝包钢TA)TA)材料制造方法强度（MPa）导电率（%IACS）铜包钢（CS）复合65960铜包钢（CSD）热浸涂39880铝包钢（TA）连续挤压34946.5二、接触线用铜及铜合金 2.2.小规模试验阶段的铜合金接触线小规模试验阶段的铜合金接触线 铜铬锆铜铬锆PHC)PHC)：铜铬锆接触线具有良好导电性铜铬锆接触线具有良好导电性,50,5078%IACS78%IACS；机械强度，为机械强度，为5505502 2拉断力为；拉断力为；工作温度工作温度:150:150，载流量可提高，载流量可提高131326%26%；抗高温软化性能好抗高温软化性能好 耐磨性好耐磨性好 可用于可用于350KM/H350KM/H以上的高速铁路。以上的高速铁路。二、接触线用铜及铜合金材料强化机理强度（MPa）导电率（%IACS）Cu-Nb（18%）原位复合纤维强化148066Cu-Fe（20%）原位复合纤维强化95069Cu-0.27%Zr-0.22%Cr-0.5%Al弥散强化51761Cu-Mg-Sn-P-Re(微量）固溶强化45080三、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到达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系统根本相同，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.上引连铸上引连铸+连续挤压连续挤压+冷拉冷拉 上引铸造法是上引铸造法是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内 根据虹吸原理，根据虹吸原理，铜液在抽成真空的石墨模内铜液在抽成真空的石墨模内 上升至一定上升至一定高度，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，却凝固，从而可缓慢地从嵌有密封圈的上部引出。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 3.3.连铸连轧连铸连轧+连续挤压连续挤压+冷拉冷拉 连续挤压：模腔位于挤压轮侧面，坯料在旋转连续挤压：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，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，到达一定值后便从模孔中挤出，坯料温度升高压力加大，到达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。铝、铜及其合金。三、铜及铜合金接触线生产技术4.4.溶铜浸渍溶铜浸渍+轧制轧制+冷拉冷拉 其主要工艺流程为：钢丝其主要工艺流程为：钢丝外表处理外表处理预热处预热处理理烘干烘干钢线在铜液中浸涂钢线在铜液中浸涂包覆线的冷却和加工变包覆线的冷却和加工变形。其原理是将经过外表清洗和预处理的钢芯线穿过铜形。其原理是将经过外表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，产生冶金结合如以下图；控属原子间的相互扩散，产生冶金结合如以下图；控制芯线的移动速度，使铜镀层的厚度控制在合理的范围制芯线的移动速度，使铜镀层的厚度控制在合理的范围内。内。三、铜及铜合金接触线生产技术 四、铜及铜合金接触线在研技术1.1.合金材料的连铸连轧合金材料的连铸连轧 Properzi Properzi增加了在线加热与冷却，以适应合金材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，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防止。产生断坯。此外，偏析、组织不均匀性缺陷无法防止。因此对于高合金材料，此工艺难以实现。因此对于高合金材料，此工艺难以实现。Hazelette Hazelette连铸由于采用无辊水冷钢带式铸造，连铸由于采用无辊水冷钢带式铸造，可以解决可以解决ProperziProperzi铸造的断坯问题，但是对于铸造的传铸造的断坯问题，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可能实现均匀化处理，因此，对于高合金材料仍然难以实现实现 四、铜及铜合金接触线在研技术 2.2.半固态连铸连轧半固态连铸连轧 在连铸机前引入半固态的铜合金，利用半固态合金的特点，获在连铸机前引入半固态的铜合金，利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。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3.3.喷射沉积连续挤压喷射沉积连续挤压 本研究在喷射沉积和连续挤压的根底上进行技术本研究在喷射沉积和连续挤压的根底上进行技术集成，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技术上都具有创新性四、铜及铜合金接触线在研技术u近近终形、短流程，形、短流程，节省能省能耗耗30%30%左右左右u 高效率高效率u形成成分均匀的高合金形成成分均匀的高合金产品品u 减少偏析减少偏析u可消除可消除喷射沉射沉积材料在底材料在底托上形成的孔隙托上形成的孔隙u 在在线压实u可克服大可克服大块沉沉积金属的金属的组织不均匀不均匀类问题u 稳定的定的边界条件界条件u可大幅提高成材率可大幅提高成材率u 减少制坯减少制坯过程程四、铜及铜合金接触线在研技术 4.4.铜包钢连续挤压技术成套设备铜包钢连续挤压技术成套设备 连续挤压机连续挤压机+超音频感应加热装置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1.1.高速铁路接触线用铜及铜合金对于现有铁道部标准高速铁路接触线用铜及铜合金对于现有铁道部标准TB/TB/T 2809-2005T 2809-2005我国已具备生产能力。我国已具备生产能力。2.2.对于国外在大力开展的铜铬锆、铜铁、铜铌、铜多元微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，我国应加快研究和合金化等接触线材料及其加工技术，我国应加快研究和开展步伐。开展步伐。谢 谢！