專利名稱：耐磨損性無軌電車線及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及耐磨損性優(yōu)良的無軌電車線及其制造方法。特別涉及可以廉價提供的耐磨損性和導電率優(yōu)良的無軌電車線的制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，作為用于與電車的導電弓架接觸、對電車供電的無軌電車線的結(jié)構(gòu)材料，可以使用純銅或含錫為0.3％質(zhì)量以下的銅合金。
但近年來，由于電車向高速化發(fā)展，所以，無軌電車線的架線張力必須增強。作為針對這種期望的技術(shù)有如特開平6-8759號公報中所述的技術(shù)。
該技術(shù)首先通過連續(xù)鑄造得到含氧量低于0.1質(zhì)量％、含錫為0.2～0.5質(zhì)量％，其余部分由銅和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鑄造材料。其次，對得到的鑄造材料在600℃以上的溫度下，以超過80％的加工度實施連續(xù)的熱加工，得到直徑超過24mm的線材。之后，對該線材在150℃以下的溫度，以超過70％的加工度實施冷加工，得到電車電線用的銅合金導體。得到的銅合金導體既維持現(xiàn)有的一般的導電率，同時實現(xiàn)了高強度。
但人們期望開發(fā)比用上述現(xiàn)有技術(shù)得到的電車電線用的銅合金導體耐磨損性更好的無軌電車線。
隨著電車的高速化，導電弓架和無軌電車線的滑動速度變大，在導電弓架和無軌電車線間容易產(chǎn)生電弧。由該電弧引發(fā)了無軌電車線的磨損速度加大的問題。上述現(xiàn)有技術(shù)，在強度和導電率方面滿足作為無軌電車線要求的特性，但對于耐磨損性來說還有進一步改善的余地。特別是從使無軌電車線維修簡單和減少換電纜的頻度出發(fā)，也需要耐磨損性優(yōu)良的無軌電車線。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的主要目的是提供一種具有足夠的強度和導電率，同時耐磨損性優(yōu)良的無軌電車線及其制造方法。
本發(fā)明通過不只定量添加Sn，還定量添加其他元素，達到上述目的。
本發(fā)明的耐磨損性無軌電車線含Sn量為0.2～0.5質(zhì)量％，從Ag、In、Sr、Ca、Mg中選擇至少一種，總含量為0.0005～0.3質(zhì)量％，其余部分由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，拉伸強度為430N/mm2以上。
通過不只添加上述規(guī)定量的Sn，還添加上述規(guī)定量的從Ag、In、Sr、Ca、Mg中選擇的至少一種元素，可以得到高張力、高導電率及高耐磨損性。
另外，本發(fā)明耐磨損性無軌電車線的制造方法，其特征在于，包括用連續(xù)鑄造得到鑄造材料的工序，所述鑄造材料含Sn為0.2～0.5質(zhì)量％，含從Ag、In、Sr、Ca、Mg中選擇的至少一種的總量為0.0005～0.3質(zhì)量％，其余部分由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成；制造直徑超過18mm的線材的工序，對所得到的鑄造材料在600℃以上的溫度下，以超過50％的加工度(reductionratio)實施連續(xù)的熱加工；實施冷加工的工序，該工序在150°以下的溫度對所述線材以超過50％的加工度實施冷加工。
根據(jù)上述本發(fā)明的無軌電車線的制造方法，可以得到具有足夠的強度和導電率，同時耐磨損性優(yōu)良的無軌電車線。因而，針對電車的高速化，能夠使無軌電車線的維修簡單化及使換電纜的頻率降低，同時，在更進一步高速化的鐵路領(lǐng)域中，本發(fā)明的利用也是可期待的。
具體實施例方式
下面更詳細地說明本發(fā)明。
<Sn0.2～0.5質(zhì)量％>
Sn的含量為0.2質(zhì)量％以上，是為了作為無軌電車線的材料得到更高的強度；Sn的含量為0.5質(zhì)量％以下，是為了進一步抑制導電率的下降。
<Ag、In、Sr、Ca、Mg的至少一種總量為0.0005～0.3質(zhì)量％>
通過在銅中添加Ag、In、Sr、Ca、Mg的至少一種，可以使銅合金的強度提高，而且即使產(chǎn)生了由導電弓架與無軌電車線之間的電弧引發(fā)的熱也不會使銅合金軟化，可以提高耐熱性。
若上述Ag等添加元素的總含有量不足0.0005質(zhì)量％，則強度和耐熱性提高的效果不足。另外，Ag作為金屬形態(tài)存在時，具有比銅還高的導電率，但Ag在銅合金中固溶時，銅合金的導電率就下降。而且，In、Sr、Ca、Mg任何一種都比銅的導電率低。因此，把這些添加元素的總含量的上限取為0.3質(zhì)量％以下，可防止無軌電車線的導電率的下降。
<拉伸強度430N/mm2以上>
由于具有430N/mm2以上的拉伸強度，可以充分地對應隨著電車的高速化產(chǎn)生的無軌電車線架線張力的增強。特別是436N/mm2以上，尤其440N/mm2以上的拉伸強度更為理想。
<通過連續(xù)鑄造得到鑄造材料的工序>
得到鑄造材料的工序最好是使用滾動帶方式(wheel belt casting method)或環(huán)帶方式(twin belt casting method)那樣的可動鑄模(movable casting)的鑄造方式。通過用這些方式進行連續(xù)鑄造，可以抑制制造成本的上升。
<對鑄造材料實施熱加工，得到線材的工序>
通過在600℃以上的溫度下對鑄造材料實施50％以上的熱加工，可以使鑄造組織細微化，提高線材強度。作為熱加工，熱軋最好。特別接著所述鑄造進行熱軋，在制造性方面最好。
由于加工溫度為600℃以上，可以很容易地進行熱加工。而且也能使后續(xù)工序的冷加工時的加工性提高。由于鑄造材料在軋制時氧化，所以，在后面的工序中，用酒精等進行浸漬還原。這時，如果鑄造材料冷卻了，則很難進行反應，還原變慢，故從這一點出發(fā)，加工溫度定為600℃以上也是重要的。
由于熱加工的加工度超過50％，故可以使線材的結(jié)晶組織細微化，強度提高。該加工度用“(加工前的截面積-加工后的截面積)/加工前的截面積”表示。由于加入了上述的添加元素，即使熱加工度極高，也能在后續(xù)工序的冷加工中得到強度足夠的無軌電車線。熱加工的加工度也可以為70％以上，進而為80％以上也可。
另外，由熱加工得到的線材的直徑為18mm以上。由于作成這樣的線徑，在下一工序中才能接受高加工度的冷加工。其結(jié)果是，可以使由冷加工產(chǎn)生的線材強度提高的效果更為顯著。由熱加工得到的線材的直徑也可以超過24mm。
<對線材實施冷加工的工序>
得到直徑超過18mm的線材后，在150℃以下的溫度，以50％以上的加工度實施冷加工。通過該冷加工，可以使線材的強度提高。在此的加工度也用“(加工前的截面積)-(加工后的截面積)/加工前的截面積”表示。通過該冷加工，可以得到高強度的無軌電車線。
冷加工最好是拉絲加工。加工溫度可以低于150℃，也可以在常溫下不加熱進行加工。加工度為50％以上。通過進行加工度為50％以上的冷加工，可以使強度提高的效果充分。最好該加工度超過70％，超過75％更好。
<含氧量>
在上述的本發(fā)明的無軌電車線中，最好再含有0.01～0.05質(zhì)量％的氧。同樣，在本發(fā)明的無軌電車線的制造方法中，在鑄造材料中最好再含有0.01～0.05質(zhì)量％的氧。由于在鑄造材料中含有0.05質(zhì)量％以下的氧，可以抑制氧化銅的生成，抑制在加工時以氧化銅為起點的斷線。反之，若氧含量不足0.01質(zhì)量％時，在熱加工時就會容易產(chǎn)生割斷，在鑄造后的工序中很難得到高質(zhì)量的無軌電車線。
進一步對本發(fā)明的實施方式進行以下說明。
按溶解→鑄造→熱軋→拉絲→產(chǎn)品的工序制造無軌電車線。在該工序中，從溶解到熱軋用連續(xù)鑄造軋制設備進行加工。首先，連續(xù)鑄造具有表1所示化學成分的溶解銅合金。接著，用表2所示的加工度熱軋得到線材。其后，對得到的線材以該表2所示的加工度實施冷拉絲加工，得到截面積為170mm2或110mm2的無軌電車線。
對這些無軌電車線測定拉伸強度和導電率，其結(jié)果也一并示于表2。拉伸強度的閾值(threshold value)為436N/mm2以上，導電率的閾值為70％以上。
表1

表2

如表2所示，所有的實施例無軌電車線都具有高的拉伸強度和導電率。與此相反，比較例是除Sn之外還含有Ag，強度不足。
進而，對上述無軌電車線的一部分測定磨損率，進行耐磨損性評價。該評價如下進行。首先，取無軌電車線與銅系燒結(jié)研磨板(sintered slider)的滑動速度為50km/h，與研磨板的接觸負荷(contactload)為7kgf(68.6N)，在供給直流電壓200V，通電電流200A的狀態(tài)下，使無軌電車線和研磨板滑動104次。之后求無軌電車線的磨損面積，把用導電弓架的滑動次數(shù)除其磨損面積的結(jié)果作為磨損率進行評價。磨損率越小，表示耐磨損越好，其結(jié)果示于表3中。
表3

*磨損率(mm2/×104通過導電弓架)如表3所示，可以確認，在Sn中加入除Sn以外的添加元素的NoA1、A2、A8比完全沒有添加元素的NoC4或只添加Sn的NoC1和NoC3(相當于特開平6-8759號公報所述的發(fā)明品)磨損率都小，耐磨性優(yōu)良。這些NoA1，A2，A8的拉伸強度和導電率也超過了閾值。另外，在Sn之外添加了Ag、Sn的含量少的NoB1，在磨損率方面比NoA1、A2、A8更差，不能得到足夠的拉伸強度。
權(quán)利要求
1.一種具有耐磨損性的無軌電車線，其特征在于，含Sn為0.2～0.5質(zhì)量％，從Ag、In、Sr、Ca、Mg中選擇至少一種的總含量為0.0005～0.3質(zhì)量％，其余部分由銅和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，其拉伸強度超過430N/mm2。
2.如權(quán)利要求1所述的具有耐磨損性的無軌電車線，其特征在于，還含有0.01～0.05質(zhì)量％的氧。
3.一種具有耐磨損性的無軌電車線的制造方法，其特征在于，包括由連續(xù)鑄造得到鑄造材料的工序，所述鑄造材料含Sn為0.2～0.5質(zhì)量％，從Ag、In、Sr、Ca、Mg中選擇的至少一種的總含量為0.0005～0.3質(zhì)量％，其余部分由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成；得到直徑超過18mm的線材的工序，其對所得到的鑄造材料在600℃以上的溫度下，以超過50％的加工度實施連續(xù)的熱加工；實施冷加工的工序，其在150°以下的溫度，對所述線材以超過50％的加工度實施冷加工。
4.如權(quán)利要求3所述的具有耐磨損性的無軌電車線的制造方法，其特征在于，所述鑄造材料還含有0.01～0.05質(zhì)量％的氧。
5.如權(quán)利要求3或4所述的具有耐磨損性的無軌電車線的制造方法，其特征在于，熱加工的加工度超過80％，冷加工的加工度超過75％。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無軌電車線，其Sn含量為0.2～0.5質(zhì)量％，從Ag、In、Sr、Ca、Mg中選擇至少一種的總含量為0.0005～0.3質(zhì)量％，其余部分由銅和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，其拉伸強度超過430N/mm
文檔編號C22F1/08GK1572892SQ200310117958
公開日2005年2月2日 申請日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月20日
發(fā)明者久保范明, 吉田敦, 佐野忠德, 西川太一郎, 中井由弘 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社