高速列車用接觸導(dǎo)線的加工與制備

□ 文/謝水生

北京有色金屬研究總院

高速列車用接觸導(dǎo)線的加工與制備

Processing and Preparation of Contact Wire for High-speed Train

□ 文/謝水生

北京有色金屬研究總院

高速列車用接觸導(dǎo)線是眾多銅加工行業(yè)關(guān)注的新產(chǎn)品，隨著我國高鐵建設(shè)的日益加快，如何切入高鐵接觸用電磁線的生產(chǎn)是大家關(guān)注的一個領(lǐng)域。為此，在前不久舉辦第三屆中國再生銅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展論壇上，我們邀請了北京有色金屬研究總院的博士生導(dǎo)師、有色金屬新材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室總工程師謝水生先生講述國外高速鐵路和近年來我國電氣化高速鐵路的高速發(fā)展情況。他向大家講述了高速列車用接觸導(dǎo)線的需求、技術(shù)要求和加工制備的關(guān)鍵技術(shù)。他還分析了目前國內(nèi)外生產(chǎn)接觸性的加工制備技術(shù)；根據(jù)產(chǎn)品性能和連續(xù)化生產(chǎn)的要求，提出了連鑄連軋法和上引連鑄、連續(xù)擠壓、連軋法是生產(chǎn)高強(qiáng)高導(dǎo)接觸線的最有潛力的方法。為大家開闊了眼界。本刊在此發(fā)表他的這篇文章。

——編者

近年來，我國高速鐵路的發(fā)展，帶來了傳統(tǒng)鐵路產(chǎn)業(yè)和其他產(chǎn)業(yè)的復(fù)興，對我國綜合國力的提升產(chǎn)生重大影響。為此，國家擬進(jìn)一步發(fā)展我國的鐵路網(wǎng)，制定了《“十一五”鐵路網(wǎng)規(guī)劃》。

我國在成功實(shí)施了六次大規(guī)模提速之后，主要列車速度達(dá)200 km/h以上。而以時速300km/h的京滬高速鐵路為標(biāo)志的“五縱四橫”高速鐵路網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)開始實(shí)施。據(jù)相關(guān)資料報(bào)道，2020年我國將建成長達(dá)12000公里的高速鐵路客運(yùn)專線，完成既有線電氣化改造15000公里，既有線增建復(fù)線8000公里，客運(yùn)專線9800公里，形成平均運(yùn)行時速將高于250km/h的高速鐵路客運(yùn)專線網(wǎng)，屆時我國也將成為世界上擁有高速鐵路線最多的國家。根據(jù)鐵道部高速電氣化鐵路新建和改造規(guī)劃，以及在用銅合金導(dǎo)線到期更換的量，未來幾年內(nèi)各類高速鐵路專用銅合金導(dǎo)線材料的需求量為5萬噸以上。

隨著我國鐵路列車的不斷提速和電氣化鐵路建設(shè)步伐的加快，對接觸網(wǎng)導(dǎo)線系列產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高。但我國高速鐵路專用銅合金導(dǎo)線材料基本依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約了我國高速電氣化鐵路的快速發(fā)展。

銅的電阻率很低，抗腐蝕性能好，是理想的高鐵導(dǎo)線材料。高鐵導(dǎo)線用合金材料的發(fā)展從高導(dǎo)電型的純銅導(dǎo)線到大規(guī)模應(yīng)用的Cu-Ag 、Cu-Sn合金導(dǎo)線都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)。但隨著應(yīng)用的不斷深入，這兩種材料的抗拉強(qiáng)度和軟化后強(qiáng)度指標(biāo)還達(dá)不到要求，需要通過添加Zr、M g等元素在犧牲較小電導(dǎo)率的前提下進(jìn)一步提高合金線材的抗拉強(qiáng)度、軟化后強(qiáng)度和耐磨性，即需要高強(qiáng)高導(dǎo)的Cu-Sn-Zr、Cu-M g、Cu-Cr-Zr合金導(dǎo)線與之匹配。因此，需要開發(fā)新一代的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金材料及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，提高產(chǎn)品技術(shù)水平來滿足需求。

一、國內(nèi)外高速鐵路發(fā)展概況

世界上高速鐵路發(fā)展的第一次高潮是在1964年～1990年。1959年4月，世界上第一條真正意義上的高速鐵路東海道新干線在日本破土動工，經(jīng)過5年建設(shè)，于1964年3月全線完成鋪軌，同年7月竣工，1964年10月正式通車。東海道新干線從東京起始，途經(jīng)名古屋，京都等地終至(新)大阪，全長515.4公里，運(yùn)營速度高達(dá)210公里/小時，它的建成通車標(biāo)志著世界高速鐵路新紀(jì)元的到來。隨后法國、意大利、德國紛紛修建高速鐵路。1972年繼東海道新干線之后，日本又修建了山陽、東北和上越新干線；法國修建了東南TGV線、大西洋TGV線；意大利修建了羅馬至佛羅倫薩。以日本為首的第一代高速鐵路的建成，大力推動了沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)的均衡發(fā)展，促進(jìn)了房地產(chǎn)、工業(yè)機(jī)械、鋼鐵等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，降低了交通運(yùn)輸對環(huán)境的影響程度，鐵路市場份額大幅度回升，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益明顯好轉(zhuǎn)。

第二次高潮是在1990年至90年代中期法國、德國、意大利、西班牙、比利時、荷蘭、瑞典、英國等歐洲大部分國家，大規(guī)模修建本國或跨國界高速鐵路，逐步形成了歐洲高速鐵路網(wǎng)絡(luò)。這次高速鐵路的建設(shè)高潮，不僅僅是鐵路提高內(nèi)部企業(yè)效益的需要，更多的是國家能源、環(huán)境、交通政策的需要。

第三次高潮從90年代中期至今。在亞洲（韓國、中國臺北、中國）、北美洲（美國）、澳洲（澳大利亞）世界范圍內(nèi)掀起了建設(shè)高速鐵路的熱潮。主要體現(xiàn)在：一是修建高鐵得到了各國政府的支持，一般都有了全國性的整體修建規(guī)劃，并按照規(guī)劃逐步實(shí)施；二是修建高鐵的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益得到了更廣層面的共識，特別是建高鐵能夠節(jié)約能源、減少土地使用面積、減少環(huán)境污染、交通安全，能促進(jìn)沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整等等。

自從2003年10月12日，中央電視臺“焦點(diǎn)訪談”報(bào)導(dǎo)了運(yùn)力不足問題，鐵路建設(shè)眾所矚目。從2005年起，鐵路建設(shè)高速發(fā)展，先后建設(shè)和建成了一大批高速鐵路，目前，已經(jīng)建設(shè)和運(yùn)營的高鐵居于世界前列。

表1 高速鐵路的建設(shè)和運(yùn)營上居于世界前列的國家

二、接觸網(wǎng)及接觸導(dǎo)線的基本要求的主要技術(shù)指標(biāo)

接觸網(wǎng)包括接觸線、承力索（絞線）、吊弦以及連接零件等，參見圖3和圖4所示。接觸導(dǎo)線是接觸網(wǎng)的最重要的組成部分，也是要求最高、制備難度最大的導(dǎo)線。在電力機(jī)車運(yùn)行中，其受電弓滑板直接與接觸線摩擦并獲得電能；承力索的作用是懸掛接觸線，同時承載一定電流來減小牽引網(wǎng)阻抗，降低電壓損耗和能耗；吊弦是連接接觸線和承力索的連接線。

1. 接觸導(dǎo)線的基本要求

（1）能夠滿足高速列車速度(一般為300km/h或更高)和電流的要求（3000V直流或者25KV 50～60Hz交流電流；牽引功率為6000～9000KW）。

（2）高架線必須是在軌道上統(tǒng)一高度上，從而保證集電弓架的采電。因此，高架線和其他設(shè)備必須具有一樣的彈性系數(shù)和撓度系數(shù)，并具有高強(qiáng)和高導(dǎo)電性。

（3）具有足夠的強(qiáng)度來承受振動、腐蝕、發(fā)熱等，同時在可靠性與使用壽命之間保持平衡；并具有良好的耐磨性。

（4）滿足影響接觸網(wǎng)技術(shù)狀態(tài)的氣象因素，主要有：風(fēng)吹、日曬（氣溫）、雨淋和覆冰等因素的影響。

（5）要求接觸線平直度好，無扭面現(xiàn)象；抗反復(fù)彎曲能力高；抗扭轉(zhuǎn)能力高。

（6）有較高的抗軟化溫度。

2. 接觸導(dǎo)線的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）震波速度與安全系數(shù)

a.震波速度（V波動）是橫波沿導(dǎo)線傳播的速度，它是接觸導(dǎo)線張力與接觸導(dǎo)線材料密度比的平方根函數(shù)，有關(guān)系式如下。

根據(jù)上式，張力越大（高強(qiáng)度）導(dǎo)線震波速度越高，即震波速度可以通過加大張力或采用更輕的導(dǎo)線來增加。加大張力就需要導(dǎo)線具有更高的強(qiáng)度。目前，沒有比銅合金更好、更合適的導(dǎo)線材料。對于銅合金接觸導(dǎo)線，考慮安全因素后，最大可達(dá)到震波速度（忽略磨損）500km/h。

震波速度是設(shè)計(jì)高架線時最重要的參數(shù)。導(dǎo)線震波速度越大可適應(yīng)的列車速度就越高。通常將列車速度與震波速度的比值用β來表示，一般要求β=0.6～0.7。列車運(yùn)行要求 β=V列車/ V波動≤0.7。

圖2 電氣化鐵路的三根線

b.安全系數(shù)

安全系數(shù)=拉斷力×80%/架線張力，國外≥1.5，部分超過2.0。增加線材抗拉強(qiáng)度，可提高安全系數(shù)。提高抗拉強(qiáng)度滿足列車高速運(yùn)行要求。

（2）主要技術(shù)指標(biāo)

a.震波速度，一般要求β=0.6～0.7。

b.力學(xué)性能及導(dǎo)電率（不同時速要求不一樣，如應(yīng)用于時速為300km～350km的接觸網(wǎng)中，抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率分別為560MPa和78%IACS）。

c.接觸導(dǎo)線的截面形狀及長度要求，接觸導(dǎo)線截面積在110-170mm2，目前我國主要采用150mm2（京滬高鐵主要采用CTMH150接觸線和JTM 120承力索）；每根接觸導(dǎo)線長度要求1500米以上（重量2噸以上）。

d.抗軟化溫度，在300℃下，2小時軟化處理，強(qiáng)度保持在90%以上。

3. 國內(nèi)外接觸導(dǎo)線網(wǎng)的主要參數(shù)及相關(guān)材料的性能

(1)國內(nèi)外接觸導(dǎo)線網(wǎng)的主要參數(shù)

高架線最重要的性能參數(shù)之一是每單位長度的重量和張力。總的張力與集電弓架的推力有關(guān)，也與高架線的垂直運(yùn)動有關(guān)。對于日本的新干線，總張力是54N，法國的是28N，德國的是34N，意大利的可達(dá)33×2N，不過是因?yàn)樗捎玫氖请p導(dǎo)線，具有更大的導(dǎo)線尺寸。集電弓架的推力日本采用70到 80 N，法國和德國的是130～250N，意大利的是200～300N。由此可見法國和德國的高架線的振幅比日本的大四倍。一般來說，振幅越小，穩(wěn)定性越好。振幅小，也能減少錯誤的頻率以及由此帶來的損失。表 2 列出了國外高速列車速度與震波速度的比值β。模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了當(dāng)列車速度接近震波速度時，高架線的振幅和局部彎曲增加，由此帶來高架線和集電弓架之間的接觸難度。實(shí)踐表明，當(dāng)列車速度達(dá)到震波速度的70%或80%時，接觸難度增大的表現(xiàn)將非常明顯。在這種速度時，導(dǎo)線與集電弓架之間的接觸減少的概率會大幅度增加，極端情況時，高架導(dǎo)線將被損壞。因此，高架導(dǎo)線的常數(shù)必須確定為能夠使導(dǎo)線的震波速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于列車速度。震波速度可以通過在提高張力或使用更輕的導(dǎo)線來增加。其他的增大導(dǎo)線波速的方式只能通過采用單位長度上抗拉強(qiáng)度與重量比值更高的材料。在日本，正在使用和正在開發(fā)的導(dǎo)線材料有新型銅合金、其他合金和復(fù)合導(dǎo)線，如鋁包鋼、銅包鋼導(dǎo)線等。在表2可見，所有β值均為0.7或者更低，表明所有國家都采用以上提到的穩(wěn)定速度范圍來確定火車車速。

(2)有關(guān)接觸網(wǎng)線的力學(xué)性能及導(dǎo)電率

根據(jù)高速列車的時速對接觸導(dǎo)線的震波速度提出了嚴(yán)格的要求，即根據(jù)高速列車的時速不同對接觸導(dǎo)線的力學(xué)性能及導(dǎo)電率要求也不同。表3是國內(nèi)外接觸導(dǎo)線的主要技術(shù)指標(biāo)。

銅的電阻率很低，抗腐蝕性能好，是非常理想的接觸線材料。為了提高銅線的強(qiáng)度，軟銅通過冷拔成銅導(dǎo)線。另外，在日本銅接觸線加入了0.3% 錫來提高銅導(dǎo)線的抗磨損性能。隧道用接觸導(dǎo)線采用的是抗熱的銀銅合金導(dǎo)線，主要是防止列車發(fā)生火患時導(dǎo)線會因熱斷裂。最近，這種銅銀合金開始被銅錫合金導(dǎo)線替換。圖5所示為常見銅合金能達(dá)到的性能范圍。圖中的表列出了銅錫、銅錫鋯合金、銅鎂、銅鉻鋯幾種常用銅合金的抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率。合金材料的主要性能及技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合GB/T 12971.1-2008標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(3)接觸導(dǎo)線的截面形狀及長度要求

接觸線的截面是一個在2點(diǎn)（鐘）和10點(diǎn)（鐘）位置上帶有凹槽的圓形，凹槽是用來將接觸線懸掛在固定裝置上。常規(guī)的接觸線是用冷拔銅合金做成的。日本新干線另外一個新的設(shè)計(jì)是采用銅包鋼線來增高高速運(yùn)營時導(dǎo)線的張力。圖6是常用銅接觸導(dǎo)線和兩種類型復(fù)合材料導(dǎo)線的截面形狀。

高速列車的時速很高，要求接觸導(dǎo)線的焊接接縫越少越好。因此，根據(jù)列車的時速，要求每根接觸導(dǎo)線（無焊接接縫）的長度在1500米以上。按照目前各國使用的接觸導(dǎo)線截面積在110～170mm2，每米接觸導(dǎo)線的重量在1～1.5kg/m，即1500米的單根銅合金接觸導(dǎo)線重量在1.5～2.25噸。

三、接觸導(dǎo)線材料及生產(chǎn)技術(shù)

1. 接觸導(dǎo)線的合金材料

長期以來，在銅接觸導(dǎo)線研究方面，一直存在高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率之間的矛盾。一般來說，要保持銅的高導(dǎo)電率，則強(qiáng)度往往不足；而要提高強(qiáng)度，則需加入合金元素，那樣又會顯著降低銅材的導(dǎo)電率。在Cu中加入一些高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度金屬與銅形成固溶體，導(dǎo)致材料原子點(diǎn)陣畸變，使電子運(yùn)動阻力增加，因而電阻增大；加入量越多，晶格畸變程度越大，因而電阻率上升，導(dǎo)電率下降。綜觀多年來銅導(dǎo)線研究狀況可以看出，人們在解決高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率這一對矛盾時，大多是在盡可能少地降低銅導(dǎo)線導(dǎo)電率的前提下，采用固溶強(qiáng)化、變形強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化來提高銅材的強(qiáng)度。幾種銅合金接觸線的特點(diǎn)如下。

（1）銅銀合金接觸線

國內(nèi)一些企業(yè)已成功在連鑄連軋生產(chǎn)線上能生產(chǎn)出質(zhì)量優(yōu)良的Cu-Ag接觸線坯，再經(jīng)冷拉或冷軋成形為致密加工態(tài)的高強(qiáng)度、耐磨接觸銅合金導(dǎo)線，克服了傳統(tǒng)技術(shù)(上引法)生產(chǎn)的鑄態(tài)組織的缺點(diǎn)，可滿足機(jī)車200km/h以上的運(yùn)行速度。其性能已和德國產(chǎn)銀銅接觸線相當(dāng)，目前已經(jīng)批量生產(chǎn)，并大量使用。

（2）銅錫合金接觸線

已列入我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的錫銅接觸線，抗拉強(qiáng)度接近銀銅接觸線，但導(dǎo)電率稍低(70%IACS)。現(xiàn)在法國在時速為300km～350km的接觸網(wǎng)中研制和試用的錫銅120接觸線，其抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率分別為360.8M Pa和70%IACS。我國已經(jīng)能批量生產(chǎn)和應(yīng)用于高速鐵路（時速為200km～250km）。

（3）銅鎂合金材料

隨著高速鐵路“客運(yùn)高速、貨運(yùn)重載”的特點(diǎn)，采用高強(qiáng)度、高載流量、抗腐蝕性強(qiáng)的銅鎂合金也進(jìn)入人們的視野。德國在開發(fā)時速達(dá)330km的Re 330型接觸網(wǎng)中研制的鎂銅120接觸線已進(jìn)入試運(yùn)行階段，并取得了預(yù)期的效果。目前的抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率可分別達(dá)到503MPa和70%IACS。要進(jìn)一步提高強(qiáng)度，保持或提高導(dǎo)電率，還需添加第二甚至第三元素。另外，鎂在制作鎂銅合金的大規(guī)模生產(chǎn)中是難于連續(xù)穩(wěn)定控制的元素，這些都需要進(jìn)一步研究。

另外，銅鎂合金作為高速鐵路用承力纜成為高速電氣化鐵路建設(shè)的又一重要專用材料，具有很好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景。我國目前生產(chǎn)承力纜的材料可分為兩種：一種是銅基合金材料，另外一種是復(fù)合材料。復(fù)合材料一般是使用鋼芯鋁絞線、鋼芯銅絞線材料，此兩種材料雖然強(qiáng)度高，但載流量小、抗腐蝕能力差，不能滿足承力纜大載流、強(qiáng)抗蝕的發(fā)展需要。一些國家中，除日本部分采用銅包鋼材料做承力纜外，其他國家均采用高強(qiáng)度、載流量大和抗腐蝕性強(qiáng)的銅鎂合金承力纜。利用連鑄連軋工藝生產(chǎn)新型高強(qiáng)、高導(dǎo)銅鎂合金承力纜已是高速電氣化鐵路專用材料和制造技術(shù)進(jìn)步的國際發(fā)展主流趨勢。

（4）銅鉻鋯合金接觸線

日本開發(fā)的PHC110接觸線，抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率分別達(dá)555.5M Pa和78.8%IACS。這是一種熱處理強(qiáng)化的銅合金，也是比較理想的接觸性材料，但是生產(chǎn)難度比較大。由此類合金制作的小型試驗(yàn)樣品在國內(nèi)已有生產(chǎn)和應(yīng)用，但此類合金的問題是熔煉鑄造時易氧化，在我國電線電纜廠中要實(shí)現(xiàn)連續(xù)大長度無接頭的連續(xù)生產(chǎn)尚需摸索，即目前難以實(shí)現(xiàn)大卷重、大批量接觸性的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

（5）銅錫鋯合金接觸線

由于目前銅鉻鋯合金接觸線實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)較困難，所以通過摸索，在銅錫合金中加入鋯元素的方法已經(jīng)取得了初步的突破。此種材料的研發(fā)，可以在銅錫合金的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高強(qiáng)度及其綜合性能，并且較易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。目前，針對此種材料的研究，國外只有日本古河電器公司，國內(nèi)也只有北京有色金屬研究總院進(jìn)行研究。

表4 各種合金接觸線能滿足的列車運(yùn)行速度范圍

綜上所述，發(fā)展多種銅合金導(dǎo)線材料是因我國電氣化鐵路現(xiàn)狀和今后建設(shè)規(guī)劃的需要所決定。表4為各種合金接觸線能滿足的列車運(yùn)行速度范圍。

2. 接觸網(wǎng)線的主要生產(chǎn)工藝及流程

在高速鐵路接觸網(wǎng)線生產(chǎn)方面，先進(jìn)國家中除日本部分采用銅包鋼技術(shù)外，其他國家全部采用連鑄連軋法生產(chǎn)電氣化鐵路專用純銅及銅合金接觸線。我國在高速列車建設(shè)及相關(guān)關(guān)鍵材料研制生產(chǎn)方面起步較晚，電力機(jī)車接觸導(dǎo)線制造技術(shù)相對落后，但是發(fā)展很快。目前，我國有不少銅加工企業(yè)在研究開發(fā)高速鐵路接觸網(wǎng)線方面投入了一定的人力和物力，有的已開始小批量生產(chǎn)部分合金的接觸導(dǎo)線。目前，主要的生產(chǎn)工藝有：

采用進(jìn)口合金坯料——冷拉/冷軋；

上引連鑄——（冷軋）——拉拔法（簡稱上引連鑄法）；

連鑄連軋——拉拔（簡稱連鑄連軋法）；

上引連鑄——連續(xù)擠壓——拉拔法（簡稱上引連鑄/擠壓法）；

上引連鑄——連續(xù)擠壓——連軋——拉拔法（簡稱上引連鑄/連續(xù)擠壓/連軋）

真空立式半連鑄——擠壓開坯——軋制——拉拔（簡稱擠壓拉拔法）；

上引連鑄——連續(xù)擠壓復(fù)合法——拉拔法（簡稱復(fù)合法）。

3. 各種工藝的特點(diǎn)

根據(jù)不同的要求，以上列出的生產(chǎn)工藝都能在一定范圍內(nèi)能獲得應(yīng)用，但是有的方法還僅僅在研究開發(fā)中，下面分別分析各種工藝的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。

（1）采用進(jìn)口合金坯料——冷拉/冷軋；

該工藝以XX電車線廠為代表的工藝，也是我國最早生產(chǎn)接觸性所采用的方法。其特點(diǎn)是：采用進(jìn)口原料進(jìn)行生產(chǎn)，原料價格高，市場競爭能力不強(qiáng)，由于沒有自主核心技術(shù)，發(fā)展受制于國外企業(yè)。

（2）上引連鑄——（冷軋）——拉拔法；

該工藝裝備較簡單，投資小， 易于實(shí)現(xiàn)，適合于小批量、單品種生產(chǎn)。采用這種（上引法＋冷拉）工藝生產(chǎn)合金坯料后加工成接觸線，接觸線力學(xué)性能一般，只能應(yīng)用于時速較低的網(wǎng)線中。實(shí)踐表明，采用這種方法生產(chǎn)的接觸線，隨著接觸線使用年限延長，上引坯料桿的缺陷逐步暴露出來，即上引鑄桿坯內(nèi)部存的鑄造組織、成分偏析、晶粒粗大和組織疏松等缺陷不能在后續(xù)加工中徹底消除，造成導(dǎo)線使用過程中斷線事故屢屢發(fā)生。

（3）連鑄連軋——拉拔；

連鑄連軋工藝生產(chǎn)的鑄坯截面尺寸較大、軋制加工變形量也大，軋制后的線坯內(nèi)部組織致密，能克服上引工藝帶來的弊病，同時能連續(xù)生產(chǎn)大長度的接觸導(dǎo)線。因此連鑄連軋＋冷拉工藝生產(chǎn)的銅合金接觸導(dǎo)線，成為發(fā)展的趨勢。但是，目前連鑄連軋的加工方法僅適用于生產(chǎn)Cu-Ag、Cu-Sn合金接觸導(dǎo)線。如進(jìn)一步提高材料的力學(xué)性能，需要添加更多的其他合金元素，不僅連鑄的困難將大大增加，而且材料的缺陷也增多。因此，采用連鑄連軋工藝生產(chǎn)高性能銅合金還需要進(jìn)一步研究開發(fā)。該工藝是以XX銅業(yè)集團(tuán)為代表研究開發(fā)的生產(chǎn)工藝，也是目前國內(nèi)生產(chǎn)軌道交通用接觸導(dǎo)線的主流工藝。如果采用該工藝進(jìn)行Cu-Cr-Zr合金導(dǎo)線材料的生產(chǎn)，就需要進(jìn)一步改進(jìn)現(xiàn)有連鑄工藝或開發(fā)新的連鑄工藝，即解決如何將Cr、Zr合金元素加入，并獲得合金成分均勻、加入合金元素收得率高的合金導(dǎo)線坯料。

（4）上引連鑄——連續(xù)擠壓——拉拔法；

上引連鑄/擠壓法的優(yōu)點(diǎn)是坯料無需加熱，實(shí)現(xiàn)無間斷的連續(xù)生產(chǎn)，變形金屬受力狀態(tài)好，組織致密。同種直徑的桿坯既可以生產(chǎn)小截面的產(chǎn)品，也可生產(chǎn)比桿坯截面還大的產(chǎn)品，從而滿足不同線徑產(chǎn)品的需要；其缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低，不適合供貨量大、大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，增加了連續(xù)擠壓生產(chǎn)工序，提高了接觸的生產(chǎn)成本。目前，國內(nèi)采用該工藝已經(jīng)成功生產(chǎn)出了Cu-Ag、Cu-Sn、Cu-M g系列合格的接觸導(dǎo)線，產(chǎn)品性能也非常優(yōu)異，并且部分通過了掛線試驗(yàn)，是一種比較有前途的工藝方法。

（5）上引連鑄——連續(xù)擠壓——連續(xù)軋制——拉拔法；

這種方法是將上引連鑄Φ20m m鑄坯，連續(xù)擠壓成Φ35mm的線桿，再連續(xù)軋制成Φ20mm的線桿，再拉拔成接觸導(dǎo)線。該方法將上引連鑄、連續(xù)擠壓、連續(xù)軋制的優(yōu)點(diǎn)集為一體，是一種合理、有效的加工方法，能保證接觸導(dǎo)線的高性能。

如果采用該工藝生產(chǎn)Cu-Cr-Zr合金導(dǎo)線，還是存在上引制坯的問題，即如何將Cr、Zr合金元素加入，并獲得合金成分均勻、加入合金元素收得率高的合金導(dǎo)線坯。

（6）真空立式半連鑄——擠壓開坯——軋制——拉拔；

真空鑄造/擠壓開坯是生產(chǎn)高質(zhì)量Cu-Cr-Zr合金導(dǎo)線的最佳方法。但是，需要大型真空熔煉爐和大型擠壓機(jī)，這是該工藝的瓶頸。研究開發(fā)Cu-Cr-Zr合金的非真空熔煉鑄造技術(shù)就成為了解決該問題的關(guān)鍵技術(shù)之一；將擠壓開坯改為軋制開坯（孔型軋制和/或Y軋），再進(jìn)行拉拔是解決該方法的另一關(guān)鍵技術(shù)。

（7）上引連鑄——連續(xù)擠壓復(fù)合法——拉拔法；

通常采用連續(xù)擠壓方法生產(chǎn)銅包鋼接觸導(dǎo)線，目前只有少量的企業(yè)與研究單位在進(jìn)行試驗(yàn)。該方法的問題還是很難生產(chǎn)長度超過1500M以上的接觸導(dǎo)線，同時復(fù)合接觸導(dǎo)線的焊接問題很難解決。

表5 部分企業(yè)生產(chǎn)接觸線的特點(diǎn)一覽表

總之，根據(jù)以上分析，考慮產(chǎn)品性能和連續(xù)化生產(chǎn)的要求，目前連鑄連軋法和上引連鑄/連續(xù)擠壓/連軋法是主要的發(fā)展及研發(fā)方向。表5列出了目前我國企業(yè)生產(chǎn)接觸線的一覽表。

四、結(jié)束語

(1)國內(nèi)外高速鐵路的發(fā)展非常迅速，預(yù)計(jì)到2020年，中國200公里及以上時速的高速鐵路建設(shè)里程將超過1.8萬公里，將占世界高速鐵路總里程的一半以上。

(2)隨著列車時速的提高，對接觸導(dǎo)線材料的性能要求越來越高，接觸線要求向更高強(qiáng)、高導(dǎo)、高可靠性的方向發(fā)展。

(3)根據(jù)產(chǎn)品性能和連續(xù)化生產(chǎn)的要求，連鑄連軋法和上引連鑄/連續(xù)擠壓/連軋法是主要的發(fā)展及研發(fā)方向。

（略）