专利名称：架空线及其制造方法
技术领域：
本发明关于一种架空线及其制造方法。特别是关于一种强度、导电率、耐磨损性优良的架空线，与得到该架空线的架空线的制造方法。
背景技术：
在习知技术中，作为构成用于与电车的导电弓架接触并向电车供给电力的架空线的材料，采用纯铜或含有0.3质量％以下的锡的铜合金。
但是，近年电车呈现高速化，需要增加架空线的架线张力。作为对应这种要求的一种技术，在日本专利早期公开的特开平6-8759号公报中进行过说明。
在这种技术中，首先利用连续铸造得到采用氧含量0.1质量％以下，并含有0.2～0.5质量％的锡，且剩余部分为铜及不可避免的杂质的构成的铸造材料。接着，对所得到的铸造材料，在600℃以上的温度下，以80％以上的变形程度连续地施以热加工，得到直径24mm以上的线材。然后，对该线材在150℃以下的温度下，以70％以上的变形程度施以冷加工，得到电车电线用铜合金导体。所得到的铜合金导体可维持与习知相同的导电率，并实现高强度。
但是，最好能开发一种较上述习知技术所得到的电车电线用铜合金导体，具有更高强度且耐磨损性优良的架空线。
伴随电车的高速化，导电弓架和架空线的滑擦速度增大，在导电弓架和架空线之间容易产生电弧。因该电弧会导致产生架空线的磨损速度增大的问题。在上述习知技术中，在强度和导电率方面满足作为架空线的一定的要求特性，但是关于强度和耐磨损性，还要求进一步的改善。特别是从架空线维护的简洁化和降低更换频次的方面出发，更是需要一种耐磨损性优良的架空线。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有足够的强度和导电率，且耐磨损性优良的架空线及其制造方法。
本发明借由提高Sn的含有量，并将其它元素以一定量进行添加而达成上述目的。
本发明的耐磨损性架空线，采用锡(Sn)含量大于0.5质量％小于0.8质量％，从银(Ag)、铟(In)、锶(Sr)、钙(Ca)、镁(Mg)及锆(Zr)中所选择的至少一种的总含量为0.0005～0.3质量％，氧含量为0.01～0.05质量％，剩余部分为铜(Cu)和不可避免的杂质的形态而构成。而且，其特征在于拉伸强度在460N/mm2以上，导电率在60％IACS(International AnnealedCopper Standard)以上。
借由含有高浓度的Sn，可得到更高强度且耐磨损性优良的架空线。而且，不只是Sn，借由将从Ag、In、Sr、Ca、Mg、Zr中所选择的至少一种按上述规定量进行添加，可在高张力·高导电率的基础上，得到高耐磨损性。
另一方面，本发明的耐磨损性架空线的制造方法的特征在于包括利用连续铸造得到采用Sn含量大于0.5质量％小于0.8质量％，从Ag、In、Sr、Ca、Mg及Zr中所选择的至少一种的总含量为0.0005～0.3质量％，氧含量为0.01～0.05质量％，剩余部分为Cu和不可避免的杂质的构成的铸造材料的工程、对所得到的铸造材料在600℃以上的温度下，以50％以上的变形程度连续地施以热加工，得到直径20mm以上的线材的工程、对该线材在150℃以下的温度下，以50％以上的变形程度施以冷加工的工程。
如利用以上所述的本发明的架空线及其制造方法，可得到具有足够的强度和导电率，且耐磨损性优良的架空线。因此，能够应对电车的高速化，并可实现架空线维护的简洁化和更换频次的降低，且可期待本发明利用在高速化更进一步发展的铁道领域。
无符号说明无具体实施方式
下面，对本发明进行更加详细地说明。
<Sn大于0.5质量％且在到0.8质量％之间>
使Sn的含有量大于0.5质量％，是为了得到更高强度的架空线原料，而使Sn的含有量在0.8质量％以下，是为了更加抑制导电率的降低。
<Ag、In、Sr、Ca、Mg、Zr的至少一种总量为0.0005～0.3质量％>
借由在铜中添加Ag、In、Sr、Ca、Mg、Zr的至少一种，可提高铜合金的强度，而且即使因导电弓架和架空线间的电弧而发热，也不会使铜合金软化，可提高耐热性。
如果上述Ag等添加元素的总含有量不足0.0005质量％，则强度和耐热性的上升效果有限。而且，虽然Ag在以金属形态存在的情况下，具有比铜高的导电率，但当Ag在铜合金中进行固溶时，铜合金的导电率下降。所以，使这些添加元素的总含有量上限在0.3质量％以下，可防止架空线的导线率下降。而且，借由添加这些元素，可防止架空线原料铸造时的铸片裂痕，另外在架空线制造阶段的拉丝工程中可抑制断线。
<氧0.01～0.05质量％>
借由使氧含有量为0.01～0.05质量％，能够轻松地得到必要的导电率。而且，借由使架空线的制造所使用的铸造材料的氧含量在0.05质量％以上，可抑制氧化铜的产生，并抑制在加工时以氧化铜为起点的断线。反之，如果氧含有量不足0.01质量％，则热加工时容易产生裂痕，在铸造后的工程中难以得到高品质的架空线。
在本发明的架空线的化学成分中也可含有不可避免的杂质。不可避免的杂质包括Ni、Sb、As、Fe、Pb、Bi、P、Si、Zn、S、Se、Te等。
<拉伸强度460N/mm2以上>
借由具有460N/mm2以上的拉伸强度，可充分应对伴随电车的高速化的架空线的架线张力的增强。所形成的拉伸强度更佳为480N/mm2以上，最佳为500N/mm2以上。特别是当架空线的断面积为110mm2时在500N/mm2以上，同断面积为170mm2时在460N/mm2以上较为适合。
<导电率60％IACS以上>
借由使架空线的导电率在60％IACS以上，可满足作为架空线的必要导电率。虽然在本发明的架空线中，Sn浓度高，比较难以得到高导电率，但是作为并不要求那么高的导电率的交流用架空线，本发明的架空线还是适合的。该导电率以在20℃时对国际软铜标准所规定的标准软铜的导电率的百分比(％IACS)来表示。
<利用连续铸造得到铸造材料的工程>
得到铸造材料的工程以旋转皮带(wheel belt)方式和双皮带(twinbelt)方式这种使用可动铸模的铸造方式为佳。借由利用这些方式而进行连续铸造，可抑制制造成本。
<对铸造材料施以热加工而得到线材的工程>
借由对铸造材料在600℃以上的温度下施以50％以上的热加工，可使铸造组织微细化，并提高线材强度。作为热加工以热轧为佳。特别是与前述铸造相连续而进行热轧，在制造性方面较佳。
借由使加工温度在600℃以上，可轻松地进行热加工。而且，也可使后工程即冷加工时的加工性提高。铸造材料在压延时发生氧化，所以在后工程时浸渍于酒精等中进行还原。届时，如果铸造材料冷却，则反应难以进行，还原变得迟缓，所以从这一点出发，使加工温度保持在600℃以上也是重要的。
借由使热加工的变形程度在50％以上，可使线材的结晶组织微细化并提高强度。该变形程度以[(加工前的断面积-加工后的断面积)/加工前的断面积]进行表示。借由加入上述添加元素，即使最大限度地提高热变形程度，也可由后工程的冷加工得到足够强度的架空线。另外，热加工的变形程度为70％以上，而且也可为80％以上。
而且，由热加工所得的线材的直径为20mm以上。借由形成该线材直径，在下一工程中可接受高变形程度的冷加工。结果，可使利用冷加工的线材强度提高的效果更加显著。由热加工所得的线材的直径，也可在24mm以上。
<对线材施以冷加工的工程>
得到直径20mm以上的线材以后，在150℃以下的温度下以50％以上的变形程度施以冷加工。利用该冷加工，可使线材的强度提高。这里的变形程度也以[(加工前的断面积-加工后的断面积)/加工前的断面积]进行表示。利用该冷加工，可得到高强度的架空线。
冷加工适合采用拉丝加工。加工温度在150℃以下即可，也可在常温下不加热而进行加工。变形程度为50％以上。借由进行变形程度50％以上的冷加工，可得到足够的强度提高效果。该变形程度以70％以上为佳，75％以上为更佳。
下面，对本发明的实施形态进行说明。
按照熔解→铸造→热轧→拉丝→制品的工程制作架空线。在该工程中，从熔解到热轧，利用连续铸造压延设备进行加工。首先，连续铸造表1所示的化学成分的熔解铜合金。接着，以表2所示的变形程度进行热轧而得到线材。然后，对所得到的线材，同样以表2所示的变形程度施以冷拉丝加工，得到断面积为170mm2或110mm2的架空线。而且，对部分铸造材料，不施以热轧即进行冷拉丝加工。
对这些架空线测定拉伸强度和导电率。其结果也一并在表2中进行表示。拉伸强度的阈值为460N/mm2以上，导电率的阈值为60％以上。
表1
表2
※1不进行压延而将铸造棒直接拉丝由表2可清楚地确认，除了Sn以外还含有Sn以外的添加元素的No.A1～A8，与只添加了Sn的No.B1、B2、B5、C1～C3相比，导电率高。这些No.A1～A8在拉伸强度方面也大于阈值。
而且，可确认No.B3、B4、B6无论是否有Ag等添加元素，在拉伸强度方面也较No.A1～A8差。
另外，对上述架空线的一部分，测定磨损率并进行耐磨损性的评价。该评价如下面所说明的这样进行。首先，使架空线和铜烧结滑块的滑擦速度为50km/h，与滑块的接触负载为7kgf(68.6N)，并在加以直流电压200V、通电电流200A的状态下，使架空线和滑块进行104次滑擦。然后，求架空线的磨损面积，并以导电弓架的滑擦次数除其磨损面积而作为磨损率进行评价。发现磨损率越小耐磨损性越优良。其结果如表3所示。
表3
※磨损率(mm2/×104通过导电弓架)由表2可清楚地确认，除了Sn以外还含有Sn以外的添加元素的No.A2、A5、A6，与No.B3、C1、C2相比，耐磨损性优良。No.B3为一种除了高浓度的Sn以外，还含有Sn以外的添加元素，但热加工后的尺寸小的试样，No.C1、C2为只添加了Sn的试样。
权利要求
1.一种架空线，其特征在于采用锡(Sn)含量大于0.5质量％小于0.8质量％；从银(Ag)、铟(In)、锶(Sr)、钙(Ca)、镁(Mg)以及锆(Zr)中所选择的至少一种的总含量为0.0005～0.3质量％；氧含量为0.01～0.05质量％；剩余部分为铜(Cu)和不可避免的杂质的形态而构成；架空线的拉伸强度在460N/mm2以上；导电率在60％IACS以上。
2.一种架空线的制造方法，其特征在于包括利用连续铸造得到采用Sn含量大于0.5质量％小于0.8质量％，从Ag、In、Sr、Ca、Mg以及Zr中所选择的至少一种的总含量为0.0005～0.3质量％，氧含量为0.01～0.05质量％，剩余部分为Cu和不可避免的杂质的构成的铸造材料的工程；对所得到的铸造材料在600℃以上的温度中，以50％以上的变形程度连续地施以热加工，得到直径20mm以上的线材的工程；以及对该线材在150℃以下的温度中，以50％以上的变形程度施以冷加工的工程。
3.如权利要求2所述的架空线的制造方法，其特征在于热加工的变形程度为80％以上，冷加工的变形程度为70％以上。
全文摘要
本发明提供一种具有足够的强度和导电率，且耐磨损性优良的架空线及其制造方法。本发明的架空线以Sn含量大于0.5质量％小于0.8质量％，从Ag、In、Sr、Ca、Mg以及Zr中所选择的至少一种的总含量为0.0005～0.3质量％，氧含量为0.01～0.05质量％，剩余部分为Cu和不可避免的杂质的形态而构成。该架空线的拉伸强度在460N/mm
文档编号C22F1/08GK1611620SQ20041004825
公开日2005年5月4日 申请日期2004年6月14日 优先权日2003年10月28日
发明者久保范明, 中本稔, 南条和弘, 西川太一郎, 佐野忠德, 大塚保之 申请人:住友电气工业株式会社