一種中強(qiáng)度鋁合金單絲的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種59％IACS導(dǎo)電率的中強(qiáng)度鋁合金單絲制備方法，屬于屬于電力行業(yè)輸電線路架空導(dǎo)線【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明提供的中強(qiáng)鋁合金單絲材料，解決現(xiàn)有中強(qiáng)鋁合金生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，產(chǎn)品力學(xué)性能和導(dǎo)電性能差的技術(shù)難題。主要采用通過加入微量合金化元素控制合金中雜質(zhì)元素含量，并通過熱處理工藝來調(diào)整合金的微觀組織，開發(fā)出具有導(dǎo)電率不低于59％IACS(20℃)、抗拉強(qiáng)度不小于240MPa、延伸率不低于3.5％的中強(qiáng)鋁合金單絲。
【專利說明】一種中強(qiáng)度鋁合金單絲的制備方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力行業(yè)輸電線路架空導(dǎo)線制備方法，具體講涉及一種導(dǎo)電率^ 59% IACS的中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]由于全鋁合金導(dǎo)線(AAAC)輸電線較常規(guī)鋼芯鋁導(dǎo)線(ACSR)具有線路損耗小，拉重比大、弧垂特性好，表面耐劃傷、施工即簡單又方便，耐蝕性能好、線路服役生命長等特點(diǎn)，因而全鋁合金導(dǎo)線已得到了普遍應(yīng)用，據(jù)報(bào)道一些地方輸電線路應(yīng)用AAAC已達(dá)50%以上，有些地方這一比例高達(dá)80%。雖然早在20世紀(jì)60年代就開始研制和開發(fā)高強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線，高強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線，獲得廣泛應(yīng)用。但研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)GB/Tl 179-2008《圓線同心絞架空導(dǎo)線》中的2種鋁合金線種LHA1和LHA2高強(qiáng)鋁合金的導(dǎo)電率低且生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定制約了全鋁合金導(dǎo)線的應(yīng)用。因此，線損小、拉重比大且耐蝕性好的導(dǎo)電率較高的中強(qiáng)全鋁合金導(dǎo)線的開發(fā)和應(yīng)用近年來日益受到高度關(guān)注。
[0003]中強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線在制造、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行等方面具有諸多優(yōu)點(diǎn)，已在國外許多國家的輸電線路上獲得了應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)報(bào)道了非熱處理型中強(qiáng)鋁合金，生產(chǎn)工藝簡單，成本低，導(dǎo)電率較好(58.5%~59% IACS)，抗拉強(qiáng)度為240~255MPa，延伸率為1.5%~3%等優(yōu)點(diǎn)。盡管如此現(xiàn)有技術(shù) 中仍存在中強(qiáng)全鋁合金導(dǎo)線產(chǎn)品生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，且產(chǎn)品導(dǎo)電率較低，大多為58.5% IACS(國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW1816-2012《中強(qiáng)度鋁合金絞線》)等不足。因此，在保證力學(xué)性能的前提下，如何提現(xiàn)有中強(qiáng)全鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率，減少輸電線損，同時(shí)降低生產(chǎn)成本成為目前中強(qiáng)全鋁合金導(dǎo)線最為迫切的技術(shù)需求。
[0004]基于以上研究及應(yīng)用背景，亟需開展高導(dǎo)電率中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線的研究與制備，以獲得高導(dǎo)電率中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)體配方及制備技術(shù)，為制備高導(dǎo)電率中強(qiáng)度鋁合金導(dǎo)線提供技術(shù)支持，使其達(dá)到提高輸送容量、降低輸電線路損耗的目的，從而滿足大容量輸電線路及城市擴(kuò)容改造的建設(shè)需求。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明目的在于開發(fā)出一種用于電力行業(yè)中架空導(dǎo)線用導(dǎo)電率為59% IACS的中強(qiáng)鋁合金單絲材料及其制備工藝，克服現(xiàn)有中強(qiáng)鋁合金生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，產(chǎn)品力學(xué)性能和導(dǎo)電性能差的不足。主要采用通過加入微量合金化元素控制合金中雜質(zhì)元素含量，并通過熱處理工藝來調(diào)整合金的微觀組織，開發(fā)出具有導(dǎo)電率不低于59% IACS(20°C )、抗拉強(qiáng)度不小于240MPa、延伸率不低于3.5%的中強(qiáng)鋁合金單絲。
[0006]實(shí)施上述目的的技術(shù)措施:
[0007]本發(fā)明提供了一種中強(qiáng)度鋁合金單絲制備方法，包括下述步驟:
[0008]4)冶煉:將純度≥99.7%的鋁錠在720~750°C下熔融后，在730~750°C下加入S1、Mg和B元素；
[0009]5)精煉:將步驟I)制得的鋁液充分?jǐn)嚢韬螅龤?、除渣?30~750°C下精煉，靜置30~50分鐘；
[0010]6)澆鑄:將步驟2)制得鋁液于700~720°C下，澆鑄于預(yù)熱至200~250°C的圓柱形低碳鋼模具內(nèi)，得到Φ80Χ IOOmm的圓柱鋁錠；
[0011]4)制桿:將步驟3)制得的圓鋁錠擠壓成Φ9.5mm的鋁合金桿，水淋冷卻；
[0012]5)拉絲:用拉絲機(jī)將步驟4)制得的鋁合金桿以12~15m/s的速率和以每次為12~18%的變形量冷拉絲，得3.0~4.0mm單絲；
[0013]6)時(shí)效:將步驟5)制得的鋁合金單絲在160~180°C下時(shí)效3~4.5h空冷至室溫，即得按質(zhì)量百分比計(jì)的含下述組分的鋁合金單絲；
[0014]鋁合金組分含量為S1:0.I ~0.35%，Mg:0.2 ~0.5%，B:0.01 ~0.12%，F(xiàn)e:(0.15%，其余為鋁和不可避免的雜質(zhì)元素。
[0015]本發(fā)明提供的制備方法中，冶煉步驟中加入:V、T1、Cr和/或Mn，其中按質(zhì)量百分比計(jì)，所加入的V+Ti+Cr+Mn≤0.014%。
[0016]本發(fā)明提供的制備方法中S1、Mg和B以中間合金Al-S1、Al-Mg和Al-B的形式加入；步驟3)中的鋁合金采用金屬型鑄造，澆注溫度為715~720°C ;步驟4)中的制桿工藝為熱擠壓后水淋急冷，擠壓溫度為450~500°C;步驟6)中的時(shí)效處理的溫度控制在160~180°C，時(shí)間控制在3~4.5h。
[0017]本發(fā)明提供的制備方法制得的鋁合金單絲，其抗拉強(qiáng)度> 240MPa,延伸率≤3.5%，導(dǎo)電率≤59% IACS0
[0018]本發(fā)明采用的各合金元素的作用及機(jī)理如下:
[0019]S1:硅是鋁合金的最普通的合金元素之一，硅能提高鋁合金的鑄造性能及焊接流動(dòng)性，還能使鋁合金有較高的力學(xué)性能，由于其在合金中能形成一些化合物，使合金成為可熱處理強(qiáng)化的。隨著Si含量升高，合金的電導(dǎo)率下降。這是由于提高合金中Si含量，鋁基體中游離Si數(shù)量增加，Si是半導(dǎo)體，較鋁基體的電阻率高得多，因此Si含量的提高減少鋁基體的有效導(dǎo)電截面積，降低合金的電導(dǎo)率。
[0020]Mg:鎂對鋁的強(qiáng)化是明顯的，每增加I %鎂，抗拉強(qiáng)度大約升高瞻遠(yuǎn)34MPa。在Al-Mg-Si系合金中鎂和硅會(huì)形成Mg2Si強(qiáng)化相，對合金起到強(qiáng)化作用；同時(shí)，Mg2Si強(qiáng)化相也會(huì)對合金的導(dǎo)電性能產(chǎn)生一定的影響。通常，當(dāng)Mg含量較低時(shí)，合金的電導(dǎo)率較高而強(qiáng)度較低，但鎂過量且經(jīng)熱處理使Mg2Si充分沉淀時(shí)，合金也有高的電導(dǎo)率。
[0021]Fe:鋁中含有一定量的鐵，是高純鋁中的一種主要雜質(zhì)。因?yàn)槿蹮捙c鑄造使用的工具都是鋼或鑄鐵材質(zhì)，鐵就會(huì)由這些工具帶入鋁中，而且在重熔廢料時(shí)，則可混入鐵與鐵屑。鐵對鑄造鋁的力學(xué)性能是有害的，因?yàn)槠渫ǔＲ源执蟮囊淮尉w出現(xiàn)，或以鋁-鐵-硅化合物形式存在，它們一定程度上都提高了鋁的硬度，但使鋁的塑性降低。最新研究表明，鐵可以提高鋁導(dǎo)體強(qiáng)度，并不顯著降低其導(dǎo)電性。但也有資料表明在實(shí)際生產(chǎn)中，鋁導(dǎo)體中的Fe/Si比應(yīng)為1.3~1.5，過高則會(huì)使其電阻率顯著升高，所以也應(yīng)該注意控制鐵的含量。
[0022]B:在眾多的影響因素中，化學(xué)成分是影響鋁導(dǎo)體電導(dǎo)率最基本的因素，因此降低雜質(zhì)元素對電導(dǎo)率的影響是提高鋁導(dǎo)體電導(dǎo)率的關(guān)鍵之舉。雜質(zhì)元素如果以固溶狀態(tài)存在，對導(dǎo)電性能的影響更大。硼化處理是降低雜質(zhì)含量的一種有效方法，即在鋁合金中加入一定量的B元素后，能夠和過渡族雜質(zhì)元素Cr、Mn、V、Ti等發(fā)生反應(yīng)，使之由固溶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛蠎B(tài)并沉積于熔體底部，從而提高鋁合金的導(dǎo)電性能。[0023]V、Mn、Cr、T1:這幾種元素均為合金中的雜質(zhì)元素。鋁導(dǎo)體中的T1、V、Mn、Cr等雜質(zhì)元素在固溶態(tài)存在時(shí)，很容易吸收導(dǎo)體材料內(nèi)的自由電子而填充它們不完整的電子層。這種傳導(dǎo)電子數(shù)目的減少導(dǎo)致了鋁導(dǎo)體導(dǎo)電性的降低。研究表明，每1% (Cr+Ti+Mn+V)的有害作用為每1% Si對鋁導(dǎo)電性有害作用的5倍。由此可以看出嚴(yán)格控制這幾種元素的含量對保證鋁導(dǎo)體的質(zhì)量具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。
[0024]本發(fā)明的工藝特點(diǎn)在于:先進(jìn)行冶煉，當(dāng)純鋁錠完全熔化后依次放入各中間合金，合金化溫度為730~750°C ;使用攪拌機(jī)對鋁液進(jìn)行攪拌，使合金元素充分均勻化；采用鋁液精煉劑對鋁液進(jìn)行除氫、除渣處理，靜置40分鐘。并對圓柱形低碳鋼模具進(jìn)行加熱，防止模具溫度與鋁液溫度相差過大引起鋁液澆鑄過程中引起縮孔，模具加熱至200~250°C保溫60~90分鐘，然后進(jìn)行鋁液澆鑄，澆鑄成Φ80 X IOOmm的圓柱鋁錠。采用熱擠壓的方式將其擠成Φ9.5mm的圓鋁桿，然后進(jìn)行拉絲。以15m/s的速度在拉絲機(jī)上冷拉絲，通過多套配模(金剛石模具)，多道次拉制，每次變形量為15%左右，最終獲得3.0~4.0mm的單絲。通過160~180°C時(shí)效3~4.5h調(diào)整合金中的Mg2Si相的數(shù)量與大小。
[0025]本發(fā)明由于在Al-Mg-Si合金中添加了微量B元素，通過熱擠壓后急冷以及時(shí)效處理，在提高合金強(qiáng)度的的同時(shí)也保證了鋁合金的導(dǎo)電率；簡化了中強(qiáng)度鋁合金的制備工藝，由此生產(chǎn)出的鋁合金導(dǎo)體 單絲材料可以提高導(dǎo)電率(> 59% I ACS, 20 0C )和增大工作強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度≥240MPa)。
【【具體實(shí)施方式】】
[0026]所有實(shí)施方式都是采用現(xiàn)有的冶煉及擠壓設(shè)備，按照前面所敘述的步驟進(jìn)行:
[0027]實(shí)施例1
[0028]鋁合金材料的組分及其重量百分比為:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種中強(qiáng)度鋁合金單絲的制備方法，所述方法包括下述步驟: 1)冶煉:將純度≥99.7%的鋁錠在720~750°C下熔融后，在730~750°C下加入S1、Mg和B元素； 2)精煉:將步驟1)制得的鋁液充分?jǐn)嚢韬?，除氣、除渣?30~750°C下精煉，靜置30~50分鐘； 3)澆鑄:將步驟2)制得鋁液于700~720°C下，澆鑄于預(yù)熱至200~250°C的圓柱形低碳鋼模具內(nèi)，得到Φ80 X IOOmm的圓柱鋁錠； 4)制桿:將步驟3)制得的圓鋁錠擠壓成Φ9.5mm的鋁合金桿，水淋冷卻； 5)拉絲:用拉絲機(jī)將步驟4)制得的鋁合金桿以12~15m/s的速率和以每次為12~18%的變形量冷拉絲,得3.0~4.0mm單絲； 6)時(shí)效:將步驟5)制得的鋁合金單絲在160~180°C下時(shí)效3~4.5h空冷至室溫，即得按質(zhì)量百分比計(jì)的含下述組分的鋁合金單絲；
所述組分含量為 Si:0.1 ~0.35%，Mg:0.2 ~0.5%，B:0.01 ~0.12%,Fe:≤ 0.15%,其余為鋁和不可避免 的雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中強(qiáng)度鋁合金單絲的制備方法，其特征在于:所述冶煉步驟中加入:V、T1、Cr和/或Mn。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種中輕度鋁合金單絲的制備方法，其特征在于:按質(zhì)量百分比計(jì)，所加入的V+Ti+Cr+Mn ≤ 0.014%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中強(qiáng)度鋁合金單絲的制備方法，其特征在于:所述S1、Mg和B以中間合金Al-S1、Al-Mg和Al-B的形式加入。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中強(qiáng)度鋁合金單絲的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中的鋁合金采用金屬型鑄造，澆注溫度為715~720V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中強(qiáng)度鋁合金單絲的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中的制桿工藝為熱擠壓后水淋急冷，擠壓溫度為450~500°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中強(qiáng)度鋁合金單絲的制備方法，其特征在于:所述步驟6)中的時(shí)效處理的溫度控制在160~180°C，時(shí)間控制在3~4.5h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中強(qiáng)度鋁合金單絲的制備方法，其特征在于:所述鋁合金導(dǎo)線單絲的抗拉強(qiáng)度≥240MPa，延伸率≥3.5%，導(dǎo)電率≥59% IACS。
【文檔編號(hào)】C22C21/08GK103952605SQ201410178721
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】陳保安, 韓鈺, 祝志祥, 陳新, 于吉波, 李君明, 楊長龍, 李愛軍, 楊孝天 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司丹東供電公司