本發(fā)明屬于金屬加工，具體涉及一種電纜用高抗蠕變鋁合金桿、鋁合金絞線、電纜、鋁合金桿的制備方法。

背景技術(shù)：

1、我國是世界上用銅量最大的國家，同時(shí)又是一個(gè)極度缺銅的國家，每年有80％的銅產(chǎn)品都是靠進(jìn)口來滿足國內(nèi)需求。在我國，電線、電纜制造行業(yè)從某種意義上說是銅加工行業(yè)，可以說我國五大類電線電纜的生產(chǎn)都離不開銅原料。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2022年年底，我國電線電纜行業(yè)實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值已超萬億元，成為世界上第一大線纜生產(chǎn)國，也是我國僅次于汽車行業(yè)的一大行業(yè)。電纜用銅量已經(jīng)達(dá)到400多萬噸，占國內(nèi)銅消耗量的近60％。銅資源的快速枯竭致使銅的價(jià)格上升，增加了電線電纜制造業(yè)的成本，對(duì)我國電線電纜工業(yè)的發(fā)展極為不利。但是我國鋁土礦產(chǎn)資源相對(duì)豐富，而且鋁金屬具有質(zhì)量輕，易加工，導(dǎo)電性好的特性。而對(duì)于導(dǎo)電性能方面，相同質(zhì)量鋁的導(dǎo)電能力較銅導(dǎo)線的大，所有用鋁代替銅做導(dǎo)體在理論上是完全可行的。但是在長(zhǎng)期使用過程中由于鋁芯電纜易產(chǎn)生蠕變，使電纜的中間和終端接頭接觸電阻增大，導(dǎo)致電纜接頭處易發(fā)熱、易引發(fā)火災(zāi)等問題，早期國內(nèi)外，造成“以鋁代銅”政策的發(fā)展出現(xiàn)停滯現(xiàn)象。

2、國外方面，早在19世紀(jì)30年代,美國和加拿大的民用建筑領(lǐng)域就已開始在電力電纜中應(yīng)用純鋁導(dǎo)體，到了40年代中期(二戰(zhàn)后),由于應(yīng)對(duì)銅資源短缺而美國帥先制定了“以鋁代銅”的技術(shù)政策，并規(guī)定各有關(guān)行業(yè)必須執(zhí)行。美國在線纜企業(yè)、美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室及有關(guān)研究機(jī)構(gòu)開始致力于研發(fā)鋁合金導(dǎo)體，以克服純鋁導(dǎo)體抗蠕變性能差的短板，克服鋁導(dǎo)體接頭處在受熱和受壓下容易發(fā)生蠕變松動(dòng)或接觸不良，導(dǎo)致接觸電阻急劇增大、易產(chǎn)生電弧和火花引發(fā)火災(zāi)的弊端。隨著研發(fā)進(jìn)程的不斷深入及新技術(shù)的不斷適用，比普鋁抗蠕變性能好的鋁合金導(dǎo)體電纜得到美國、澳大利亞和加拿大等發(fā)達(dá)國家廣大用戶的一致認(rèn)可，并被應(yīng)用于各大民用商業(yè)建筑及電網(wǎng)工程建設(shè)中去。

3、國內(nèi)方面，雖然我國早在1957年就已經(jīng)把“以鋁代銅”確定為國家級(jí)技術(shù)政策，但因?yàn)闆]有從根本上解決鋁芯電纜接頭的安全性和安裝敷設(shè)金具問題，致使我國鋁合金電纜的發(fā)展比國外慢了許多。自2006年美國、加拿大和德國等電線電纜制造廠商，把鋁合金電線電纜引入我國，帶動(dòng)了我國鋁合金電纜的快速發(fā)展，并很快得到了廣大電力工程應(yīng)用商的一致肯定與好評(píng)。并且隨著新能源產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，鋁合金導(dǎo)體電纜量輕、成本低的優(yōu)勢(shì)更加突出，近些年又獲得了風(fēng)電、光伏等新能源客戶的青睞，使鋁合金導(dǎo)體的用量大幅上升，才使我國以鋁代銅，以鋁節(jié)銅的國策得以實(shí)施。

4、現(xiàn)今市場(chǎng)上所用鋁合金電纜用鋁合金材料絕大多數(shù)為8030鋁合金，也就是gb/t30552-2014《電纜導(dǎo)體用鋁合金線》中規(guī)定的2號(hào)合金，要求化學(xué)成分中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：si≤0.10％，fe：0.30％-0.80％，cu：0.15％-0.30％，mg≤0.05％，zn≤0.05％，b：0.001-0.04,其它單個(gè)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.03％，其它單個(gè)元素的合計(jì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.10％，余量均為al。8030鋁合金中加入了鐵元素，可以提高合金的強(qiáng)度和抗蠕變性能，但對(duì)fe含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))要適當(dāng)控制；同時(shí)為了提高8030合金鋁桿的強(qiáng)度、塑性和表面光亮度，還添加了少量的cu，鋁合金中添加cu會(huì)使其導(dǎo)電性能降低，但少量的cu會(huì)與鋁形成cual2化合物融入固溶體中，在熱處理過程中會(huì)以金屬化合物的形成析出，反而使鋁合金的導(dǎo)電率比固溶狀態(tài)略好，cu含量以0.18％-0.25％為宜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種電纜用高抗蠕變鋁合金桿、鋁合金絞線、電纜、鋁合金桿的制備方法，該鋁合金桿提高了蠕變性能、安全性、拉伸性，降低了成本。

2、解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種電纜用高抗蠕變鋁合金桿，其合金組成包括：

3、鐵的質(zhì)量百分比為0.25～0.60％；硅的質(zhì)量百分比為0.08～0.25％；鎂的質(zhì)量百分比為0.05～0.15％；硼的質(zhì)量百分比為0.005～0.02％；稀土的質(zhì)量百分比為0.01～0.03％；雜質(zhì)元素鈦、釩、錳、鉻的總質(zhì)量百分比和不超過0.02％，其它單個(gè)雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比不超過0.03％，其它雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比總和不超過0.10％；其余為鋁。

4、優(yōu)選的是，所述電纜用高抗蠕變鋁合金桿合金組成包括：

5、鐵的質(zhì)量百分比為0.25～0.60％；硅的質(zhì)量百分比為0.08～0.25％；鎂的質(zhì)量百分比為0.05～0.15％；硼的質(zhì)量百分比為0.005～0.02％；稀土的質(zhì)量百分比為0.01～0.03％；雜質(zhì)元素鈦、釩、錳、鉻的總質(zhì)量百分比和為0.0001％～0.02％，其它單個(gè)雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比不超過0.03％，其它雜質(zhì)元素的質(zhì)量百分比總和不超過0.10％；其余為鋁。

6、本發(fā)明還提供一種高抗蠕變鋁合金絞線，其由高抗蠕變鋁合金單絲絞制而成，高抗蠕變鋁合金單絲由上述的高抗蠕變鋁合金桿拉制而成。

7、本發(fā)明還提供一種電纜，包括纜芯，纜芯由上述的高抗蠕變鋁合金絞線絞制而成。

8、本發(fā)明還提供一種上述的電纜用高抗蠕變鋁合金桿的制備方法，包括以下步驟：

9、(1)制備鋁液

10、將9463-9803質(zhì)量份的99.7mas％重熔鋁錠熔化，得到熔化的鋁液，其中，99.7mas％重熔鋁錠指的是重熔鋁錠中鋁的質(zhì)量百分含量不低于99.7％；

11、(2)熔煉鋁合金液

12、將所述熔化的鋁液中加入125-300質(zhì)量份的鋁鐵中間合金；加入40-125質(zhì)量份的鋁硅中間合金；加入17-67質(zhì)量份的鋁硼中間合金；加入10～30質(zhì)量份的鋁稀土中間合金，在730-750℃下保溫靜置20-40分鐘，得到鋁合金液；然后停止加熱，再加入鎂錠；

13、其中，中間合金加入時(shí)需注意，125-300質(zhì)量份的alfe20鋁鐵中間合金分2-3次與鋁錠一起加入熔煉爐中，40-125質(zhì)量份鋁硅中間合金分2次與鋁錠一起加入熔煉爐中，17-67質(zhì)量份的alb3鋁硼中間合金分2次加入熔煉爐的小爐中，將熔化的合金液放入保溫爐，當(dāng)鋁合金液放入1/2和3/4時(shí)將10-30質(zhì)量份的alre10鋁稀土分2次加入保溫爐，待鋁合金液全部進(jìn)入保溫爐后，將保溫爐的溫度升至740-760℃，然后停止加熱，用框式送鎂器將5-15質(zhì)量份的99.95％的鎂錠送入保溫爐內(nèi)，人工攪拌2分鐘。

14、因?yàn)殒V錠和其它金屬中間合金不同，鎂錠的熔點(diǎn)較低，只有649℃，過早加入鎂錠容易產(chǎn)生燒損，導(dǎo)致最終合金元素配比達(dá)不到要求。而當(dāng)保溫爐熔化的鋁液放滿后，再加入鎂錠，因鎂錠的熔點(diǎn)低，可以靠鋁液溫度迅速熔化，同時(shí)也能降低鎂錠的燒損。當(dāng)升溫至740～760℃時(shí)，可加速鎂錠快速熔化，框式送鎂器進(jìn)入鋁液內(nèi)，可在幾分鐘內(nèi)熔化鎂錠。

15、所述框式送鎂器頂部的平面為不透氣的鋼板，其余面均為鋼筋間隙焊接而成，底部是可以自由開合(有鎖緊裝置)的鋼筋簡(jiǎn)隙門。

16、(3)凈化處理

17、將精煉劑通入鋁合金液內(nèi)進(jìn)行精煉，然后扒渣；具體為，用高純氮?dú)?99.99％)將爐料總量0.3～0.4％的精煉劑吹入保溫爐鋁合金液內(nèi)進(jìn)行精煉，精煉時(shí)間需達(dá)到5min以上，然后進(jìn)行電磁攪拌，攪拌要求為：正轉(zhuǎn)5min，反轉(zhuǎn)5min，再人工攪拌2min，再正轉(zhuǎn)5min，再反轉(zhuǎn)5min，共計(jì)攪拌時(shí)間22min。然后扒渣，扒渣后的鋁液表面不得有懸浮的鋁渣，并在保溫爐內(nèi)四周及中間各取一個(gè)樣共計(jì)5個(gè)，進(jìn)行光譜分析。

18、(4)鋁合金液澆鑄

19、通過澆鑄得到鋁合金鑄條；

20、(5)鋁合金桿軋制

21、通過軋制得到鋁合金桿。

22、優(yōu)選的是，所述步驟(2)中alfe20鋁鐵中間合金中鐵的含量為19mas％-21mas％；

23、alsi20鋁硅中間合金中硅的含量為19mas％-21mas％；

24、alb3鋁硼中間合金中硼的含量為2.5mas％-3.5mas％；

25、alre10鋁稀土中間合金中稀土的含量為9mas％-11mas％。

26、優(yōu)選的是，在所述步驟(3)與步驟(4)之間還包括以下步驟：

27、(a)保溫靜置

28、將鋁合金溶液溫度控制在740～760℃，靜置20～40分鐘；

29、(b)除氣處理

30、將靜置后的鋁合金液經(jīng)流槽進(jìn)入除氣箱，經(jīng)此除氣箱除去鋁合金液中氫氣，并吸附氧化夾渣，使鋁合金液得以凈化；

31、(c)鋁合金液過濾

32、對(duì)鋁合金液采用陶瓷過濾。

33、優(yōu)選的是，所述步驟(4)中，鋁合金液流入結(jié)晶輪啟動(dòng)連鑄機(jī)進(jìn)行水平(12點(diǎn)位置)澆鑄，鋁合金液澆鑄溫度控制在690～710℃，從連鑄機(jī)出來的鋁合金鑄條溫度控制在480～500℃。

34、優(yōu)選的是，所述步驟(5)中，鋁合金鑄條進(jìn)入連軋機(jī)進(jìn)行軋制，軋機(jī)電流控制在45-55a，即可軋制成φ9.5mm鋁合金桿，軋制完成后的鋁合金桿溫度在250～300℃范圍內(nèi)，然后繞桿收線，得到鋁合金桿，即完成了鋁合金桿熔、鑄、軋生產(chǎn)和工藝控制全過程。

35、優(yōu)選的是，重熔鋁錠的質(zhì)量百分比組成：0.07％≤fe≤0.14％，0.04％≤si≤0.08％，0.0001％≤cu≤0.01，0≤ti+v+mn+cr≤0.02％，其余雜質(zhì)含量≤0.03％，其余為鋁，鋁的質(zhì)量百分含量不低于99.70％；

36、所述alfe20鋁鐵中間合金的質(zhì)量百分比組成：19％≤fe≤21％，0.08％≤si≤0.20％，0.001％≤cu≤0.1％，0≤ti+v+mn+cr≤0.1％，其余雜質(zhì)含量≤0.03％，其余為鋁；

37、所述alsi20鋁硅中間合金的質(zhì)量百分比組成：0.07％≤fe≤0.20％，19％≤si≤21％，0.001％≤cu≤0.1％，0≤ti+v+mn+cr≤0.10％，其余雜質(zhì)含量≤0.03％，其余為鋁；

38、所述99.95％鎂錠的質(zhì)量百分比組成：0≤fe≤0.003％，0≤si≤0.005％，0≤cu≤0.002％，0≤ti+v+mn+cr≤0.02％，其余雜質(zhì)含量≤0.02％，其余為鎂，鎂的質(zhì)量百分含量不低于99.95％；

39、所述alb3鋁硼中間合金的質(zhì)量百分比組成：2.5％≤b≤3.5％，0.14％≤fe≤0.40％，0.08％≤si≤0.20％，0.001％≤cu≤0.1％，其余雜質(zhì)含量≤0.03％，其余為鋁；

40、所述鋁稀土中間合金為alre10，其質(zhì)量百分比組成：9％≤re≤11％，0.09％≤fe≤0.25％，0.08％≤si≤0.2％，0.0001％≤cu≤0.01％，其余雜質(zhì)含量≤0.03％，其余為鋁。

41、優(yōu)選的是，所述alre10鋁稀土中間合金中的re10為各種稀土元素的總和，包括鑭系元素，其中的各稀土元素的質(zhì)量百分含量：4.9％≤ce≤5.5％、3.5％≤la≤4.1％、0.3％≤pr≤0.7％、其它混合稀土元素0.3％～0.7％。

42、本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電率不小于59.0％iacs(標(biāo)準(zhǔn)29.73％iacs)、抗拉強(qiáng)度在115mpa～130mpa(標(biāo)準(zhǔn)105～155mpa)、延伸率在15％-30％(標(biāo)準(zhǔn)10％)的高抗蠕變鋁合金桿及其制備方法，本發(fā)明的工藝重復(fù)性好，成品合格率高。用其制造的導(dǎo)電線芯，經(jīng)時(shí)效處理后，直流電阻達(dá)到了同規(guī)格普鋁導(dǎo)電線芯的要求，鋁合金導(dǎo)電線芯的抗蠕變性能是同規(guī)格普鋁導(dǎo)電線芯的4倍以上，大大改善了鋁芯電纜接頭質(zhì)量。

43、本發(fā)明技術(shù)所涉及的電纜用高抗蠕變鋁合金桿，打破了8030的鋁鐵銅系的組成，采用了鋁鐵硅系的合金，通過大量的試驗(yàn)和檢測(cè)數(shù)據(jù)，表明這種合金系的鋁合金導(dǎo)體機(jī)電性能與8030鋁合金導(dǎo)體相比，機(jī)電性能不會(huì)降低，但比8030鋁合金導(dǎo)體的蠕變性能提高了1倍，是普鋁的4倍，它的安全性好，進(jìn)一步提升了鋁質(zhì)導(dǎo)體連接性能，當(dāng)導(dǎo)休退火時(shí)，添加的鐵元素產(chǎn)生高強(qiáng)度抗蠕變性能，即使在長(zhǎng)時(shí)間過載和過熱時(shí)，也能保證連接穩(wěn)定，這類鋁合金大大改善了純鋁的抗拉強(qiáng)度，使鋁合金電纜可支撐4000米長(zhǎng)度的自重，而銅電纜只能支撐2750米，這種優(yōu)勢(shì)在大跨度的建筑(如體育場(chǎng)館)配線時(shí)體現(xiàn)得尤為突出。另一方面由于合金體系中取消了貴重元素銅，其材料成本也比8030鋁合金導(dǎo)體有所降低，毫無疑問此技術(shù)推向市場(chǎng)，會(huì)以其更好的蠕變性能和更低的成本受到電力客戶的青睞。