一種高導(dǎo)電率熱處理型中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)電單絲的制作方法
【專利說明】一種高導(dǎo)電率熱處理型中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)電單絲 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電力行業(yè)輸電線路用架空導(dǎo)線，具體講涉及一種高導(dǎo)電率熱處理 型中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)電單絲。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 鋪設(shè)電網(wǎng)線路時(shí)需要綜合考慮桿塔、基礎(chǔ)、絕緣子和金具造價(jià)以及導(dǎo)線架設(shè)和其 工地運(yùn)輸費(fèi)用。利用中強(qiáng)全鋁合金導(dǎo)線代替鋼芯鋁導(dǎo)線時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)降低年耗電，從而節(jié)約 了 5%~8%的線路本體造價(jià)，且因平均檔距增大，減少了桿塔用量，使得每公里塔材指標(biāo) 約降低15 %，進(jìn)一步節(jié)約了走廊面積。與高強(qiáng)全鋁合金導(dǎo)線（導(dǎo)電率52. 5~53 % IACS)比， 中強(qiáng)全鋁合金導(dǎo)線具有更高的導(dǎo)電率（多58. 5% IACS)，更低的線損率，同時(shí)因其導(dǎo)線張力 大，耐張塔質(zhì)量大使得中強(qiáng)全鋁合金導(dǎo)線在制造、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行等方面更具有優(yōu)勢，更 適用于山地大高差、大檔距等特殊地形和耐張塔比例少的線路。
[0003] 近年來對中強(qiáng)全鋁合金導(dǎo)線也開展了大量研宄，但中強(qiáng)全鋁合金導(dǎo)線產(chǎn)品仍然存 在生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，且產(chǎn)品導(dǎo)電率較低（主要處于58. 5% IACS水平）等問題。因此， 在保證力學(xué)性能的前提下，如何提高現(xiàn)有中強(qiáng)全鋁合金導(dǎo)線的導(dǎo)電率，減少輸電線損的同 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] 基于以上研宄及應(yīng)用背景，需提供一種高導(dǎo)電率中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線的合金成分與制 備工藝，以獲得高導(dǎo)電率中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)體材料。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明目的在于開發(fā)出一種電力行業(yè)中架空導(dǎo)線用的高導(dǎo)電率熱處理型中強(qiáng)鋁 合金導(dǎo)電單絲，以解決常規(guī)58. 5% IACS中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)線導(dǎo)電率低、輸電線損大的技術(shù)難 題。本發(fā)明提供的技術(shù)方案通過控制B、Mg、Si、Cu微合金化元素的含量及熱處理工藝來調(diào) 整合金的微觀組織，從而開發(fā)出具有導(dǎo)電率彡59. 2% IACS(20°C )，抗拉強(qiáng)度彡240MPa，延 伸率彡4. 0%的中強(qiáng)鋁合金單絲。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供了一種高導(dǎo)電率熱處理型中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)電單絲，由按質(zhì)量百分比計(jì)的 下述成分組成：
[0008] B :0.002 ~0.03%，Si :0· 1 ~0.40%，Mg :0.2 ~0.5%，Cu :0.03 ~0.05%，F(xiàn)e : 0. 01~0. 15%，Cr+Mn+V+Ti彡0. 01%，余量為鋁和不可避免的微量雜質(zhì)。
[0009] 本發(fā)明提供的高導(dǎo)電率熱處理型中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)電單絲，由按質(zhì)量百分比計(jì)的下述 成分組成：
[0010] B :0· 02 ~0· 03%，Si :0· 2 ~0· 25%，Mg :0· 3 ~0· 4%，Cu :0· 03 ~0· 05%，F(xiàn)e : 0. 11~0. 14%，（Cr+Mn+V+Ti) :0. 007~0. 009,余量為鋁和不可避免的微量雜質(zhì)。
[0011] 本發(fā)明還提供了一種高導(dǎo)電率熱處理型中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)電單絲的制備方法，包括下 述步驟：
[0012] 1)冶煉：于730~750°C下的鋁熔融物中加入按質(zhì)量百分比計(jì)的Al-B、Al-Si合 金、Mg 和 Al-Cu 合金，F(xiàn)e :0.01 ~015%，Cr+Mn+V+Ti 彡 0.01% ;
[0013] 2)精煉：于720~730°C下加入精煉劑攪拌15min后靜置40min，扒渣；
[0014] 3)澆鑄：于700~720°C下將步驟2)制得的鋁合金液澆于預(yù)熱鑄模具內(nèi)，得尺寸 為22 X 22 X 380mm的鋁合金錠；
[0015] 4)制桿：將步驟3)制得的鋁合金錠于520°C~530°C下保溫Ih后軋制成Φ9. 5mm 的鋁合金圓桿；
[0016] 5)時(shí)效：將步驟4)制得的鋁合金圓桿在185~195°C下時(shí)效6~8h后空冷至室 溫；
[0017] 6)拉絲：以10~15m/s的速率、6~10%的變形量，對步驟5)得到的鋁合金圓桿 進(jìn)行拉絲，得直徑為3. 6~3. 99mm的鋁合金單絲。
[0018] 本發(fā)明提供的制備方法步驟3)中的模具為紫銅模具。
[0019] 本發(fā)明提供的制備方法步驟3)中的模具的預(yù)熱溫度為150~200°C。
[0020] 本發(fā)明提供的制備方法步驟6)中的拉絲溫度為30~50°C。
[0021] 本發(fā)明提供的制備方法步驟1)中加入Al-B合金后升溫至750°C加入Al-Si合金、 Mg和Al-Cu合金。
[0022] 本發(fā)明提供的高導(dǎo)電率熱處理型中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)電單絲的導(dǎo)電率彡59. 2% IACS， 抗拉強(qiáng)度彡240MPa，延伸率彡4. 0%。
[0023] 各合金元素的作用及機(jī)理如下：
[0024] Si :硅是鋁合金的最普通的合金元素之一，0. 1~0. 40%的Si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。但隨著Si含量升高，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。
[0025] Mg :鎂對鋁的強(qiáng)化是明顯的，每增加1 %鎂，抗拉強(qiáng)度大約升高瞻遠(yuǎn)34MPa。本發(fā)明 中加入0. 2~0. 5 %的Mg :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。
[0026] Cu :鋁合金中添加0. 03~0. 05%的銅可以提高鋁合金的抗拉強(qiáng)度及其延伸率，易 于拉制加工。Cu元素加入后與Al、Fe生成的Cu2FeAl7、CuAl2增加了熔體中的結(jié)晶核心，材 料結(jié)晶后的鑄態(tài)組織得到細(xì)化，且經(jīng)時(shí)效處理后硬質(zhì)相粒子Cu2FeAl7、CuAl2呈彌散分布于 組織中，進(jìn)一步阻礙晶界移動(dòng)、釘扎位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)烈的彌散強(qiáng)化作用使材料的抗拉強(qiáng)度、延 伸率提尚明顯。
[0027] Fe :是純鋁中的一種主要雜質(zhì)，本發(fā)明中Fe的含量控制在0.01~0. 15%。因?yàn)槿?煉與鑄造使用的工具都是鋼的或鑄鐵的，鐵就會(huì)由這些工具帶入鋁中，而且在重熔廢料時(shí)， 則可混入鐵與鐵肩。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Al-Fe-Si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。 鐵可以提高鋁導(dǎo)體強(qiáng)度，并不顯著降低其導(dǎo)電性。
[0028] 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，在鋁合金中加入 0. 01~0. 03%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)并沉積于恪體底部，從而提尚錯(cuò)合金的導(dǎo)電性能。
[0029] V、Mn、Cr、Ti :這幾種元素均為合金中的雜質(zhì)元素。鋁導(dǎo)體中的Ti、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。研宄表明，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。由此本發(fā)明嚴(yán)格控制這幾種元素的含量 Cr+Mn+V+Ti 彡 0. 01%。
[0030] 本發(fā)明還提供了一種高導(dǎo)電率熱處理型中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)電單絲的制備方法，其步驟 為：
[0031] 1)冶煉：選取純度多99. 7 %的工業(yè)純鋁錠加入熔煉爐中，熔化溫度為730~ 750°C ;待純鋁完全熔化后于730~750°C下加入Al-B、A1-Si中間合金、金屬M(fèi)g和Al-Cu 中間合金；
[0032] 2)精煉：采用攪拌機(jī)對鋁合金液進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，?20~730°C下加入精煉劑對鋁 合金液進(jìn)行除氫、除渣精煉，15min后靜置40min扒渣；
[0033] 3)澆鑄：于700~720°C下將步驟2)制得的鋁合金液澆于紫銅質(zhì)鑄模具內(nèi)，模具 預(yù)先放入箱式爐內(nèi)加熱至150~200°C，澆鑄制得尺寸為22X 22X 380mm的鋁合金錠；
[0034] 4)制桿：將步驟3)制得的鋁合金錠于520°C~530°C下保溫Ih后軋制成Φ9. 5mm 的鋁合金圓桿；
[0035] 5)時(shí)效：將步驟4)制得的鋁合金圓桿在箱式爐中時(shí)效6~8h，時(shí)效溫度185~ 195°C，時(shí)效結(jié)束后空冷至室溫；
[0036] 6)拉絲：以10~15m/s的速率、6~10%的變形量，用拉絲機(jī)將步驟5)時(shí)效后的 鋁合金圓桿進(jìn)行拉絲，拉絲溫度控制在30~50°C，制得直徑為3. 6~3. 99mm的鋁合金單 絲。
[0037] 本發(fā)明提供的制備方法中加入Al-B中間合金靜置30min扒渣后，再加入Al-Si中 間合金、金屬M(fèi)g(純度> 99.95% )和Al-Cu中間合金。
[0038] 本發(fā)明提供的制法步驟1)中，待工業(yè)純鋁錠熔化后在730~750°C下加入Al-B中 間合金靜置30min后扒渣，升溫至750°C加入Al-Si中間合金、金屬M(fèi)g和Al-Cu中間合金。
[0039] 本發(fā)明提供的高導(dǎo)電率熱處理型中強(qiáng)鋁合金導(dǎo)電單絲的導(dǎo)電率彡59. 2% IACS， 抗拉強(qiáng)度彡240MPa，延伸率彡4.