一種中強(qiáng)度鋁合金線及其生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于架空輸電【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種架空導(dǎo)線用中強(qiáng)度鋁合金線及其生產(chǎn)工藝，本發(fā)明通過一定合金成份調(diào)整、在線除氣凈化系統(tǒng)、軋制、在線固溶淬火系統(tǒng)的控制，然后通過拉絲、時效處理，最終得到抗張強(qiáng)度260～300MPa，伸長率≥3.5％，單線導(dǎo)電率≥57.5％IACS的中強(qiáng)度鋁合金單線。本發(fā)明生產(chǎn)的中強(qiáng)鋁合金線具有強(qiáng)度高，導(dǎo)電性能好，伸率大等特點(diǎn)，將其多根絞合后形成的中強(qiáng)度鋁合金絞線用于架空輸電線路中，具有較大的拉重比，提高線路運(yùn)行的安全性，同時采用全該中強(qiáng)度鋁合金線絞成的絞線，避免了常規(guī)鋼芯鋁絞線所出現(xiàn)的磁滯損耗和渦流損耗，大大減少線路的電能損失。
【專利說明】一種中強(qiáng)度鋁合金線及其生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于架空輸電線路架空導(dǎo)線【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種架空導(dǎo)線用中強(qiáng)度鋁合金線及其生產(chǎn)工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]我國架空輸電線路一般以鋼芯鋁絞線為主。眾所周知，鋼芯鋁絞線中鋼芯不僅增加了導(dǎo)線的重量，而且在電流傳輸過程中存在磁滯損耗和渦流損耗，造成線路建設(shè)投資和運(yùn)行成本的增加。近年來，國家電網(wǎng)大力提倡建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型架空輸電線路。為了減小鋼芯鋁絞線在架空輸電線路出現(xiàn)的弊端，國家電網(wǎng)公司提倡架空輸電線路用導(dǎo)線合金化，為此出現(xiàn)了中強(qiáng)度、高強(qiáng)度、耐熱等合金系列產(chǎn)品。其中對于中強(qiáng)度鋁合金，相關(guān)文獻(xiàn)有報(bào)道，如中國專利文獻(xiàn)CN102041418A、CN102162050A和CN103451498A，其中CN102041418A通過采用合金成份配比，通過連鑄連軋方式生產(chǎn)鋁合金桿，然后對鋁合金桿進(jìn)行人工時效，再進(jìn)行拉絲，拉絲后再進(jìn)行人工時效的工藝方法得到的中強(qiáng)鋁合金線，其抗張強(qiáng)度245~290MPa，伸長率為1.8~3.0 %，單線導(dǎo)電率不低于57.0% IACS ；同樣CN102162050A通過合金成份配比，采用了連鑄連軋方式生產(chǎn)鋁合金桿，然后對鋁合金桿進(jìn)行人工時效，再進(jìn)行拉絲，拉絲后再進(jìn)行人工時效的工藝方法得到的中強(qiáng)鋁合金線，其抗張強(qiáng)度為230~250MPa，伸長率≥2.0%，單線導(dǎo)電率不低于57.0% IACS ;該兩種中強(qiáng)度鋁合導(dǎo)線伸長率較小，使得絞合的導(dǎo)線抗過載能力和耐疲勞性能較差，導(dǎo)致安全性較差，另外這兩個專利需要對鋁合金桿和拉制的鋁合金線進(jìn)行兩次人工時效，不僅增加了工序，降低了效率，同時時效過程能耗大，增加了制造成 本；CN103451498A通過合金成份配比，采用了連鑄連軋方式生產(chǎn)鋁合金桿，然后對鋁合金桿進(jìn)行拉絲，拉絲后進(jìn)行人工時效的工藝方法得到的中強(qiáng)鋁合金線，該中強(qiáng)其抗張強(qiáng)度> 245MPa，伸長率> 3.5%，單線導(dǎo)電率不低于58.5% IACS ;該中強(qiáng)度鋁合金線的導(dǎo)電性能都有一定的提高，但是其機(jī)械性能較低，對于架空輸電線路，其安全性十分重要，當(dāng)有些大長度、大檔距、高海拔輸送線路需要更高拉重比的產(chǎn)品來滿足輸電線路安全性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的第一個目的是克服上述技術(shù)的不足缺點(diǎn)，提供一種架空導(dǎo)線用的中強(qiáng)度鋁合金線的生產(chǎn)工藝，提高導(dǎo)線的拉重比，提高單線的伸長率，來滿足高壓輸電線路大長度、大檔距、高海拔輸送線路需要。
[0004]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明第一個目一種中強(qiáng)度鋁合金線的生產(chǎn)工藝，包括以下工藝加工步驟:
[0005]步驟一:通過連鑄連軋制備中強(qiáng)鋁合金桿；(I)選擇鋁錠并熔煉，形成鋁液，流入保溫爐；(2)合金成分的配置，攪拌:加入中間合金錠，形成鋁合金混合液體，并通過攪拌均勻后分析；(3)精煉除氣、扒渣、靜置:將精煉劑隨氮?dú)獯等氡貭t內(nèi)的鋁液中，精煉時間不小于15分鐘，然后將表面的渣液扒干凈，再進(jìn)行靜置；(4)在線爐外除氣、在線細(xì)化晶粒、過濾、連續(xù)澆鑄，形成鋁合金鑄錠；(5)通過感應(yīng)加熱、軋制、固溶淬火處理，形成中強(qiáng)度鋁合金桿，進(jìn)入收線盤進(jìn)行收線；選用的鋁錠成份應(yīng)滿足Al ^ 99.70wt%，鋁錠和鋁中間合金錠(合金錠除本體合金元素外)中雜質(zhì)應(yīng)滿足Si ( 0.07wt%, (Cr+V+Mn+Ti) ( 0.015wt%,Fe ( 0.20wt%, Cu^ 0.01wt % ;熔煉及合金配置應(yīng)滿足爐內(nèi)各元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:Si 的含量為 0.45 ~0.65wt %，Mg 的含量為 0.50 ~0.70wt %，(Cr+V+Mn+Ti)的含量(0.015wt %, B的含量為0.01~0.1wt %, Fe的含量為0.18~0.25wt %, Cu的含量為0.015~0.035wt%，稀土含量為0.10~0.15wt% ;其他各種雜質(zhì)元素含量均不大于
0.03wt% ;爐內(nèi)采用電磁攪拌或人工攪拌，確保成份均勻，靜置時間不小于40分鐘；除氣包括爐內(nèi)精煉除氣和爐外在線除氣；二次除氣后檢測鋁合金液中H2含量≥0.015mol/L ;細(xì)化晶粒為在線加入鋁鈦硼(Al-5T1-B)合金絲，加入量根據(jù)晶相組織做調(diào)整，過濾采用陶瓷過濾板進(jìn)行過濾；各步溫度控制為:保溫爐中鋁液溫度為720~750°C，爐外除氣鋁液溫度為710~730°C;澆鑄溫度為695~705°C;感應(yīng)加熱溫度520~540°C，入軋溫度510~530°C，淬火水溫控制在20~30°C，成品鋁合金桿的溫度控制在40~55°C ;此步得到的中強(qiáng)度鋁合金桿的直徑為9.5mm ;軋制包括粗軋和精軋，粗軋為4組軋輥，精軋為10組軋輥；
[0006]步驟二:將中強(qiáng)度鋁合金桿通過鋁合金拉線機(jī)多道次拉制成中強(qiáng)度鋁合金線；采用多道模具拉制成所需直徑的中強(qiáng)度鋁合金單線，各道延伸系數(shù)控制在1.20~1.30之間，拉絲的速度控制在8~13m/s ;此步得到的中強(qiáng)招合金線可以為直徑為1.50mm~5.0mm的圓線，也可以是等效直徑為2.0mm~5.0mm各類型線，型線的截面形狀為圓形或“凹”形或“凸”形或“Z”形或“S”形或梯形或瓦形；
[0007]步驟三:將拉制的中強(qiáng)度鋁合金線放入時效爐，通過高溫時效制成導(dǎo)電率^57.5% IACS的中強(qiáng)度 鋁合金線，中強(qiáng)度鋁合金線抗張強(qiáng)度260~300MPa，伸長率≥3.5%，單線導(dǎo)電率≥57.5% IACS0時效可采用連續(xù)式時效爐也可以采用固定式時效爐，時效溫度控制在160~190°C，時效時間控制在6~10h，爐內(nèi)溫度控偏差±2°C ;此步得到的中強(qiáng)度鋁合金線的抗張強(qiáng)度≥260MPa，伸長率≥3.5%，單線導(dǎo)電率≥57.5% IACS。
[0008]本發(fā)明的第二個目的是提供一種強(qiáng)度高，導(dǎo)電性能好，伸率大的中強(qiáng)度鋁合金線。
[0009]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個目的的技術(shù)方案是:由前述生產(chǎn)工藝制備而得，中強(qiáng)度鋁合金線的抗張強(qiáng)度≥260MPa，伸長率≥3.5%，單線導(dǎo)電率≥57.5% IACS。
[0010]采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明具有以下的有益效果:(1)本發(fā)明的工藝采用爐內(nèi)除氣和爐外除氣相結(jié)合的方式，凈化鋁液中的氣體雜質(zhì)，提高導(dǎo)電性能；軋制過程中軋機(jī)改變傳統(tǒng)的粗、精軋三輥Y型14臺機(jī)架，采用4臺二輥式粗軋機(jī)架和10臺三輥Y型精軋機(jī)架組成，粗軋機(jī)大軋制率單獨(dú)傳動，有利于晶粒細(xì)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量；采用在線感應(yīng)加熱保證入軋溫度在形成Mg2Si強(qiáng)化相所需的溫度區(qū)間內(nèi)，通過在線淬火系統(tǒng)，對鋁桿快速冷卻進(jìn)行淬火，形成Mg2Si強(qiáng)化相，從而提高鋁桿強(qiáng)度，該工藝軋制的鋁桿不需另進(jìn)行人工時效，較傳統(tǒng)的工藝相比，節(jié)省一道時效工序，節(jié)約人工和能耗，且該工藝制得的鋁桿較人工時效的鋁桿性能穩(wěn)定，鋁桿強(qiáng)度波動在5MPa之內(nèi)。
[0011](2)根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明制的鋁合金線具有強(qiáng)度高，導(dǎo)電性能好，伸率大等特點(diǎn)，將其多根絞合后形成的中強(qiáng)度鋁合金絞線用于架空輸電線路中，具有較大的拉重比，提高線路運(yùn)行的安全性，同時采用全該中強(qiáng)度鋁合金線絞成的絞線，避免了常規(guī)鋼芯鋁絞線所出現(xiàn)的磁滯損耗和渦流損耗，大大減少線路的電能損失。本發(fā)明的中強(qiáng)度鋁合金線即可應(yīng)用于常規(guī)架空輸電線路，也可以用于大檔距、大落差高海拔地區(qū)，可以大大提高輸送線路的安全性。
【具體實(shí)施方式】
[0012]工藝步驟為:
[0013]1、選擇鋁錠并熔煉。選用的鋁錠成份Al:99.79wt%，鋁錠中雜質(zhì)應(yīng)滿足S1:
0.06wt %，(Cr+V+Mn+Ti) ( 0.013wt %，F(xiàn)e:0.13wt %，Cu:0.002wt %，各類雜質(zhì)總和
0.21wt % ；
[0014]2、合金配置、攪拌。分別加入鋁硅合金錠(AlSil2)、鋁鐵合金錠(AlFe20)、鋁硼合金錠(A1B3)、稀土鋁合金錠(AlRelO)、鎂錠，采用電磁攪拌和人工攪拌相結(jié)合方式，攪拌均勻，取樣光譜分析，爐內(nèi)各元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:Si:0.56wt%, Mg的含量為0.63wt%,(Cr+V+Mn+Ti):0.011wt%, B 的含量為 0.021wt%, Fe 的含量為 0.22wt%, Cu 的含量為
0.02wt%，稀土含量為 0.llwt% ；
[0015]3、爐內(nèi)精煉除氣、扒渣、靜置。將精煉劑通過高純氮?dú)?99.9999% )吹入鋁液中，鋁液上下左右都要吹到，保證精煉均勻，精煉20分鐘，然后進(jìn)行扒渣，把鋁液表面的渣扒干凈，再靜置時間50分鐘，爐內(nèi)溫度控制735°C ；
[0016]4、在線除氣、在線細(xì)化晶粒、過濾、連續(xù)澆鑄，形成鋁合金鑄錠。打開保溫爐流出通道，將傾動式保溫爐慢慢升起，鋁合金溶液流入爐外除氣裝置進(jìn)行再次除氣，二次除氣后檢測流槽鋁合金液中H2含量為0.013mol/L，在流槽中在線加入鋁鈦硼(Al_5Ti_B)合金絲，速度為30cm/分鐘，然后通過陶瓷過濾板進(jìn)行過濾，流入澆包，采用水平澆鑄方式進(jìn)入H形結(jié)晶輪，澆鑄溫度701 °C，出錠溫度496°C ；
[0017]5、感應(yīng)加熱、軋制、固溶淬火處理、收線。將鋁合金錠坯通過引橋、洗面、校直裝置進(jìn)入感應(yīng)加入器，感應(yīng)加熱設(shè)定溫度535°C，從感應(yīng)加熱器出來錠坯溫度520°C，通過鋁合金軋制機(jī)(粗軋+精軋)軋制成直徑為9.5mm的中強(qiáng)度鋁合金桿，并將中強(qiáng)鋁合金桿進(jìn)入在線淬火系統(tǒng)，淬火水溫29°C，淬火時水的總壓力0.28MPa，淬火后中強(qiáng)鋁合金桿的上盤溫度為51°C，最后通過自動收線機(jī)收鋁合金桿；
[0018]6、拉線。將9.5mm的中強(qiáng)鋁合金桿通過高速鋁合金拉絲機(jī)通過7模拉絲，拉制成
4.0Omm的招合金單線,拉絲的速度10m/s ；
[0019]7、時效處理。將拉制的鋁合金線通過連續(xù)式時效爐進(jìn)行時效處理，時效溫度控制在180°C ±2°C，時效時間6.5h，制得中強(qiáng)度鋁合金線的性能如下表:
[0020]表1中強(qiáng)鋁合金線的性能
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種中強(qiáng)度鋁合金線及其生產(chǎn)工藝，其特征在于包括以下步驟: 步驟一:通過連鑄連軋制備中強(qiáng)鋁合金桿；(I)選擇鋁錠并熔煉，形成鋁液，流入保溫爐；(2)合金成分的配置，攪拌:加入中間合金錠，形成鋁合金混合液體，并通過攪拌均勻后分析；(3)精煉除氣、扒渣、靜置:將精煉劑隨氮?dú)獯等氡貭t內(nèi)的鋁液中，精煉時間不小于15分鐘，然后將表面的渣液扒干凈，再進(jìn)行靜置；(4)在線爐外除氣、在線細(xì)化晶粒、過濾、連續(xù)澆鑄，形成鋁合金鑄錠；(5)通過感應(yīng)加熱、軋制、固溶淬火處理，形成中強(qiáng)度鋁合金桿，進(jìn)入收線盤進(jìn)行收線； 步驟二:將中強(qiáng)度鋁合金桿通過高速鋁合金拉線機(jī)多道次拉制成中強(qiáng)度鋁合金線； 步驟三:將拉制的中強(qiáng)度鋁合金線放入時效爐，通過高溫時效制成導(dǎo)電率> 57.5%IACS的中強(qiáng)度鋁合金線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中強(qiáng)度鋁合金線及其生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述步驟一中選用的鋁錠成份應(yīng)滿足Al ^ 99.70wt%，鋁錠和鋁中間合金錠中雜質(zhì)應(yīng)滿足Si ( 0.07wt%, (Cr+V+Mn+Ti) ( 0.015wt%, Fe ( 0.20wt%, Cu ( 0.01wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種中強(qiáng)度鋁合金線的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述步驟一中(2)的合金成分應(yīng)滿足爐內(nèi)各元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)如下:Si的含量為0.45~0.65wt%，Mg的含量為 0.50 ~0.70wt%, (Cr+V+Mn+Ti)的含量≥ 0.015wt%，B 的含量為 0.01 ~0.1wt%,Fe的含量為0.18~0.25wt %, Cu的含量為0.015~0.035wt%,稀土含量為0.10~0.15wt% ;其他各種雜質(zhì)元素含量均不大于0.03wt% ;爐內(nèi)采用電磁攪拌或人工攪拌，確保成份均勻，靜置時間不小于40分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種中強(qiáng)度鋁合金線的生產(chǎn)工藝，其特征在于:所述步驟一中除氣包括(3)步的爐內(nèi)精煉除氣和(4)步的在線爐外除氣；經(jīng)過二次除氣后檢測鋁合金液中H2含量≥0.015mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種中強(qiáng)度鋁合金線的生產(chǎn)工藝，其特征在于:步驟一中細(xì)化晶粒為在線加入鋁鈦硼Al-5T1-B合金絲，加入量根據(jù)晶相組織做調(diào)整，過濾采用陶瓷過濾板進(jìn)行過濾；步驟一中的軋制包括粗軋和精軋，粗軋為4組軋輥，精軋為10組軋輥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種中強(qiáng)度鋁合金線的生產(chǎn)工藝，其特征在于:步驟一中控制保溫爐中鋁液溫度為720~750°C ;爐外在線除氣鋁液溫度為710~730°C ;連續(xù)澆鑄溫度為695~705°C ;感應(yīng)加熱溫度為520~540°C ;軋制的入軋溫度為510~530°C ;固溶淬火水溫控制在20~30°C ;成品鋁合金桿的溫度控制在40~55°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種中強(qiáng)度鋁合金線的生產(chǎn)工藝，其特征在于:步驟二中將中強(qiáng)鋁合金桿通過高速鋁合金拉絲機(jī)采用多道模具拉制成所需直徑的中強(qiáng)度鋁合金單線,各道延伸系數(shù)控制在1.20~1.30之間，拉絲的速度控制在8~13m/s。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種中強(qiáng)度鋁合金線的生產(chǎn)工藝，其特征在于:步驟三中將拉制的中強(qiáng)鋁合金單線進(jìn)行人工時效處理，時效爐為連續(xù)式時效爐或固定式時效爐，時效溫度控制在160~190°C，時效時間控制在6~10h，爐內(nèi)溫度控偏差±2°C ;步驟一中生產(chǎn)中強(qiáng)度鋁合金桿的直徑為9.5mm ;步驟二中中強(qiáng)鋁合金線為直徑為1.50mm~5.0mm的圓線或等效直徑為2.0mm~5.0mm型線，型線的截面形狀為圓形或“凹”形或“凸”形或“Z”形或“S”形或梯形或瓦形；制得的中強(qiáng)度鋁合金線的抗張強(qiáng)度≥260MPa，伸長率≥3.5%，單線導(dǎo)電率≥57.5% IACS。
9.一種中強(qiáng)度鋁合金線，其特征在于:由權(quán)利要求9所述的生產(chǎn)工藝制備而得，中強(qiáng)度鋁合金線的抗張強(qiáng)度≥260MPa，伸長率≥3.5%，單線導(dǎo)電率≥57.5% IACS。
【文檔編號】C22F1/057GK104028961SQ201410259612
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】汪傳斌, 徐靜, 夏霏霏, 孫湛, 田崇軍 申請人:遠(yuǎn)東電纜有限公司, 新遠(yuǎn)東電纜有限公司, 遠(yuǎn)東復(fù)合技術(shù)有限公司