本發明涉及一種鋁合金桿的制造工藝，尤其涉及一種高性能鋁合金桿的生產方法。
背景技術：
目前，5154合金絲線由于具有密度小、強度高以及良好的強塑性、導電性、抗蝕性和耐卷繞性等一系列優良綜合性能而被廣泛應用于有線電視同軸電纜、通訊電纜編織屏蔽網線以及軍工業和航空航天領域。然而，現有技術水平引鑄法生產的5154鋁合金線材在向φ0.10mm以下甚至超細微方向發展等方面出現合金絲線強度低、拉拔斷線率高等問題，極大影響了鋁合金線纜企業向超強超細方向發展。
架空輸電導線一般由導體材料和加強材料兩部分組成，目前，國內開發的高導電率導線產品:鋼芯軟鋁絞線、應力轉移型特強鋼芯軟鋁絞線、復合芯軟鋁倍容量導線等,主要采用對拉絲后的鋁導體進行退火工藝處理方法，用軟鋁代替電工硬鋁，導體導電率可由61%iacs提高到63%iacs.然而通過退火的軟鋁導體，其導電率得到了提高，但抗拉強度則大為降低，由原來硬鋁時的160-200mpa下降為60-98mpa，達不到gb/t17048-2009架空導線用硬鋁線的指標要求，由于軟鋁導體存在強度、表面硬度低等缺陷，放線施工時易擦傷導線表面，因此對導線施工和運行要求較高。因而不適用于跨度大、高壓或特高壓輸電工程。
技術實現要素：
本發明提供一種高性能鋁合金桿的生產方法，此制備工藝獲得的架空輸電導線用高導電率鋁桿從原材料選擇和導體線坯—鋁桿生產工藝著手，提供一種既有高導電率，又適合生產架空導線用的鋁桿及其硬鋁線。其中鋁線的性能指標主要取決于鋁桿的指標，使用此種高導電率鋁桿，導體可按常規拉絲工藝進行生產，無需經過退火工藝處理，也不需要改變拉絲配模工藝來就專用的鋁桿外徑尺寸（如φ12mm，φ15mm），導體導電率就可達到62.5-63.0%iacs，抗拉強度達到160-200mpa，符合架空導線用硬鋁線的要求。簡化了高導電率導線的生產過程，降低了該類導線的生產成本，極大地提高了高導電率導體的生產效率和合格率。
為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種高性能鋁合金桿的生產方法，包括以下步驟：
步驟一、將al99.70和al99.85重熔鋁錠組合使用，投入熔鋁爐熔煉，控制爐內鋁液溫度≤760℃，其中al99.70鋁錠占比為20~40%，al99.85鋁錠占比為60~80%；
步驟二、將步驟一獲得的熔煉后鋁液轉注到保溫爐，攪拌均勻后取樣用直讀光譜儀進行快速分析，檢測溶液中al、si、fe和mn、cr、ti、v的含量；
步驟三、在熔煉后鋁液中加入鋁硼中間合金、鋁鈰稀土中間合金，控制保溫爐鋁液溫度在740±10℃時，人工攪拌并電磁攪拌20分鐘，獲得合金鋁液，此合金鋁液中al≥99.82wt%、si≤0.04wt%、fe0.08~0.12wt%、（mn+cr+ti+v）＜0.01wt%、ce0.01~0.05%wt%，并使fe/si≥2.0；
步驟四、完成步驟三后，在鋁液溫度達到750±10℃時用99.996%的高純氮氣作載體，將高效噴粉精煉劑通入保溫爐內熔體中進行精煉，達到合金鋁液除氣、除雜等凈化處理；
步驟五、步驟四完成后，鋁液靜置5~10分鐘，打開保溫爐扒渣門進行扒渣，清理浮在合金鋁液表面上的鋁渣；
步驟六、將步驟五獲得除渣后合金鋁液進行取樣分析，如果各組分含量偏離設定值，則進一步添加相應的組分，使得al≥99.82wt%、si≤0.04wt%、fe0.08-0.12wt%、（mn+cr+ti+v）＜0.01wt%、ce0.01~0.05%wt%，并使fe/si≥2.0；
步驟七、經步驟六后，保溫爐內鋁液靜置30~40分鐘，溫度達到740±10℃時，出爐，鋁液從保溫爐出來經過流槽進入在線除氣裝置和過濾裝置，進行爐外精煉，再次除氣除渣；
步驟八、對步驟七再次精煉后的潔凈合金鋁液進行連續澆鑄，澆鑄溫度控制在690~700℃，采用水平澆鑄方式進行澆鑄，同時根據拉制單絲的直徑范圍，控制結晶輪的速度、冷卻水壓力，使從結晶輪出來到引橋上的鑄坯溫度為520~550℃；
步驟九、將驟八制得的鑄坯進行校直、冷卻，控制進軋前鑄坯溫度保持在470-490℃，軋制過程采用乳化液對軋輥和鋁桿進行潤滑和冷卻，調整乳化液壓力和流量，使高導鋁桿終軋溫度≤300℃；
步驟十、用水或稀乳化液對軋機出來的高導電率鋁桿進行淬火—快速冷卻處理，控制鋁桿表面溫度≤60℃；
步驟十一、鋁桿清潔后自然冷卻獲得所述高導電率鋁桿。
上述技術方案中進一步改進的技術方案如下：
1.上述方案中，所述步驟四中精煉時控制精煉劑吹入的速度和氮氣的壓力，使精煉時間控制在15~20分鐘，氮氣壓力控制在10~15kpa。
2.上述方案中，所述步驟三中鋁硼中間合金主元素硼含量為4.5~5.5wt%，所述鋁鈰稀土中間合金主元素鈰含量為9~11wt%。
3.上述方案中，所述步驟八澆鑄溫度控制在690~700℃，結晶輪轉速為1.4~1.8轉/分，鑄造冷卻水溫度為25~35℃，引橋上的鑄坯溫度為520~550℃。
4.上述方案中，所述步驟九中進軋前用于冷卻的稀乳化液的溫度為20~40℃，稀乳化液濃度為2~3%。
5.上述方案中，所述步驟九中軋制過程中乳化液濃度為8~10%，高導電率鋁桿終軋溫度≤300℃。
6.上述方案中，所述步驟十淬火采用稀乳化液，它們的溫度為20~40℃，壓力為0.25~0.35mpa。
由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：
1.本發明制備工藝獲得的架空輸電導線用高導電率鋁桿，其鋁鈰稀土合金細化組織晶粒及枝晶，改變熔體中si、fe等的形態，減少針狀晶，增加球狀晶，有效控制高純鋁枝晶組織的粗化，改善高純鋁的機械性能，提高鋁導體的抗拉強度和伸長率，使高導鋁桿這兩項指標分別達到：抗拉強度110~130mpa，伸長率≥6.5%，滿足硬鋁絲要求。解決了高導電率鋁導體強度偏低，達不到架空導線用硬鋁線標準要求的問題。
2.本發明制備工藝獲得的架空輸電導線用高導電率鋁桿，采用優選原材料的方法，進一步改進將al99.70和al99.85重熔鋁錠組合使用，不僅改善了使用單一高純鋁晶粒粗大、加工朔性差、強度低的缺點，使鋁導體保持硬鋁性能；而且解決了使用單一工業純鋁，由于鋁的純度問題造成鋁桿20℃電阻率僅能在27.90~28.01nω.m（導電率61.79~61.55）范圍的局限，提高了鋁的純度和鋁桿的電氣性能。高導鋁桿（直徑為9.5mm）的電性能指標可分別達到：（1）20℃電阻率≤27.53nω.m（導電率≥62.63%iacs）；（2）20℃電阻率：≤27.32nω.m（導電率≥63.11%iacs）。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步描述：
實施例：一種高性能鋁合金桿的生產方法，包括以下步驟：
步驟一、將al99.70和al99.85重熔鋁錠組合使用，投入熔鋁爐熔煉，控制爐內鋁液溫度≤760℃，其中al99.70鋁錠占比為20~40%，al99.85鋁錠占比為60~80%；
步驟二、將步驟一獲得的熔煉后鋁液轉注到保溫爐，攪拌均勻后取樣用直讀光譜儀進行快速分析，檢測溶液中al、si、fe和mn、cr、ti、v的含量；
步驟三、在熔煉后鋁液中加入鋁硼中間合金、鋁鈰稀土中間合金，控制保溫爐鋁液溫度在740±10℃時，人工攪拌并電磁攪拌20分鐘，獲得合金鋁液，此合金鋁液中al≥99.82wt%、si≤0.04wt%、fe0.08-0.12wt%、（mn+cr+ti+v）＜0.01wt%、ce0.01~0.05%wt%，并使fe/si≥2.0；
步驟四、完成步驟三后，在鋁液溫度達到750±10℃時用99.996%的高純氮氣作載體，將高效噴粉精煉劑通入保溫爐內熔體中進行精煉，達到合金鋁液除氣、除雜等凈化處理，所述精煉劑用量為爐料總量的0.15%~0.3%，精煉劑入爐前需進行預熱干燥；
步驟五、步驟四完成后，鋁液靜置5~10分鐘，打開保溫爐扒渣門進行扒渣，清理浮在合金鋁液表面上的鋁渣；
步驟六、將步驟五獲得除渣后合金鋁液進行取樣分析，如果各組分含量偏離設定值，則進一步添加相應的組分，使得al≥99.82wt%、si≤0.04wt%、fe0.08-0.12wt%、（mn+cr+ti+v）＜0.01wt%、ce0.01~0.05%wt%，并使fe/si≥2.0；步驟七、經步驟六后，保溫爐內鋁液靜置30~40分鐘，溫度達到740±10℃時，出爐，鋁液從保溫爐出來經過流槽進入在線除氣裝置和過濾裝置，進行爐外精煉，再次除氣除渣；
步驟八、對步驟七再次精煉后的潔凈合金鋁液進行連續澆鑄，澆鑄溫度控制在690~700℃，采用水平澆鑄方式進行澆鑄，同時根據拉制單絲的直徑范圍，控制結晶輪的速度、冷卻水壓力，使從結晶輪出來到引橋上的鑄坯溫度為520~550℃；
步驟九、將驟八制得的鑄坯進行校直、冷卻，控制進軋前鑄坯溫度保持在470-490℃，軋制過程采用乳化液對軋輥和鋁桿進行潤滑和冷卻；調整乳化液壓力和流量，使高導鋁桿終軋溫度≤300℃；
步驟十、用水或稀乳化液對軋機出來的高導電率鋁桿進行淬火—快速冷卻處理，控制鋁桿表面溫度≤60℃；
步驟十一、鋁桿清潔后自然冷卻獲得所述高導電率鋁桿。
上述步驟三中鋁硼中間合金主元素硼含量為4.5~5.5wt%，所述鋁鈰稀土中間合金主元素鈰含量為9~11wt%。
上述步驟九中進軋前用于冷卻的稀乳化液的溫度為20~40℃，稀乳化液濃度為2~3%。
上述步驟九中軋制過程中乳化液濃度為8~10%，高導電率鋁桿終軋溫度≤300℃。
上述步驟十淬火采用稀乳化液，它們的溫度為20~40℃，壓力為0.25~0.35mpa。
采用上述制造工藝獲得的鋁合金桿時，其鋁鈰稀土合金細化組織晶粒及枝晶，改變熔體中si、fe等的形態，減少針狀晶，增加球狀晶，有效控制高純鋁枝晶組織的粗化，改善高純鋁的機械性能，提高鋁導體的抗拉強度和伸長率，這兩項指標分別達到：抗拉強度110~130mpa，伸長率≥6.5%，滿足硬鋁桿要求；其次，將al99.70和al99.85重熔鋁錠組合使用，不僅提高了鋁的純度和鋁桿的電氣性能，而且能使鋁導體保持硬鋁的性能。高導鋁桿（直徑為9.5mm）的電性能指標可分別達到—（1）20℃電阻率≤27.53nω.m（導電率≥62.63%iacs）；（2）20℃電阻率：≤27.32nω.m（導電率≥63.11%iacs）。
本發明鋁桿及其鋁線指標與相應國家標準相關指標對比表
表1
實施例1和2的檢測結果如表2所示：
表2
采用上述制備工藝獲得的架空輸電導線用高導電率鋁桿，其鋁鈰稀土合金細化組織晶粒及枝晶，改變熔體中si、fe等的形態，減少針狀晶，增加球狀晶，有效控制高純鋁枝晶組織的粗化，改善高純鋁的機械性能，提高鋁導體的抗拉強度和伸長率，這兩項指標分別達到：抗拉強度110~130mpa，伸長率≥6.5%，滿足硬鋁桿要求；其次，將al99.70和al99.85重熔鋁錠組合使用，不僅提高了鋁的純度和鋁桿的電氣性能，而且能使鋁導體保持硬鋁的性能。高導鋁桿（直徑為9.5mm）的電性能指標可分別達到—（1）20℃電阻率≤27.53nω.m（導電率≥62.63%iacs）；（2）20℃電阻率：≤27.32nω.m（導電率≥63.11%iacs）。
上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。