CN110578074A - 一种超耐热铝合金单线及其制备方法 - Google Patents

一种超耐热铝合金单线及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超耐热铝合金单线及其制备方法，其单线它包括以下以重量百分含量计的各成分：锆Zr：0.38～0.50wt%，铈Ce：0.20～0.25 wt%，硅Si：0.10～0.15wt%，铁Fe：0.07～0.12 wt%，铜Cu:0.05～0.10wt%，杂质元素含量之和≤0.02wt%，其余为铝。其制备方法包括原料选取、铝液熔炼、净化处理、浇铸成型、连续轧制、杆热处理、单线拉拔与线热处理步骤。本发明的超耐热铝合金单线的导电率≥61%IACS，抗拉强度≥170MPa，断裂伸长率≥4%；在250℃的温度下加热168小时后强度残存率≥95%。

Description

一种超耐热铝合金单线及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超耐热铝合金单线及其制备方法，本发明属于架空输电导线中铝合金单线的生产技术领域。
背景技术
随着我国经济的快速发展和人们对美好生活向往的最求，对电力的需求不断增长，线路电力负荷不断增加。为了增加输电线路的输送容量，在新建线路中可以采用大截面导线；对于老旧线路的在增容，在不更换杆塔的条件下，最有效、最方便的办法就是更换导线，通过提高线路的运行温度来增加线路的输送容量。因此，耐热铝合金导线得以大量应用，但目前常规的耐热铝合金导线，一般长期运行温度不超过150℃，较普通钢芯铝绞线线只能提高载流量1.6倍，提高的容量不大，且耐热铝合金导电率在60%IACS与常规导电率61%IACS的铝线相比导电率下降，在线路运行过程中线路传输损耗增大。
经检索，公开号102758107A的中国发明专利，该发明涉及一种高强高导耐热铝合金导线及其制备方法。该耐热铝合金的抗拉强度达到160 MPa，导电率可达到61%IACS以上，长期运行温度达到180℃，且经得起280℃下加热1小时考核运行，强度残存率大于90%。元素组分：锆Zr：0.15~0.60wt%，镧La为0.03～0.3 wt %，铈Ce为0.03～0.30 wt %，钇Y为0.01～0.30 wt %，铁Fe为0.05～0.20 wt %，硅Si为0.01～0.10 wt %，其余杂质元素含量≤0.10wt %，其余为铝。
检索中还发现，公开号1924053A的中国发明专利，该发明涉及一种高导电超耐热铝合金导线的制造方法及其产品。该耐热铝合金的导电率可达到60%IACS，长期运行温度可达到210℃，短期可达240℃，载流量较普通耐热铝合金导线可提高2.1倍。元素重量百分比：锆Zr：0.3~0.6 wt %；铁Fe：0.1～0.25 wt %；硅Si：≤0.08 wt %；钛Ti、钒V、锰Mn、铬Cr等元素之和≤0.01 wt %，其余为铝的合金液。
因此，开发一种高导电率超耐热铝合金导线具有很重要意义。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种超耐热铝合金单线的制备方法，通过该方法制备的铝合金单线具有高导电率、高强度与超耐热的特点。
本发明的另一目的是提供一种超耐热铝合金单线的制备方法。
按照本发明提供的技术方案，所述超耐热铝合金单线，它包括以下以重量百分含量计的各成分：锆Zr：0.38～0.50wt%，铈Ce：0.20～0.25 wt %，硅Si：0.10～0.15 wt %，铁Fe：0.07～0.12wt %，铜Cu:0.05～0.10 wt %，杂质元素含量之和≤0.02 wt %，其余为铝。
一种超耐热铝合金单线的制备方法包括以下步骤：
a、选取牌号为AL99.85及以上牌号的铝锭为基体材料，选取铝锆中间合金、铝铈稀土中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金和铜铝中间合金；
b、将牌号为AL99.85及以上牌号的铝锭投入熔铝炉熔化，熔化后的铝液流入保温炉，将保温炉中的铝液温度加热至780～820℃，在铝液中添加铝锆中间合金、铝铈稀土中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金和铜铝中间合金，将合金中合金元素配方调配到：锆Zr：0.38～0.50wt%，铈Ce：0.20～0.25 wt %，硅Si：0.10～0.15 wt %，铁Fe：0.07～0.12 wt %，铜Cu:0.05～0.10 wt %，杂质元素含量之和≤0.02 wt %，其余为铝；
c、对铝合金液进行升温，铝合金液升至780～820℃时对铝液进行精炼除渣、静置、除气与过滤处理；
d、铝合金液温度控制在730～750℃，将铝合金液通过浇嘴水平注入结晶器浇铸成型，形成合金锭；
e、浇铸成型的合金锭通过中频加热器控制进轧温度为500～550℃，通过铝合金连铸连轧生产线轧制成合金杆；
f、将轧制的铝合金杆在炉温400～450℃下热处理100～150小时；
g、将经过热处理的铝合金杆通过拉丝设备冷拉拔成所需规格的单线；
h、将铝合金单线在炉温260～300℃下热处理4～8小时，得到成品。
所述铝锆中间合金为锆元素含量在5～10wt%的铝锆中间合金。
所述铝铈稀土中间合金为铈元素含量在5～10wt%的铝铈稀土中间合金。
所述铝硅中间合金为硅元素含量在10～15wt%的铝硅中间合金。
所述铝铁中间合金为铁元素含量在5～10wt%的铝铁中间合金。
所述铜铝中间合金为铜元素含量在20～50wt%的铜铝中间合金。
本发明的超耐热铝合金单线的导电率≥61%IACS，抗拉强度≥170MPa，断裂伸长率≥4%；在250℃的温度下加热168小时后强度残存率≥95%。
本发明的超耐热铝合金单线同心绞制在中心加强件外侧制成超耐热铝合金导线时，可在210℃的温度下长期连续运行，与常规导线相比可提高2倍以上的传输载流量；在电网老旧线路扩容改造时，不需要加高加强钢塔，节省施工周期和费用。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是实施例1制得的超耐热铝合金导线的结构示意图之一。
图3是实施例1制得的超耐热铝合金导线的结构示意图之二。
图4是实施例2制得的超耐热铝合金导线的结构示意图之一。
图5是实施例2制得的超耐热铝合金导线的结构示意图之二。
图6是实施例3制得的超耐热铝合金导线的结构示意图之一。
图7是实施例3制得的超耐热铝合金导线的结构示意图之二。
图8是实施例4制得的超耐热铝合金导线的结构示意图之一。
图9是实施例4制得的超耐热铝合金导线的结构示意图之二。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
a材料选择：铝锭选用 8000kg牌号为Al99.85的铝锭，锆元素含量10wt%的铝锆中间合金，铈元素含量10 wt %的铝铈稀土中间合金，硅元素含量15 wt %铝硅中间合金，铁元素含量10wt %铝铁中间合金，铜元素含量50 wt %铜铝中间合金。
b铝液熔炼：将铝锭熔铝炉熔化后，保温炉中的铝液温度加热致780～820℃，往铝液在添加锆、铈、硅、铁、铜中间合金，将合金中合金元素配方调配到：锆Zr：0.402%；铈Ce：0.238%；硅Si：0.147%；铁Fe：0.08%；铜Cu:0.0964%；锰Mn、钛Ti、钒V、铬Cr等杂质元素含量之和0.0135%，其余为铝Al。
c净化处理：对铝合金液进行升温，铝合金液升至780～800℃时对铝液进行精炼除渣、静置、除气、过滤处理。
d浇铸成型：铝合金液从保温炉经淌槽到浇煲，铝合金液在730～740℃时，通过浇嘴水平注入结晶器浇铸成型。
e连续轧制：将浇铸成型合金锭引出，温度通过中频加热器控制500-520℃时，将铝合金锭引入铝合金连铸连轧生产线，轧制成直径9.5mm合金杆。
f杆热处理：直径9.5mm的合金杆在炉温415℃下，热处理130小时。合金铝杆抗拉强度125~130MPa, 导电率60.94~ 61.26% IACS，断裂伸长率15-18%。
g单线拉拔：热处理的铝杆在拉丝设备上进行机上冷拉拔，将直径9.5mm的合金杆拉制成为直径3.62mm铝合金单线。
h线热处理：将拉制的3.62mm铝合金单线在炉温260℃，热处理8小时，冷却至室温后，进行性能检测：抗拉强度为172~175MPa；铝合金线的导电率为61.11~ 61.35% IACS；断裂伸长率为5～7%。在铝合金线放在250℃的温度下，恒温保持168小时，测试强度为抗拉强度为165~170MPa，极限抗拉强度残存率大于95%。
将热处理的圆形的铝合金单线1同心绞在铝包殷钢芯2外侧，就制得图2所示的铝包殷钢芯超耐热铝合金导线。将圆形的铝合金单线1同心绞制在碳纤维芯3外侧，制得图3所示的碳纤维芯超耐热铝合金导线。
实施例2
a材料选择：铝锭选用 8000kg牌号为Al99.85的铝锭，锆元素含量5wt %的铝锆中间合金，铈元素含量5 wt %的铝铈稀土中间合金，硅元素含量10 wt %铝硅中间合金，铁元素含量5 wt %铝铁中间合金，铜元素含量20 wt %铜铝中间合金。
b铝液熔炼：将铝锭熔铝炉熔化后，保温炉中的铝液温度加热致780～820℃，往铝液在添加锆、铈、硅、铁、铜中间合金，将合金中合金元素配方调配到：锆Zr：0.487%；铈Ce：0.249%；硅Si：0.104%；铁Fe：0.10%；铜Cu:0.0747%；锰Mn、钛Ti、钒V、铬Cr等杂质元素含量之和0.0187%，其余为铝Al。
c净化处理：对铝合金液进行升温，铝合金液升至800～820℃时对铝液进行精炼除渣、静置、除气、过滤处理。
d浇铸成型：铝合金液从保温炉经淌槽到浇煲，浇煲中铝合金液在740～750℃时，通过浇嘴水平注入结晶器浇铸成型。
e连续轧制：将浇铸成型合金锭引出，温度通过中频加热器控制530-550℃时，将铝合金锭引入铝合金连铸连轧生产线，轧制成直径9.5mm合金杆。
f杆热处理：直径9.5mm的合金杆在炉温440℃下，热处理100小时。合金铝杆抗拉强度133~136Mpa，导电率60.44~61.07% IACS，断裂伸长率18-20%。
g单线拉拔：热处理的铝杆在拉丝设备上进行机上冷拉拔，将直径9.5mm的合金杆拉制成截面13.65mm2铝合金梯形单线。
h线热处理：将拉制截面13.65mm2铝合金梯形单线在炉温300℃，热处理4.5小时，冷却至室温后，进行性能检测：抗拉强度为178~181MPa；铝合金线的导电率为61.16~61.49% IACS；断裂伸长率为6～7%。在铝合金线放在250℃的温度下，恒温保持168小时，测试强度为抗拉强度为170~175MPa，极限抗拉强度残存率大于95%。
将热处理的梯形的铝合金单线1同心绞在铝包殷钢芯2外侧，就制得图4所示的铝包殷钢芯超耐热铝合金型线绞线；将梯形的铝合金单线1同心绞制在碳纤维芯3外侧，制得图5所示的碳纤维芯超耐热铝合金型线绞线。
实施例3
a材料选择：铝锭选用 8000kg牌号为Al99.85的铝锭，锆元素含量7wt%的铝锆中间合金，铈元素含量6.5 wt %的铝铈稀土中间合金，硅元素含量12 wt %铝硅中间合金，铁元素含量6.5 wt %铝铁中间合金，铜元素含量40 wt %铜铝中间合金。
b铝液熔炼：将铝锭熔铝炉熔化后，保温炉中的铝液温度加热致780～820℃，往铝液在添加锆、铈、硅、铁、铜中间合金，将合金中合金元素配方调配到：锆Zr：0.38%；铈Ce：0.20%；硅Si：0.125%；铁Fe：0.07%；铜Cu:0.05%；锰Mn、钛Ti、钒V、铬Cr等杂质元素含量之和0.015%，其余为铝Al。
c净化处理：对铝合金液进行升温，铝合金液升至790～810℃时对铝液进行精炼除渣、静置、除气、过滤处理。
d浇铸成型：铝合金液从保温炉经淌槽到浇煲，铝合金液在735～745℃时，通过浇嘴水平注入结晶器浇铸成型。
e连续轧制：将浇铸成型合金锭引出，温度通过中频加热器控制510-530℃时，将铝合金锭引入铝合金连铸连轧生产线，轧制成直径9.5mm合金杆。
f杆热处理：直径9.5mm的合金杆在炉温400℃下，热处理150小时。合金铝杆抗拉强度120~127Mpa，导电率61.11~61.46% IACS，断裂伸长率16~19%。
g单线拉拔：热处理的铝杆在拉丝设备上进行机上冷拉拔，将直径9.5mm的合金杆拉制成为直径3.62mm铝合金单线。
h线热处理：将拉制的3.62mm铝合金单线在炉温270℃，热处理6小时，冷却至室温后，进行性能检测：抗拉强度为174~178MPa；铝合金线的导电率为61.36~61.88% IACS；断裂伸长率为4.7~6.6%。在铝合金线放在250℃的温度下，恒温保持168小时，测试强度为抗拉强度为169~173MPa，极限抗拉强度残存率大于95%。
将热处理的圆形的铝合金单线1同心绞在铝包殷钢芯2外侧，就制得图6所示的铝包殷钢芯超耐热铝合金导线。将圆形的铝合金单线1同心绞制在碳纤维芯3外侧，制得图7所示的碳纤维芯超耐热铝合金导线。
实施例4
a材料选择：铝锭选用 8000kg牌号为Al99.85的铝锭，锆元素含量9wt%的铝锆中间合金，铈元素含量9.2 wt %的铝铈稀土中间合金，硅元素含量13.8 wt %铝硅中间合金，铁元素含量9.2 wt %铝铁中间合金，铜元素含量30 wt %铜铝中间合金。
b铝液熔炼：将铝锭熔铝炉熔化后，保温炉中的铝液温度加热致780～820℃，往铝液在添加锆、铈、硅、铁、铜中间合金，将合金中合金元素配方调配到：锆Zr：0.50%；铈Ce：0.25%；硅Si：0.15%；铁Fe：0.12%；铜Cu:0.0978%；锰Mn、钛Ti、钒V、铬Cr等杂质元素含量之和0.0145%，其余为铝Al。
c净化处理：对铝合金液进行升温，铝合金液升至790～810℃时对铝液进行精炼除渣、静置、除气、过滤处理。
d浇铸成型：铝合金液从保温炉经淌槽到浇煲，铝合金液在730～740℃时，通过浇嘴水平注入结晶器浇铸成型。
e连续轧制：将浇铸成型合金锭引出，温度通过中频加热器控制520-540℃时，将铝合金锭引入铝合金连铸连轧生产线，轧制成直径9.5mm合金杆。
f杆热处理：直径9.5mm的合金杆在炉温450℃下，热处理130小时。合金铝杆抗拉强度135~138MPa，导电率60.98~61.37% IACS，断裂伸长率18~22%。
g单线拉拔：热处理的铝杆在拉丝设备上进行机上冷拉拔，将直径9.5mm的合金杆拉制成为直径3.62mm铝合金单线。
h线热处理：将拉制的3.62mm铝合金单线在炉温290℃，热处理5.5小时，冷却至室温后，进行性能检测：抗拉强度为179~185MPa；铝合金线的导电率为61.09~61.22% IACS；断裂伸长率为6.5~8.2%。在铝合金线放在250℃的温度下，恒温保持168小时，测试强度为抗拉强度为172~182MPa，极限抗拉强度残存率大于95%。
将热处理的梯形的铝合金单线1同心绞在铝包殷钢芯2外侧，就制得图8所示的铝包殷钢芯超耐热铝合金型线绞线；将梯形的铝合金单线1同心绞制在碳纤维芯3外侧，制得图9所示的碳纤维芯超耐热铝合金型线绞线。
本发明的超耐热铝合金中，Zr在热处理过程中析出Al3Zr弥散相，提高再结晶温度和强度；Ce、Fe在制备环节中形成Al4Ce，Al10Fe2Ce弥散相进一步提高合金的强度，同时Ce还起净化晶粒，提高材料导电性能；Si能均匀分散到铝基体中，在合金热处理时Si核心可促使析出Al3Zr弥散相均匀分散在铝合金中，细化再结晶晶粒；Cu改善铝合金的常温抗拉强度，但微量的Cu会使合金的腐蚀性能下降，因此Cu控制有效控制。锰（Mn）、钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）等杂质元素含量控制是为获得高的合金导电性能。
本发明中，铝合金杆的热处理是为更好的析出Al3Zr、Al4Ce、Al10Fe2Ce弥散相，并均匀分散在铝基体中，提高合金再结晶温度和强度；单线热处理是为消除冷拉拔加工硬化中的残余应力及变形微缺陷，提高合金的导电性能和极限抗拉强度残存率。

Claims (7)

1. 一种超耐热铝合金单线，其特征是它包括以下以重量百分含量计的各成分：锆Zr：0.38～0.50wt%，铈Ce：0.20～0.25 wt %，硅Si：0.10～0.15 wt %，铁Fe：0.07～0.12 wt %，铜Cu:0.05～0.10 wt %，杂质元素含量之和≤0.02 wt %，其余为铝Al。
2.一种超耐热铝合金单线的制备方法，其特征是该制备方法包括以下步骤：
a、选取牌号为AL99.85及以上牌号的铝锭为基体材料，选取铝锆中间合金、铝铈稀土中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金和铜铝中间合金；
b、将牌号为AL99.85及以上牌号的铝锭投入熔铝炉熔化，熔化后的铝液流入保温炉，将保温炉中的铝液温度加热至780～820℃，在铝液中添加铝锆中间合金、铝铈稀土中间合金、铝硅中间合金、铝铁中间合金和铜铝中间合金，将合金中合金元素配方调配到：锆Zr：0.38～0.50wt%，铈Ce：0.20～0.25 wt %，硅Si：0.10～0.15 wt %，铁Fe：0.07～0.12 wt %，铜Cu:0.05～0.10 wt %，杂质元素含量之和≤0.02 wt %，其余为铝Al；
c、对铝合金液进行升温，铝合金液升至780～820℃时对铝液进行精炼除渣、静置、除气与过滤处理；
d、铝合金液温度控制在730～750℃，将铝合金液通过浇嘴水平注入结晶器浇铸成型，形成合金锭；
e、浇铸成型的合金锭通过中频加热器控制进轧温度为500～550℃，通过铝合金连铸连轧生产线轧制成合金杆；
f、将轧制的铝合金杆在炉温400～450℃下热处理100～150小时；
g、将经过热处理的铝合金杆通过拉丝设备冷拉拔成所需规格的单线；
h、将铝合金单线在炉温260～300℃下热处理4～8小时，得到成品。
3.如权利要求1所述的超耐热铝合金单线的制备方法，其特征是：所述铝锆中间合金为锆元素含量在5～10wt%的铝锆中间合金。
4.如权利要求1所述的超耐热铝合金单线的制备方法，其特征是：所述铝铈稀土中间合金为铈元素含量在5～10wt%的铝铈稀土中间合金。
5.如权利要求1所述的超耐热铝合金单线的制备方法，其特征是：所述铝硅中间合金为硅元素含量在10～15wt%的铝硅中间合金。
6.如权利要求1所述的超耐热铝合金单线的制备方法，其特征是：所述铝铁中间合金为铁元素含量在5～10wt%的铝铁中间合金。
7.如权利要求1所述的超耐热铝合金单线的制备方法，其特征是：所述铜铝中间合金为铜元素含量在20～50wt%的铜铝中间合金。
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