CN110706841B - 一种高强度高导电率的电工用铝合金导线及其制造方法 - Google Patents

一种高强度高导电率的电工用铝合金导线及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高强度高导电率的电工用铝合金导线及其制造方法，按重量百分比计，铝合金中包括以下组分，Si：0.50～0.70％，Fe：0.10～0.50％，Cu：0.02～0.05％，Mg：0.52～0.90％，Ti：0.01～0.40％，余量为铝和不可避免的杂质，制成的铝合金线，其纵向抗拉强度≥380MPa，20℃时导电率≥63％IACS，250mm标距断后伸长率≥4.0％，可广泛用于架空输电线路。

Description

一种高强度高导电率的电工用铝合金导线及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种全新架空导线用电工材料制造工艺，具体是一种高强度高导电率的电工用铝合金线及其制造方法。
背景技术
目前，我国架空输电线路上大量使用普通钢芯铝绞线。随着全国电力需求的不断增加，特别是国家电网向特高压和超高压线路的发展，同时倡导“资源节约型、环境友好型和新技术、新材料、新工艺”智能化电网需求，积极使用新型材料新型导线。铝芯铝绞线、铝包钢绞线由于普通铝材料抗拉强度低，在结构设计上必须附加有磁滞损耗的钢芯或铝包钢芯作为加强芯，既增加导线重量，加大运输成本，又需要更高铁塔和更牢固铁塔地堪基，不仅线路走廊占地面积大，而且增加线路运行损耗，降低传输容量。
中国专利CN201621328908公布了一种铝合金芯高导电率铝绞线，其外层铝线导电率仅仅只有62.5％IACS，内层采用53％IACS导电率6201铝合金芯，此结构尽管避免了有磁滞损耗效应的钢芯或铝包钢芯，但铝线抗拉强度≤200MPa，铝合金线抗拉强度≤330MPa，其组合导线性能电阻率和抗拉强度仍然低，线路损耗大。
中国专利CN201410774396公布了一种高强度、高导电率铝合金导线的生产方法，但其铝合金导线的抗拉强度为330-365MPa，导电率为56-58％IACS，电阻率和抗拉强度仍然低，线路损耗大。
发明内容
本发明针对上述不足提供一种传输容量大、拉重比大、电阻损耗低、弧垂性能好、无磁滞损耗、抗覆冰风雪性能好、施工方便的全新型高导电率高强度铝合金线及其制造方法。
本发明的技术方案：
一种高强度高导电率的电工用铝合金导线，按重量百分比计，铝合金中包括以下组分，Si：0.50～0.70％，Fe：0.10～0.50％，Cu：0.02～0.05％，Mg：0.52～0.90％，Ti：0.01～0.40％，余量为铝和不可避免的杂质。
所述铝合金中还添加有稀土元素或石墨烯或短纤维，所述稀土元素的含量为0.05～0.40％，所述石墨烯的含量为0.05～0.30％，所述短纤维的含量为0.01～0.10％。
所述稀土元素为Re元素或Y元素，所述短纤维为金属短纤维或非金属短纤维。
所述不可避免的杂质中每种杂质含量≤0.03％。
一种高强度高导电率的电工用铝合金导线的制造方法，包括以下具体步骤：
步骤一.选择杂质重量百分比含量为Si≤0.1％，Fe≤0.20％，Cu≤0.01％，Ti+V+Cr+Mn≤0.02％，其余每种杂质≤0.03％的铝锭或铝液；
步骤二.铝锭在竖式熔化炉内熔化为铝液后或铝液直接转入到加温至750～850℃的保温炉内进行合金化处理，对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整铝液组分，铝液中主要合金元素重量百分比为Si：0.50～0.70％，Fe：0.10～0.50％，Cu：0.02～0.05％，Mg：0.52～0.90％，Ti：0.01～0.40％；
步骤三.铝液合金化处理后，在保温炉内经过除渣去气，过滤、浇铸、轧制、在线淬火后形成直径为ф9.0～15mm铝合金杆；
步骤四.铝合金杆经过500～540℃保温4～10小时固溶处理后放置室温，保持4～2500小时自然时效后，在拉线设备上拉制ф1.50～5.2mm铝合金圆线或型线，在恒温130～200℃油槽内保持20～30分钟，再在时效炉内130～200℃保温1～10小时人工时效处理；
步骤五.经以上处理后的线材在绞线机上绞合成所需规格导线。
所述步骤二中铝液中还添加有稀土元素或添加石墨烯或金属短纤维或非金属短纤维。
所述稀土元素为Re元素或Y元素，所述Re元素的含量为0.05～0.40％。
所述步骤三中，常用规格铝合金杆的直径为ф9.5-ф15mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：制成的铝合金线，其纵向抗拉强度≥380MPa，20℃时导电率≥63％IACS，250mm标距断后伸长率≥4.0％，可广泛用于架空输电线路。
附图说明
图1是本发明方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高强度高导电率的电工用铝合金导线，按重量百分比计，铝合金中包括以下组分，Si：0.50％，Fe：0.18％，Cu：0.05％，Mg：0.60％，Ti：0.12％，Re：0.20％，余量为铝和不可避免的杂质。
步骤一.选择杂质重量百分比含量为Si≤0.1％，Fe≤0.20％，Cu≤0.01％，Ti+V+Cr+Mn≤0.02％，其余每种杂质≤0.03％的铝锭或铝液；
步骤二.铝锭在竖式熔化炉内熔化为铝液后或铝液直接转入到加温至750～850℃的保温炉内进行合金化处理，对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整铝液组分，铝液中主要合金元素重量百分比为Si：0.50％，Fe：0.18％，Cu：0.05％，Mg：0.60％，Ti：0.12％，Re：0.20％；
步骤三.铝液合金化处理后，在保温炉内经过除渣去气，过滤、浇铸、轧制、在线淬火后形成直径为ф9.0～15mm铝合金杆；
步骤四.铝合金杆经过500～540℃保温4～10小时固溶处理后放置室温，保持12小时自然时效后，在拉线设备上拉制ф1.50～5.2mm铝合金圆线或型线，在恒温130～200℃油槽内保持20～30分钟，再在时效炉内130～200℃保温130分钟人工时效处理；
步骤五.经以上处理后的线材在绞线机上绞合成所需规格导线。
实施例2：
一种高强度高导电率的电工用铝合金导线，按重量百分比计，铝合金中包括以下组分，Si：0.55％，Fe：0.20％，Cu：0.03％，Mg：0.65％，Ti：0.01％，Re：0.10％，余量为铝和不可避免的杂质。
步骤一.选择杂质重量百分比含量为Si≤0.1％，Fe≤0.20％，Cu≤0.01％，Ti+V+Cr+Mn≤0.02％，其余每种杂质≤0.03％的铝锭或铝液；
步骤二.铝锭在竖式熔化炉内熔化为铝液后或铝液直接转入到加温至750～850℃的保温炉内进行合金化处理，对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整铝液组分，铝液中主要合金元素重量百分比为Si：0.55％，Fe：0.20％，Cu：0.03％，Mg：0.65％，Ti：0.01％,Re：0.10％；
步骤三.铝液合金化处理后，在保温炉内经过除渣去气，过滤、浇铸、轧制、在线淬火后形成直径为ф9.0～15mm铝合金杆；
步骤四.铝合金杆经过500～540℃保温4～10小时固溶处理后放置室温，保持72小时自然时效后，在拉线设备上拉制ф1.50～5.2mm铝合金圆线或型线，在恒温130～200℃油槽内保持20～30分钟，再在时效炉内130～200℃保温140分钟人工时效处理；
步骤五.经以上处理后的线材在绞线机上绞合成所需规格导线。
实施例3：
一种高强度高导电率的电工用铝合金导线，按重量百分比计，铝合金中包括以下组分，Si：0.60％，Fe：0.24％，Cu：0.025％，Mg：0.70％，Ti：0.20％，Re：0.15％，余量为铝和不可避免的杂质。
步骤一.选择杂质重量百分比含量为Si≤0.1％，Fe≤0.20％，Cu≤0.01％，Ti+V+Cr+Mn≤0.02％，其余每种杂质≤0.03％的铝锭或铝液；
步骤二.铝锭在竖式熔化炉内熔化为铝液后或铝液直接转入到加温至750～850℃的保温炉内进行合金化处理，对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整铝液组分，铝液中主要合金元素重量百分比为Si：0.60％，Fe：0.24％，Cu：0.025％，Mg：0.70％，Ti：0.20％，Re：0.15％；
步骤三.铝液合金化处理后，在保温炉内经过除渣去气，过滤、浇铸、轧制、在线淬火后形成直径为ф9.0～15mm铝合金杆；
步骤四.铝合金杆经过500～540℃保温4～10小时固溶处理后放置室温，保持120小时自然时效后，在拉线设备上拉制ф1.50～5.2mm铝合金圆线或型线，在恒温130～200℃油槽内保持20～30分钟，再在时效炉内130～200℃保温150分钟人工时效处理；
步骤五.经以上处理后的线材在绞线机上绞合成所需规格导线。
实施例4：
一种高强度高导电率的电工用铝合金导线，按重量百分比计，铝合金中包括以下组分，Si：0.65％，Fe：0.22％，Cu：0.05％，Mg：0.82％，Ti：0.30％，Re：0.30％，余量为铝和不可避免的杂质。
步骤一.选择杂质重量百分比含量为Si≤0.1％，Fe≤0.20％，Cu≤0.01％，Ti+V+Cr+Mn≤0.02％，其余每种杂质≤0.03％的铝锭或铝液；
步骤二.铝锭在竖式熔化炉内熔化为铝液后或铝液直接转入到加温至750～850℃的保温炉内进行合金化处理，对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整铝液组分，铝液中主要合金元素重量百分比为Si：0.65％，Fe：0.22％，Cu：0.05％，Mg：0.82％，Ti：0.30％，Re：0.30％；
步骤三.铝液合金化处理后，在保温炉内经过除渣去气，过滤、浇铸、轧制、在线淬火后形成直径为ф9.0～15mm铝合金杆；
步骤四.铝合金杆经过500～540℃保温4～10小时固溶处理后放置室温，保持800小时自然时效后，在拉线设备上拉制ф1.50～5.2mm铝合金圆线或型线，在恒温130～200℃油槽内保持20～30分钟，再在时效炉内130～200℃保温160分钟人工时效处理；
步骤五.经以上处理后的线材在绞线机上绞合成所需规格导线。
实施例5：
一种高强度高导电率的电工用铝合金导线，按重量百分比计，铝合金中包括以下组分，Si：0.70％，Fe：0.27％，Cu：0.04％，Mg：0.90％，Ti：0.08％，Re：0.08％，余量为铝和不可避免的杂质。
步骤一.选择杂质重量百分比含量为Si≤0.1％，Fe≤0.20％，Cu≤0.01％，Ti+V+Cr+Mn≤0.02％，其余每种杂质≤0.03％的铝锭或铝液；
步骤二.铝锭在竖式熔化炉内熔化为铝液后或铝液直接转入到加温至750～850℃的保温炉内进行合金化处理，对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整铝液组分，铝液中主要合金元素重量百分比为Si：0.70％，Fe：0.27％，Cu：0.04％，Mg：0.90％，Ti：0.08％，Re：0.08％；
步骤三.铝液合金化处理后，在保温炉内经过除渣去气，过滤、浇铸、轧制、在线淬火后形成直径为ф9.0～15mm铝合金杆；
步骤四.铝合金杆经过500～540℃保温4～10小时固溶处理后放置室温，保持2000小时自然时效后，在拉线设备上拉制ф1.50～5.2mm铝合金圆线或型线，在恒温130～200℃油槽内保持20～30分钟，再在时效炉内130～200℃保温165分钟人工时效处理；
步骤五.经以上处理后的线材在绞线机上绞合成所需规格导线。
实施例1～5：电工用铝合金线的原材料配方见表1，实施效果对应表2。
表1
Figure BDA0002255168290000071
表2:
Figure BDA0002255168290000072
由表1和表2可以知道，本发明制成的铝合金线，其纵向抗拉强度≥380MPa，20℃时导电率≥63％IACS，250mm标距断后伸长率≥4.0％，可广泛用于架空输电线路。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种高强度高导电率的电工用铝合金导线，其特征在于，按重量百分比计，铝合金中包括以下组分，Si：0.50～0.70％，Fe：0.10～0.50％，Cu：0.02～0.05％，Mg：0.52～0.90％，Ti：0.01～0.40％，
所述铝合金中还添加有稀土元素或石墨烯或短纤维，所述稀土元素的含量为0.05～0.40％，所述石墨烯的含量为0.05～0.30％，所述短纤维的含量为0.01～0.10％，余量为铝和不可避免的杂质，
所述稀土元素为Re元素或Y元素，所述短纤维为金属短纤维或非金属短纤维，铝合金导线纵向抗拉强度≥380MPa，20℃时导电率≥63％IACS，250mm标距断后伸长率≥4.0％。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高导电率的电工用铝合金导线，其特征在于，所述不可避免的杂质中每种杂质含量≤0.03％。
3.一种权利要求1中所述高强度高导电率的电工用铝合金导线的制造方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤一.选择杂质重量百分比为Si≤0.1％，Fe≤0.20％，Cu≤0.01％，Ti+V+Cr+Mn≤0.02％，其余每种杂质≤0.03％的铝锭或铝液；
步骤二.铝锭在竖式熔化炉内熔化为铝液后或铝液直接转入到加温至750～850℃的保温炉内进行合金化处理，对铝液进行炉前化学快速分析，分析后根据配方中各组分的重量百分比调整铝液组分，铝液中主要合金元素重量百分比为Si：0.50～0.70％，Fe：0.10～0.50％，Cu：0.02～0.05％，Mg：0.52～0.90％，Ti：0.01～0.40％；
步骤三.铝液合金化处理后，在保温炉内经过除渣去气，过滤、浇铸、轧制、在线淬火后形成直径为ф9.0～15mm铝合金杆；
步骤四.铝合金杆经过500～540℃保温4～10小时固溶处理后放置室温，保持4～2500小时自然时效后，在拉线设备上拉制ф1.50～5.2mm铝合金圆线或型线，在恒温130～200℃油槽内保持20～30分钟，再在时效炉内130～200℃保温1～10小时人工时效处理；
步骤五.经以上处理后的线材在绞线机上绞合成所需规格导线；
所述步骤二中铝液中还添加有稀土元素或添加石墨烯或金属短纤维或非金属短纤维；
所述稀土元素为Re元素或Y元素，所述Re元素的含量为0.05～0.40％。
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