CN117587299A - 一种高强高导耐热铝合金节能线材及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高强高导耐热铝合金节能线材及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN117587299A
CN117587299A CN202311553480.XA CN202311553480A CN117587299A CN 117587299 A CN117587299 A CN 117587299A CN 202311553480 A CN202311553480 A CN 202311553480A CN 117587299 A CN117587299 A CN 117587299A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum alloy
heat treatment
heat
conductivity
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311553480.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李梦琳
陈保安
陈瑞
徐金
韩钰
祝志祥
潘学东
迟铖
房正刚
赵丽丽
李新
赵蕊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Smart Grid Research Institute Co ltd
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Original Assignee
State Grid Smart Grid Research Institute Co ltd
State Grid Corp of China SGCC
China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Smart Grid Research Institute Co ltd, State Grid Corp of China SGCC, China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI filed Critical State Grid Smart Grid Research Institute Co ltd
Priority to CN202311553480.XA priority Critical patent/CN117587299A/zh
Publication of CN117587299A publication Critical patent/CN117587299A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • B21C37/045—Manufacture of wire or bars with particular section or properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/005—Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/525—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length for wire, for rods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/023—Alloys based on aluminium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及电力行业输电线路架空导线领域，具体涉及一种高强高导耐热铝合金节能线材及其制备方法和应用。本发明提供一种高强高导耐热铝合金节能线材，以质量百分比计，包括：0.03～0.06％的Zr；0.05～0.15％的Er；0.002～0.02％的B；Fe≤0.1％；Si≤0.05％；(Cr+Mn+V+Ti)≤0.005％，余量为铝和不可避免的微量杂质。本发明通过优化在铝合金的添加元素，添加Zr、Er、B等合金化元素，并通过控制Zr、Er、B等各合金化元素的含量，可使铝合金线材兼具高电导率、高强度、高耐热性能。

Description

一种高强高导耐热铝合金节能线材及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电力行业输电线路架空导线领域，具体涉及一种高强高导耐热铝合金节能线材及其制备方法和应用。
背景技术
随着新型电力***的构建，大规模的清洁能源的并网、输送和消纳，对输电线路的安全高效输送能力有着更高要求，现有技术中需要能够输送大电流并可在较高温度下运行的新型节能导线，以支撑电网的提质增效、保障新能源并网消纳。
耐热铝合金导线具有耐热温度高、输送容量大的特点，最高允许运行温度可达到150℃以上，能够在不更换杆塔、仅更换导线的情况下，输送容量较同规格钢芯铝绞线可提高40％-60％，可有效降低线路改造成本，可应用于新建输电线路、增容改造线路、特高压线路等场景。目前，国内成熟的耐热铝合金线主要有NRLH1型[耐热温度150℃、导电率≥60％IACS、抗拉强度≥(159～169)MPa]，NRLH2型[耐热温度150℃、导电率≥55％IACS、抗拉强度≥(225～248)MPa]，NRLH3型[耐热温度210℃、导电率为60％IACS、抗拉强度≥(159～176)MPa]。对于耐热温度达到210℃的超耐热铝合金线，国内外相关产品的导电率仅为60％IACS，比普通钢芯铝绞线低1％IACS，输电损耗高，严重制约了超耐热铝合金导线在架空输电线路中的推广应用。
目前，耐热铝合金导线的导体材料多采用Al-Zr系合金，Zr作为主要合金元素，能与铝基体形成具有良好高温稳定性的Al3Zr析出相，提高合金的耐热性。但Zr在铝基体中的扩散速度慢、析出不均匀，限制了合金的析出强化效果与耐热性优化效果。综上，现有Al-Zr系合金制备得到的铝合金线材难以兼顾高电导率、高强度、高耐热性能。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有Al-Zr系合金制备得到的铝合金线材难以兼顾高电导率、高强度、高耐热性能的缺陷，从而提供一种高强高导耐热铝合金节能线材及其制备方法和应用。
本发明提供一种高强高导耐热铝合金节能线材，以质量百分比计，包括：0.03～0.06％的Zr；0.05～0.15％的Er；0.002～0.02％的B；Fe≤0.1％；Si≤0.05％；(Cr+Mn+V+Ti)≤0.005％，余量为铝和不可避免的微量杂质。
优选的，Zr的含量为0.045～0.050％；
优选的，Er的含量为0.05～0.1％。
优选的，所述高强高导耐热铝合金节能线材的导电率≥61.5％IACS，抗拉强度≥169MPa，最高允许连续运行温度达到210℃。
各合金元素的作用及机理如下：
1)Zr：锆是主要合金元素之一，能够显著影响合金的组织与性能。锆与铝基体能够形成具有L12结构的Al3Zr相，具有热稳定性好、与铝基体共格且晶格错配度低的特点。但Zr的低扩散速率使得Al3Zr相的析出慢且不均匀，Zr虽然有利于提升合金耐热性能，但过量Zr的添加会对导电性能产生负面影响。因此，加速Al3Zr的析出动力学，促进Zr原子的时效析出，改善Al3Zr析出相的尺寸与分布，成为改善高强高导耐热铝合金节能线材性能的关键。
2)Er：稀土元素有净化、变质、细化和微合金化作用，稀土元素因其在铝基体中的低溶解度使得合金导电率提高，同时通过共晶反应形成的金属间化合物可以增加合金强度、热稳定性。扩散速度较快的Er可以先形成Al3Er相作为Zr的形核位点，加速锆的析出动力学。另一方面，由于Er的加入，使得铝合金中分布的第二相增多，实现晶粒细化，析出强化效果增加，有利于提高高强高导耐热铝合金节能线材力学性能。
3)B：降低杂质元素有助于提高铝导体的导电率，硼化处理是降低杂质含量的一种有效方法，合理的硼化处理能够使得铸锭中的过渡杂质元素形成硼化物沉至炉底，降低铝液中Mn、Cr、V、Ti杂质元素的含量，达到净化的目的，有助于高强高导耐热铝合金节能线材金导电性能的提升。
4)Fe、Si：Fe、Si是高纯铝中的一种主要杂质，通常会形成AlFeSi杂质相。添加适量的Fe、Si元素能够有效地细化晶粒，初生相明显增加且在晶界处呈连续的不规则形貌，但需要严格控制铁、硅的含量。
5)V、Mn、Cr、Ti：这四种元素均为电工纯铝中的杂质元素，铝材中的Cr、Mn、V、Ti杂质元素以固溶态存在时，很容易吸收材料内的自由电子而填充它们不完整的电子层，起导电作用的自由电子数目减少会导致铝材电阻率增加。研究表明，每1％(Cr+Mn+V+Ti)杂质元素对铝导体导电性能有害作用为每1％Si元素有害作用的5倍。由此可以看出严格控制Cr、Mn、V、Ti杂质元素的含量对高强高导耐热铝合金节能线材的导电性能具有重要作用。
本发明还提供上述所述的高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，包括如下步骤：
1)按配方比例将原料进行熔炼，得到铝合金溶液；
2)对铝合金溶液进行精炼、静置和浇铸，得到铝合金铸锭；
3)对铝合金铸锭进行热处理后轧制得到铝合金圆杆；
4)对铝合金圆杆进行拉丝和时效处理，得到所述高强高导耐热铝合金节能线材；
其中，对铝合金铸锭进行热处理的步骤包括依次进行第一热处理、第二热处理、第三热处理；第一热处理的温度为300℃～320℃；第二热处理的温度为480℃～500℃；第三热处理的温度为500℃～600℃。
优选的，第一热处理的时间为8～10h，第二热处理的时间为8～10h，第三热处理的时间为3h～15h；和/或，
轧制步骤中的温度为400-450℃；和/或，
轧制后的铝合金圆杆的直径为8-12mm；和/或，
所述拉丝步骤中拉丝速率为6～8m/s，拉丝温度为40～50℃，单道次变形量为5～8％，拉丝后得到的铝合金线材的直径为3.5-4mm；和/或，
时效处理步骤中的时效温度为200℃～220℃，时效时间为4～6h。
优选的，步骤1)中熔炼过程包括如下步骤：将工业铝锭在730℃～750℃下进行熔炼，然后在720-730℃下加入Al-B中间合金，搅拌，静置20-30min后，在720～730℃下加入Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金，搅拌，待所有合金材料熔化后进行2～3次搅拌，每次搅拌时间为10～15min，每次搅拌间隔时间为10～15min。
优选的，所述工业铝锭中Al的含量为99.7～99.8wt％，Fe的含量为≤0.085wt％，Si的含量为≤0.036wt％，Cr、Mn、V和Ti总的含量≤0.009wt％；
所述Al-B中间合金中B的含量为2～3wt％，所述Al-Zr中间合金中Zr的含量为4-6wt％，所述Al-Er中间合金中Er的含量为8-12wt％。
优选的，步骤2)中所述精炼步骤包括：将铝合金溶液控制在740～760℃，然后向溶液中通入氮气和精炼剂，通气10～15min后，搅拌15～20min，然后静置20～30min后扒渣，得到精炼后的铝合金溶液；和/或，
浇铸步骤为将铝合金溶液浇铸于陶瓷材质模具内进行；和/或，
在浇铸前还包括对陶瓷材质模具进行预热的步骤，其中，预热温度为750-760℃；和/或，
在浇铸步骤前还包括对精炼后的铝合金溶液进行过滤的过程。
优选的，所述氮气的纯度不小于99.99％，所述精炼剂的加入量为铝合金溶液重量的0.25％～0.30％。
优选的，以质量百分比计，所述精炼剂包括如下成分：25～30％NaCl、10～15％KCl、40～50％NaF、5～15％Na3AlF6。
优选的，对铝合金铸锭进行热处理的步骤包括第一热处理完成后以40-60℃/h的升温速度升温至第二热处理温度进行第二热处理，第二热处理完成后以40-60℃/h的升温速度升温至第三热处理温度进行第三热处理。
本发明还提供一种输电导线，所述输电导线包括上述所述的高强高导耐热铝合金节能线材或由上述所述的制备方法制备得到的高强高导耐热铝合金节能线材。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的高强高导耐热铝合金节能线材，以质量百分比计，包括：0.03～0.06％的Zr；0.05～0.15％的Er；0.002～0.02％的B；Fe≤0.1％；Si≤0.05％；(Cr+Mn+V+Ti)≤0.005％，余量为铝和不可避免的微量杂质。
本发明通过优化在铝合金的添加元素，添加Zr、Er、B等合金化元素，并通过控制Zr、Er、B等各合金化元素的含量，可使铝合金线材兼具高电导率、高强度、高耐热性能。
2.本发明提供的高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，包括如下步骤：1)按配方比例将原料进行熔炼，得到铝合金溶液；2)对铝合金溶液进行精炼、静置和浇铸，得到铝合金铸锭；3)对铝合金铸锭进行热处理后轧制得到铝合金圆杆；4)对铝合金圆杆进行拉丝和时效处理，得到所述高强高导耐热铝合金节能线材；其中，对铝合金铸锭进行热处理的步骤包括第一热处理、第二热处理、第三热处理；第一热处理的温度为300℃～320℃；第二热处理的温度为480℃～500℃；第三热处理的温度为500℃～600℃。
按照配方比例原料熔炼得到的铝合金溶液经过精炼、静置、浇铸、轧制得到铝合金圆杆后通过在300℃～320℃下第一热处理，可使扩散速度快的Er元素析出形成Al3Er相，从而为基体中的Zr提供形核位点；之后在480℃～500℃下进行第二热处理，使Zr从基体中析出，且与Al3Er相发生反应，并结合基体中的Si元素形成(Al，Si)3(Er，Zr)复合相，该相尺寸较小且均匀分布；之后在500℃～600℃下进行第三热处理，进一步促进Zr的析出脱溶与强化，形成Al3Zr相，构成共格热稳定相、强化相的复合组织结构，从而使合金的整体耐热性达到超耐热的水平，同时还保证了铝合金高的强度与导电率，最后对铝合金圆杆进行拉丝和时效处理，最后得到的铝合金线材具有高强高导耐热的性能。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例和对比例中使用的工业铝锭的成分为所述工业铝锭中Al的含量为99.7wt％，Fe的含量为≤0.085wt％，Si的含量为≤0.036wt％，Cr、Mn、V和Ti总的含量≤0.009wt％；
Al-B中间合金中B的含量为2wt％；
Al-Zr中间合金中Zr的含量为5wt％；
Al-Er中间合金中Er的含量为10wt％。
实施例1
本实施例提供一种高强高导耐热铝合金节能线材，以质量百分比计，高强高导耐热铝合金节能线材的成分包括：0.045％的Zr；0.10％的Er；0.020％的B；0.010％的Fe；0.043％的Si；0.004％的(Cr+Mn+V+Ti)，余量为铝和不可避免的微量杂质。
本实施例还提供上述高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，包括如下步骤：根据高强高导耐热铝合金节能线材的成分准备工业铝锭、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金；将工业铝锭置于熔炼炉中在730℃下进行熔炼，待工业铝锭完全熔化后，加入Al-B中间合金进行硼化处理，搅拌均匀，在720℃下加入Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金搅拌，待所有原料完全熔化后进行3次搅拌，每次搅拌时间为10min，每次搅拌间隔时间为10min，得到铝合金溶液；控制铝合金溶液的温度至740℃，在铝合金溶液底部通入纯度为99.99％的高纯氮气和精炼剂(精炼剂的量为铝合金溶液的0.3％，其中精炼剂中包括如下组分：30％NaCl、15％KCl、40％NaF、15％Na3AlF6)，通气时间为15min，搅拌20min后静置30min，之后扒渣；将扒渣后的铝合金溶液过滤除杂，将过滤后的铝合金溶液在浇铸于在750℃预热后的陶瓷材质模具中，制备出尺寸为25×25×400mm的铝合金铸锭；之后将铝合金铸锭在310℃下热处理9h，之后以50℃/h的升温速率升温至490℃，在该温度下热处理9h，之后再以50℃/h的升温速率升温至550℃热处理12h，该热处理完成后降温至400℃，经轧机连续轧制成Φ9.5mm的铝合金圆杆；将铝合金圆杆在40℃下以6m/s的速率在拉丝机上进行多道次拉拔，拉拔单道次的变形量8％，直至铝合金圆杆成为直径为3.84mm的铝合金圆单丝；将铝合金圆单丝在温度为210℃的箱式热处理炉中时效5h，时效结束后将铝合金圆单丝空冷至室温，获得所述高强高导耐热铝合金节能线材。
实施例2
本实施例提供一种高强高导耐热铝合金节能线材，以质量百分比计，高强高导耐热铝合金节能线材的成分包括：0.045％的Zr；0.05％的Er；0.015％的B；0.093％的Fe；0.046％的Si；0.004％的(Cr+Mn+V+Ti)，余量为铝和不可避免的微量杂质。
本实施例还提供上述高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，包括如下步骤：根据高强高导耐热铝合金节能线材的成分准备工业铝锭、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金；将工业铝锭置于熔炼炉中在730℃下进行熔炼，待工业铝锭完全熔化后，加入Al-B中间合金进行硼化处理，搅拌均匀，在720℃下加入Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金搅拌，待所有原料完全熔化后进行3次搅拌，每次搅拌时间为10min，每次搅拌间隔时间为10min，得到铝合金溶液；控制铝合金溶液的温度至740℃，在铝合金溶液底部通入纯度为99.99％的高纯氮气和精炼剂(精炼剂的量为铝合金溶液的0.3％，其中精炼剂中包括如下组分：30％NaCl、15％KCl、40％NaF、15％Na3AlF6)，通气时间为15min，搅拌20min后静置30min，之后扒渣；将扒渣后的铝合金溶液过滤除杂，将过滤后的铝合金溶液在浇铸于在750℃预热后的陶瓷材质模具中，制备出尺寸为25×25×400mm的铝合金铸锭；之后将铝合金铸锭在310℃下热处理9h，之后以50℃/h的升温速率升温至490℃，在该温度下热处理9h，之后再以50℃/h的升温速率升温至550℃热处理12h，该热处理完成后降温至400℃，经轧机连续轧制成Φ9.5mm的铝合金圆杆；将铝合金圆杆在40℃下以6m/s的速率在拉丝机上进行多道次拉拔，拉拔单道次的变形量8％，直至铝合金圆杆成为直径为3.84mm的铝合金圆单丝；将铝合金圆单丝在温度为210℃的箱式热处理炉中时效5h，时效结束后将铝合金圆单丝空冷至室温，获得所述高强高导耐热铝合金节能线材。
实施例3
本实施例提供一种高强高导耐热铝合金节能线材，以质量百分比计，高强高导耐热铝合金节能线材的成分包括：0.05％的Zr；0.10％的Er；0.015％的B；0.080％的Fe；0.040％的Si；0.003％的(Cr+Mn+V+Ti)，余量为铝和不可避免的微量杂质。
本实施例还提供上述高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，包括如下步骤：根据高强高导耐热铝合金节能线材的成分准备工业铝锭、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金；将工业铝锭置于熔炼炉中在730℃下进行熔炼，待工业铝锭完全熔化后，加入Al-B中间合金进行硼化处理，搅拌均匀，在720℃下加入Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金搅拌，待所有原料完全熔化后进行3次搅拌，每次搅拌时间为10min，每次搅拌间隔时间为10min，得到铝合金溶液；控制铝合金溶液的温度至740℃，在铝合金溶液底部通入纯度为99.99％的高纯氮气和精炼剂(精炼剂的量为铝合金溶液的0.3％，其中精炼剂中包括如下组分：30％NaCl、15％KCl、40％NaF、15％Na3AlF6)，通气时间为15min，搅拌20min后静置30min，之后扒渣；将扒渣后的铝合金溶液过滤除杂，将过滤后的铝合金溶液在浇铸于在750℃预热后的陶瓷材质模具中，制备出尺寸为25×25×400mm的铝合金铸锭；之后将铝合金铸锭在310℃下热处理9h，之后以50℃/h的升温速率升温至490℃，在该温度下热处理9h，之后再以50℃/h的升温速率升温至550℃热处理12h，该热处理完成后降温至400℃，经轧机连续轧制成Φ9.5mm的铝合金圆杆；将铝合金圆杆在40℃下以6m/s的速率在拉丝机上进行多道次拉拔，拉拔单道次的变形量8％，直至铝合金圆杆成为直径为3.84mm的铝合金圆单丝；将铝合金圆单丝在温度为210℃的箱式热处理炉中时效5h，时效结束后将铝合金圆单丝空冷至室温，获得所述高强高导耐热铝合金节能线材。
实施例4
本实施例提供一种高强高导耐热铝合金节能线材，以质量百分比计，高强高导耐热铝合金节能线材的成分包括：0.05％的Zr；0.15％的Er；0.016％的B；0.092％的Fe；0.040％的Si；0.003％的(Cr+Mn+V+Ti)，余量为铝和不可避免的微量杂质。
本实施例还提供上述高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，包括如下步骤：根据高强高导耐热铝合金节能线材的成分准备工业铝锭、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金；将工业铝锭置于熔炼炉中在730℃下进行熔炼，待工业铝锭完全熔化后，加入Al-B中间合金进行硼化处理，搅拌均匀，在720℃下加入Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金搅拌，待所有原料完全熔化后进行3次搅拌，每次搅拌时间为10min，每次搅拌间隔时间为10min，得到铝合金溶液；控制铝合金溶液的温度至740℃，在铝合金溶液底部通入纯度为99.99％的高纯氮气和精炼剂(精炼剂的量为铝合金溶液的0.3％，其中精炼剂中包括如下组分：30％NaCl、15％KCl、40％NaF、15％Na3AlF6)，通气时间为15min，搅拌20min后静置30min，之后扒渣；将扒渣后的铝合金溶液过滤除杂，将过滤后的铝合金溶液在浇铸于在750℃预热后的陶瓷材质模具中，制备出尺寸为25×25×400mm的铝合金铸锭；之后将铝合金铸锭在310℃下热处理9h，之后以50℃/h的升温速率升温至490℃，在该温度下热处理9h，之后再以50℃/h的升温速率升温至550℃热处理12h，该热处理完成后降温至400℃，经轧机连续轧制成Φ9.5mm的铝合金圆杆；将铝合金圆杆在40℃下以6m/s的速率在拉丝机上进行多道次拉拔，拉拔单道次的变形量8％，直至铝合金圆杆成为直径为3.84mm的铝合金圆单丝；将铝合金圆单丝在温度为210℃的箱式热处理炉中时效5h，时效结束后将铝合金圆单丝空冷至室温，获得所述高强高导耐热铝合金节能线材。
实施例5
本实施例提供一种高强高导耐热铝合金节能线材，以质量百分比计，高强高导耐热铝合金节能线材的成分包括：0.06％的Zr；0.15％的Er；0.010％的B；0.095％的Fe；0.043％的Si；0.004％的(Cr+Mn+V+Ti)，余量为铝和不可避免的微量杂质。
本实施例还提供上述高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，包括如下步骤：根据高强高导耐热铝合金节能线材的成分准备工业铝锭、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金；将工业铝锭置于熔炼炉中在730℃下进行熔炼，待工业铝锭完全熔化后，加入Al-B中间合金进行硼化处理，搅拌均匀，在720℃下加入Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金搅拌，待所有原料完全熔化后进行3次搅拌，每次搅拌时间为10min，每次搅拌间隔时间为10min，得到铝合金溶液；控制铝合金溶液的温度至740℃，在铝合金溶液底部通入纯度为99.99％的高纯氮气和精炼剂(精炼剂的量为铝合金溶液的0.3％，其中精炼剂中包括如下组分：30％NaCl、15％KCl、40％NaF、15％Na3AlF6)，通气时间为15min，搅拌20min后静置30min，之后扒渣；将扒渣后的铝合金溶液过滤除杂，将过滤后的铝合金溶液在浇铸于在750℃预热后的陶瓷材质模具中，制备出尺寸为25×25×400mm的铝合金铸锭；之后将铝合金铸锭在310℃下热处理9h，之后以50℃/h的升温速率升温至490℃，在该温度下热处理9h，之后再以50℃/h的升温速率升温至550℃热处理12h，该热处理完成后降温至400℃，经轧机连续轧制成Φ9.5mm的铝合金圆杆；将铝合金圆杆在40℃下以6m/s的速率在拉丝机上进行多道次拉拔，拉拔单道次的变形量8％，直至铝合金圆杆成为直径为3.84mm的铝合金圆单丝；将铝合金圆单丝在温度为210℃的箱式热处理炉中时效5h，时效结束后将铝合金圆单丝空冷至室温，获得所述高强高导耐热铝合金节能线材。
实施例6
本实施例提供一种高强高导耐热铝合金节能线材，以质量百分比计，高强高导耐热铝合金节能线材的成分包括：0.045％的Zr；0.05％的Er；0.015％的B；0.093％的Fe；0.046％的Si；0.004％的(Cr+Mn+V+Ti)，余量为铝和不可避免的微量杂质。
本实施例还提供上述高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，包括如下步骤：根据高强高导耐热铝合金节能线材的成分准备工业铝锭、Al-B中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金；将工业铝锭置于熔炼炉中在730℃下进行熔炼，待工业铝锭完全熔化后，加入Al-B中间合金进行硼化处理，搅拌均匀，在720℃下加入Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金搅拌，待所有原料完全熔化后进行3次搅拌，每次搅拌时间为10min，每次搅拌间隔时间为10min，得到铝合金溶液；控制铝合金溶液的温度至740℃，在铝合金溶液底部通入纯度为99.99％的高纯氮气和精炼剂(精炼剂的量为铝合金溶液的0.3％，其中精炼剂中包括如下组分：30％NaCl、15％KCl、40％NaF、15％Na3AlF6)，通气时间为15min，搅拌20min后静置30min，之后扒渣；将扒渣后的铝合金溶液过滤除杂，将过滤后的铝合金溶液在浇铸于在750℃预热后的陶瓷材质模具中，制备出尺寸为25×25×400mm的铝合金铸锭；之后将铝合金铸锭在310℃下热处理9h，之后以50℃/h的升温速率升温至490℃，在该温度下热处理21h，热处理完成后降温至400℃，经轧机连续轧制成Φ9.5mm的铝合金圆杆；将铝合金圆杆在40℃下以6m/s的速率在拉丝机上进行多道次拉拔，拉拔单道次的变形量8％，直至铝合金圆杆成为直径为3.84mm的铝合金圆单丝；将铝合金圆单丝在温度为210℃的箱式热处理炉中时效5h，时效结束后将铝合金圆单丝空冷至室温，获得所述高强高导耐热铝合金节能线材。
测试例
对实施例1-7得到的高强高导耐热铝合金节能线材进行室温导电率，室温抗拉强度，高温强度残存率测试。
室温导电率在20℃下采用GB/T 3048.2-2007标准进行测试；
室温抗拉强度在20℃下采用GB/T 4909.3-2009标准进行测试；
高温强度残存率测试在280℃下进行，根据GB/T 30551-2014标准进行测试；
室温导电率、室温抗拉强度和高温强度残存率的测试结果见表1。
表1
通过表1可知，本发明的高导电率超耐热铝合金线材料的综合性能具有明显的优势，特别是室温(20℃)导电率可达61.5％IACS，室温抗拉强度可达169MPa，280℃下保温1h强度残存率可达到95.8％，耐热温度达210℃。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高强高导耐热铝合金节能线材，其特征在于，以质量百分比计，包括：0.03～0.06％的Zr；0.05～0.15％的Er；0.002～0.02％的B；Fe≤0.1％；Si≤0.05％；(Cr+Mn+V+Ti)≤0.005％，余量为铝和不可避免的微量杂质。
2.权利要求1所述的高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按配方比例将原料进行熔炼，得到铝合金溶液；
2)对铝合金溶液进行精炼、静置和浇铸，得到铝合金铸锭；
3)对铝合金铸锭进行热处理后轧制得到铝合金圆杆；
4)对铝合金圆杆进行拉丝和时效处理，得到所述高强高导耐热铝合金节能线材；
其中，对铝合金铸锭进行热处理的步骤包括依次进行第一热处理、第二热处理、第三热处理；第一热处理的温度为300℃～320℃；第二热处理的温度为480℃～500℃；第三热处理的温度为500℃～600℃。
3.根据权利要求2所述的高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，其特征在于，第一热处理的时间为8～10h，第二热处理的时间为8～10h，第三热处理的时间为3h～15h；和/或，
轧制步骤中的温度为400-450℃；和/或，
轧制后的铝合金圆杆的直径为8-12mm；和/或，
所述拉丝步骤中拉丝速率为6～8m/s，拉丝温度为40～50℃，单道次变形量为5～8％，拉丝后得到的铝合金线材的直径为3.5-4mm；和/或，
时效处理步骤中的时效温度为200℃～220℃，时效时间为4～6h。
4.根据权利要求2所述的高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，其特征在于，步骤1)中熔炼过程包括如下步骤：将工业铝锭在730℃～750℃下进行熔炼，然后在720-730℃下加入Al-B中间合金，搅拌，静置20-30min后，在720～730℃下加入Al-Zr中间合金、Al-Er中间合金，搅拌，待所有合金材料熔化后进行2～3次搅拌，每次搅拌时间为10～15min，每次搅拌间隔时间为10～15min。
5.根据权利要求4所述的高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，其特征在于，所述工业铝锭中Al的含量为99.7～99.8wt％，Fe的含量为≤0.085wt％，Si的含量为≤0.036wt％，Cr、Mn、V和Ti总的含量≤0.009wt％；
所述Al-B中间合金中B的含量为2～3wt％，所述Al-Zr中间合金中Zr的含量为4-6wt％，所述Al-Er中间合金中Er的含量为8-12wt％。
6.根据权利要求2所述的高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述精炼步骤包括：将铝合金溶液控制在740～760℃，然后向溶液中通入氮气和精炼剂，通气10～15min后，搅拌15～20min，然后静置20～30min后扒渣，得到精炼后的铝合金溶液；和/或，
浇铸步骤为将铝合金溶液浇铸于陶瓷材质模具内进行；和/或，
在浇铸前还包括对陶瓷材质模具进行预热的步骤，其中，预热温度为750-760℃；和/或，
在浇铸步骤前还包括对精炼后的铝合金溶液进行过滤的过程。
7.根据权利要求6所述的高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，其特征在于，所述氮气的纯度不小于99.99％，所述精炼剂的加入量为铝合金溶液重量的0.25％～0.30％。
8.根据权利要求7所述的高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，其特征在于，以质量百分比计，所述精炼剂包括如下成分：25～30％NaCl、10～15％KCl、40～50％NaF、5～15％Na3AlF6。
9.根据权利要求2-8任一项所述的高强高导耐热铝合金节能线材的制备方法，其特征在于，对铝合金铸锭进行热处理的步骤包括第一热处理完成后以40-60℃/h的升温速度升温至第二热处理温度进行第二热处理，第二热处理完成后以40-60℃/h的升温速度升温至第三热处理温度进行第三热处理。
10.一种输电导线，其特征在于，所述输电导线包括权利要求1所述的高强高导耐热铝合金节能线材或由权利要求2-9任一项所述的制备方法制备得到的高强高导耐热铝合金节能线材。
CN202311553480.XA 2023-11-21 2023-11-21 一种高强高导耐热铝合金节能线材及其制备方法和应用 Pending CN117587299A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311553480.XA CN117587299A (zh) 2023-11-21 2023-11-21 一种高强高导耐热铝合金节能线材及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311553480.XA CN117587299A (zh) 2023-11-21 2023-11-21 一种高强高导耐热铝合金节能线材及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117587299A true CN117587299A (zh) 2024-02-23

Family

ID=89910886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311553480.XA Pending CN117587299A (zh) 2023-11-21 2023-11-21 一种高强高导耐热铝合金节能线材及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117587299A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111349820B (zh) 一种高导电率耐热Al-Zr-Er合金导线材料及其制备方法
CN105420556B (zh) 特高压用铝合金导线
CN104975211B (zh) 一种高导电率热处理型中强铝合金导电单丝
CN103045915B (zh) 一种高导电率中强耐热铝合金单丝及其制备方法
CN103952605B (zh) 一种中强度铝合金单丝的制备方法
CN108559874B (zh) 一种高强高导的耐热铝合金导线及其制备方法
CN111549253B (zh) 一种稀土铜铁合金及制备方法和应用
CN113564408B (zh) 一种高强高导稀土铜合金Cu-Cr-Zr-Y及其制备方法
CN103627935A (zh) 一种非热处理型耐热铝合金单丝及其制备方法
CN115652132B (zh) 铜合金材料及其应用和制备方法
CN113278832A (zh) 一种废杂铝合金制备再生铝合金的方法
CN111793758A (zh) 架空导线用高导电率耐热铝合金单丝及其制备方法
CN113674890B (zh) 一种高导电率耐热铝合金单丝及制备方法
CN111041282A (zh) 架空导线用软铝单丝及其制备方法
CN114507797B (zh) 一种高强高导电铝合金材料及其制备方法
WO2024008003A1 (zh) 一种耐热铝合金导线及其制备方法
CN111549262A (zh) 一种低电阻率高强度的铝合金导电管及其制造方法
CN110819853A (zh) 一种高导电率软铝单丝及其制备方法
CN117587299A (zh) 一种高强高导耐热铝合金节能线材及其制备方法和应用
CN107723529B (zh) 一种Al-Mg-Si合金单丝及其制备方法
CN114182146A (zh) 一种Ag强化铝合金及其制备方法
CN114672698A (zh) 耐热铝合金单线及其制造方法
CN106756268A (zh) 一种中高强度铝合金导线材料及其制备方法
CN110643843A (zh) 一种软铝线及其制备方法
JP2001131719A (ja) 導電用耐熱Ａｌ合金線材及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination