一種硬鋁導(dǎo)線單絲及其制備方法
【專利說明】一種硬鋁導(dǎo)線單絲及其制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種屬于電力行業(yè)輸電線路架空導(dǎo)線及其制備方法，具體講涉及一種 高導(dǎo)電率非熱處理型架空導(dǎo)線用硬鋁合金導(dǎo)線單絲及其制備方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] "節(jié)能減排"是實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的主要方針，一些企業(yè)提出了建設(shè)"資源節(jié)約型、 環(huán)境友好型、新技術(shù)、新材料、新工藝"的新型智能電網(wǎng)的理念。目前，高壓、超高壓和特高壓 架空輸電線路通常采用鋼芯鋁絞線，其主要依靠鋁導(dǎo)線來傳輸電流，因此如何提高鋁導(dǎo)線 的導(dǎo)電率，降低線路能耗從而降低線路的運行成本為當前主要問題。
[0003] 現(xiàn)有軟鋁導(dǎo)線具有較好的導(dǎo)電性能和高溫穩(wěn)定性能，但其抗拉強度較低，在制造 和運輸過程中易損傷；硬鋁作為傳輸導(dǎo)線導(dǎo)體在國際上已經(jīng)使用了 100多年，具有運行安 全、可靠等特性，在輸電線路上采用的硬鋁導(dǎo)線則具有導(dǎo)電率高、力學性能好等優(yōu)點。
[0004] 使用高導(dǎo)電率硬鋁導(dǎo)線是對現(xiàn)有電網(wǎng)進行升級改造、提高輸送效率、減少線路損 耗及運行成本的重要具體措施，符合"資源節(jié)約型，環(huán)境友好型，新技術(shù)，新材料，新工藝"的 要求。因此需要提供一種硬鋁導(dǎo)線技術(shù)方案以滿足高導(dǎo)電率、力學性能優(yōu)異的要求。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明目的在于開發(fā)出一種用于電力行業(yè)中架空導(dǎo)線用導(dǎo)電率大于62. 5% IACS、抗拉強度不小于165MPa、延伸率> 3. 2%的非熱處理型硬鋁導(dǎo)線單絲。
[0006] 本發(fā)明的目的是用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明提供了一種硬鋁導(dǎo)線單絲，由按質(zhì)量百分比計的下述成分組成：
[0008] Sn 0· 04 ~0· 07 %，B 0· 01 ~0· 05 %，Er 0· 04 ~0· 1 %，F(xiàn)e 0· 1 ~0· 14 %， Si彡0. 07%，V+Ti+Cr+Mn彡0. 012%，余量為鋁和不可避免的微量雜質(zhì)。
[0009] 本發(fā)明提供提供的硬鋁導(dǎo)線單絲成分組成為Sn 0.05~0.06%，B 0.01~ 0.03%，Er0.04~0.07%，F(xiàn)e0.1~0.14%，Si0.04~0.07%，V+Ti+Cr+Mn<0.012%， 余量為鋁和不可避免的微量雜質(zhì)時較優(yōu)。
[0010] 本發(fā)明提供的硬鋁導(dǎo)線單絲中鐵/硅比例為1. 8~2. 3。
[0011] 各合金元素的作用及機理如下：
[0012] Sn(錫）：在現(xiàn)代工業(yè)中Sn元素是不可或缺的關(guān)鍵稀有金屬，它以微量形式加入 合金中后能夠明顯的改變合金微觀組織和力學性。〇. 04~0. 07% Sn的加入在富Sn的粒 子或者快速冷卻所形成位錯環(huán)能夠直接或者間接起到促進非均勻形核的作用。加熱時，Sn 元素會以Sn原子的形式析出，從而對鋁合金起到強化作用。Sn再熔體中能夠形成Al9Sn7、 Al6Sn5、Al5Sn2、Al3Sn 4等多種合金化合物，形成高溫強化相，提高合金運行的熱穩(wěn)定性和高 溫抗懦變系能，并能有效的改善合金室溫或高溫條件下的抗腐蝕性能。
[0013] B(硼）：在眾多的影響因素中，化學成分是影響鋁導(dǎo)體電導(dǎo)率最基本的因素，因此 降低雜質(zhì)元素對電導(dǎo)率的影響是提高鋁導(dǎo)體電導(dǎo)率的關(guān)鍵之舉。雜質(zhì)元素如果以固溶狀態(tài) 存在，對導(dǎo)電性能的影響更大。硼化處理是降低雜質(zhì)含量的一種有效方法，在鋁合金中加入 本發(fā)明提供的0.0 l~0. 03% B元素后，能夠和過渡族雜質(zhì)元素 Cr、Mn、V、Ti等發(fā)生反應(yīng)， 使之由固溶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛蠎B(tài)并沉積于熔體底部，從而提高鋁合金的導(dǎo)電性能。
[0014] Er(鉺）：本發(fā)明中加入0.04~0. 1 %的稀土元素 Er的量可以顯著提高鋁合金的 強度。Er的加入還能減少鋁合金的枝晶偏析，并可顯著細化合金的晶粒組織，Er對晶粒的 細化機理與其添加量有關(guān)，當Er含量較低時，符合傳統(tǒng)的稀土細化機理，當Er含量較高時， 由于在熔體中形成了初生Al 3Er質(zhì)點，在結(jié)晶形核時可以作為非均質(zhì)形核核心，從而可顯著 細化晶粒組織；Er還可以與鋁合金中的部分雜質(zhì)元素反應(yīng)，使雜質(zhì)元素從原子態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲?出態(tài)，從而提高鋁合金的導(dǎo)電率。
[0015] Fe(鐵）：鋁中含有一定量的鐵，是純鋁中的一種主要雜質(zhì)。因為熔煉與鑄造使用 的工具都是鋼的或鑄鐵的，鐵就會由這些工具帶入鋁中，而且在重熔廢料時，則可混入鐵與 鐵肩。鐵對鑄造鋁的力學性能是有害的，因為其通常以粗大的一次晶體出現(xiàn)，或以Al-Fe-Si 化合物形式存在，它們一定程度上都提高了鋁的硬度，但使鋁的塑性降低。最新研宄表明， 鐵可以提高鋁導(dǎo)體強度，并不顯著降低其導(dǎo)電性。但也有資料表明在實際生產(chǎn)中，鋁導(dǎo)體中 的Fe/Si比應(yīng)為1. 3~1. 5,過高則會使其電阻率顯著升高，所以也應(yīng)該注意控制鐵的含量； 本發(fā)明中Fe的含量控制在< 0. 14%，并對Fe/Si比進行了優(yōu)化。
[0016] Si (硅）：硅元素是純鋁中的一種主要雜質(zhì)元素。隨著Si含量升高，合金的電導(dǎo)率 下降。這是由于提高合金中Si含量，鋁基體中游離Si數(shù)量增加，Si是半導(dǎo)體，較鋁基體的 電阻率高得多，所以Si含量的提高減少鋁基體的有效導(dǎo)電截面積，降低合金的電導(dǎo)率。因 此，在硬鋁合金中應(yīng)盡量減小Si含量，本發(fā)明中Si含量為0. 04~0. 07%。
[0017] Cr、Mn、V、Ti :本發(fā)明中V+Ti+Cr+Mn含量彡0. 012%，這幾種元素均為合金中的雜 質(zhì)元素。鋁導(dǎo)體中的Cr、Mn、V、Ti等雜質(zhì)元素在固溶態(tài)存在時，很容易吸收導(dǎo)體材料內(nèi)的 自由電子而填充它們不完整的電子層。這種傳導(dǎo)電子數(shù)目的減少導(dǎo)致了鋁導(dǎo)體導(dǎo)電性的降 低。研宄表明，每1% (Cr+Mn+V+Ti)的有害作用為每l%Si對鋁導(dǎo)電性有害作用的5倍。 由此可以看出嚴格控制這幾種元素的含量對保證鋁導(dǎo)體的質(zhì)量具有重要的實際應(yīng)用意義。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種硬鋁導(dǎo)線單絲的制備方法，其步驟為：
[0019] 1)冶煉鑄造鋁合金鋁錠：于730~750°C下的鋁熔融物中加入按質(zhì)量百分比計的 下述組分：
[0020] Sn 0· 04 ~0· 07%，B 0· 01 ~0· 05%，Er 0· 04 ~0· 1%，F(xiàn)e 0· 1 ~0· 14%，Si 0· 04 ~0· 07%，V+Ti+Cr+Mn 彡 0· 012% ;
[0021] 2)精煉：720~730°C下通入氣體N215min后靜置40min除氣，扒渣；
[0022] 3)澆鑄：于700~720°C下將步驟2)制得的鋁液澆于鑄模具內(nèi)，得到尺寸為 22 X 22 X 380mm 的鋁錠；
[0023] 4)制桿：將步驟3)制得的鋁錠于530°C下保溫Ih后軋制成Φ9. 5mm的鋁合金桿；
[0024] 5)拉絲：以15m/s的速率、8-10 %的變形量，用拉絲機將步驟4)制得的鋁合金桿 進行拉絲，得直徑為3. 05~3. 6mm的硬鋁單絲。
[0025] 本發(fā)明提供的制備方法中加入Al-B合金靜置30min扒渣后，再加入Sn和Al-Er 合金。
[0026] 本發(fā)明提供的制法步驟1)中，待鋁熔化后在730~750°C下加入Al-B合金靜置 30min后扒渣，升溫至750°C加入Sn和Al-Er合金。
[0027] 本發(fā)明提供的硬鋁導(dǎo)線單絲的導(dǎo)電率彡62. 5% IACS，抗拉強度彡165MPa，延伸率 > 3. 2%〇
[0028] 本發(fā)明由于在硬鋁合金中添加了微量Sn、Er元素，既能夠降低雜質(zhì)含量，又具有 晶粒細化以及提高結(jié)晶溫度的作用，在保證硬鋁合金具有高導(dǎo)電率的同時鋁合金具有良好 的力學性能；本發(fā)明中熔煉過程只采用了吹入隊除氣除渣，并且制備出的硬鋁導(dǎo)線單絲無 需進行熱處理，從而簡化了硬鋁合金的制備工藝，降低了生產(chǎn)成本，本發(fā)明通過對鋁合金的 組分配比及制備方法的優(yōu)化，使材料的拉伸性能、電性能方面保持較好的匹配，由此制備出 的導(dǎo)線單絲可以提高導(dǎo)電率（導(dǎo)電率彡62. 5% IACS，20°C )和增大工作強度（抗拉強度 彡 165MPa)，延伸率> 3. 2%。 【【具體實施方式】】
[0029] 為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的硬鋁導(dǎo)線單絲及其制備 方法進行詳細說明，本發(fā)明的保護范圍不受一下實施例的限制。
[0030] 所有實施方式都是采用現(xiàn)有的冶煉及軋制設(shè)備，按照前面所敘述的步驟進行：
[0031] 實施例1
[0032] 高導(dǎo)電率非熱處理型硬鋁合金材料，組分及其質(zhì)量百分比為：
[0033] Sn 0,04%
[0034] B 0.02% Er 0.07% Cr+Mn+V+Ti 0.011% Fe 0.14% Si 0.065% Al 余星。
[0035] 在純度為99. 7%的鋁錠中加入各組分，使它們的最終含量如上所示，合金元素是 以純Sn、Al-B、Al-Er合金的形式加入。經(jīng)澆鑄形成硬鋁合金錠；通過軋機對鋁合金桿進 行熱軋；將軋制成的桿材采用常規(guī)的鋁單絲制備工藝，依次配模，在高速拉絲機上進行冷拉 絲，單絲直徑為3. 6mm ;導(dǎo)電率為6