CN101174489A - 高强度耐热铝合金管型母线 - Google Patents

高强度耐热铝合金管型母线 Download PDF

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周锦平
吕续国
尹建明
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Abstract

高强度耐热铝合金管型母线，涉及一种用于高压和超高压输变电配电装置的管型母线。管型母线采用Al－Mg－Si－ZrO3合金生产，合金的百分组成为：Si 0.30～0.50、Fe 0.35、Cu 0.10、Mn0.10、Mg 0.50～0.75、Cr 0.10、Zn0.10、Ti 0.10、Zr 0.20～0.30、杂质≤1.5、Al余量。由于本发明采用的Al－Mg－Si合金中加入Zr，使合金的再结晶温度提高80～100℃，可确保管型母线的使用温度达到200℃。本发明用Al－Mg－Si－ZrO3合金生产管母线，提高了管母线的耐热性能、载流容量、增加了输变电系统运行的安全可靠性，减少了输电过程的线损；本管型母线强度高、导电性能好，在高温下具有稳定的力学性能和大的载流量，瞬间短路时仍能保持导体力学性能，能适应高压和超高压输变电需要。本发明所用合金可以用来制造其它导体材料。

Description

高强度耐热铝合金管型母线
技术领域
本发明涉及一种用于高压和超高压输变电配电装置的管型母线。
背景技术
在我国，用于高压和超高压(110KV～1000KV)输变电装置的铝合金管型母线现采用由本申请人和沈阳铝材厂、沈阳银箭导电管厂提供的常规的6063合金生产。这些铝合金虽然力学性能、电性能及有关各项物理性能等可以满足需要，但生产的管母线的最高使用温度不能超过90℃(标准规定80℃)，超过该温度长期运行时材料会产生蠕变。根据市场调研结果，国内电力设计部门积极要求使用高强度耐热铝合金管母线(工作温度期望达到150℃以上)，管母线在运行时，因为提高其耐热性能，就能提高其在高温时的力学性能，从而显著提高载流容量，特别是提高送电系统运行的安全可靠性，从而也可以节约大批的有色金属，降低工程造价，这也一直是送变电设计最关注的问题。因此，高强度耐热铝合金管母线的研制受到全国电力设计部门及送变电行业的高度重视。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种能减少输电过程的线损，增加送电系统的可靠性，强度高、导电性能好，在高温下具有稳定的力学性能和大的载流量，瞬间短路时仍能保持导体力学性能的高强度耐热铝合金管型母线。
本发明目的的实现方式为，高强度耐热铝合金管型母线，管型母线采用Al-Mg-Si-Zr合金生产，合金的百分组成为：Si0.30～0.50、Fe0.35、Cu0.10、Mn0.10、Mg0.50～0.75、Cr0.10、Zn0.10、Ti0.10、Zr0.20～0.30、杂质≤0.15、Al余量。
由于本发明采用的Al-Mg-Si合金中加入加入微量元素Zr，使合金的再结晶温度提高80～100℃，可确保管型母线的使用温度达到200℃。本发明采用Al-Mg-Si-Zr合金生产管母线，提高了管母线的耐热性能、载流容量、增加了输变电系统运行的可靠性，减少了输电过程的线损；本管型母线强度高，导电率可达到53-58％IACS、导电性能好，连续使用温度200℃时其σb≥210Mpa，高温下具有稳定的力学性能和大的载流量，瞬间短路时仍能保持导体力学性能，蠕变强度高、防风、抗震、耐用，能适应高压和超高压输变电的需要。
Al-Mg-Si-Zr合金也可以用来制造其它导体材料。
具体实施方式
本管型母线采用Al-Mg-Si-Zr合金生产，合金的百分组成为：Si0.30～0.50、Fe0.35、Cu0.10、Mn0.10、Mg0.50～0.75、Cr0.10、Zn0.10、Ti0.10、Zr 0.20～0.30、杂质≤0.15、Al余量。
根据有关资料介绍，向铝中添加锆能提高铝的再结晶温度、蠕变强度及耐热性能。含1％左右Mg2Si及少量的Cu、Zr等元素的合金既有高的蠕变强度，又有大于51％IACS的导电性能。锆是铝合金一种微量合金元素，锆的最重要作用是对铝的再结晶有影响，可使铝的再结晶温度上升100K。文献中介绍：在Ai-Mg-Zr合金中，同时与铝处于平衡状态的只有Mg5Al8及ZrAl3，锆不激烈地减少镁的固溶度。而在Al-Si-Zr合金中，Zr与Si在铝中固溶度较低，在Al端仅有ZrAl3和Si。
基于上述的论述认为：Zr在Al、Mg、Si合金中，主要与Al形成ZrAl3化合物，在浓度低时与Mg、Si不发生反应。
含Zr量低时，如0.04％Zr铝合金主要靠固溶效应起作用，而含Zr量高时，如0.3％Zr，不仅是Al3Zr具有沉淀效应，同时又具有晶粒细化效果。
本申请人对本管型母线作了大量工业试验，具体测试结果如下：
1)高温瞬时拉力试验力学性能：
试验产品规格及状态：Φ150*7mm T6试样加热200℃保温10分钟时测得产品的力学性能：
σb＝215Mpa
σ0.2＝190Mpa
δ＝8％
2)导电率：56％IACS
3)焊接性能：焊接强度：140Mpa为基体强度的65％
4)电阻率：0.03078Ωmm2/m
5)载流量；Φ150*7mm管母80K时载流量5580A，不低于6063合金(5050A)
6)弹性模量：72000Mpa
7)其它物理常数：
20-100℃线膨胀系数a＝21.5*10-61/℃
泊松比：0.40
20℃时电阻温度系数：0.0041℃
电力设计部门管母线的要求如下：
1、工作温度100～200℃时能保持室温的力学性能：
σb≥205Mpa
σ0.2≥175Mpa
δ≥8％
3、导电率≥51IACS
4、其它物理常数满足使用要求
5、焊接性能良好，剩余强度达到现有标准
6、载流量不低于现有合金管母线
证明本管母线的各项性能均达到电力部门的使用要求，有的还超出。

Claims (1)

1.高强度耐热铝合金管型母线，其特征在于管型母线采用Al-Mg-Si-Zr合金生产，合金的百分组成为：Si0.30～0.50、Fe0.35、Cu0.10、Mn0.10、Mg0.50～0.75、Cr0.10、Zn0.10、Ti0.10、Zr0.20～0.30、杂质≤0.15、Al余量。
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