CN101604563A - 一种电力电缆的耐热铝合金导线的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种电力电缆的耐热铝合金导线的制造方法，属输电线路设计制造技术领域。该铝合金导线以不同含量的镁、铜、铁、硅、硼、富铈稀土、锆、钇、钴等为合金化元素；其制作工艺如下：将上述合金化元素加入竖炉的熔铝中，熔炼后铸成铸条进行热轧，然后进行冷拉制加工，在冷拉制过程中进行退火处理，在最终的冷拉制之前进行再结晶热处理，之后再进行微量的冷拉制加工。该种铝合金导线不仅具有优良的耐弯曲性能和成型性能，而且具有较高的导电率和优良的耐热性能(包括高温蠕变性能)，在常温和高温下均能确保电气连接的稳定性。
Description
技术领域
一种电力电缆的耐热铝合金导线的制造方法，属输电线路设计制造技术领域。本发明不适用于架空裸线及船用、机动车用电力电缆。
背景技术
目前各种电力电缆多采用铜导线，其价格昂贵。如采用铝导线，因铝导线的屈服强度较低，蠕变伸长率较大，长期运行或电流过载后会发生较大蠕变，从而引起接续不良，产生安全问题。
目前在架空线路已广泛采用了耐高温(150-230℃)的铝合金裸导线，但此类铝合金导线均是高强度的硬导线，不能用作电缆导体；电力电缆，尤其是安装在桥梁、地铁、隧道及各类建筑物内部的电力电缆，其导线必须具有优良的耐弯曲性能和成型性能，但具有此类特性的铝合金导线往往导电率偏低，耐热性能(包括高温蠕变性能)较差。
发明内容
本发明提供一种不仅具有优良的耐弯曲性能和成型性能，而且具有较高的导电率和优良的耐热性能(包括高温蠕变性能)，在常温和高温下均能确保电气接续稳定性的一种电力电缆的耐热铝合金导线的制造方法。
本发明采取的技术方案是：
该铝合金导线的成份和重量含量为：
镁：0.05-0.2％，铜：0.10-0.50％，铁：0.50-1.5％，硅：0.01-0.3％，硼：0.001-0.2％，富铈稀土：0.01-0.3％，锆：0.05-0.20％，钇：0.05-0.20％，钴：0.50-1.5％，其余为铝和不可避免的杂质。
确定铝合金成份种类及含量的依据是：
铝合金导线的导电率随镁含量的增加而降低，但当镁含量低于0.05％时，导线的耐弯曲性能变差。
铁、钴的含量如低于0.5％，则导线的耐弯曲性能变差，如高于1.5％，则导电率降低。
为将铝合金导线的导电率和耐弯曲性能均控制在适当的范围内，镁与铜的质量比宜小于1∶5，铁与硅的质量比宜大于6∶1。
添加硼和稀土元素是为了细化晶粒，提高导电率，改善机械性能。
添加锆和钇是为了提高铝合金导线的耐热性能，减少其在高温下的变形率或蠕变伸长率；加入钇亦是为了不过份降低其导电率。
制造本发明铝合金导线的工艺如下：
在竖炉中加热铝锭，使温度为730-780℃，在熔铝中加入上述合金化元素，其中稀土、硼、铁、钴以铝稀土中间合金、铝硼中间合金和铝铁钴中间合金的形式加入，经搅拌、精炼、除渣，30分钟后作炉前取样分析、调整，以控制元素的含量。保温炉中温度亦维持于700-730℃。在铸机中铸成铝合金铸条。
将铝合金铸条在轧机上热轧，铸条导入热轧机时温度为450-500℃，导出时为250-320℃。热轧过程中及热轧结束后均不予加热。
热轧完成后进行冷拉制加工，每次冷拉制加工的截面缩减率均应小于25％。当截面总缩减率达到45-55％时进行退火处理。退火温度为300-350℃，时间为20-28小时。
退火后继续进行冷拉制加工，每次冷拉制加工的截面缩减率仍应小于25％。在最终冷拉制之前，应进行再结晶热处理，以恢复因冷拉制加工而损失的成型性能和耐弯曲性能。再结晶热处理的温度为250-300℃，时间为0.5-3小时。此时须对材料进行分析，确证材料已充份再结晶。
再结晶热处理后进行最终的、微量的冷拉制加工，这次冷拉制加工的截面缩减率为5-15％，其目的是为了增强屈服强度，减少蠕变伸长率，确保在常温和高温下本铝合金导线均具优良的电气接续性能。
将制得的铝合金导线作多股绞合并予适当紧压。
制造非耐热导线或地下电力电缆的导线时可对上述铝合金导线的化学成份及制造工艺进行简化。如地下电力电缆的导体截面不大于150mm2，可采用实心的本铝合金导线。
本发明的积极效果：
本发明铝合金导线具有优良的抗蠕变性能，其在常温及高温下的蠕变伸长率远低于电工铝导线，接近于铜导线，故当本导线遇火时或长时间过载时，能保证电气连接的稳定性。
采用本铝合金导线的电缆的耐热性能优于普通的纯铝或铝合金导线电缆。
本铝合金导线抗拉强度优于纯铝导线，自重承载长度大于纯铝导线及铜导线，适宜作大跨度配线。
本铝合金导线电缆的弯曲性能优于铜导线电缆，反弹性远小于铜导线电缆，便于在较小的空间中进行安装架设。
安装在桥梁、地铁、隧道及各类建筑物的电力电缆的体积应尽可能小，其导体的填充系数一般应高于92％，本铝合金导线的弯曲性能及成型性能均有利于线芯压紧，有利于提高填充系数。
因此，本铝合金导线能适应各种场合对电力电缆的要求。
具体实施方式
实施例1：
在750℃的铝液中加入铝稀土中间合金和铝硼中间合金，使熔体中各元素的重量含量为：镁：0.05％，铜：0.20％，铁：0.75％，硅：0.10％，硼：0.03％，富铈稀土：0.2％，锆：0.05％，钇：0.05％，钴：0.25％，其余为铝和不可避免的杂质。
制作该铝合金时在竖炉中加热铝锭，使温度为750℃，在熔铝中加入上述合金化元素，其中稀土、硼、铁、钴以铝稀土中间合金、铝硼中间合金和铝铁钴中间合金的形式加入，经搅拌、精炼、除渣，30分钟后作炉前取样分析、调整。保温炉中温度维持于730℃。
在铸机中铸成截面为50mm×50mm的铝合金铸条。将450℃的铸条引入热扎机，分步轧成直径为9.5mm的铝合金杆，热轧过程中及热轧完成后均不进行加热。热轧完成后进行冷拉制加工，每次冷拉制加工的截面缩减率约为20％。当铝合金杆直径被拉制成7.0mm时，实施24小时、300℃的退火处理，然后再进行冷拉制加工，分步拉制成直径为0.5mm的导线(每次冷拉制加工的截面缩减率约为20％)，再进行1小时、300℃的再结晶热处理，经分析确证材料已充份再结晶后，再进行截面缩减率为5％的冷拉制加工。
将制得的铝合金导线作多股绞合并予紧压。
在常温下，在制得的本铝合金导线测得：
导电率＞61％IACS。抗拉强度为13.7kg/mm2；屈服强度为12.6kg/mm2；伸率为7％；
测定其耐弯曲性能时，取长度等于100倍半径的本铝合金导线，以1R为半径，反复弯曲180度(以此计为1次)，经25次反复弯曲，未发现有裂纹或损坏迹像。
为确定本铝合金导线在室温及高温时的接续性能，取直径为2mm的本导线，施加5.0kg/mm2的恒定应力，经测量，本导线在室温下150小时后的蠕变伸长率为0.03％，在100℃下150小时后的蠕变伸长率为0.5％(电工铝导线的相应数据为0.1％和5％)。
因此，本发明铝合金导线在长期运行或电流过载时能确保电气连接的稳定性。
Claims (2)
1.一种电力电缆耐热铝合金导线的制造方法，包括铝合金导线的合金成份、含量及制造工艺，其特征是：
该铝合金导线的成份和重量含量为：
镁：0.05-0.2％，铜：0.10-0.50％，铁：0.50-1.5％，硅：0.01-0.3％，硼：0.001-0.2％，富铈稀土：0.01-0.3％，锆：0.05-0.20％，钇：0.05-0.20％，钴：0.50-1.5％，其余为铝和不可避免的杂质；
制造工艺为：
1)在竖炉中加热铝锭，使温度为730-780℃，在熔铝中加入上述合金化元素，经搅拌、精炼、除渣，30分钟后进行炉前取样分析，在铸机中铸成铝合金铸条；
2)将铝合金铸条在轧机上热轧，铸条导入轧机时温度为450-500℃，导出时为250-320℃，热轧过程中及热轧结束后均不予加热；
3)热轧后进行冷拉制加工，在冷拉制加工中，每次冷拉制加工的截面缩减率均小于25％，当截面总缩减率达到45-55％时进行退火处理，退火温度为300-350℃，时间为20-28小时；
4)退火后继续进行冷拉制加工，每次冷拉制加工的截面缩减率均小于25％，在最终冷拉制之前，进行0.5-3小时、250-300℃的再结晶热处理；
5)再结晶热处理后再进行最终的、微量的冷拉制加工，本次冷拉制加工的截面缩减率为5-15％；
6)将制成的铝合金导线作多股绞合及导体紧压。
2.根据权利要求1所述的一种电力电缆耐热铝合金导线的制造方法，其特征是：所述的铝合金导线为绞合导线或实心导线。
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