CN102719709A - 一种高强高导铝合金导线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝合金导线线材及其制备方法。通过超低温快速拉拔获得一种具有高度丝织构的高强高导铝合金导线,铝合金导线丝织构度达60%以上,抗拉强度达到130Mpa以上,导电率可达到63%IACS。本发明采用能形成Al3Me型共格化合物质点的铁、钪几种元素的复合,进行微合金化设计;通过控制连铸连轧工艺,拉丝工艺获得一定的丝织构;通过超低温快速拉拔大幅提高丝织构和降低常温变形造成的畸变;通过退火处理调整拉丝结束后的铝导线织构取向和织构度,松弛拉拔应力,恢复导线塑性,降低电阻提高导电性。本发明的与现有技术相比,可以在微合金化的条件下,控制变形工艺大幅度提高导线强度和导电性。
Description
技术领域
本发明属于铝合金导线的制造技术,具体是一种用于制造输电电缆的具有高强度、高导电率的导线及其制备方法。
背景技术
铜是输电电缆常用材质,但国际国内铜资源都极为短缺。铝也是导电金属材料,只是纯铝的导电能力仅为铜的64%。但是,铝资源十分丰富,价格便宜(当前价格约为铜的1/3,甚至更低),比重是铜的30%左右,综合比较铝电缆有非常突出的优越性。正因为如此,国际上铝电缆使用率很高,法国的电线电缆80%以上为铝导体,日本的铝导线也占50%以上。国际上早在上世纪50年代就开始生产应用铝导线,形成了一系列标准导电铝合金,如美国的1035、8030、8016、5005铝合金,联邦德国的SOOSA铝合金等等。
近年来,随着科技的进步和制造技术的发展,我国铝合金导线的应用比例在不断的增加。为保证铝导线的电阻满足国家标准GB/T 1179-83(2.8264×10-8Ω·m)的前提下,采用微合金化提高铝导线的强度和延伸率。这类发明专利已有数十个。另外,国内铝杆加工企业早在20多年前就在电工圆铝杆中添加稀土元素,用来除气、除杂、细化晶粒、提高铝导线的导电率和耐蚀性。在电工圆铝杆的国家标准GB/T3954-2001中有确定的稀土电工圆铝杆的系列型号。目前,所有国内外的铝合金导线都是通过微合金化方法,在导电率降低不多的情况下,尽可能地提高强度,提高耐高温性能,对于组织结构对铝合金导线性能影响很少提及。分析我国铝合金导线电缆的应用量不到1%。主要原因还是铝导线制造技术的不成熟,不能满足用户对性能的要求。其中最突出的是解决强度、延伸率与导电性的矛盾。
材料强化的诸多方法大多是以牺牲导电性来换取的,如细晶强化,晶界多了电子传输就困难;固溶强化,晶格畸变,电子传输变得困难;第二相强化,化合物阻挡电子传输;变形强化,强烈的晶格畸变,电阻急剧升高。目前铝导线的研究集中在这些强化方法的选择上,致力于寻求强度提高和导电性下降的恰当配合。各种文章、专利都是探索合金化方法,忽略了从组织结构着手来提高铝导线性能,尤其是忽略了织构的利用。当铝导线形成织构后,原来的晶粒从紊乱的取向转变到沿形变方向一致排列,电子传输通畅,导电性大大提高;同时,高度织构也使得铝导线沿长度方向的强度得以提高。
铝尽管合金导线是微合金化,合金含量很少,但组织结构的变化还是存在的。尤其是从铸造后的铝棒到轧制成圆铝杆再到拉拔成细线,铝合金要经历巨大的塑性变形过程。如果通过控制成分和加工工艺,获得丝织构,那么不仅导线的导电性提高,强度也同样会提高。形成丝织构对铝合金导线来说是非常有利的组织形态。怎样才能获得满意的织构度和织构取向是需要通过恰当的成分设计和变形工艺控制。
对于铝合金这样的面心立方晶体的金属,常温下塑性变形,由于滑移方向多,滑移变形容易,所以拉拔变形中不如钢铁那样易于获得丝织构。要想获得高度丝织构,必须采取特殊的变形方式。在液氮附近温度下快速变形,铝合金的滑移受到抑制,只能以切变变形方式进行塑性变形。此时,超低温快速变形大大促进铝合金形成高度丝织构。同时,切变还有助于消除之前滑移变形导致的严重晶格畸变,使后续热处理更加容易。
为了获得高度丝织构,合金成分需要恰当设计。铝合金中加入铁、锆、釔、钪等元素时,易于在合金中形成Al3Me型共格化合物质点。这些小质点在材料塑性变形时有利于晶粒转动到一致的取向形成织构。Al3Me型共格化合物质点数量要恰当,少了起不到促进形成织构的作用,多了会阻碍织构的形成,因此需要通过大量试验来确定添加的合金量范围。另外,不同的金属元素所形成的Al3Me型共格化合物质点的贡献、效果也不尽相同。Al3Me型共格化合物质点在合金中不仅有利于织构形成,对提高材料强度,耐高温性能也非常明显,同时对导电性影响较小。
为了获得高度丝织构,除超低温快速变形外,前面的制备工艺也需要恰当配合。铝合金塑性变形工艺对形成织构影响很大,变形温度、载荷类型、润滑状态、模具设计等都影响织构的形成和取向差别。连铸连轧过程中,变形温度对形成织构影响较大,再结晶温度以下变形有利于织构形成;拉拔过程中,模具设计的恰当,润滑充分,则摩擦力作用较小,在挤压与拉伸复合作用下,有利形成织构,取向多为铜织构、黄铜织构和立方织构。
变形后退火处理有利于降低强度、应力、恢复塑性、提高导电性。同时,由于原子活动能力增加,变形时形成的织构也进一步趋于一致,一些高指数取向将向低指数取向转变。
发明内容
本发明立足于超低温快速变形结合微合金化成分设计和加工工艺控制,提供制备一种具有高度丝织构的高强高导铝合金导线的方法。高度丝织构铝合金导线不仅具有高强、高导、耐热等优点,而且成本低廉,易于生产,制造的输电电缆重量轻,柔韧度高,易于运输和安装。
实现上述目的的技术解决方案如下:
一种高强高导铝合金导线,按重量百分比包含如下元素:铁Fe 0.13%-0.72%,铜Cu 0.11%-0.45%,钪Sc 0.007%-0.1%,硅Si≤0.07%,混合稀土(镧+铈)0.03-0.04%,硼B≤0.004%,铝Al及其他杂质。
所述杂质中钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr元素之和≤0.01%。
所述杂质中其它不可避免杂质总量≤0.01%。
所述铝合金导线按重量百分比包含如下元素:铁Fe 0.553%,铜Cu 0.322%,钪Sc0.051%,硅Si0.051%,混合稀土(镧+铈)0.033%,硼B 0.004%,铝Al及其他杂质,所述杂质中钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和≤0.01%。
所述铝合金导线电阻为2.72-2.95×10-8Ω·m,即58.3-63.2IACS;抗拉强度σ为112-132MPa,延伸率δ为24-38%。
所述铝合金导线丝织构度达45%以上,为单一取向织构或多取向的复合织构。
所述铝合金导线是通过超低温快速拉拔定形而成的。
一种高强高导铝合金导线的制造方法,如图5,包括以下步骤:
步骤一:配料;
步骤二:熔炼;
步骤三:连铸连轧;
步骤四:拉丝;
步骤五:退火处理;
其中所述步骤四拉丝中最后一道拉拔为超低温快速拉拔定形。
所述超低温快速拉拔定性工艺为:将已拉拔成直径Φ3.0±0.1mm的铝导线锭,放入液氮冷却槽中,待导线冷到-100℃以下,快速拉拔成型,获得最终截面为5±0.1mm2异形截面导线。
所述步骤一:配料
按重量百分比:铁Fe 0.13%-0.72%,铜Cu 0.11%-0.45%,钪Sc 0.007%-0.1%,硅Si≤0.07%,混合稀土(镧+铈)0.03-0.04%,硼B≤0.004%,钒、钛、锰、铬四种元素及其他不可避免杂质总量≤0.01%;余量为铝配料;
所述步骤二:熔炼
先将99.7%的工业纯铝锭放入炉中熔化,再加入各元素的中间合金;熔炼炉的铝液进入保温炉,加铝硼中间合金,搅拌除杂质;以氮气由炉底输送精炼剂对铝液进行精炼、除气;除渣后的铝合金液体静置30分钟,温度控制在750-800℃之间;期间对炉内成分进行分析和调整;
所述步骤三:连铸连轧
轧机进口温度为:480℃-560℃,出口温度为:270℃-320℃;
所述步骤四:拉丝
拉丝得到直径Φ9.5±0.1mm的铝合金杆经过拉丝机拉制铝合金单线;拉丝模具设计保证良好润滑,配模设计保证前几道拉拔传动比大于模具直径确定的伸长率1-4%;
将已拉拔成直径Φ3.0±0.1mm的铝导线锭,放入液氮冷却槽中,待导线冷到-100℃以下,快速拉拔成型,获得最终截面为5±0.1mm2左右异形截面导线;
所述步骤五:退火处理
拉丝后热处理温度为360-420℃,热处理时间为30分钟;自然冷却得到高强高导铝合金导线。
本发明的有益技术效果体现在以下方面:
本发明通过超低温快速拉拔获得高度丝织构,在提高铝合金导线强度的同时大幅度提高导电性。
本发明采用能形成Al3Me型共格化合物质点的铁、钪等几种元素的复合,促进铝合金在变形,尤其是超低温快速变形时形成织构。
本发明并通过控制连铸连轧工艺,拉丝变形工艺以及拉丝模设计,退火处理等工艺措施,以配合超低温快速拉拔来降低电阻提高导电性。
本发明的与现有技术相比,抗拉强度达到130Mpa以上,高导电率,导电率可达到63%IACS,耐热性能好的高强度高导电率耐热铝合金导线,可以有效增加导线输电能力,进一步降低投资成本。
附图说明
图1为产品导线组织织构取向主要是<111>和<100>丝织构,织构度为45%。
图2为产品导线组织织构取向主要是<111>和<100>丝织构,织构度为70%。
图3为产品导线组织织构取向主要是<111>和<100>丝织构,织构度为55%。
图4为产品导线组织织构取向主要是<111>和<100>丝织构,织构度为80%。
图5为本发明方法流程图。
具体实施方式
通过以下实施例对比,更好的阐述本发明所述的铝合金导线及制备方法。
实施例1A:
1、配料:每吨A99.7工业纯铝锭添加:7kg的Al-Fe(含Fe20%)中间合金;6kg的Al-Cu(含Cu20%)中间合金,2kg的Al-Sc(含Sc2%)中间合金。
2、熔炼:将纯铝锭加入熔炼炉熔化,待熔化后的铝液温度升高到800℃以上,顺序加入Al-Fe、Al-Cu中间合金;将熔化炉铝液导入保温炉,温度控制在750℃-800℃之间,按每吨铝锭添加4Kg混合稀土中间合金Al-Re(含Re 9%)和按每吨铝锭添加3Kg铝硼中间合金Al-B(含B 2.5%)除杂;再以氮气带动精炼剂由炉底吹入铝液除气;扒渣后按每吨铝锭添加2Kg中间合金Al-Sc(含Sc 2%),静置30分钟,期间对炉内成分进行分析与调整。以35ppi多孔陶瓷板过滤,将温度为750℃-800℃的铝液注入结晶轮进行连铸连轧。
3、连铸连轧:控制结晶轮冷却强度,保证铸坯截面全部是柱状晶。控制铸坯进入轧机的温度为480℃-560℃,轧机出口处圆铝杆温度为270℃-320℃,圆铝杆直径Φ9.5±0.1。
4、拉丝:直径Φ9.5圆铝杆经9道拉丝得到直径为Φ3.0mm的铝线。前四道拉丝传动比大于模具直径确定的伸长率1-4%,后五道按正常配模拉伸。最后一道拉拔成截面5mm2的异形截面导线。
5、退火处理:截面5mm2的异形截面导线进行退火处理,处理温度360℃,时间30分钟
6、产品成分的重量百分比为:铁Fe 0.135%、铜Cu 0.117%、钪Sc 0.007%、硅Si0.057%、钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和≤0.01%,稀土0.033%、硼B 0.004%,余量为铝Al。
7、产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试,其电阻值为2.8573×10-8Ω·m,相当于60.3IACS;抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试,σ=112MPa,延伸率δ=38%。
8、产品导线组织采用JSM-6490LV型扫描电子显微镜(SEM)加HKL Channel 5型背散射电子衍射(EBSD)仪测试,织构取向主要是<111>和<100>丝织构(如图1),织构度为45%。
实施例1B:
1.配料:每吨A99.7工业纯铝锭添加:7kg的Al-Fe(含Fe20%)中间合金;6kg的Al-Cu(含Cu20%)中间合金,2kg的Al-Sc(含Sc2%)中间合金。
2.熔炼:将纯铝锭加入熔炼炉熔化,待熔化后的铝液温度升高到800℃以上,加入Al-Fe中间合金;将熔化炉铝液导入保温炉,温度控制在750℃-800℃之间,按每吨铝锭添加4Kg稀土中间合金Al-Re(含Re 9%)和按每吨铝锭添加3Kg铝硼中间合金Al-B(含B 2.5%)除杂;再以氮气带动精炼剂由炉底吹入铝液除气;扒渣后按每吨铝锭添加2Kg中间合金Al-Sc(含Sc 2%),静置30分钟,期间对炉内成分进行分析与调整。以35ppi多孔陶瓷板过滤,将温度为750℃-800℃的铝液注入结晶轮进行连铸连轧。
3.连铸连轧:控制结晶轮冷却强度,保证铸坯截面全部是柱状晶。控制铸坯进入轧机的温度为480℃-560℃,轧机出口处圆铝杆温度为270℃-320℃,圆铝杆直径Φ9.5±0.1。
4.拉丝:直径Φ9.5圆铝杆经9道拉丝得到直径为Φ3.0mm的铝线。前四道拉丝传动比大于模具直径确定的伸长率1-4%,后五道按正常配模拉伸。最后一道拉拔成截面5mm2的异形截面导线。
5.超低温快速拉拔:将直径为Φ3.0mm的铝线锭置于冷却槽中,灌入液氮,待液氮漫过铝线锭上部且挥发结束,液面平静时开始拉拔,获得截面5mm2的异形截面导线。
6.退火处理:截面5mm2的异形截面导线进行退火处理,处理温度380℃,时间30分钟
7.产品成分的重量百分比为:铁Fe 0.137%、铜Cu 0.117%、钪Sc 0.008%、硅Si0.051%、钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和≤0.01%,稀土0.035%、硼B 0.004%、,余量为铝Al。
8.产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试,其电阻值为2.7808×10-8Ω·m,相当于62IACS;抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试,σ=122MPa,延伸率δ=25%。
9.产品导线组织采用JSM-6490LV型扫描电子显微镜(SEM)加HKL Channel 5型背散射电子衍射(EBSD)仪测试,织构取向主要是<111>和<100>丝织构(如图2),织构度为70%。
实施例2A:
1.配料:每吨A99.7工业纯铝锭添加:30kg的Al-Fe(含Fe20%)中间合金;18kg的Al-Cu(含Cu20%)中间合金,15kg的Al-Sc(含Sc2%)中间合金。
2.熔炼:将纯铝锭加入熔炼炉熔化,待熔化后的铝液温度升高到800℃以上,顺序加入Al-Fe、Al-Cu中间合金;将熔化炉铝液导入保温炉,温度控制在750℃-800℃之间,按每吨铝锭添加4Kg混合稀土中间合金Al-Re(含Re 9%)和按每吨铝锭添加3Kg铝硼中间合金Al-B(含B 2.5%)除杂;再以氮气带动精炼剂由炉底吹入铝液除气;扒渣后按每吨铝锭添加15Kg中间合金Al-Sc(含Sc 2%),静置30分钟,期间对炉内成分进行分析与调整。以35ppi多孔陶瓷板过滤,将温度为750℃-800℃的铝液注入结晶轮进行连铸连轧。
3.连铸连轧:控制结晶轮冷却强度,保证铸坯截面全部是柱状晶。控制铸坯进入轧机的温度为480℃-560℃,轧机出口处圆铝杆温度为270℃-320℃,圆铝杆直径Φ9.5±0.1。
4.拉丝:直径Φ9.5圆铝杆经9道拉丝得到直径为Φ3.0mm的铝线。前四道拉丝传动比大于模具直径确定的伸长率1-4%,后五道按正常配模拉伸。最后一道拉拔成截面5mm2的异形截面导线。
5.退火处理:截面5mm2的异形截面导线进行退火处理,处理温度360℃,时间30分钟。
6.产品成分的重量百分比为:铁Fe 0.545%、铜Cu 0.253%、钪Sc 0.049%、硅Si0.057%、钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和≤0.01%,稀土0.033%、硼B 0.0038%,余量为铝Al。
7.产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试,其电阻值为2.9371×10-8Ω·m,相当于58.7IACS;抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试,σ=118MPa,延伸率δ=34%。
8.产品导线组织采用JSM-6490LV型扫描电子显微镜(SEM)加HKL Channel 5型背散射电子衍射(EBSD)仪测试,织构取向主要是<111>和<100>丝织构(如图3),织构度为55%。
实施例2B:(最佳实施例)
1.配料:每吨A99.7工业纯铝锭添加:30kg的Al-Fe(含Fe20%)中间合金;18kg的Al-Cu(含Cu20%)中间合金,15kg的Al-Sc(含Sc2%)中间合金。
2.熔炼:将纯铝锭加入熔炼炉熔化,待熔化后的铝液温度升高到800℃以上,加入Al-Fe中间合金;将熔化炉铝液导入保温炉,温度控制在750℃-800℃之间,按每吨铝锭添加4Kg稀土中间合金Al-Re(含Re 9%)和按每吨铝锭添加3Kg铝硼中间合金Al-B(含B 2.5%)除杂;再以氮气带动精炼剂由炉底吹入铝液除气;扒渣后按每吨铝锭添加15Kg中间合金Al-Sc(含Sc 2%),静置30分钟,期间对炉内成分进行分析与调整。以35ppi多孔陶瓷板过滤,将温度为750℃-800℃的铝液注入结晶轮进行连铸连轧。
3.连铸连轧:控制结晶轮冷却强度,保证铸坯截面全部是柱状晶。控制铸坯进入轧机的温度为480℃-560℃,轧机出口处圆铝杆温度为270℃-320℃,圆铝杆直径Φ9.5±0.1。
4.拉丝:直径Φ9.5圆铝杆经9道拉丝得到直径为Φ3.0mm的铝线。前四道拉丝传动比大于模具直径确定的伸长率1-4%,后五道按正常配模拉伸。最后一道拉拔成截面5mm2的异形截面导线。
5.超低温快速拉拔:将直径为Φ3.0mm的铝线锭置于冷却槽中,灌入液氮,待液氮漫过铝线锭上部且挥发结束,液面平静时开始拉拔,获得截面5mm2的异形截面导线。
6.退火处理:截面5mm2的异形截面导线进行退火处理,处理温度380℃,时间30分钟。
7.产品成分的重量百分比为:铁Fe 0.553%、铜Cu 0.322%、钪Sc 0.051%、硅Si0.051%、钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和≤0.01%,稀土0.033%、硼B 0.0038%、,余量为铝Al。
8.产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试,其电阻值为2.7280×10-8Ω·m,相当于63.2IACS;抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试,σ=132MPa,延伸率δ=24%。
9.产品导线组织采用JSM-6490LV型扫描电子显微镜(SEM)加HKL Channel 5型背散射电子衍射(EBSD)仪测试,织构取向主要是<111>和<100>丝织构(如图4),织构度为80%。
实施例3A:
1.配料:每吨A99.7工业纯铝锭添加:20kg的Al-Fe(含Fe20%)中间合金;10kg的Al-Cu(含Cu20%);28kg的Al-Sc(含Sc2%)中间合金。
2.熔炼:将纯铝锭加入熔炼炉熔化,待熔化后的铝液温度升高到800℃以上,加入Al-Fe中间合金;将熔化炉铝液导入保温炉,温度控制在750℃-800℃之间,按每吨铝锭添加4Kg稀土中间合金Al-Re(含Re 9%)和按每吨铝锭添加3Kg铝硼中间合金Al-B(含B 2.5%)除杂;再以氮气带动精炼剂由炉底吹入铝液除气;扒渣后按每吨铝锭添加28Kg中间合金Al-Sc(含Sc 2%),静置30分钟,期间对炉内成分进行分析与调整。以35ppi多孔陶瓷板过滤,将温度为750℃-800℃的铝液注入结晶轮进行连铸连轧。
3.连铸连轧:控制结晶轮冷却强度,保证铸坯截面全部是柱状晶。控制铸坯进入轧机的温度为480℃-560℃,轧机出口处圆铝杆温度为270℃-320℃,圆铝杆直径Φ9.5±0.1mm。
4.拉丝:直径Φ9.5圆铝杆经10道拉丝得到直径为Φ3.0mm的铝线。前四道拉丝模传动比大于模具直径确定的伸长率1-4%,后五道按正常配模拉伸。
5.超低温快速拉拔:将直径为Φ3.0mm的铝线锭置于冷却槽中,灌入液氮,待液氮漫过铝线锭上部且挥发结束,液面平静时开始拉拔,获得截面5mm2的异形截面导线。
6.退火处理:截面5mm2的异形截面导线进行退火处理,处理温度400℃,时间30分钟
7.产品成分的重量百分比为:铁Fe0.348%、铜Cu0.176%、钪Sc0.087%、硅Si0.053%、钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和≤0.01%,稀土0.031%、硼B 0.0038%,余量为铝Al。
8.产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试,其电阻值为2.7280×10-8Ω·m,相当于63.2IACS;抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试,σ=130MPa,延伸率δ=24%。
9.产品导线组织采用JSM-6490LV型扫描电子显微镜(SEM)加HKL Channel 5型背散射电子衍射(EBSD)仪测试,织构取向主要是<111>丝织构,织构度为80%。
实施例3B:
1.配料:每吨A99.7工业纯铝锭添加:20kg的AlFe(含Fe20%)中间合金;10kg的Al-Cu(含Cu20%);28kg的Al-Sc(含Sc2%)中间合金。
2.熔炼:将纯铝锭加入熔炼炉熔化,待熔化后的铝液温度升高到800℃以上,加入Al-Fe中间合金;将熔化炉铝液导入保温炉,温度控制在750℃-800℃之间,按每吨铝锭添加4Kg稀土中间合金Al-Re(含Re 9%)和按每吨铝锭添加3Kg铝硼中间合金Al-B(含B 2.5%)除杂;再以氮气带动精炼剂由炉底吹入铝液除气;扒渣后按每吨铝锭添加28Kg中间合金Al-Sc(含Sc 2%),静置30分钟,期间对炉内成分进行分析与调整。以35ppi多孔陶瓷板过滤,将温度为750℃-800℃的铝液注入结晶轮进行连铸连轧。
3.连铸连轧:控制结晶轮冷却强度,保证铸坯截面全部是柱状晶。控制铸坯进入轧机的温度为480℃-560℃,轧机出口处圆铝杆温度为270℃-320℃,圆铝杆直径Φ9.5±0.1。
4.拉丝:直径Φ9.5圆铝杆经10道拉丝得到直径为Φ3.0mm的铝线。前四道拉丝模传动比大于模具直径确定的伸长率1-4%,后五道按正常配模拉伸,最后一道拉拔成截面5mm2的异形截面导线。
5.退火处理:截面5mm2的异形截面导线进行退火处理,处理温度420℃,时间30分钟
6.产品成分的重量百分比为:铁Fe 0.366%、铜Cu 0.183%、钪Sc0.1%、硅Si0.05%、钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和≤0.01%,稀土0.033%、硼B0.004%、,余量为铝Al。
7.产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试,其电阻值为2.9371×10-8Ω·m,相当于58.7IACS;抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试,σ=118MPa,延伸率δ=34%。
8.产品导线组织采用JSM-6490LV型扫描电子显微镜(SEM)加HKL Channel 5型背散射电子衍射(EBSD)仪测试,织构取向主要是<100>和<111>丝织构,织构度为55%。
实施例4A:
1.配料:每吨A99.7工业纯铝锭添加:40kg的AlFe(含Fe20%)中间合金;25kg的Al-Cu(含Cu20%)中间合金,15kg的Al-Sc(含Sc2%)中间合金。
2.熔炼:将纯铝锭加入熔炼炉熔化,待熔化后的铝液温度升高到800℃以上,顺序加入Al-Fe、Al-Cu中间合金;将熔化炉铝液导入保温炉,温度控制在750℃-800℃之间,按每吨铝锭添加4Kg混合稀土中间合金Al-Re(含Re 9%)和按每吨铝锭添加3Kg铝硼中间合金Al-B(含B 2.5%)除杂;再以氮气带动精炼剂由炉底吹入铝液除气;扒渣后按每吨铝锭添加15Kg中间合金Al-Sc(含Sc 2%),静置30分钟,期间对炉内成分进行分析与调整。以35ppi多孔陶瓷板过滤,将温度为750℃-800℃的铝液注入结晶轮进行连铸连轧。
3.连铸连轧:控制结晶轮冷却强度,保证铸坯截面全部是柱状晶。控制铸坯进入轧机的温度为480℃-560℃,轧机出口处圆铝杆温度为270℃-320℃,圆铝杆直径Φ9.5±0.1。
4.拉丝:直径Φ9.5圆铝杆经9道拉丝得到直径为Φ3.0mm的铝线。前四道拉丝传动比大于模具直径确定的伸长率1-4%,后五道按正常配模拉伸。最后一道拉拔成截面5mm2的异形截面导线。
5.退火处理:截面5mm2的异形截面导线进行退火处理,处理温度360℃,时间30分钟。
6.产品成分的重量百分比为:铁Fe 0.576%、铜Cu 0.389%、钪Sc 0.039%、硅Si0.057%、钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和≤0.01%,稀土0.031%、硼B 0.004%,余量为铝Al。
7.产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试,其电阻值为2.9573×10-8Ω·m,相当于58.3IACS;抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试,σ=114MPa,延伸率δ=38%。
8.产品导线组织采用JSM-6490LV型扫描电子显微镜(SEM)加HKL Channel 5型背散射电子衍射(EBSD)仪测试,织构取向主要是<111>和<100>丝织构,织构度为45%。
实施例4B:
1.配料:每吨A99.7工业纯铝锭添加:40kg的Al-Fe(含Fe20%)中间合金;25kg的Al-Cu(含Cu20%)中间合金,15kg的Al-Sc(含Sc2%)中间合金。
2.熔炼:将纯铝锭加入熔炼炉熔化,待熔化后的铝液温度升高到800℃以上,加入Al-Fe中间合金;将熔化炉铝液导入保温炉,温度控制在750℃-800℃之间,按每吨铝锭添加4Kg稀土中间合金Al-Re(含Re 9%)和按每吨铝锭添加3Kg铝硼中间合金Al-B(含B 2.5%)除杂;再以氮气带动精炼剂由炉底吹入铝液除气;扒渣后按每吨铝锭添加15Kg中间合金Al-Sc(含Sc 2%),静置30分钟,期间对炉内成分进行分析与调整。以35ppi多孔陶瓷板过滤,将温度为750℃-800℃的铝液注入结晶轮进行连铸连轧。
3.连铸连轧:控制结晶轮冷却强度,保证铸坯截面全部是柱状晶。控制铸坯进入轧机的温度为480℃-560℃,轧机出口处圆铝杆温度为270℃-320℃,圆铝杆直径Φ9.5±0.1。
4.拉丝:直径Φ9.5圆铝杆经9道拉丝得到直径为Φ3.0mm的铝线。前四道拉丝传动比大于模具直径确定的伸长率1-4%,后五道按正常配模拉伸。最后一道拉拔成截面5mm2的异形截面导线。
5.超低温快速拉拔:将直径为Φ3.0mm的铝线锭置于冷却槽中,灌入液氮,待液氮漫过铝线锭上部且挥发结束,液面平静时开始拉拔,获得截面5mm2的异形截面导线。
6.退火处理:截面5mm2的异形截面导线进行退火处理,处理温度380℃,时间30分钟。
7.产品成分的重量百分比为:铁Fe 0.712%、铜Cu 0.442%、钪Sc 0.042%、硅Si0.051%、钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和≤0.01%,稀土0.032%、硼B 0.004%、,余量为铝Al。
8.产品导线电阻按国家标准GB/T3048.2-2007测试,其电阻值为2.7808×10-8Ω·m,相当于62IACS;抗拉强度按国家标准GB/T228-2002测试,σ=128MPa,延伸率δ=25%。
9.产品导线组织采用JSM-6490LV型扫描电子显微镜(SEM)加HKL Channel 5型背散射电子衍射(EBSD)仪测试,织构取向主要是<111>和<100>丝织构,织构度为70%。
Claims (10)
1.一种高强高导铝合金导线,其特征在于,所述铝合金导线按重量百分比包含如下元素:铁Fe 0.13%-0.72%,铜Cu 0.11%-0.45%,钪Sc 0.007%-0.1%,硅Si≤0.07%,混合稀土(镧+铈)0.03-0.04%,硼B≤0.004%,铝Al及其他杂质。
2.根据权利要求1所述的铝合金导线,其特征在于,所述杂质中钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr元素之和≤0.01%。
3.根据权利要求2所述的铝合金导线,其特征在于,所述杂质中其它不可避免杂质总量≤0.01%。
4.根据权利要求1所述的铝合金导线,其特征在于,所述铝合金导线按重量百分比包含如下元素:铁Fe 0.553%,铜Cu 0.322%,钪Sc0.051%,硅Si0.051%,混合稀土(镧+铈)0.033%,硼B 0.004%,铝Al及其他杂质,所述杂质中钛Ti、钒V、锰Mn和铬Cr等杂质元素之和≤0.01%。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的铝合金导线,其特征在于,所述铝合金导线电阻为2.72-2.95×10-8Ω·m,即58.3-63.2IACS;抗拉强度σ为112-132MPa,延伸率δ为24-38%。
6.根据权利要求5所述的铝合金导线,其特征在于,所述铝合金导线丝织构度达45%以上,为单一取向织构或多取向的复合织构。
7.根据权利要求6所述的铝合金导线,其特征在于,所述铝合金导线是通过超低温快速拉拔定形而成的。
8.一种权利要求1所述的高强高导铝合金导线的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:配料;
步骤二:熔炼;
步骤三:连铸连轧;
步骤四:拉丝;
步骤五:退火处理;
其中所述步骤四拉丝中最后一道拉拔为超低温快速拉拔定形。
9.根据权利要求8所述制造方法,其特征在于,所述超低温快速拉拔定性工艺为:将已拉拔成直径Φ3.0±0.1mm的铝导线锭,放入液氮冷却槽中,待导线冷到-100℃以下,快速拉拔成型,获得最终截面为5±0.1mm2异形截面导线。
10.根据权利要求8或9所述制造方法,其特征在于,
所述步骤一:配料
按重量百分比:铁Fe 0.13%-0.72%,铜Cu 0.11%-0.45%,钪Sc 0.007%-0.1%,硅Si≤0.07%,混合稀土(镧+铈)0.03-0.04%,硼B≤0.004%,钒、钛、锰、铬四种元素及其他不可避免杂质总量≤0.01%;余量为铝配料;
所述步骤二:熔炼
先将99.7%的工业纯铝锭放入炉中熔化,再加入各元素的中间合金;熔炼炉的铝液进入保温炉,加铝硼中间合金,搅拌除杂质;以氮气由炉底输送精炼剂对铝液进行精炼、除气;除渣后的铝合金液体静置30分钟,温度控制在750-800℃之间;期间对炉内成分进行分析和调整;
所述步骤三:连铸连轧
轧机进口温度为:480℃-560℃,出口温度为:270℃-320℃;
所述步骤四:拉丝
拉丝得到直径Φ9.5±0.1mm的铝合金杆经过拉丝机拉制铝合金单线;拉丝模具设计保证良好润滑,配模设计保证前几道拉拔传动比大于模具直径确定的伸长率1-4%;
将已拉拔成直径Φ3.0±0.1mm的铝导线锭,放入液氮冷却槽中,待导线冷到-100℃以下,快速拉拔成型,获得最终截面为5±0.1mm2左右异形截面导线;
所述步骤五:退火处理
拉丝后热处理温度为360-420℃,热处理时间为30分钟;自然冷却得到高强高导铝合金导线。
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