CN103531264A - 一种非稀土铝合金绞合导体及其退火工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非稀土铝合金绞合导体及其退火工艺,涉及电缆制造领域,本发明一种非稀土铝合金绞合导体,其特征在于,其组成为:0.3-0.8%的铁,0.1-0.3%的铜,0.01-0.10%的硅,0.01-0.10%的硼,0.01-0.05%的镓,0.01-0.05%的锌,0.001-0.01%的镍,0.001-0.005%的镁,0.001-0.005%的锰,0.001-0.005%的铬,0.001-0.005%的镉,0.002-0.007%的混合元素,不可避免的杂质的总含量≤0.15%,其余为铝。且本发明的退火工艺,极大程度的提高铝合金导体的导电性能和断裂伸长率,也使单丝的抗拉强度控制在合理的范围,更极大程度的提高了铝合金绞合导体的弯曲性能和抗蠕变性能。

Description

一种非稀土铝合金绞合导体及其退火工艺
技术领域
本发明涉及电缆技术领域,具体地说涉及一种非稀土铝合金绞合导体及其退火工艺。 
背景技术
据中国有色金属工业协会统计,截止2009年中国铜矿资源储量约3000万吨,约占世界总储量的5%。中国是一个用铜大国,每年铜用量约600万吨,其中电线电缆用铜量约占全国用铜量的65%,占很大一部分比例。如果不依靠进口,中国的铜资源最多可使用5年时间。中国国内铜精矿的供应不到30%,超过70%的比例需要依赖进口。 
由于铜材有着优异的导电性能和机械性能,是电线电缆导体材料的首选。而我国铜储量低,却有着丰富的铝资源,铝矿资源储量约27亿吨,相比铜矿资源要丰富的多。随着技术的日益成熟,人类在铝合金导体材料方面开发日见成效,开始突破传统的局限,将铝合金导体材料应运到电力电缆中。 
现有的铝合金导体材料都是稀土铝合金导体材料,而稀土资源是近三年国家和社会热切关注的问题,它与国家的经济、政策息息相关。我国的稀土储量从上世纪的90%到本世纪2009年骤降到36%,每年还要承担满足世界上90%的稀土使用量,对于我国稀土这种非可再生资源是一种极大的伤害。 
在电缆制造中,导体的退火也起到很大的作用,导体的退火过程直接影响到导体的整体性能。经过检索没有找到相关的关于非稀土铝合金导体的退火报道及专利。 
发明内容
为解决上述现有技术中的不足,本发明提出了一种非稀土铝合金绞合导体及其退火工艺,本发明的非稀土铝合金绞合导体中不添加稀土元素,仍能满足电缆导体的标准,本发明的非稀土铝合金作为电缆导体时,具有较好的机械性能、导电性能和抗蠕变性能。本发明的退火工艺,极大程度的提高铝合金导体的导电性能和断裂伸长率,也使单丝的抗拉强度控制在合理的范围,更极大程度的提高了铝合金绞合导体的弯曲性能和抗蠕变性能。 
为实现上述目的,本发明采用如下的技术方案: 
一种非稀土铝合金绞合导体,其特征在于,其组成为:0.3-0.8%的铁,0.1-0.3%的铜,0.01-0.10%的硅,0.01-0.10%的硼,0.01-0.05%的镓,0.01-0.05%的锌,0.001-0.01%的镍,0.001-0.005%的镁,0.001-0.005%的锰,0.001-0.005%的铬,0.001-0.005%的镉,0.002-0.007%的混合元素,不可避免的杂质的总含量≤0.15%,其余为铝。
所述的混合元素是指钛、铍、钙、钠、铅、锡、钒和汞元素中的一种或多种元素任意比例的混合。 
一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺,其特征在于其步骤为: 
第一步,将绞合导体吊入井式退火炉,升温0.5-1h;
第二步,根据导体截面、长度和外界温度的不同,将退火温度控制在310℃-350℃之间,保温时间控制在5-12小时之间,进行退火;
第三步,导体退火达到保温时间后,关闭电源,导体在炉内继续保温0.5-1h,出炉后自然冷却至室温。
优选的,当退火炉内温度升温到退火温度后,采用风扇在炉内扇动直至退火结束。
与现有技术相比,本发明达到的技术效果: 
1、本发明的非稀土绞合导体采用0.3-0.8%的铁,0.1-0.3%的铜,0.01-0.10%的硅,0.01-0.10%的硼,0.01-0.05%的镓,0.01-0.05%的锌,0.001-0.01%的镍,0.001-0.005%的镁,0.001-0.005%的锰,0.001-0.005%的铬,0.001-0.005%的镉,出于对绞合导体整体性能的提升,考虑到不同元素对合金的影响,添加上述元素可起到有效的效果,采用上述组分材料做出的导体经退火后的性能参数如表1所示,本发明的非稀土铝合金绞合导体中不添加稀土元素,仍能满足电缆导体的标准,本发明的非稀土铝合金作为电缆导体时,具有较好的机械性能、导电性能和抗蠕变性能。
2、本发明的退火工艺过程,采用井式退火炉升温0.5-1h,利用此升温时间使炉内温度达到预定温度,缓慢的升温可以避免金属短时间内的骤冷骤热,更好的保护金属内部结构。 
3、本发明的退火工艺将退火温度控制在310℃-350℃,铝合金导体的导电率随着退火温度的变化先上升后下降,在270℃左右达到最大,随后随着温度升高逐渐下降。当退火温度在270℃-350℃之间时,铝合金导体的导电率一直保持在61%IACS以上;铝合金导体的抗拉强度随温度变化呈下降趋势,铝合金导体的断裂伸长率随温度变化呈上升趋势,随着温度的升高,二者在300℃左右达到最佳,之后随着温度的升高虽略有变化,但对抗拉强度和断裂伸长率影响不大;考虑到导体退火时为整盘一起退火,体积较大,所以将退火温度控制在310℃-350℃之间最为稳妥,保证退火过程中不会发生退火不完全的情况。 
4、退火过程中风扇的扇动保证炉内温度的均匀一致,极大程度保证退火的均匀稳定。 
5、经实测,按此退火工艺退火过后的铝合金绞合导体电导率可达61%IACS以上,单丝抗拉强度可达105MPa以上,单丝断裂伸长率可达15%以上,弯曲半径可达到7倍的导体外径甚至更小,可经受几十次甚至逾百次的弯折而不断裂。如表2所示。 
具体实施方式
实施例1 
作为本发明一较佳实施例,一种非稀土铝合金绞合导体,其组分为:0.480%的铁、0.286%的铜、0.038%的硅、0.01%的硼、0.01%的镓、0.01%的锌、0.001%的镍,0.0023%的镁、0.001%的锰,0.001%的铬,0.001%的镉,0.003%的混合元素,其余为铝。混合元素是指铍和钙元素的混合。出于对绞合导体整体性能的提升,考虑到不同元素对合金的影响,添加上述元素可起到有效的效果,采用本发明的非稀土铝合金绞合导体中不添加稀土元素,仍能满足电缆导体的标准,本发明的非稀土铝合金作为电缆导体时,具有较好的机械性能、导电性能和抗蠕变性能。
实施例2 
作为本发明又一较佳实施例,一种非稀土铝合金绞合导体,其组分为:0.468%的铁、0.278%的铜、0.037%的硅、0.01%的硼、0.01%的镓、0.01%的锌、0.001%的镍,0.003%的镁、0.002%的锰,0.002%的铬,0.002%的镉,0.004%的混合元素,其余为铝。混合元素是指铍和钙元素的混合。出于对绞合导体整体性能的提升,考虑到不同元素对合金的影响,添加上述元素可起到有效的效果,采用本发明的非稀土铝合金绞合导体中不添加稀土元素,仍能满足电缆导体的标准,本发明的非稀土铝合金作为电缆导体时,具有较好的机械性能、导电性能和抗蠕变性能。
实施例3 
一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺,其特征在于其步骤为:
第一步,将绞合导体吊入井式退火炉,升温0.5h;采用井式退火炉升温0.5h,利用此升温时间使炉内温度达到预定温度,缓慢的升温可以避免金属短时间内的骤冷骤热,更好的保护金属内部结构。
第二步,根据导体截面、长度和外界温度的不同,将退火温度控制在310℃,保温时间控制在5小时,进行退火;本发明的退火工艺将退火温度控制在310℃,铝合金导体的导电率随着退火温度的变化先上升后下降,在270℃左右达到最大,随后随着温度升高逐渐下降。当退火温度在270℃-350℃之间时,铝合金导体的导电率一直保持在61%IACS以上;铝合金导体的抗拉强度随温度变化呈下降趋势,铝合金导体的断裂伸长率随温度变化呈上升趋势,随着温度的升高,二者在300℃左右达到最佳,之后随着温度的升高虽略有变化,但对抗拉强度和断裂伸长率影响不大;考虑到导体退火时是整盘一起退火,体积较大,所以将退火温度控制在310℃之间为稳妥,保证退火过程中不会发生退火不完全的情况。 
第三步,导体退火达到保温时间后,关闭电源,导体在炉内继续保温0.5h,出炉后自然冷却至室温。退火过后的缓慢降温可以避免金属短时间内的骤冷骤热,保护内部结构,延长使用寿命。 
当退火炉内温度升温到退火温度后,采用风扇在炉内扇动直至退火结束,退火过程中风扇的扇动保证炉内温度的均匀一致,极大程度保证退火的均匀稳定。 
实施例4 
一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺,其特征在于其步骤为:
第一步,将绞合导体吊入井式退火炉,升温40分钟;采用井式退火炉升温40分钟,利用此升温时间使炉内温度达到预定温度,缓慢的升温可以避免金属短时间内的骤冷骤热,更好的保护金属内部结构。
第二步,根据导体截面、长度和外界温度的不同,将退火温度控制在320℃,保温时间控制在7小时,进行退火。 
第三步,导体退火达到保温时间后,关闭电源,导体在炉内继续保温40分钟,出炉后自然冷却至室温。退火过后的缓慢降温可以避免金属短时间内的骤冷骤热,保护内部结构,延长使用寿命。 
当退火炉内温度升温到退火温度后,采用风扇在炉内扇动直至退火结束,退火过程中风扇的扇动保证炉内温度的均匀一致,极大程度保证退火的均匀稳定。 
实施例5 
作为本发明最佳实施例,一种非稀土铝合金绞合导体,其组分为:0.453%的铁、0.206%的铜、0.038%的硅、0.01%的硼、0.01%的镓、0.01%的锌、0.0052%的镍,0.003%的镁、0.0016%的锰,0.0013%的铬,0.002%的镉,0.004%的混合元素,其余为铝。混合元素是指铍和钙元素的混合。出于对绞合导体整体性能的提升,考虑到不同元素对合金的影响,添加上述元素可起到有效的效果,采用上述组分材料做出的导体经退火后的性能参数如表1所示,本发明的非稀土铝合金绞合导体中不添加稀土元素,仍能满足电缆导体的标准,本发明的非稀土铝合金作为电缆导体时,具有较好的机械性能、导电性能和抗蠕变性能。
表1 
一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺,其特征在于其步骤为:
第一步,将绞合导体吊入井式退火炉,升温1h;采用井式退火炉升温1h,利用此升温时间使炉内温度达到预定温度,缓慢的升温可以避免金属短时间内的骤冷骤热,更好的保护金属内部结构。
第二步,根据导体截面、长度和外界温度的不同,将退火温度控制在350℃,保温时间控制在12小时,进行退火。 
第三步,导体退火达到保温时间后,关闭电源,导体在炉内继续保温1h,出炉后自然冷却至室温。退火过后的缓慢降温可以避免金属短时间内的骤冷骤热,保护内部结构,延长使用寿命。 
当退火炉内温度升温到退火温度后,采用风扇在炉内扇动直至退火结束,退火过程中风扇的扇动保证炉内温度的均匀一致,极大程度保证退火的均匀稳定。 
经实测,按此退火工艺退火过后的铝合金绞合导体电导率可达61%IACS以上,单丝抗拉强度可达105MPa以上,单丝断裂伸长率可达15%以上,弯曲半径可达到7倍的导体外径甚至更小,可经受几十次甚至逾百次的弯折而不断裂。如表2所示。 
Figure 2013105099682100002DEST_PATH_IMAGE002
表2 
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种非稀土铝合金绞合导体,其特征在于,其组成为:0.3-0.8%的铁,0.1-0.3%的铜,0.01-0.10%的硅,0.01-0.10%的硼,0.01-0.05%的镓,0.01-0.05%的锌,0.001-0.01%的镍,0.001-0.005%的镁,0.001-0.005%的锰,0.001-0.005%的铬,0.001-0.005%的镉,0.002-0.007%的混合元素,不可避免的杂质的总含量≤0.15%,其余为铝。
2.如权利要求1所述的一种非稀土铝合金绞合导体,其特征在于:所述的混合元素是指钛、铍、钙、钠、铅、锡、钒和汞元素中的一种或多种元素任意比例的混合。
3.如权利要求1或2所述的一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺,其特征在于其步骤为:
第一步,将绞合导体吊入井式退火炉,升温0.5-1h;
第二步,根据导体截面、长度和外界温度的不同,将退火温度控制在310℃-350℃之间,保温时间控制在5-12小时之间,进行退火;
第三步,导体退火达到保温时间后,关闭电源,导体在炉内继续保温0.5-1h,出炉后自然冷却至室温。
4.如权利要求3所述的一种非稀土铝合金绞合导体的退火工艺,其特征在于:当退火炉内温度升温到退火温度后,采用风扇在炉内扇动,直至退火结束。
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