CN103820685A - 导电率60%iacs中强度铝合金线及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导电率60%IACS中强度铝合金线及其制造方法,属于合金制造技术领域。合金元素重量百分比计配方比例:铁0.16%-0.22%,硅0.24%-0.30%,镁0.40%-0.48%,硼0.01%-0.02%,稀土元素0.08%-0.15%,其余为铝。其经过材料选择、铝液熔炼、铝液成分调整、净化处理、扒渣、保温静置、除气处理、保温过滤、浇铸结晶、铝杆轧制、拉拔、时效等工艺处理得到产品导电率≥60%IACS,抗拉强度≥230MPa的中强度铝合金线。利用该铝合金生产的电线电缆,可继续使用传统的施工工艺架设;在线路运行过程中,降低线路损耗,节省施工费用,具有显著的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电率60%IACS中强度铝合金线及其制造方法,具体地说是一种涉及中强度高导电率铝合金电导体及其制造技术,属于合金制造技术领域。
背景技术
铝合金导线的开发、应用已有80多年的历史。自从1898年美国正式使用纯铝线做架空绞线和1921年出现Aldrey铝合金以来,铝作为导体在电气工业中被大量应用。世界上日本、法国、澳大利亚等都在大量开发应用中强度铝合金线,其多半为非热处理型铝合金,主要优点是生产工艺简便,成本低,导电率较好(58.5-59%IACS),强度为240~255MPa。延伸率1.5~3.0%。近年来我国在电力建设中贯彻采用“两型三新”产品与技术,中强度全铝合金绞线得以应用。但目前我国大量使用的中强度铝合金线种LHA3,铝合金导电率分别为58.5%IACS,强度在230~250MPa。
中国专利CN102041418A公布了一种制造57%导电率的中强度铝合金线方法,尽管强度大于245MPa,但其导电率仅为57% IACS。与普通硬铝61% IACS有较大的差距,若在线路中推广应用,势必导致输电线路较大的电能损耗。
中国专利CN201110030978.9公布了一种制造59%导电率的中强度铝合金线方法,引入0.02~0.04%铜元素,限制导电率的进一步提升;工艺处理中热处理温度较高200~220℃,需要较大的能耗。
发明内容
本发明的目的在于开发一种能导电率60%IACS以上、工艺宽容性更好的中强度铝合金线;本发明的另一目的是提供该铝合金线的制备方法。
按照本发明提供的技术方案,一种导电率60%IACS中强度铝合金线,按重量百分比计配方比例如下:铁0.16%-0.22%,硅0.24%-0.30%,镁0.40%-0.48%,硼0.01%-0.02%,稀土元素0.08%-0.15%,其余为铝。
所述铝合金线直径≥4.0mm,抗拉强度≥230MPa;4.0>直径≥3.0mm,抗拉强度≥240MPa;单线直径<3.0mm,抗拉强度≥250MPa;导电率≥60%IACS;延伸率≥3.5%。
所述稀土元素主要为铈和镧,其中铈0.036%-0.085%,镧0.023%-0.052%,其量为其它混合稀土元素。
导电率60%IACS中强度铝合金线,步骤如下:
(1)材料选择:按重量百分比计:
a、铝锭:由铝锭熔炼而成的铝液中保证Si≤0.16%;Fe≤0.22%;Cu≤0.01%;Ti+Mn+Cr+V≤0.02%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
b、铝铁合金:Fe 5%;Si≤0.2%;Cu≤0.1%;Ti+Mn+Cr+V≤0.1%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
c、铝硅合金:Si 10%;Fe≤0.2%;Cu≤0.1%;Ti+Mn+Cr+V≤0.1%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
d、铝硼合金:B 3%;Si≤0.2%;Fe≤0.4%;Cu≤0.1%;其他余每钟杂质含量≤0.03%;其余为铝;
e、稀土铝合金:Re 10%;Si≤0.2%;Fe≤0.25%;Cu≤0.01%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;其中稀土合金为富铈稀土,稀土元素含量中 Ce≥45%,La≥20%;
f、镁锭:Si≤0.005%;Fe≤0.004%;Cu≤0.003%;Ti+Mn+Cr+V≤0.02%;其它杂质含量≤0.03%;其余为镁;
(2)铝液熔炼:按重量份计:取步骤(1)选择的铝锭95.5-96.5份、铝铁合金0.06-0.15份、铝硅合金1.25-1.54份、稀土铝合金0.7-1.54份,均匀加入熔铝炉中进行熔化;铝硼合金0.35%-0.45%,从熔铝炉至保温炉淌槽内连续均匀加入;
铝液熔化结束,将保温炉中的铝液温度控制在730-750℃,当铝液温度稳定730-750℃时加镁锭0.41-0.50份;
(3)铝液成分调整:按重量百分比计:用直读光谱仪对铝液进行快速炉前分析,予以监测和调整各元素含量,确保整炉铝液成分均匀,各元素的含量得到控制:铁0.16%-0.22%,硅0.24%-0.30%,镁0.40%-0.48%,硼0.01%-0.02%,稀土元素0.08%-0.15%,其余为铝;
(4)净化处理:将步骤(3)所得铝液温度升温至730-750℃、立即对铝液进行精炼处理;用高纯氮气为载体,用不锈钢管往保温炉底部铝液中吹入用量为炉料总量0.1-0.5%的精炼剂,控制氮气流量,让铝液微微沸腾为度;所述氮气流速为0.7-1m3/h,充氮气时间为5-10min;
(5)扒渣:铝液进行净化处理结束后,控制温度在720-750℃,静置5-10min,让铝渣漂浮致铝液表面,打开扒渣门,用扒渣器将液面表面的浮渣扒去,扒渣时由内到外、扒到炉门口内斜坡时稍作停留,让带出的铝液回流入炉内,然后将渣扒出炉外;
(6)保温静置:在上述各工序完成后,对铝溶液进行保温静置处理,静置保温的温度为730-750℃,时间≥20min,静置保温时不得在搅拌铝合金溶液;控制保温炉倾斜速度,使与浇铸速度相匹配,避免忽快、忽慢;
(7)除气处理:铝液从保温炉经淌槽进入除气箱,除气箱传动系统带动石墨转子作旋转运动,使用氮/氩气经由转子杆、喷头吹入铝液;高速旋转的石墨转子把进入铝液的氮/氩气打散形成很多小气泡,使其分散在金属液中,同时旋转的转子也促使铝熔体内的氢、非金属夹杂物扩散,使之与气泡接触,气泡在熔体中靠气体分压差和表面吸附原理,吸收熔体中的氢,吸附氧化夹渣,并随气泡上升而被带出熔体表面,使铝液得以净化;
(8)保温过滤:步骤(7)所得铝液从除气箱中流出,经淌槽进入保温过滤装置,铝液经过陶瓷纤维过滤板过滤,滤除30μm以上渣核;
(9)浇铸结晶:铝液流入结晶轮启动连轧机进行水平浇铸,浇铸温度为690-710℃,水平浇铸机配置水平组合浇堡及水平浇嘴,避免涡流提高铸胚质量,铝液经结晶轮浇铸再冷却成铝合金锭;
(10)铝杆轧制:步骤(9)铸锭成型的铝合金锭通过中频加热器,将铝合金锭的进轧温度控制在480-530℃的范围内;铝合金杆的出轧温度在300℃以上,轧制成型的铝合金杆要立即进行淬火处理;
(11)铝杆处理:
a、绕杆收线:对轧制后的铝杆通过绕杆装置绕杆收线;
b、强化处理:对其进行时效处理轧制的铝合金杆进行热强化处理,温度控制在150-180℃,时效时间4-6小时取出;
c、铝线拉拨:将经强化处理的铝合金杆强度在拉制道次配模中拉拨,延伸率控制在1.2-1.32之间,根据不同的线径进行合理配模;
d、时效处理:拉制的铝合金线进行时效强化,时效温度160-190℃,时效时间5-8小时,即得到产品导电率60%IACS中强度铝合金线。
所述高纯氮气的含氮率为99.99%及以上。
步骤(4)所述精炼剂配方按重量份计如下:18-22份的氟化钙、32-36份的氯化钾、8-12份的六氯甲烷、5-6份的氟硼酸钾、12-16份的氟化镁、10-15份的木炭粉混合而成。
步骤(8)所述陶瓷纤维过滤板为40pp陶瓷过滤板。
步骤(2)中,当铝锭的熔炼结束时,铝硼合金仍未溶解完,则余下的用加料铲均匀的投入铝液的中心和四角,待熔化后均匀搅拌。
步骤(2)中,加入镁锭时,将镁锭应切割成小块,分4-8批放入钟罩中,在炉内稍加预热后迅速将钟罩压入铝液中,然后前后左右做“米”字型移动,直至镁锭小块完全熔化。分批加镁锭时要注意保温炉内各位置加镁量的均匀,同时还要注意钟罩不要拖着炉底移动、要在稍高炉底铝液处移动,以防拖坏炉底,更不能在铝液的上部移动以防镁锭烧损。
本申请所述的其余杂质是指在铝锭、铝铁中间合金、铝硅中间合金、铝硼中间合金、铝镱稀土中间合金及镁锭中不可避免的杂质。
本发明的铝合金线添加为富铈稀土,可以细化晶粒,提高抗拉强度,改善铝合金线的导电性能,可制得直径≥4.0mm,抗拉强度≥230MPa;4.0>直径≥3.0mm,抗拉强度≥240MPa;单线直径<3.0mm,抗拉强度≥250MPa,导电率≥60%IACS,延伸率≥3.5%的中强度铝合金线。
将铝合金锭的进轧温度控制在480-530℃的范围内,确保各合金元素的在铝中具有较高的溶解度。
轧制成型的铝合金杆要立即进行淬火处理,提高各元素在铝中的固溶度。
本发明的有益效果:本发明与现有技术相比,在控制铁、硅、镁合金元素的基础上,添加稀土元素优化,可细化晶粒,减少二次枝晶间距,同时可减少铝合金的气体和夹杂,并使夹杂相趋于球化;稀土元加入的可促进Mg5Si6、Mg2Si等合金强化相的析出,能进一步提高合金的强度和导电性能。
本发明生产工艺中经过硼化、精炼,时效等工艺处理,可制得直径≥4.0mm,抗拉强度≥230MPa;4.0>直径≥3.0mm,抗拉强度≥240MPa;单线直径<3.0mm,抗拉强度≥250MPa,导电率≥60%IACS,延伸率≥3.5%的中强度铝合金线。利用该铝合金生产的电线电缆,可继续使用传统的施工工艺架设;在线路运行过程中,降低线路损耗,节省施工费用,具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明工艺流程图。
图2 本发明设备图。
1、淌槽;2、保温炉;3、熔铝炉;4、除气箱;5、保温过滤箱;6、结晶轮;7、中频加热器;8、轧机;9、绕杆装置。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种导电率60%IACS中强度铝合金线,按重量百分比计配方比例如下:铁0.16%,硅0.24%,镁0.40%,硼0.01%,稀土元素0.08%,其余为铝。
所述稀土元素主要为铈和镧,其中铈0.036%-0.085%,镧0.023%-0.052%,其量为其它混合稀土元素。
导电率60%IACS中强度铝合金线,步骤如下:
(1)材料选择:按重量百分比计:
a、铝锭:选用7吨牌号Al99.60的铝锭,Si-0.14%;Fe 0.18%;Cu 0.009%; Ti+Mn+Cr+V≤0.02%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
b、铝铁合金:铝铁合金10kg,Fe 5%;Si 0.17%;Cu 0.006%;Ti+Mn+Cr+V 0.025%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
c、铝硅合金:铝硅合金105kg,Si 10%;Fe 0.18%;Cu 0.004%;Ti+Mn+Cr+V 0.054%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
d、铝硼合金:铝硼合金30kg,B 3%;Si 0.16%;Fe 0.22%;Cu 0.01%;其他余每钟杂质含量≤0.03%;其余为铝;
e、稀土铝合金:Re 10%(Ce-5.2%、La-3.8%、Pr-0. 5%、0.52%为其它混合稀土);Si 0.14%;Fe 0.22%;Cu 0.006%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;其中稀土合金为富铈稀土,稀土元素含量中 Ce≥45%,La≥20%;
f、镁锭:牌号Mg99.95镁锭33kg,Si 0.0007%;Fe 0.0015%;Cu 0.002%;Ti+Mn+Cr+V 0.0001%;其它杂质含量≤0.03%;其余为镁;
(2)铝液熔炼:取步骤(1)选择的铝锭、铝铁合金、铝硅合金、稀土铝合金,均匀加入熔铝炉(3)中进行熔化;铝硼合金从熔铝炉(3)至保温炉(2)的淌槽(1)内连续均匀加入;
当铝锭的熔炼结束时,铝硼合金仍未溶解完,则余下的用加料铲均匀的投入铝液的中心和四角,待熔化后均匀搅拌;
铝液熔化结束,将保温炉中的铝液温度控制在735℃,当铝液温度稳定735℃时加镁锭33kg;将镁锭分4批放入钟罩中,镁锭应切割成小块,在炉内稍加预热后迅速将钟罩压入铝液中,然后前后左右做“米”字型移动,直至镁锭小块完全熔化;分批加镁时要注意保温炉内各位置加镁量的均匀,同时还要注意钟罩不要拖着炉底移动、要在稍高炉底铝液处移动,以防拖坏炉底,更不能在铝液的上部移动以防镁锭烧损。
(3)铝液成分调整:按重量百分比计:用直读光谱仪对铝液进行快速炉前分析,予以监测和调整各元素含量,确保整炉铝液成分均匀,各元素的含量得到控制;从保温炉中部进行取样,进行铝钱分析:Fe 0.187%,Si 0.291%,Mg 0.452%,B 0.017%,Re 0.148%,Ti+Mn+Cr+V 0.023%,其它杂质含量≤0.03%,其余为铝,满足导电率60% IACS中强度铝合金线组分要求。
(4)净化处理:将步骤(3)所得铝液温度升温至740℃、立即对铝液进行精炼处理;用高纯氮气为载体,用不锈钢管往保温炉底部铝液中吹入用量为炉料总量12kg的精炼剂,控制氮气流量,让铝液微微沸腾为度;所述氮气流速为0.7m3/h,充氮气时间为10min;
(5)扒渣:铝液进行净化处理结束后,控制温度在750℃,静置10min,让铝渣漂浮致铝液表面,打开扒渣门,用扒渣器将液面表面的浮渣扒去,扒渣时由内到外、扒到炉门口内斜坡时稍作停留,让带出的铝液回流入炉内,然后将渣扒出炉外;
(6)保温静置:在上述各工序完成后,对铝溶液进行保温静置处理,静置保温的温度为745℃,时间25min,静置保温时不得在搅拌铝合金溶液;控制保温炉倾斜速度,使与浇铸速度相匹配,避免忽快、忽慢;
(7)除气处理:铝液从保温炉经淌槽进入除气箱(4),除气箱(4)传动系统带动石墨转子作旋转运动,使用氮/氩气经由转子杆、喷头吹入铝液;高速旋转的石墨转子把进入铝液的氮/氩气打散形成很多小气泡,使其分散在金属液中,同时旋转的转子也促使铝熔体内的氢、非金属夹杂物扩散,使之与气泡接触,气泡在熔体中靠气体分压差和表面吸附原理,吸收熔体中的氢,吸附氧化夹渣,并随气泡上升而被带出熔体表面,使铝液得以净化;
(8)保温过滤:步骤(7)所得铝液从除气箱(4)中流出,经淌槽进入保温过滤箱(5),铝液经过陶瓷纤维过滤板过滤,滤除30μm以上渣核;
(9)浇铸结晶:铝液流入结晶轮(6)启动连轧机(8)进行水平浇铸,浇铸温度为690-710℃,水平浇铸机配置水平组合浇堡及水平浇嘴,避免涡流提高铸胚质量,铝液经结晶轮(6)浇铸再冷却成铝合金锭;
(10)铝杆轧制:步骤(9)铸锭成型的铝合金锭通过中频加热器(7),将铝合金锭的进轧温度控制在510℃;铝合金杆的出轧温度在360℃,轧制成型的铝合金杆要立即进行淬火处理;
(11)铝杆处理:
a、绕杆收线:对轧制后的铝杆通过绕杆装置(9)绕杆收线;
b、强化处理:对其进行时效处理轧制的铝合金杆进行热强化处理,温度控制在150℃,时效时间6小时取出;铝杆强度达到200MPa,导电率为56.7%IACS。
c、铝线拉拨:将经强化处理的铝合金杆强度在拉制道次配模中拉拨,在拉丝机上将起成直径为2.50mm、3.22mm和4.53mm的铝合金单线,拉制配模的延伸率控制在1.2-1.3之间。
d、时效处理:拉制的铝合金线进行时效强化,时效温度160℃,时效时间8小时,即得到产品导电率60%IACS中强度铝合金线。
所述高纯氮气的含氮率为99.99%及以上。
步骤(4)所述精炼剂配方按重量份计如下:18份的氟化钙、32份的氯化钾、8份的六氯甲烷、5份的氟硼酸钾、12份的氟化镁、10份的木炭粉混合而成。
步骤(8)所述陶瓷纤维过滤板为40pp陶瓷过滤板。
经检测铝合金线性能:直径2.50mm单线:单线强度258~275MPa,导电率60.81~ 61.11% IACS,伸长率6-8%;直径3.22mm单线:单线强度245~263MPa,导电率60.76~ 61.01% IACS,伸长率6.4-7.6%;直径4.53mm单线:单线强度237~253MPa,导电率60.62~ 60.95% IACS,伸长率6-8%。
实施例2
一种导电率60%IACS中强度铝合金线,按重量百分比计配方比例如下:铁0.22%,硅0.30%,镁0.48%,硼0.02%,稀土元素0.15%,其余为铝。
所述稀土元素主要为铈和镧,其中铈0.036%-0.085%,镧0.023%-0.052%,其量为其它混合稀土元素。
导电率60%IACS中强度铝合金线,步骤如下:
(1)材料选择:按重量百分比计:
a、铝锭:7吨牌号Al99.70的铝锭,由铝锭熔炼而成的铝液中保证Si 0.08%;Fe 0.15%;Cu 0.002%;Ti+Mn+Cr+V 0.015%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
b、铝铁合金:铝铁合金5kg,Fe 5%;Si 0.17%;Cu 0.006%;Ti+Mn+Cr+V 0.023%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
c、铝硅合金:铝硅合金105kg,Si 10%;Fe 0.17%;Cu 0.004%;Ti+Mn+Cr+V 0.045%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
d、铝硼合金:铝硼合金30kg,B 3%;Si 0.16%;Fe 0.22%;Cu 0.01%;其他余每钟杂质含量≤0.03%;其余为铝;
e、稀土铝合金:稀土合金62kg,Re 10%(Ce 5.2%、La 3.8%、Pr 0. 5%、0.52%为其它混合稀土);Si 0.0007%;Fe 0.0015%;Cu 0.002%;Ti+Mn+Cr+V 0.0001%其余为铝;其中稀土合金为富铈稀土,稀土元素含量中 Ce≥45%,La≥20%;
f、镁锭:牌号Mg99.95镁锭30kg,Si≤0.005%;Fe≤0.004%;Cu≤0.003%;Ti+Mn+Cr+V≤0.02%;其它杂质含量≤0.03%;其余为镁;
(2)铝液熔炼:取步骤(1)选择的铝锭、铝铁合金、铝硅合金、稀土铝合金,均匀加入熔铝炉(3)中进行熔化;铝硼合金从熔铝炉(3)至保温炉(2)的淌槽(1)内连续均匀加入;
当铝锭的熔炼结束时,铝硼合金仍未溶解完,则余下的用加料铲均匀的投入铝液的中心和四角,待熔化后均匀搅拌;
铝液熔化结束,将保温炉中的铝液温度控制在735℃,当铝液温度稳定735℃时加镁锭30kg;将镁锭分5批放入钟罩中,镁锭应切割成小块,在炉内稍加预热后迅速将钟罩压入铝液中,然后前后左右做“米”字型移动,直至镁锭小块完全熔化;分批加镁时要注意保温炉内各位置加镁量的均匀,同时还要注意钟罩不要拖着炉底移动、要在稍高炉底铝液处移动,以防拖坏炉底,更不能在铝液的上部移动以防镁锭烧损。
(3)铝液成分调整:按重量百分比计:用直读光谱仪对铝液进行快速炉前分析,予以监测和调整各元素含量,确保整炉铝液成分均匀,各元素的含量得到控制;进行铝钱分析:Fe-0.213%,Si-0.292%,Mg-0.476%,B-0.018%,Re-0.0142%,Ti+Mn+Cr+V-0.0181%,其它杂质含量≤0.03%,其余为铝。满足导电率60%IACS中强度铝合金线组分要求。
(4)净化处理:将步骤(3)所得铝液温度升温至740℃、立即对铝液进行精炼处理;用高纯氮气为载体,用为载体用直径18mm的不锈钢管往保温炉(2)底部铝液中吹入用量为12kg的精炼剂,控制氮气流量,让铝液微微沸腾为度;所述氮气流速为1m3/h,充氮气时间为5min;
(5)扒渣:铝液进行净化处理结束后,控制温度在750℃,静置10min,让铝渣漂浮致铝液表面,打开扒渣门,用扒渣器将液面表面的浮渣扒去,扒渣时由内到外、扒到炉门口内斜坡时稍作停留,让带出的铝液回流入炉内,然后将渣扒出炉外;
(6)保温静置:在上述各工序完成后,对铝溶液进行保温静置处理,静置保温的温度为750℃,时间25min,静置保温时不得在搅拌铝合金溶液;控制保温炉倾斜速度,使与浇铸速度相匹配,避免忽快、忽慢;
(7)除气处理:铝液从保温炉(2)经淌槽(1)进入除气箱(4),除气箱(4)传动系统带动石墨转子作旋转运动,使用氮/氩气经由转子杆、喷头吹入铝液;高速旋转的石墨转子把进入铝液的氮/氩气打散形成很多小气泡,使其分散在金属液中,同时旋转的转子也促使铝熔体内的氢、非金属夹杂物扩散,使之与气泡接触,气泡在熔体中靠气体分压差和表面吸附原理,吸收熔体中的氢,吸附氧化夹渣,并随气泡上升而被带出熔体表面,使铝液得以净化;
(8)保温过滤:步骤(7)所得铝液从除气箱(4)中流出,经淌槽进入保温过滤箱(5),铝液经过陶瓷纤维过滤板过滤,滤除30μm以上渣核;
(9)浇铸结晶:铝液流入结晶轮(6)启动轧机(8)进行水平浇铸,浇铸温度为700℃,水平浇铸机配置水平组合浇堡及水平浇嘴,避免涡流提高铸胚质量,铝液经结晶轮浇铸再冷却成铝合金锭;
(10)铝杆轧制:步骤(9)铸锭成型的铝合金锭通过中频加热器,将铝合金锭的进轧温度控制在510℃的范围内;铝合金杆的出轧温度在360℃,轧制成型的铝合金杆要立即进行淬火处理;
(11)铝杆处理:
a、绕杆收线:对轧制后的铝杆通过绕杆装置(9)绕杆收线;
b、强化处理:对其进行时效处理轧制的铝合金杆进行热强化处理,温度控制在178℃,时效时间4小时取出;铝杆强度达到196MPa,导电率为57.6%IACS。
c、铝线拉拨:将经强化处理的铝合金杆强度在拉制道次配模中拉拨,在拉丝机上将起成直径为2.50mm、3.22mm和4.53mm的铝合金单线,拉制配模的延伸率控制在1.2-1.3之间。
d、时效处理:拉制的铝合金线进行时效强化,时效温度187℃,时效时间5小时,即得到产品导电率60%IACS中强度铝合金线。
所述高纯氮气的含氮率为99.99%及以上。
步骤(4)所述精炼剂配方按重量份计如下: 22份的氟化钙、36份的氯化钾、12份的六氯甲烷、6份的氟硼酸钾、16份的氟化镁、15份的木炭粉混合而成。
步骤(8)所述陶瓷纤维过滤板为40pp陶瓷过滤板。
经检测铝合金线性能:直径2.50mm单线:单线强度252~265MPa,导电率60.93~ 61.22% IACS,伸长率5.6-7.2%;直径3.22mm单线:单线强度242~256MPa,导电率60.96~ 61.24% IACS,伸长率5.4-7.2%;直径4.53mm单线:单线强度233~245MPa,导电率61.18~ 61.35% IACS,伸长率5.0-6.8%。
实施例3
一种导电率60%IACS中强度铝合金线,按重量百分比计配方比例如下:铁0.19%,硅0.27%,镁0.44%,硼0.015%,稀土元素0.1%,其余为铝。
所述稀土元素主要为铈和镧,其中铈0.036%-0.085%,镧0.023%-0.052%,其余其它稀土元素。
导电率60%IACS中强度铝合金线,步骤如下:
(1)材料选择:按重量百分比计:
a、铝锭:由铝锭熔炼而成的铝液中保证Si≤0.16%;Fe≤0.22%;Cu≤0.01%;Ti+Mn+Cr+V≤0.02%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
b、铝铁合金:Fe 5%;Si≤0.2%;Cu≤0.1%;Ti+Mn+Cr+V≤0.1%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
c、铝硅合金:Si 10%;Fe≤0.2%;Cu≤0.1%;Ti+Mn+Cr+V≤0.1%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
d、铝硼合金:B 3%;Si≤0.2%;Fe≤0.4%;Cu≤0.1%;其他余每钟杂质含量≤0.03%;其余为铝;
e、稀土铝合金:Re 10%;Si≤0.2%;Fe≤0.25%;Cu≤0.01%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;其中稀土合金为富铈稀土,稀土元素含量中 Ce≥45%,La≥20%;
f、镁锭:Si≤0.005%;Fe≤0.004%;Cu≤0.003%;Ti+Mn+Cr+V≤0.02%;其它杂质含量≤0.03%;其余为镁;
(2)铝液熔炼:按重量份计:取步骤(1)选择的铝锭96份、铝铁合金0.1份、铝硅合金1.4份、稀土铝合金1.3份,均匀加入熔铝炉中进行熔化;铝硼合金0.4份从熔铝炉至保温炉淌槽内连续均匀加入;
当铝锭的熔炼结束时,铝硼合金仍未溶解完,则余下的用加料铲均匀的投入铝液的中心和四角,待熔化后均匀搅拌;
铝液熔化结束,将保温炉中的铝液温度控制在740℃,当铝液温度稳定745℃时加镁锭0.48份;将镁锭分8批放入钟罩中,镁锭应切割成小块,在炉内稍加预热后迅速将钟罩压入铝液中,然后前后左右做“米”字型移动,直至镁锭小块完全熔化;分批加镁时要注意保温炉内各位置加镁量的均匀,同时还要注意钟罩不要拖着炉底移动、要在稍高炉底铝液处移动,以防拖坏炉底,更不能在铝液的上部移动以防镁锭烧损。
(3)铝液成分调整:按重量百分比计:用直读光谱仪对铝液进行快速炉前分析,予以监测和调整各元素含量,确保整炉铝液成分均匀,各元素的含量得到控制:铁0.181%,硅0.273%,镁0.441%,硼0.0152%,稀土元素0.115%,其余为铝;
(4)净化处理:将步骤(3)所得铝液温度升温至740℃、立即对铝液进行精炼处理;用高纯氮气为载体,用不锈钢管往保温炉底部铝液中吹入用量为炉料总量0.4%的精炼剂,控制氮气流量,让铝液微微沸腾为度;所述氮气流速为0.85m3/h,充氮气时间为8min;
(5)扒渣:铝液进行净化处理结束后,控制温度在740℃,静置8min,让铝渣漂浮致铝液表面,打开扒渣门,用扒渣器将液面表面的浮渣扒去,扒渣时由内到外、扒到炉门口内斜坡时稍作停留,让带出的铝液回流入炉内,然后将渣扒出炉外;
(6)保温静置:在上述各工序完成后,对铝溶液进行保温静置处理,静置保温的温度为750℃,时间≥20min,静置保温时不得在搅拌铝合金溶液;控制保温炉倾斜速度,使与浇铸速度相匹配,避免忽快、忽慢;
(7)除气处理:铝液从保温炉经淌槽进入除气箱,除气箱传动系统带动石墨转子作旋转运动,使用氮/氩气经由转子杆、喷头吹入铝液;高速旋转的石墨转子把进入铝液的氮/氩气打散形成很多小气泡,使其分散在金属液中,同时旋转的转子也促使铝熔体内的氢、非金属夹杂物扩散,使之与气泡接触,气泡在熔体中靠气体分压差和表面吸附原理,吸收熔体中的氢,吸附氧化夹渣,并随气泡上升而被带出熔体表面,使铝液得以净化;
(8)保温过滤:步骤(7)所得铝液从除气箱中流出,经淌槽进入保温过滤装置,铝液经过陶瓷纤维过滤板过滤,滤除30μm以上渣核;
(9)浇铸结晶:铝液流入结晶轮启动连轧机进行水平浇铸,浇铸温度为710℃,水平浇铸机配置水平组合浇堡及水平浇嘴,避免涡流提高铸胚质量,铝液经结晶轮浇铸再冷却成铝合金锭;
(10)铝杆轧制:步骤(9)铸锭成型的铝合金锭通过中频加热器,将铝合金锭的进轧温度控制在510℃的范围内;铝合金杆的出轧温度在300℃以上,轧制成型的铝合金杆要立即进行淬火处理;
(11)铝杆处理:
a、绕杆收线:对轧制后的铝杆通过绕杆装置绕杆收线;
b、强化处理:对其进行时效处理轧制的铝合金杆进行热强化处理,温度控制在170℃,时效时间5小时取出;
c、铝线拉拨:将经强化处理的铝合金杆强度在拉制道次配模中拉拨,延伸率控制在1.2-1.32之间,根据不同的线径进行合理配模;
d、时效处理:拉制的铝合金线进行时效强化,时效温度175℃,时效时间6小时,即得到产品导电率60%IACS中强度铝合金线。
所述高纯氮气的含氮率为99.99%及以上。
步骤(4)所述精炼剂配方按重量份计如下:21份的氟化钙、34份的氯化钾、10份的六氯甲烷、6份的氟硼酸钾、15份的氟化镁、13份的木炭粉混合而成。
步骤(8)所述陶瓷纤维过滤板为40pp陶瓷过滤板。
本发明的铝合金线添加为富铈稀土,可以细化晶粒,提高抗拉强度,改善铝合金线的导电性能,可制得直径≥4.0mm,抗拉强度≥230MPa;4.0>直径≥3.0mm,抗拉强度≥240MPa;单线直径<3.0mm,抗拉强度≥250MPa,导电率≥60%IACS,延伸率≥3.5%的中强度铝合金线。
将铝合金锭的进轧温度控制在480-530℃的范围内,确保各合金元素的在铝中具有较高的溶解度。
上述仅是对本发明的简述及展示。该发明并不局限于此,除非所附的要求有所界定,本领域技术人员在本说明书的指导下,显然可以调整产品配方、工艺参数和删减部分工艺环节,从而制出适合其它领域用的线材产品,这些都在本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种导电率60%IACS中强度铝合金线,其特征是按重量百分比计配方比例如下:铁0.16%-0.22%,硅0.24%-0.30%,镁0.40%-0.48%,硼0.01%-0.02%,稀土元素0.08%-0.15%,其余为铝。
2.如权利要求1所述导电率60%IACS中强度铝合金线,其特征是:所述铝合金线直径≥4.0mm,抗拉强度≥230MPa;4.0>直径≥3.0mm,抗拉强度≥240MPa;单线直径<3.0mm,抗拉强度≥250MPa;导电率≥60%IACS;延伸率≥3.5%。
3.如权利要求1所述导电率60%IACS中强度铝合金线,其特征是:所述稀土元素为铈和镧,其中铈0.036%-0.085%,镧0.023%-0.052%,其量为其它混合稀土元素。
4. 权利要求1所述导电率60%IACS中强度铝合金线的制备方法,其特征是所述方法的步骤如下:
(1)材料选择:按重量百分比计:
a、铝锭:由铝锭熔炼而成的铝液中Si≤0.16%;Fe≤0.22%;Cu≤0.01%;Ti+Mn+Cr+V≤0.02%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
b、铝铁合金:Fe 5%;Si≤0.2%;Cu≤0.1%;Ti+Mn+Cr+V≤0.1%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
c、铝硅合金:Si 10%;Fe≤0.2%;Cu≤0.1%;Ti+Mn+Cr+V≤0.1%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;
d、铝硼合金:B 3%;Si≤0.2%;Fe≤0.4%;Cu≤0.1%;其他余每钟杂质含量≤0.03%;其余为铝;
e、稀土铝合金:Re 10%;Si≤0.2%;Fe≤0.25%;Cu≤0.01%;其它杂质含量≤0.03%;其余为铝;其中稀土为富铈稀土,稀土元素含量中 Ce≥45%,La≥20%;
f、镁锭:Si≤0.005%;Fe≤0.004%;Cu≤0.003%;Ti+Mn+Cr+V≤0.02%;其它杂质含量≤0.03%;其余为镁;
(2)铝液熔炼:按重量份计:取步骤(1)选择的铝锭95.5-96.5份、铝铁合金0.06-0.15份、铝硅合金1.25-1.54份、稀土铝合金0.7-1.54份,均匀加入熔铝炉中进行熔化;铝硼合金0.35-0.45份从熔铝炉至保温炉淌槽内连续均匀加入;
铝液熔化结束,将保温炉中的铝液温度控制在730-750℃,当铝液温度稳定730-750℃时加镁锭0.41-0.50份;
(3)铝液成分调整:按重量百分比计:用直读光谱仪对铝液进行快速炉前分析,予以监测和调整各元素含量,确保整炉铝液成分均匀,各元素的含量得到控制:铁0.16%-0.22%,硅0.24%-0.30%,镁0.40%-0.48%,硼0.01%-0.02%,稀土元素0.08%-0.15%,其余为铝;
(4)净化处理:将步骤(3)所得铝液温度升温至730-750℃、立即对铝液进行精炼处理;用高纯氮气为载体,用不锈钢管往保温炉底部铝液中吹入用量为炉料总量0.1-0.5%的精炼剂,控制氮气流量,让铝液微微沸腾为度;所述氮气流速为0.7-1m3/h,充氮气时间为5-10min;
(5)扒渣:铝液进行净化处理结束后,控制温度在720-750℃,静置5-10min,让铝渣漂浮致铝液表面,打开扒渣门,用扒渣器将液面表面的浮渣扒去,扒渣时由内到外、扒到炉门口内斜坡时稍作停留,让带出的铝液回流入炉内,然后将渣扒出炉外;
(6)保温静置:在上述各工序完成后,对铝溶液进行保温静置处理,静置保温的温度为730-750℃,时间≥20min,静置保温时不得在搅拌铝合金溶液;控制保温炉倾斜速度,使与浇铸速度相匹配,避免忽快、忽慢;
(7)除气处理:铝液从保温炉经淌槽进入除气箱,除气箱传动系统带动石墨转子作旋转运动,使用氮/氩气经由转子杆、喷头吹入铝液;高速旋转的石墨转子把进入铝液的氮/氩气打散形成很多小气泡,使其分散在金属液中,同时旋转的转子也促使铝熔体内的氢、非金属夹杂物扩散,使之与气泡接触,气泡在熔体中靠气体分压差和表面吸附原理,吸收熔体中的氢,吸附氧化夹渣,并随气泡上升而被带出熔体表面,使铝液得以净化;
(8)保温过滤:步骤(7)所得铝液从除气箱中流出,经淌槽进入保温过滤装置,铝液经过陶瓷纤维过滤板过滤,滤除30μm以上渣核;
(9)浇铸结晶:铝液流入结晶轮启动连轧机进行水平浇铸,浇铸温度为690-710℃,水平浇铸机配置水平组合浇堡及水平浇嘴,避免涡流提高铸胚质量,铝液经结晶轮浇铸再冷却成铝合金锭;
(10)铝杆轧制:步骤(9)铸锭成型的铝合金锭通过中频加热器,将铝合金锭的进轧温度控制在480-530℃的范围内;铝合金杆的出轧温度在300℃以上,轧制成型的铝合金杆要立即进行淬火处理;
(11)铝杆处理:
a、绕杆收线:对轧制后的铝杆通过绕杆装置绕杆收线;
b、强化处理:对其进行时效处理轧制的铝合金杆进行热强化处理,温度控制在150-180℃,时效时间4-6小时取出;
c、铝线拉拨:将经强化处理的铝合金杆强度在拉制道次配模中拉拨,延伸率控制在1.2-1.32之间,根据不同的线径进行合理配模;
d、时效处理:拉制的铝合金线进行时效强化,时效温度160-190℃,时效时间5-8小时,即得到产品导电率60%IACS中强度铝合金线。
5.如权利要求4所述导电率60%IACS中强度铝合金线的制备方法,其特征是:所述高纯氮气的含氮率为99.99%及以上。
6.如权利要求4所述导电率60%IACS中强度铝合金线的制备方法,其特征是:步骤(4)所述精炼剂配方按重量份计如下:18-22份的氟化钙、32-36份的氯化钾、8-12份的六氯甲烷、5-6份的氟硼酸钾、12-16份的氟化镁、10-15份的木炭粉混合而成。
7.如权利要求4所述导电率60%IACS中强度铝合金线的制备方法,其特征是:步骤(8)所述陶瓷纤维过滤板为40pp陶瓷过滤板。
8.如权利要求4所述导电率60%IACS中强度铝合金线的制备方法,其特征是:步骤(2)中,当铝锭的熔炼结束时,铝硼合金仍未溶解完,则余下的用加料铲均匀的投入铝液的中心和四角,待熔化后均匀搅拌。
9.如权利要求4所述导电率60%IACS中强度铝合金线的制备方法,其特征是:步骤(2)中,加入镁锭时,将镁锭应切割成小块,分4-8批放入钟罩中,在炉内稍加预热后迅速将钟罩压入铝液中,然后前后左右做“米”字型移动,直至镁锭小块完全熔化。
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