CN104862542B

CN104862542B - 一种非热处理型中强度铝合金单丝及其制备方法

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Publication number: CN104862542B
Application number: CN201510290150.5A
Authority: CN
Inventors: 陈保安; 祝志祥; 张强; 葛维春; 韩钰; 潘学东; 陈新; 马光; 于鑫; 杨长龙; 刘东雨; 刘君; 夏玉珏; 商荣刚; 冯喜强
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; North China Electric Power University; Global Energy Interconnection Research Institute; State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; North China Electric Power University; Global Energy Interconnection Research Institute; State Grid Liaoning Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2017-11-07
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: CN104862542A

Abstract

本发明提供了一种非热处理型中强度铝合金单丝及其制备方法，其中合金由按质量百分比计的以下原料组成：Fe 0.08～0.15％，Cu 0.08～0.15％，Mg0.08～0.15％，B 0.05～0.15％，Er 0.05～0.2％，Si≤0.08％，(Cr+Mn+V+Ti)≤0.001％，余量为铝。通过冶炼、除气、浇铸、制杆和拉丝的方法步骤制成3.0～4.0mm的铝合金单丝，其导电率为59.2％IACS(20℃)、抗拉强度≥240MPa。本发明提供的技术方案解决了现有非热处理型中强度铝合金生产工艺复杂，成本高，产品导电率低的技术难题。

Description

一种非热处理型中强度铝合金单丝及其制备方法

技术领域

本发明属于电力行业输电线路架空导线技术领域，具体涉及一种非热处理型中强度铝合金单丝及其制备方法。

背景技术

采用全铝合金导线(AAAC)作为输电线路较常规钢芯铝导线(ACSR)具有线路损耗小，拉重比大、弧垂特性好，表面耐划伤、施工简单方便和耐蚀性能好、线路生命长等优点。近年来对中强全铝合金导线开展了大量研究，由于生产工艺复杂，产品性能不稳定，使得非热处理型中强度铝合金导线产品生产成本高、导电率较低，严重制约了非热处理型铝合金导线的应用。

因此，在保证力学性能的前提下，如何提高国内现有非热处理型中强度铝合金导线的导电率，减少输电线损，同时简化生产工艺、降低生产成本成为目前中强度铝合金导线最为迫切的技术需求。

基于以上研究及应用背景，我们亟需开展高导电率非热处理型中强度铝合金导线的合金成分与制备工艺研究，以获得合金配方及制备关键技术，为制备非热处理型高导电率中强度铝合金导线提供技术支持，使其达到提高输送容量、降低输电线路损耗的目的，从而满足大容量输电线路及城市扩容改造的建设需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种非热处理型中强度铝合金单丝及其制备方法，解决现有非热处理型中强度铝合金生产工艺复杂，成本高，产品导电率低的技术难题。

为实现上述目的，采取以下技术方案：

一种非热处理型中强度铝合金单丝，所述合金由按质量百分比计的以下原料组成：Fe 0.08～0.15％，Cu 0.08～0.15％，Mg 0.08～0.15％，B 0.05～0.15％，Er 0.05～0.2％，Si≤0.08％，(Cr+Mn+V+Ti)≤0.001％，余量为铝。

所述的非热处理型中强度铝合金单丝的第一优选方案，Er的重量百分比为0.08～0.15％。

所述的非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法，包括以下步骤：

1)冶炼：于740～760℃下熔炼纯度为99.7％的铝锭，以Al-B中间合金对铝液进行硼化处理，熔化Al-Fe、Al-Cu、Al-Er中间合金和纯Mg；

2)除气：向铝合金液中吹N₂3～10min，静置20min后扒渣；

3)浇铸：将铝合金液浇入铜模具中铸成合金锭；

4)制杆：将铝合金锭于530℃下保温1h，以热轧的方式制成铝合金杆；

5)拉丝：以15-20m/s的速度对铝合金杆进行冷拉丝，通过每道次8～20％的变形量拉制得到单丝。

所述的非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法的第一优选技术方案，步骤1)所述硼化处理的温度为750℃。

所述的非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法的第二优选技术方案，步骤2)所述吹N₂的时间为5min。

所述的非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法的第三优选技术方案，步骤3)所述合金锭为22×22×380mm的长方体。

所述的非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法的第四优选技术方案，步骤4)所述热轧的道次为6；所述铝合金杆为Ф9.5mm的圆杆。

所述的非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法的第五优选技术方案，其特征在于步骤5)所述单丝的直径为3.0～4.0mm。

各合金元素的作用及机理如下：

Fe(铁)：在铝合金导体材料中加入Fe元素可以提高铝合金导体材料的强度，同时提高铝合金导体材料的耐热性能，并且其导电性无明显降低。但也有资料表明在实际生产中，铝合金导体材料中的Fe/Si比应为1.3～1.5，过高则会使其电阻率显著升高，所以也应该适当控制铁的含量。

Cu(铜)：在铝合金中Cu具有固溶强化作用，可以使铝合金的力学性能提高，切削性变好。铝合金中添加少量的铜元素，可以在提高铝合金强度的同时又能使其抗蚀性不发生明显的改变。

Mg(镁)：镁对铝的强化是明显的，每增加1％镁，抗拉强度大约升高34MPa。在Al-Mg-Si系合金中镁和硅会形成Mg₂Si强化相，对合金起到强化作用；同时，Mg₂Si强化相也会对合金的导电性能产生一定的影响。通常，当Mg含量较低时，合金的电导率较高而强度较低，但镁过量且经热处理使Mg₂Si充分沉淀时，合金也有高的电导率。

B(硼)：化学成分是影响铝导体电导率最基本的因素，因此降低杂质元素对电导率的影响是提高铝导体电导率的关键。杂质元素如果以固溶状态存在，对导电性能具有更大的影响。硼化处理是降低杂质含量的一种有效方法，即在铝合金中加入一定量的B元素后，能够和过渡族杂质元素Cr、Mn、V、Ti等发生反应，使之由固溶态转变为化合态并沉积于熔体底部，从而提高铝合金的导电性能。

Er(铒)：稀土元素Er的加入可以提高铝合金的强度，减少铝合金的枝晶偏析，并可显著细化合金的晶粒组织，其对晶粒的细化机理与其添加量有关，当Er含量较低时，符合传统的稀土细化机理，当Er含量较高时，由于在熔体中形成了初生Al₃Er质点，在结晶形核时可以作为非均质形核核心，从而可显著细化晶粒组织；Er还可以与铝合金中的部分杂质元素反应，使杂质元素从原子态转变为析出态，从而提高铝合金的导电率。

Si(硅)：硅是铝合金的最普通的合金元素之一，它能提高铝合金的铸造性能及焊接流动性，还能使铝合金有较高的力学性能，因为它在合金中能形成一些化合物，使合金成为可热处理强化。随着Si含量升高，合金的电导率下降。这是由于提高合金中Si含量，铝基体中游离Si数量增加，而Si是半导体，较铝基体的电阻率高得多，因此Si含量的提高减少铝基体的有效导电截面积，降低合金的电导率。

Cr、Mn、V、Ti：均为合金中的杂质元素。铝导体中的Cr、Mn、V、Ti等杂质元素以固溶态存在时，很容易吸收导体材料内的自由电子而填充它们不完整的电子层，这种传导电子数目的减少导致了铝导体导电性的降低。研究表明，每1％(Cr+Mn+V+Ti)的有害作用为每1％Si对铝导电性有害作用的5倍。由此可以看出严格控制这些元素的含量对保证铝导体的质量具有重要的实际应用意义。

与现有技术相比，本发明具有如下优异效果：

1)本发明由于优化合金成分并通过加入稀土元素，在保证合金强度的前提下提高了铝合金的导电率；

2)简化了中强度铝合金的制备工艺，由此生产出的铝合金导线单丝可以提高导电率(59.2％IACS，20℃)和增大工作强度(抗拉强度≥240MPa)。

具体实施方式

所有实施方式都是采用现有的冶炼及挤压设备。

实施例1

一种非热处理型中强度铝合金单丝，组分及其质量百分比为：

上述非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法，包括以下步骤：

1)冶炼：于740℃下熔炼纯度为99.7％的铝锭，再于750℃下以Al-B中间合金对铝液进行硼化处理，熔化Al-Fe、Al-Cu、Al-Er中间合金和纯Mg并充分搅拌。

2)除气：向铝合金液中吹N₂5min，静置20min后扒渣。

3)浇铸：将铝合金液浇入铜模具中铸成22×22×380mm的长方体合金锭。

4)制杆：将铝合金锭于530℃下保温1h，热轧6道次制成Ф9.5mm的圆铝合金杆。

5)拉丝：以15m/s的速度对铝合金杆进行冷拉丝，拉制得到4.0mm单丝。

制备出的非热处理型高导电率中强度铝合金单丝导电率为59.21％IACS，抗拉强度为243MPa，延伸率为2.22％。

实施例2

1)冶炼：于750℃下熔炼纯度为99.7％的铝锭，再以Al-B中间合金对铝液进行硼化处理，熔化Al-Fe、Al-Cu、Al-Er中间合金和纯Mg并充分搅拌。

2)除气：向铝合金液中吹N₂5min，静置20min后扒渣。

5)拉丝：以18m/s的速度对铝合金杆进行冷拉丝，拉制得到3.4mm单丝。

制备出的非热处理型高导电率中强度铝合金单丝导电率为59.21％IACS，抗拉强度为241MPa，延伸率为2.17％。

实施例3

1)冶炼：于760℃下熔炼纯度为99.7％的铝锭，再于750℃下以Al-B中间合金对铝液进行硼化处理，熔化Al-Fe、Al-Cu、Al-Er中间合金和纯Mg并充分搅拌。

2)除气：向铝合金液中吹N₂5min，静置20min后扒渣。

5)拉丝：以20m/s的速度对铝合金杆进行冷拉丝，拉制得到3.8mm单丝。

制备出的非热处理型高导电率中强度铝合金单丝导电率为59.2％IACS，抗拉强度为240MPa，延伸率为2.10％。

实施例4

2)除气：向铝合金液中吹N₂5min，静置20min后扒渣。

5)拉丝：以20m/s的速度对铝合金杆进行冷拉丝，拉制得到4.0mm单丝。

制备出的非热处理型高导电率中强度铝合金单丝导电率为59.21％IACS，抗拉强度为240.5MPa，延伸率为2％。

实施例5

2)除气：向铝合金液中吹N₂5min，静置20min后扒渣。

5)拉丝：以20m/s的速度对铝合金杆进行冷拉丝，拉制得到3.6mm单丝。

制备出的非热处理型高导电率中强度铝合金单丝导电率为59.2％IACS，抗拉强度为242MPa，延伸率为2.05％。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种非热处理型中强度铝合金单丝，其特征在于所述合金由按质量百分比计的以下原料组成：Fe 0.08～0.15％，Cu 0.08～0.15％，Mg 0.08～0.15％，B 0.05～0.15％，Er0.05～0.2％，Si≤0.08％，(Cr+Mn+V+Ti)≤0.001％，余量为铝；

非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法，包括以下步骤：

2)除气：向铝合金液中吹N₂ 3～10min，静置20min后扒渣；

3)浇铸：将铝合金液浇入铜模具中铸成合金锭；

5)拉丝：以15-20m/s的速度对铝合金杆进行冷拉丝，通过每道次8～20％的变形量拉制得到单丝；

步骤5)所述单丝的直径为3.0～4.0mm。

2.根据权利要求1所述的非热处理型中强度铝合金单丝，其特征在于Er的重量百分比为0.08～0.15％。

3.根据权利要求1所述的非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法，其特征在于步骤1)所述硼化处理的温度为750℃。

4.根据权利要求1所述的非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法，其特征在于步骤2)所述吹N₂的时间为5min。

5.根据权利要求1所述的非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法，其特征在于步骤3)所述合金锭为22×22×380mm的长方体。

6.根据权利要求1所述的非热处理型中强度铝合金单丝的制备方法，其特征在于步骤4)所述热轧的道次为6；所述铝合金杆为Ф9.5mm的圆杆。