CN105369080B - 一种节能导线用高强铝合金丝制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力设备技术领域，尤其涉及一种节能导线用高强铝合金丝制备方法，具体是一种节能导线用高强铝合金丝的制备方法和工艺，该方法或工艺主要用于生产或制备高强铝合金导线用的高强铝合金丝。本发明包括以下工艺步骤：高强铝杆热处理工艺，高强铝丝拉拔工艺，高强铝丝时效热处理工艺。本发明能生产出力学性能和导电性能均满足技术指标标准要求，并且综合性能良好的高强铝合金丝。强度在320MPa以上，导电率大于54%IACS。该工艺相对简单，容易操作，生产的铝合金丝性能稳定，没有非常复杂的技术环节，该工艺生产的高强铝合金丝能够降低长距离输电的线路损耗，还能实现节能减排目标，有利于环保。

Description

一种节能导线用高强铝合金丝制备方法
技术领域
本发明属于电力设备技术领域，尤其涉及一种节能导线用高强铝合金丝制备方法，具体是一种节能导线用高强铝合金丝的制备方法和工艺，该方法或工艺主要用于生产或制备高强铝合金导线用的高强铝合金丝。
背景技术
我国的电力生产单位多处于离电力应用较远的地区，这样长距离输电线路损耗每年给企业带来了很大的经济损失。近年来，为了降低线路损耗，国家电网逐渐加大了节能铝合金导线的应用力度，新型节能铝合金导线逐渐取代传统导线开始大规模应用于长距离输电线路。常见的铝合金导线主要有三种：钢芯铝绞线、铝合金芯铝绞线和全铝合金绞线。
铝合金芯铝绞线通过采用高强铝合金丝做芯材与外部高导铝丝同心绞制而成，芯材为高强铝合金丝，起骨架的作用，能够使导线满足强度要求；而外部表层是高导铝丝，主要输送电流，具有很好的导电性能。这一绞制方法结合了高导铝丝和高强铝丝的优点，在电网得到了较为广泛的应用。主要输送电流。这样就结合了高强铝合金丝和高导铝合金丝的优点，铝合金芯铝绞线的最大优点是较钢芯铝绞线损耗低且重量轻。
然而，铝合金芯铝绞线用的高强铝合金丝的制备也有一定的技术困难。国外高强铝合金丝的制备超步较早，性能参数也较好。然而国内高强铝合金丝的生产仍然有一些不足，如力学性能满足要求，导电率达不到要求，或者导电率满足标准要求，但力学性能满足不了标准要求。高强铝合金丝的技术指标是强度高于320MPa，导电率大于45％IACS。在国内现有技术条件下生产的高强铝合金丝通常会出现强度满足要求，导电率不能满足要求或导电率满足要求而强度达不到要求的现象，其机理归结为强度和导电率通常存在倒置关系。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种节能导线用高强铝合金丝制备方法。目的是提供一种通过合理调节热处理温度和时间，控制高强铝丝的拉拔变形工艺，使导线最终满足了高强铝合金丝的技术指标的一种导线用新型节能导线用高强铝合金丝制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种节能导线用高强铝合金丝制备方法，包括以下工艺步骤：
(1)高强铝杆热处理工艺：即前固溶处理,首先，选取直径9.5mm(±0.1)的热轧铝杆，其成分范围：Si:0.57-0.74％；Fe:0.2-0.3％；Cu：0.01-0.03％；Mg:0.63-0.7％；Zn:≦0.05％；Ti:≦0.015％；铝杆的显微维氏硬度范围为60-70HV；其次，随机在原始铝杆上3处取径向截面做试样，其布氏硬度范围：HBS：100-200。最后，对原始铝杆进行热处理：温度530℃-540℃，高强铝合金丝进入热处理炉5分钟开始计时，保温时间3.8小时-4.2小时，取出的样品不允许在空中停留，要迅速浸入水中淬火，水温控制在20℃-25℃；
(2)高强铝丝拉拔工艺：即冷拉拔工艺处理，生产直径3mm高强铝丝，需经历15道次拉拔，出线速度10-15m/s，每道次拉拔变形量如下：
0道次时，模具孔径d为9.50mm；
1道次时，模具孔径d为9.24-9.28mm；
2道次时，模具孔径d为8.96-9.00mm；
3道次时，模具孔径d为8.48-8.52mm；
4道次时，模具孔径d为7.72-7.76mm；
5道次时，模具孔径d为7.59-7.63mm；
6道次时，模具孔径d为7.32-7.36mm；
7道次时，模具孔径d为6.48-6.52mm；
8道次时，模具孔径d为6.22-6.26mm；
9道次时，模具孔径d为5.65-5.69mm；
10道次时，模具孔径d为5.06-5.10mm；
11道次时，模具孔径d为4.45-4.49mm；
12道次时，模具孔径d为3.95-3.99mm；
13道次时，模具孔径d为3.69-3.73mm；
14道次时，模具孔径d为3.36-3.40mm；
15道次时，模具孔径d为2.96-3.00m；
(3)高强铝丝时效热处理工艺：即后时效处理；经上述步骤拉拔工艺后，最终道次高强铝合金丝热处理参数：温度175℃(±5℃)，升温10分钟后计时，保温时间14小时-16小时，取出后空冷至室温；
所述的制备方法包括以下工艺步骤：
(1)高强铝杆热处理工艺：即前固溶处理；首先，选取直径9.5mm的热轧铝杆，其成分范围：Si:0.64％；Fe:0.25％；Cu：0.02％；Mg:0.68％；Zn:0.02％；Ti:0.015％；其次，随机在原始铝杆上3处取径向截面做试样，其显微维氏硬度范围：60HV；最后，对原始铝杆进行热处理：温度540℃，高强铝合金丝进入热处理炉5分钟开始计时，保温时间4小时，取出的样品不允许在空中停留，要迅速浸入水中淬火，水温控制在22℃；
(2)高强铝丝拉拔工艺：即冷拉拔工艺处理；生产直径3mm高强铝丝，经历15道次拉拔，出线速度为10m/s；每道次变形量如下所示：
0道次时，模具孔径d为9.50mm；
1道次时，模具孔径d为9.26mm；
2道次时，模具孔径d为8.98mm；
3道次时，模具孔径d为8.50mm；
4道次时，模具孔径d为7.74mm；
5道次时，模具孔径d为7.61mm；
6道次时，模具孔径d为7.34mm；
7道次时，模具孔径d为6.50mm；
8道次时，模具孔径d为6.24mm；
9道次时，模具孔径d为5.68mm；
10道次时，模具孔径d为5.08mm；
11道次时，模具孔径d为4.48mm；
12道次时，模具孔径d为3.97mm；
13道次时，模具孔径d为3.71mm；
14道次时，模具孔径d为3.38mm；
15道次时，模具孔径d为3.00mm；
(3)高强铝丝时效热处理工艺：即后时效处理；经上述步骤拉拔工艺后，最终道次高强铝合金丝热处理参数：温度175℃，升温10分钟后计时，保温时间16小时，取出后空冷至室温。
所述的制备方法，具体包括以下工艺步骤：
(1)高强铝杆热处理工艺：即前固溶处理；首先，选取直径9.6mm的热轧铝杆，其成分范围：Si:0.57％；Fe:0.2％；Cu：0.01％；Mg:0.63％；铝杆的显微维氏硬度范围为65HV；其次，随机在原始铝杆上3处取径向截面做试样，其布氏硬度范围：HBS：150；最后，对原始铝杆进行热处理：温度530℃，高强铝合金丝进入热处理炉5分钟开始计时，保温时间3.8小时，取出的样品不允许在空中停留，要迅速浸入水中淬火，水温控制在20℃；
(2)高强铝丝拉拔工艺：即冷拉拔工艺处理；生产直径3mm高强铝丝，需经历15道次拉拔，出线速度12m/s；
0道次时，模具孔径d为9.50mm；
1道次时，模具孔径d为9.24mm；
2道次时，模具孔径d为8.96mm；
3道次时，模具孔径d为8.48mm；
4道次时，模具孔径d为7.72mm；
5道次时，模具孔径d为7.59mm；
6道次时，模具孔径d为732mm；
7道次时，模具孔径d为6.48mm；
8道次时，模具孔径d为6.22mm；
9道次时，模具孔径d为5.65mm；
10道次时，模具孔径d为5.06mm；
11道次时，模具孔径d为4.45mm；
12道次时，模具孔径d为3.95mm；
13道次时，模具孔径d为3.69mm；
14道次时，模具孔径d为3.36mm；
15道次时，模具孔径d为3.00m；
(3)高强铝丝时效热处理工艺：即后时效处理；经上述步骤拉拔工艺后，最终道次高强铝合金丝热处理参数：温度180℃，升温10分钟后计时，保温时间14小时，取出后空冷至室温。
所述的制备方法，具体包括以下工艺步骤：
(1)高强铝杆热处理工艺：即前固溶处理；首先，选取直径9.4mm的热轧铝杆，其成分范围：Si:0.74％；Fe:0.3％；Cu：0.03％；Mg:0.7％；Zn:0.04％；Ti:0.010％；铝杆的显微维氏硬度范围为70HV；其次，随机在原始铝杆上3处取径向截面做试样，其布氏硬度范围：HBS：200；最后，对原始铝杆进行热处理：温度535℃，高强铝合金丝进入热处理炉5分钟开始计时，保温时间4.2小时，取出的样品不允许在空中停留，要迅速浸入水中淬火，水温控制在25℃；
(2)高强铝丝拉拔工艺：即冷拉拔工艺处理；生产直径3mm高强铝丝，需经历15道次拉拔，出线速度15m/s；
0道次时，模具孔径d为9.50mm；
1道次时，模具孔径d为9.28mm；
2道次时，模具孔径d为9.00mm；
3道次时，模具孔径d为8.52mm；
4道次时，模具孔径d为7.76mm；
5道次时，模具孔径d为7.63mm；
6道次时，模具孔径d为7.36mm；
7道次时，模具孔径d为6.52mm；
8道次时，模具孔径d为6.26mm；
9道次时，模具孔径d为5.69mm；
10道次时，模具孔径d为5.10mm；
11道次时，模具孔径d为4.49mm；
12道次时，模具孔径d为3.99mm；
13道次时，模具孔径d为3.73mm；
14道次时，模具孔径d为3.40mm；
15道次时，模具孔径d为3.00m；
(3)高强铝丝时效热处理工艺：即后时效处理；经上述步骤拉拔工艺后，最终道次高强铝合金丝热处理参数：温度170℃，升温10分钟后计时，保温时间15小时。
本发明的优点及有益效果是：
本发明主要针对铝合金芯铝绞线用高强铝合金丝生产工艺，开展了工艺优化试验和研究，开发出了一种高强铝合金丝的制造方法或工艺。在实验室条件下对高强铝合金丝的生产工艺进行了摸索和优化，最终通过合理调节热处理温度和时间，控制高强铝丝的拉拔变形工艺，使导线最终满足了高强铝合金丝的技术指标。该技术主要由两部分组成：一是铝合金杆的热处理工艺控制；二是高强铝丝拉拔变形工艺控制。本发明工艺优点是能够生产出力学性能和导电性能均满足技术指标标准要求，并且综合性能良好的高强铝合金丝。利用该工艺生产的高强铝合金丝，强度在320MPa以上，导电率大于54％IACS。该工艺相对简单，容易操作，生产的铝合金丝性能稳定，没有非常复杂的技术环节，能够通过简单的操作生产出高性能的高强铝合金丝。该工艺生产的高强铝合金丝能够降低长距离输电的线路损耗，还能够实现节能减排目标，有利于环保。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明铝合金芯铝绞线用高强铝合金丝生产技术路线图；
图2是本发明未经时效的直径3mm高强铝合金丝拉伸曲线图；
图3是本发明未经时效的直径3mm高强铝合金丝金相组织扫描电镜图像。
具体实施方式
本发明是一种节能导线用高强铝合金丝制备方法，如图1所示，本发明具体是一种铝合金芯铝绞线芯材高强铝合金丝的制备方法，包括前固溶处理、冷拉拔、后时效处理三大部分。
本发明制备方法具体包括以下工艺步骤：
(1)高强铝杆热处理工艺：
即前固溶处理。首先，选取直径9.5(±0.1)mm的热轧铝杆，其成分范围：Si:0.57-0.74％；Fe:0.2-0.3％；Cu：0.01-0.03％；Mg:0.63-0.7％；Zn:≦0.05％；Ti:≦0.015％；铝杆的显微维氏硬度范围为60-70HV。
其次，随机在原始铝杆上3处取径向截面做试样，其布氏硬度范围：HBS：100-200。
最后，对原始铝杆进行热处理：温度530℃-540℃，高强铝合金丝进入热处理炉5分钟开始计时，保温时间3.8小时-4.2小时，取出的样品不允许在空中停留，要迅速浸入水中淬火，水温控制在20℃-25℃。
(2)高强铝丝拉拔工艺：
即冷拉拔工艺处理。生产直径3mm高强铝丝，需经历15道次拉拔，出线速度10-15m/s。每道次拉拔变形量如下，详见表1。
0道次时，模具孔径d为9.50mm；
1道次时，模具孔径d为9.24-9.28mm；
2道次时，模具孔径d为8.96-9.00mm；
3道次时，模具孔径d为8.48-8.52mm；
4道次时，模具孔径d为7.72-7.76mm；
5道次时，模具孔径d为7.59-7.63mm；
6道次时，模具孔径d为7.32-7.36mm；
7道次时，模具孔径d为6.48-6.52mm；
8道次时，模具孔径d为6.22-6.26mm；
9道次时，模具孔径d为5.65-5.69mm；
10道次时，模具孔径d为5.06-5.10mm；
11道次时，模具孔径d为4.45-4.49mm；
12道次时，模具孔径d为3.95-3.99mm；
13道次时，模具孔径d为3.69-3.73mm；
14道次时，模具孔径d为3.36-3.40mm；
15道次时，模具孔径d为2.96-3.00m。
(3)高强铝丝时效热处理工艺：
即后时效处理。经上述步骤拉拔工艺后，最终道次高强铝合金丝热处理参数：温度175° C(±5℃)，升温10分钟后计时，保温时间14小时-16小时，取出后空冷至室温。
利用本发明工艺生产的高强铝合金丝，强度在320MPa以上，导电率大于54％IACS，能够降低长距离输电的线路损耗，实现节能减排目标，有利于环保。
图1中强度在420MPa以上，导电率大于45％IACS，表示单丝的强度和导电率指标。
实施例1：
一种节能导线用高强铝合金丝制备方法，具体包括以下工艺步骤：
(1)高强铝杆热处理工艺：
即前固溶处理。首先，选取直径9.5mm的热轧铝杆，其成分范围：Si:0.64％；Fe:0.25％；Cu：0.02％；Mg:0.68％；Zn:0.02％；Ti:0.015％。
其次，随机在原始铝杆上3处取径向截面做试样，其显微维氏硬度范围：60HV。
最后，对原始铝杆进行热处理：温度540℃，高强铝合金丝进入热处理炉5分钟开始计时，保温时间4小时，取出的样品不允许在空中停留，要迅速浸入水中淬火，水温控制在22℃。
(2)高强铝丝拉拔工艺：
即冷拉拔工艺处理。生产直径3mm高强铝丝，经历15道次拉拔，出线速度为10m/s。每道次变形量如下所示，详见表2。
0道次时，模具孔径d为9.50mm；
1道次时，模具孔径d为9.26mm；
2道次时，模具孔径d为8.98mm；
3道次时，模具孔径d为8.50mm；
4道次时，模具孔径d为7.74mm；
5道次时，模具孔径d为7.61mm；
6道次时，模具孔径d为7.34mm；
7道次时，模具孔径d为6.50mm；
8道次时，模具孔径d为6.24mm；
9道次时，模具孔径d为5.68mm；
10道次时，模具孔径d为5.08mm；
11道次时，模具孔径d为4.48mm；
12道次时，模具孔径d为3.97mm；
13道次时，模具孔径d为3.71mm；
14道次时，模具孔径d为3.38mm；
15道次时，模具孔径d为3.00mm。
(3)高强铝丝时效热处理工艺：
即后时效处理。经上述步骤拉拔工艺后，最终道次高强铝合金丝热处理参数：温度175° C，升温10分钟后计时，保温时间16小时，取出后空冷至室温。
实施例2：
一种节能导线用高强铝合金丝制备方法，具体包括以下工艺步骤：
(1)高强铝杆热处理工艺：
即前固溶处理。首先，选取直径9.6mm的热轧铝杆，其成分范围：Si:0.57％；Fe:0.2％；Cu：0.01％；Mg:0.63％；铝杆的显微维氏硬度范围为65HV。
其次，随机在原始铝杆上3处取径向截面做试样，其布氏硬度范围：HBS：150。
最后，对原始铝杆进行热处理：温度530℃，高强铝合金丝进入热处理炉5分钟开始计时，保温时间3.8小时，取出的样品不允许在空中停留，要迅速浸入水中淬火，水温控制在20℃。
(2)高强铝丝拉拔工艺：
即冷拉拔工艺处理。生产直径3mm高强铝丝，需经历15道次拉拔，出线速度12m/s。每道次拉拔变形量如下所示：
0道次时，模具孔径d为9.50mm；
1道次时，模具孔径d为9.24mm；
2道次时，模具孔径d为8.96mm；
3道次时，模具孔径d为8.48mm；
4道次时，模具孔径d为7.72mm；
5道次时，模具孔径d为7.59mm；
6道次时，模具孔径d为732mm；
7道次时，模具孔径d为6.48mm；
8道次时，模具孔径d为6.22mm；
9道次时，模具孔径d为5.65mm；
10道次时，模具孔径d为5.06mm；
11道次时，模具孔径d为4.45mm；
12道次时，模具孔径d为3.95mm；
13道次时，模具孔径d为3.69mm；
14道次时，模具孔径d为3.36mm；
15道次时，模具孔径d为3.00m。
(3)高强铝丝时效热处理工艺：
即后时效处理。经上述步骤拉拔工艺后，最终道次高强铝合金丝热处理参数：温度180° C，升温10分钟后计时，保温时间14小时，取出后空冷至室温。
实施例3：
一种节能导线用高强铝合金丝制备方法，具体包括以下工艺步骤：
(1)高强铝杆热处理工艺：
即前固溶处理。首先，选取直径9.4mm的热轧铝杆，其成分范围：Si:0.74％；Fe:0.3％；Cu：0.03％；Mg:0.7％；Zn:0.04％；Ti:0.010％；铝杆的显微维氏硬度范围为70HV。
其次，随机在原始铝杆上3处取径向截面做试样，其布氏硬度范围：HBS：200。
最后，对原始铝杆进行热处理：温度535℃，高强铝合金丝进入热处理炉5分钟开始计时，保温时间4.2小时，取出的样品不允许在空中停留，要迅速浸入水中淬火，水温控制在25℃。
(2)高强铝丝拉拔工艺：
即冷拉拔工艺处理。生产直径3mm高强铝丝，需经历15道次拉拔，出线速度15m/s。每道次拉拔变形量如下：
0道次时，模具孔径d为9.50mm；
1道次时，模具孔径d为9.28mm；
2道次时，模具孔径d为9.00mm；
3道次时，模具孔径d为8.52mm；
4道次时，模具孔径d为7.76mm；
5道次时，模具孔径d为7.63mm；
6道次时，模具孔径d为7.36mm；
7道次时，模具孔径d为6.52mm；
8道次时，模具孔径d为6.26mm；
9道次时，模具孔径d为5.69mm；
10道次时，模具孔径d为5.10mm；
11道次时，模具孔径d为4.49mm；
12道次时，模具孔径d为3.99mm；
13道次时，模具孔径d为3.73mm；
14道次时，模具孔径d为3.40mm；
15道次时，模具孔径d为3.00m。
(3)高强铝丝时效热处理工艺：
即后时效处理。经上述步骤拉拔工艺后，最终道次高强铝合金丝热处理参数：温度170° C，升温10分钟后计时，保温时间15小时。
表1、每道次拉拔变形量。
道次编号 模具孔径d(mm)
0 9.50
1 9.24-9.28
2 8.96-9.00
3 8.48-8.52
4 7.72-7.76
5 7.59-7.63
6 7.32-7.36
7 6.48-6.52
8 6.22-6.26
9 5.65-5.69
10 5.06-5.10
11 4.45-4.49
12 3.95-3.99
13 3.69-3.73
14 3.36-3.40
15 2.96-3.00
表2、实施例1中每道次拉拔变形量。
道次编号 模具孔径d(mm)
0 9.50
1 9.26
2 8.98
3 8.50
4 7.74
5 7.61
6 7.34
7 6.50
8 6.24
9 5.68
10 5.08
11 4.48
12 3.97
13 3.71
14 3.38
15 3.00

Claims (1)

1.一种节能导线用高强铝合金丝制备方法，包括铝杆，其特征是： 包括以下工艺步骤：
（1）高强铝杆热处理工艺：
即前固溶处理,首先，选取直径9.5mm ±0.1的热轧铝杆，其成分范围：Si:0.57-0.74%；Fe:0.2-0.3%； Cu：0.01-0.03%； Mg:0.63-0.7%； Zn: ≦0.05%； Ti: ≦0.015%；铝杆的显微维氏硬度范围为60-70HV；
其次，随机在原始铝杆上3处取径向截面做试样，其布氏硬度范围：HBS：100-200；
最后，对原始铝杆进行热处理：温度530ºC-540ºC，高强铝合金丝进入热处理炉5分钟开始计时，保温时间3.8小时-4.2小时，取出的样品不允许在空中停留，要迅速浸入水中淬火，水温控制在20ºC-25 ºC；
（2）高强铝丝拉拔工艺：
即冷拉拔工艺处理，生产直径3mm高强铝丝，需经历15道次拉拔，出线速度10-15m/s，每道次拉拔变形量如下：
0道次时，模具孔径d为9.50mm；
1道次时，模具孔径d为9.24-9.28mm；
2道次时，模具孔径d为8.96-9.00mm；
3道次时，模具孔径d为8.48-8.52mm；
4道次时，模具孔径d为7.72-7.76mm；
5道次时，模具孔径d为7.59-7.63mm；
6道次时，模具孔径d为7.32-7.36mm；
7道次时，模具孔径d为6.48-6.52mm；
8道次时，模具孔径d为6.22-6.26mm；
9道次时，模具孔径d为5.65-5.69mm；
10道次时，模具孔径d为5.06-5.10mm；
11道次时，模具孔径d为4.45-4.49mm；
12道次时，模具孔径d为3.95-3.99mm；
13道次时，模具孔径d为3.69-3.73mm；
14道次时，模具孔径d为3.36-3.40mm；
15道次时，模具孔径d为2.96-3.00m；
（3）高强铝丝时效热处理工艺：
即后时效处理；经上述步骤拉拔工艺后，最终道次高强铝合金丝热处理参数：温度175ºC ±5ºC，升温10分钟后计时，保温时间14小时-16小时，取出后空冷至室温。
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