CN105441736A

CN105441736A - 一种超高压专用复合铝合金导线

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Publication number: CN105441736A
Application number: CN201510790601.1A
Authority: CN
Inventors: 史宏伟; 韩庆军; 刘守明
Original assignee: Zhoukou Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Current assignee: Zhoukou Power Supply Co of State Grid Henan Electric Power Co Ltd
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2035-11-17
Also published as: CN105441736B

Abstract

本发明提供一种超高压专用复合铝合金导线，该超高压专用复合铝合金导线，按照重量百分比计，包括以下组成成分：Mg为0.30～0.45%，Si为0.20～0.45%，Cu为0.002～0.05%，Fe为0.10～0.20%，Cr为0.001～0.01%，Ce为0.04～0.2%，La为0.05～0.25%，其他杂质元素含量≤0.1%，其余为Al；该导线的制备方法依次为：熔炼、除气、拔渣、浇铸、轧制、拉制、热处理和时效处理。本发明复合铝合金导线的抗拉强度达到256MPa，导电率达到62%IACS，伸长率达到5.4%，其性能符合IEC62641新标准中对中强度铝合金导线的指标。

Description

一种超高压专用复合铝合金导线

技术领域

本发明属于铝合金导线制造技术领域，具体涉及一种超高压专用复合铝合金导线。

背景技术

上世纪20年代，美国、瑞士和德国率先将铝合金导线应用于高压输电线路，从20世纪50年代开始，铝合金导线在欧洲、北美等国家和地区被广泛采用，日本和美国的输电线路50%以上采用铝合金导线，法国更高达80%以上，即使是印度、孟加拉国等发展中国家，其使用量也较大。由于铝合金导线的技术性能优越，运行效果良好，特别是在超高压线路和大跨越线路上使用效果更好，因而逐渐被世界各国广泛采用。

目前架空输电线路中使用最为广泛的仍是钢芯铝绞线（ACSR），该种导线量大面广，生产和应用较为成熟。但随着技术进步及电力行业发展的需要，世界上许多国家的输电线路上已广泛使用各类铝合金导线。我国城乡供电输电线路上所使用的耐热导线，一般由普通的耐热铝合金单线和普通镀锌铜丝绞合而成。这种普通耐热导线的长期运行温度低于150℃，导电率在60%IACS以下，线损大，如想要用于特高压线路，必须新增输电线路或增加导线的截面积，这些措施都会增加投资，成本高昂，另外改造铁塔和扩大架线都会占用大量的土地资源。作为加强元件的普通镀锌钢丝，预热后线膨胀系数增大，输送电容量增加后，导线温度升高，弧垂增加，影响线路的安全运行。想在提高铝导线的抗拉强度且保证合格导电率的前提下，获得较优的耐热性能，势必对添加的合金种类及加工工艺有更高的要求。因此如何获得力学性能、耐热性能及导电性能的较优匹配是该领域研究的主要内容。

公开号为101740157A的中国发明专利，发明名称：一种铝合金导线及其制造方法，铝合金导线中各成分的重量百分组成为：铝99.2%~99.6%；锆0.03%~0.5%；钇0.01%~0.1%；其它0.2%~0.3%。该铝合金导线由铝锭熔化后加入微量的锆和钇一起熔炼成铝合金液，再经浇铸与结晶、轧制、拉丝等步骤制造而成。本发明通过严格控制铝锭的杂质含量和合金化添加元素的含量，制备地铝合金导线具有高导电性和耐热性，满足了行业对铝合金导线的性能要求，该发明技术的缺点在于：添加硼合金与铝合金导线中的锆起反应，降低了合金的耐热性。公开号为102758107B的中国发明专利，发明名称：高强高导耐热铝合金导线及其制备方法，铝合金导线中各成分的重量百分组成为：锆Zr为0.15~0.60%，镧La为0.03~0.30%，铈Ce为0.03~0.30%，钇Y为0.01~0.30%，铁Fe为0.05~0.20%，硅Si为0.01~0.10%，其他杂质元素含量≤0.10%，其余为铝。该铝合金导线是将配制原材料放入熔炼炉中、升温除气熔炼、造渣、除渣、连铸连轧成耐热铝合金杆材、热处理、拉丝机拉制成的。该发明提供的铝合金导线与现有的耐热铝合金线相比，其性能有了一定的提高，但是它的抗拉强度仍然比较低。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足，提供一种超高压专用复合铝合金导线，本发明复合铝合金导线的抗拉强度达到256MPa，导电率达到62%IACS，伸长率达到5.4%。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案为：

一种超高压专用复合铝合金导线，该导线由以下重量百分比的元素组成：Mg为0.30～0.45%，Si为0.20～0.45%，Cu为0.002～0.05%，Fe为0.10～0.20%，Cr为0.001～0.01%，Mn为0.001～0.004%，稀土元素为0.03～0.57%，其他杂质元素含量≤0.1%，其余为Al。

优选的，所述稀土元素为Ce，La，Y中的一种或多种。

优选的，按照重量百分比计，Ce为0.04～0.2%，La为0.05～0.25%，Y为0.03～0.12%。

一种超高压专用复合铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：

1）熔炼：将纯度为99.7%的铝锭放入熔炉内熔化，铝液温度为735～745℃，并向铝熔体中加入镁锭、结晶硅、铝铜合金、铝锰合金、铬合金、铝铁合金和铝稀土合金，搅拌25~30min，得到预设配比的合金液；

2）除气和拔渣：向步骤1）所得合金液中通入氩气除气4～7min，之后进行拔渣处理；

3）浇铸：将步骤2）所得合金液升温至745～755℃进行浇铸，铸成铝合金铸条；

4）轧制：将步骤3）所得铝合金铸条在450～500℃下保温30～40min，在轧机上热轧，通过铝连铸连轧生产线生产成铝合金杆材；

5）拉制：控制拉伸变形断面收缩率为15~25%，多道次拉伸，得到铝合金线坯；

6）热处理：将铝合金线坯进行热处理，于惰性氮气氛围下，380～500℃保温1h后进行匀速降温处理；

7）时效处理：对铝合金线坯进行人工时效处理，时效温度为200～250℃，时效时间为0.5～3h。

优选的，步骤1）中先将镁锭、结晶硅、铝铁合金、铝锰合金、铬合金和铝稀土合金加入到铝液中，保温15～20min，降温至690～710℃，再加入铝铜合金，保温15～20min。

优选的，步骤3）铝合金液浇铸后以30～45℃/s的速率降温至110～120℃。

优选的，步骤4）铝合金铸条进轧温度为420～480℃，轧速为0.4～0.5m/s。

优选的，步骤6）铝合金线坯热处理后的降温速率为15～18℃/s。

本发明的有益效果：

1、本发明所提供的超高压专用复合铝合金导线同时具有高强度、高导电率和高耐热性，运行线损能耗低，其抗拉强度达到256MPa，导电率达到62%IACS，伸长率达到5.4%。本发明所提供的超高压专用复合铝合金导线与现有的导电率为60%的耐热铝合金线相比，在保持了高强度和高耐热性的情况下，将导线的导电率提高到62%IACS，明显降低了线损能耗，有利于节能减排。

2、使用本发明制造的导线进行电网改造时，不需加大杆塔强度和高度，不需改造基础设施，可大幅度降低线路改造成本。

3、本发明导线的制造过程中，熔炼时先加镁锭、结晶硅、铝铁合金和铝稀土合金，再加入铜铝合金，避免了先加入铜铝合金造成铜的挥发。

4、本发明导线的制造过程中，除气和拔渣处理可以除去合金液中的杂物，避免铸造过程中出现裂纹、包裹物等缺陷。

5、本发明导线的制造过程中，时效处理可以促进Mg、Si等原子的扩散，从而提高复合铝合金导线的抗拉强度，同时也有利于改善复合铝合金导线的导电性。

具体实施方式

下面将结合本发明具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

该导线由下列重量百分比的元素组成：Mg为0.45%，Si为0.45%，Cu为0.05%，Fe为0.20%，Cr为0.01%，Mn为0.004%，Ce为0.2%，La为0.25%，Y为0.12%，其他杂质元素含量≤0.1%，其余为Al。

该复合铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：

1）熔炼：将所有原料按照上述配比称量，并置于恒温干燥箱内150℃下除湿25min；将纯度为99.7%的铝锭置于熔炼炉内熔化成铝液，将铝液升温至745℃，把称量好的镁锭、结晶硅、铝铜合金、铝锰合金、铬合金、铝铁合金和铝稀土合金加入到铝液中，保温15min，降温至710℃，再加入铝铜合金，保温20min，搅拌30min，得到预设配比的合金液；

2）除气和拔渣：向铝合金液中通入氩气，除气7min，之后进行拔渣处理；

3）浇铸：将步骤2）所得铝合金液升温至755℃进行浇铸，浇铸后以45℃/s的速率降温至120℃，铸成铝合金铸条；

4）轧制：将铝合金铸条在500℃下保温30min，在轧机上热轧，铝合金铸条进轧温度为480℃，轧速为0.5m/s，通过铝连铸连轧生产线生产成铝合金杆材；

5）拉制：对铝合金杆材进行多道次拉伸，控制拉伸变形断面收缩率为25%，得到铝合金线坯；

6）热处理：将铝合金线坯进行热处理，于惰性氮气氛围下，500℃保温1h后，以18℃/s的速率进行匀速降温处理；

7）时效处理：对铝合金线坯进行人工时效处理，时效温度为250℃，时效时间为0.5h，绞合成高强高导耐热铝合金导线。

经测试其抗拉强度为256MPa，导电率为62%IACS，伸长率为5.4%。

实施例2

该导线由下列重量百分比的元素组成：Mg为0.30%，Si为0.20%，Cu为0.002%，Fe为0.10%，Cr为0.001%，Mn为0.001%，Ce为0.04%，La为0.05%，Y为0.03%，其他杂质元素含量≤0.1%，其余为Al。

该复合铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：

1）熔炼：将所有原料按照上述配比称量，并置于恒温干燥箱内150℃下除湿25min；将纯度为99.7%的铝锭置于熔炼炉内熔化成铝液，将铝液升温至735℃，把称量好的镁锭、结晶硅、铝铜合金、铝锰合金、铬合金、铝铁合金和铝稀土合金加入到铝液中，保温15min，降温至690℃，再加入铝铜合金，保温20min，搅拌25min，得到预设配比的合金液；

2）除气和拔渣：向铝合金液中通入氩气，除气4min，之后进行拔渣处理；

3）浇铸：将步骤2）所得铝合金液升温至745℃进行浇铸，浇铸后以30℃/s的速率降温至110℃，铸成铝合金铸条；

4）轧制：将铝合金铸条在450℃下保温40min，在轧机上热轧，铝合金铸条进轧温度为420℃，轧速为0.4m/s，通过铝连铸连轧生产线生产成铝合金杆材；

5）拉制：对铝合金杆材进行多道次拉伸，控制拉伸变形断面收缩率为15%，得到铝合金线坯：

6）热处理：将铝合金线坯进行热处理，于惰性氮气氛围下，380℃保温1h后，以15℃/s的速率进行匀速降温处理；

7）时效处理：对铝合金线坯进行人工时效处理，时效温度为200℃，时效时间为0.5h，绞合成高强高导耐热铝合金导线。

经测试其抗拉强度为249MPa，导电率为59%IACS，伸长率为4.9%。

实施例3

该导线由下列重量百分比的元素组成：Mg为0.40%，Si为0.35%，Cu为0.01%，Fe为0.15%，Cr为0.009%，Mn为0.002%，Ce为0.1%，La为0.18%，Y为0.09%，其他杂质元素含量≤0.1%，其余为Al。

该复合铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：

1）熔炼：将所有原料按照上述配比称量，并置于恒温干燥箱内150℃下除湿25min；将纯度为99.7%的铝锭置于熔炼炉内熔化成铝液，将铝液升温至740℃，把称量好的镁锭、结晶硅、铝铜合金、铝锰合金、铬合金、铝铁合金和铝稀土合金加入到铝液中，保温18min，降温至700℃，再加入铝铜合金，保温18min，搅拌28min，得到预设配比的合金液；

2）除气和拔渣：向铝合金液中通入氩气，除气5min，之后进行拔渣处理；

3）浇铸：将步骤2）所得铝合金液升温至750℃进行浇铸，浇铸后以40℃/s的速率降温至115℃，铸成铝合金铸条；

4）轧制：将铝合金铸条在455℃下保温35min，在轧机上热轧，铝合金铸条进轧温度为450℃，轧速为0.45m/s，通过铝连铸连轧生产线生产成铝合金杆材；

5）拉制：对铝合金杆材进行多道次拉伸，控制拉伸变形断面收缩率为20%，得到铝合金线坯：

6）热处理：将铝合金线坯进行热处理，于惰性氮气氛围下，420℃保温1h后，以16℃/s的速率进行匀速降温处理；

7）时效处理：对铝合金线坯进行人工时效处理，时效温度为210℃，时效时间为1.5h，绞合成高强高导耐热铝合金导线。

经测试其抗拉强度为250MPa，导电率为60%IACS，伸长率为5.1%。

实施例4

该导线由下列重量百分比的元素组成：Mg为0.40%，Si为0.20%，Cu为0.005%，Fe为0.10%，Cr为0.01%，Mn为0.004%，Ce为0.15%，La为0.1%，Y为0.1%，其他杂质元素含量≤0.1%，其余为Al。

该复合铝合金导线的制备方法，包括以下步骤：

1）熔炼：将所有原料按照上述配比称量，并置于恒温干燥箱内150℃下除湿25min；将纯度为99.7%的铝锭置于熔炼炉内熔化成铝液，将铝液升温至745℃，把称量好的镁锭、结晶硅、铝铜合金、铝锰合金、铬合金、铝铁合金和铝稀土合金加入到铝液中，保温17min，降温至695℃，再加入铝铜合金，保温17min，搅拌30min，得到预设配比的合金液；

3）浇铸：将步骤2）所得铝合金液升温至745℃进行浇铸，浇铸后以35℃/s的速率降温至115℃，铸成铝合金铸条；

4）轧制：将铝合金铸条在450℃下保温35min，在轧机上热轧，铝合金铸条进轧温度为460℃，轧速为0.45m/s，通过铝连铸连轧生产线生产成铝合金杆材；

5）拉制：对铝合金杆材进行多道次拉伸，控制拉伸变形断面收缩率为22%，得到铝合金线坯；

6）热处理：将铝合金线坯进行热处理，于惰性氮气氛围下，450℃保温1h后，以17℃/s的速率进行匀速降温处理；

7）时效处理：对铝合金线坯进行人工时效处理，时效温度为220℃，时效时间为2.5h，绞合成高强高导耐热铝合金导线。

经测试其抗拉强度为253MPa，导电率为61%IACS，伸长率为5.3%。

实施例5

该导线由下列重量百分比的元素组成：Mg为0.40%，Si为0.45%，Cu为0.005%，Fe为0.10%，Cr为0.01%，Mn为0.004%，Ce为0.15%，La为0.1%，其他杂质元素含量≤0.1%，其余为Al。该导线的制备过程与实施例4相一致。

经测试其抗拉强度为243MPa，导电率为57.9%IACS，伸长率为4.7%。

实施例6

该导线由下列重量百分比的元素组成：Mg为0.40%，Si为0.40%，Cu为0.005%，Fe为0.10%，Cr为0.01%，Mn为0.004%，La为0.1%，Y为0.1%，其他杂质元素含量≤0.1%，其余为Al。该导线的制备过程与实施例4相一致。

经测试其抗拉强度为240MPa，导电率为55%IACS，伸长率为4.5%。

实施例7

该导线由下列重量百分比的元素组成：Mg为0.40%，Si为0.30%，Cu为0.005%，Fe为0.10%，Cr为0.01%，Mn为0.004%，Ce为0.15%，其他杂质元素含量≤0.1%，其余为Al。该导线的制备过程与实施例4相一致。

经测试其抗拉强度为237MPa，导电率为53%IACS，伸长率为4.1%。

为了突出本发明的创新点，使本领域的技术人员能够充分理解本发明，现列举本发明在试验阶段的对比实施例，并对其与本发明的实施例进行效果说明。

对比例1

该导线由下列重量百分比的元素组成：Cu为0.002%，Fe为0.10%，Cr为0.001%，Mn为0.001%，Ce为0.04%，La为0.05%，Y为0.03%，其他杂质元素含量≤0.1%，其余为Al。该导线的制备过程与实施例2相一致。

经测试其抗拉强度为220MPa，导电率为49%IACS，伸长率为3.8%。

对比例2

该导线的元素组成与实施例1相同。导线的制备过程中在中间合金加入铝液时，将铝铁合金和铝铜合金同时放入铝液中，其他制备过程均与实施例1一致。

经测试其抗拉强度为225MPa，导电率为50%IACS，伸长率为4.1%。

对比实施例1~4和对比例1~3可以得出以下结果：1）实施例1~4制备的复合铝合金导线的抗拉强度达到256MPa，导电率达到62%IACS，伸长率达到5.4%；

2）对比例1与实施例2相比，导线中缺少了Mg和Si两种元素，可见其抗拉强度、导电率和伸长率明显下降；

3）对比例2与实施例1相比，导线成份相同，仅是制备过程中将铁铝合金和铜铝合金同时放入铝液中，造成铜的挥发，从而降低了导线的抗拉强度和导电率等性能。

4）实施例5~7与实施例4相比只是稀土元素添加的种类不同，在Ce、La和Y共同作用时，导线的综合性能最好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超高压专用复合铝合金导线，其特征在于，按照重量百分比计，包括以下组成成分：Mg为0.30～0.45%，Si为0.20～0.45%，Cu为0.002～0.05%，Fe为0.10～0.20%，Cr为0.001～0.01%，Mn为0.001～0.004%，稀土元素为0.03～0.57%，其他杂质元素含量≤0.1%，其余为Al。

2.如权利要求1所述一种超高压专用复合铝合金导线，其特征在于：所述稀土元素为Ce，La，Y中的一种或多种。

3.如权利要求2所述一种超高压专用复合铝合金导线，其特征在于：按照重量百分比计，Ce为0.04～0.2%，La为0.05～0.25%，Y为0.03～0.12%。

4.一种权利要求1或2所述的超高压专用复合铝合金导线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求3所述的超高压专用复合铝合金导线的制备方法，其特征在于：步骤1）中先将镁锭、结晶硅、铝铁合金、铝锰合金、铬合金和铝稀土合金加入到铝液中，保温15～20min，降温至690～710℃，再加入铝铜合金，保温15～20min。

6.如权利要求3所述的超高压专用复合铝合金导线的制备方法，其特征在于：步骤3）铝合金液浇铸后以30～45℃/s的速率降温至110～120℃。

7.如权利要求3所述的超高压专用复合铝合金导线的制备方法，其特征在于：步骤4）铝合金铸条进轧温度为420～480℃，轧速为0.4～0.5m/s。

8.如权利要求3所述的超高压专用复合铝合金导线的制备方法，其特征在于：步骤6）铝合金线坯热处理后的降温速率为15～18℃/s。