CN105671372B - 一种63％iacs的硬铝导体材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种63％IACS的硬铝导体材料及其制备方法。所述高导电率硬铝导体材料通过将工业纯铝锭熔炼，调整Si、Fe、B成分并精炼处理获得所要求成分的铝液；然后将铝液浇铸成锭，再将铝锭热轧成杆，并对铝杆进行析铁处理，析铁处理工艺为在300～350℃保温1～3h；最后将析铁处理后的铝杆拉拔成线，控制拉拔总变形量≥90％，制得导电率≥63％IACS，抗拉强度≥160MPa的硬铝导体材料，其中Fe的存在状态为高铁相富铁相。该硬铝导体材料性能稳定，成品率高且对原材料要求放宽，使之价格低廉。由于63％IACS硬铝导体材料的电导率高，使输电线路损耗降低，特别适用于远距离架空输电线路。
Description
技术领域
本发明属于电工材料技术领域，特别涉及一种63％IACS的硬铝导体材料及其制备方法。
背景技术
为了降低架空输电线路上的线路损耗，国家电网公司推出了钢芯高导电率铝绞线企业标准，该标准中将高导电率硬铝线分为4个等级，其中硬铝线的抗拉强度均应≥160MPa，其最低电导率则分别为61.5％IACS、62％IACS、62.5％IACS和63％IACS。我国线缆企业为了制造出导电率≥63％IACS的硬铝导体，或采用纯度更高的工业纯铝原料，降低Si、Fe杂质元素以及Cr、Mn、V、Ti杂质元素的含量，并加入一定量的硼元素。如发明专利CN201410065843.X中硬铝导体的化学成分为：w(Si)≤0.05％(质量百分比，下同)，w(Cr+Mn+V+Ti)≤0.01％，w(Fe)为0.06～0.12％，w(B)为0.01～0.1％；或降低Si、Fe杂质元素含量，加入一定量的硼元素，并对硬铝线进行低温回复处理来获得高导电率硬铝单丝。如发明专利CN201010153441.7中的硬铝线不仅要求w(Si)≤0.06％，w(Fe)≤0.138％，w(B)为0.01～0.12％，而且要求硬铝线在100～160℃进行长达5h的回复退火处理；或加入稀土以适当放宽Fe含量，将铁含量控制在w(Fe)：0.0875～0.145％，如发明专利CN 201310036801.9。对采用上述方法制备的电导率≥63％IACS的硬铝线测试后发现，硬铝导体的成品率较低，要么是电导率满足要求而抗拉强度小于160MPa，要么是抗拉强度满足要求，而电导率小于63％IACS。这主要是因为硬铝导体中的杂质元素，尤其是铁对抗拉强度和电导率有相互矛盾的影响所致，杂质元素含量越少，硬铝导体的电导率越高，但其抗拉强度降低，反之其反。发明专利CN 99104364.2和CN 201210209108.2通过向99.5％～99.7％工业纯铝中加入一定量硼元素并对铝杆进行200～320℃或250～300℃的退火或自退火处理，获得了电导率为62.9～63.6％IACS、抗拉强度为98～110MPa的铝杆，即便是将该铝杆拉拔成硬铝线也难以获得导电率≥63％IACS，且抗拉强度≥160MPa的硬铝导体材料。这主要是因为对铝杆进行200～320℃或250～300℃的退火或自退火处理，仅改变了热轧铝杆的晶体缺陷和显微组织，没有改变杂质元素Fe的存在状态。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种63％IACS的硬铝导体材料及其制备方法。
一种63％IACS的硬铝导体材料，其中各种元素的质量百分比为：w(Si)为0.04％～0.055％，w(Fe)为0.15％～0.18％，w(B)为0.0008％～0.005％，杂质元素w(Cr+Mn)≤0.004％，w(V+Ti)≤0.008％，w(Cu)≤0.01％，w(Mg)≤0.02％，其他杂质元素总含量≤0.1％，其中任一其他杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
所述硬铝导体材料中Fe的存在状态为高铁相富铁相。
所述硬铝导体材料的电导率≥63％IACS，抗拉强度≥160MPa。
优选的，上述一种63％IACS的硬铝导体材料的制备方法，其是先将纯度为99.7％以上的铝锭在720～740℃熔化，调整Si、Fe、B含量并精炼处理，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇铸成锭，将铝锭热轧成杆，铝杆冷却至室温后进行析铁处理，析铁处理工艺为在300～350℃保温1～3h，将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线。
另一种优选的，上述一种63％IACS的硬铝导体材料的制备方法，其是先将纯度为99.7％以上的铝锭在720～740℃熔化，调整Si、Fe、B含量并精炼处理，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇铸成锭，将铝锭热轧成杆，直接将热铝杆进行析铁处理，析铁处理工艺为在300～350℃保温1～3h，将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线。
所述调整Si、Fe、B成分并精炼处理，包括：在保温炉内温度为720～740℃时添加铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金中的一种或多种，使熔体中元素Si、Fe、B质量百分含量分别达到w(Si)为0.04％～0.055％，w(Fe)为0.15％～0.18％，w(B)为0.0008％～0.005％，除气除渣后再保温静置30～45min，获得所要求元素组分的铝液。
所述拉拔成线的总变形量≥90％。
本发明的有益效果为：本发明在深入研究微量元素对工业纯铝中杂质元素交互作用，以及退火影响杂质元素存在状态的基础上，通过对杂质元素的含量和存在状态进行合理控制，并使铁由过饱和状态转变为高铁相富铁相，对拉拔成线的变形总量进行控制，获得了导电率≥63％IACS，抗拉强度≥160MPa的硬铝导体材料；该硬铝导体材料性能稳定，成品率高且对原材料要求放宽，使之价格低廉。由于63％IACS硬铝导体材料的电导率高，使输电线路损耗降低，特别适用于远距离架空输电线路。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
一种高导电硬铝导体材料，该高导电硬铝导体材料主要由铝、硅、铁、硼四种元素组成，各种元素的质量百分比：硅为0.040％，铁为0.18％，硼为0.0016％，杂质元素w(Cr+Mn)为0.0028％，w(V+Ti)为0.001％，w(Cu)为0.002％，w(Mg)为0.005％，其他任一杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
上述高导电硬铝导体材料，可采用如下工艺制备：先将纯度为99.7％的工业铝锭放在熔炉中溶化，铝液温度为730℃，进行炉前化学分析：硅为0.03％，铁为0.13％，硼为0.0003％，杂质元素w(Cr+Mn)为0.0028％，w(V+Ti)为0.001％，w(Cu)为0.002％，w(Mg)为0.005％，其他任一杂质元素含量≤0.03％，然后在保温炉内，温度为740℃时添加铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金使元素硅、铁、硼分别占熔体总质量的0.04％、0.18％、0.0016％，除气除渣后再保温静置40min，然后浇铸成截面积为500mm2的铝锭，将该铝锭热轧成Φ9.5mm的铝杆，铝杆冷却至室温后，将铝杆在310℃保温2h进行析铁处理，将析铁处理后的铝杆拉拔成Φ2.85mm的硬铝线，得高导电硬铝导体材料，其中Fe的存在状态为高铁相富铁相。
所制的高导电硬铝导体材料，导电率为63.4％IACS，抗拉强度为168MPa，延伸率为1.9％。
实施例2
一种高导电硬铝导体材料，该高导电硬铝导体材料主要由铝、硅、铁、硼四种元素组成，各种元素的质量百分比：硅为0.045％，铁为0.15％，硼为0.0031％，杂质元素w(Cr+Mn)为0.0041％，w(V+Ti)为0.0078％，w(Cu)为0.005％，w(Mg)为0.0002％，其他任一杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
上述高导电硬铝导体材料，可采用如下工艺制备：先将纯度为99.7％的工业铝锭放在熔炉中溶化，铝液温度为720℃，进行炉前化学分析：硅为0.045％，铁为0.15％，硼为0.0003％，杂质元素w(Cr+Mn)为0.0041％，w(V+Ti)为0.0078％，w(Cu)为0.005％，w(Mg)为0.0002％，其他任一杂质元素含量≤0.03％，然后在保温炉内，温度为730℃时添加铝硼合金使元素硅、铁、硼分别占熔体总质量的0.045％、0.15％、0.0031％，除气除渣后再保温静置45min，然后浇铸成截面积为500mm2的铝锭，将该铝锭热轧成Φ12mm的铝杆，铝杆冷却至室温后，将铝杆在300℃保温3h进行析铁处理，将析铁处理后的铝杆拉拔成Φ3.60mm的硬铝线，得高导电硬铝导体材料，其中Fe的存在状态为高铁相富铁相。
所制的高导电硬铝导体材料，导电率为63.3％IACS，抗拉强度为165MPa，延伸率为2.1％。
实施例3
一种高导电硬铝导体材料，该高导电硬铝导体材料主要由铝、硅、铁、硼四种元素组成，各种元素的质量百分比：硅为0.055％，铁为0.17％，硼为0.0009％，杂质元素w(Cr+Mn)为0.0035％，w(V+Ti)为0.006％，w(Cu)为0.0072％，w(Mg)为0.012％，其他任一杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
上述高导电硬铝导体材料，可采用如下工艺制备：先将纯度为99.7％的工业铝锭放在熔炉中溶化，铝液温度为730℃，进行炉前化学分析：硅为0.055％，铁为0.17％，硼为0.0002％，杂质元素w(Cr+Mn)为0.0035％，w(V+Ti)为0.006％，w(Cu)为0.0072％，w(Mg)为0.012％，其他任一杂质元素含量≤0.03％，然后在保温炉内，温度为740℃时添加铝硼合金使元素硅、铁、硼分别占熔体总质量的0.055％、0.17％、0.0009％，除气除渣后再保温静置30min，然后浇铸成截面积为500mm2的铝锭，将该铝锭热轧成Φ9.5mm的铝杆，铝杆冷却至室温后，将铝杆在350℃保温1h进行析铁处理，将析铁处理后的铝杆拉拔成Φ2.50mm的铝线，得高导电硬铝导体材料，其中Fe的存在状态为高铁相富铁相。
所制的高导电硬铝导体材料，导电率为63.1％IACS，抗拉强度为175MPa，延伸率为1.8％。
实施例4
一种高导电硬铝导体材料，该高导电硬铝导体材料主要由铝、硅、铁、硼四种元素组成，各种元素的质量百分比：硅为0.055％，铁为0.17％，硼为0.0009％，杂质元素w(Cr+Mn)为0.0035％，w(V+Ti)为0.006％，w(Cu)为0.0072％，w(Mg)为0.012％，其他任一杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
上述高导电硬铝导体材料，可采用如下工艺制备：先将纯度为99.7％的工业铝锭放在熔炉中溶化，铝液温度为730℃，进行炉前化学分析：硅为0.055％，铁为0.17％，硼为0.0002％，杂质元素w(Cr+Mn)为0.0035％，w(V+Ti)为0.006％，w(Cu)为0.0072％，w(Mg)为0.012％，其他任一杂质元素含量≤0.03％，然后在保温炉内，温度为740℃时添加铝硼合金使元素硅、铁、硼分别占熔体总质量的0.055％、0.17％、0.0009％，除气除渣后再保温静置30min，然后浇铸成截面积为500mm2的铝锭，将该铝锭热轧成Φ9.5mm的铝杆，终轧温度为360℃，直接将该铝杆放入350℃保温炉中保温1h进行析铁处理，将析铁处理后的铝杆拉拔成Φ2.5mm的铝线，得高导电率硬铝导体材料，其中Fe的存在状态为高铁相富铁相。
所制的高导电率硬铝导体材料，导电率为63.2％IACS，抗拉强度为171MPa，延伸率为1.9％。
Claims (9)
1.一种63％IACS的硬铝导体材料，其特征在于，材料中各种元素的质量百分比为：w(Si)为0.04％～0.055％，w(Fe)为0.15％～0.18％，w(B)为0.0008％～0.005％，杂质元素w(Cr+Mn)≤0.004％，w(V+Ti)≤0.008％，w(Cu)≤0.01％，w(Mg)≤0.02％，其他杂质元素总含量≤0.1％，其中任一其他杂质元素含量≤0.03％，其余为铝。
2.根据权利要求1所述一种63％IACS的硬铝导体材料，其特征在于，所述硬铝导体材料中Fe的存在状态为高铁相富铁相。
3.根据权利要求1所述一种63％IACS的硬铝导体材料，其特征在于，所述硬铝导体材料的电导率≥63％IACS，抗拉强度≥160MPa。
4.如权利要求1所述一种63％IACS的硬铝导体材料的制备方法，其特征在于，先将纯度为99.7％以上的铝锭在720～740℃熔化，调整Si、Fe、B含量并精炼处理，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇铸成锭，将铝锭热轧成杆，铝杆冷却至室温后进行析铁处理，析铁处理工艺为在300～350℃保温1～3h，将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述调整Si、Fe、B成分并精炼处理，包括：在保温炉内温度为720～740℃时添加铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金中的一种或多种，使熔体中元素Si、Fe、B质量百分含量分别达到w(Si)为0.04％～0.055％，w(Fe)为0.15％～0.18％，w(B)为0.0008％～0.005％，除气除渣后再保温静置30～45min，获得所要求元素组分的铝液。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述拉拔成线的总变形量≥90％。
7.如权利要求1所述一种63％IACS的硬铝导体材料的制备方法，其特征在于，先将纯度为99.7％以上的铝锭在720～740℃熔化，调整Si、Fe、B含量并精炼处理，获得所要求元素组分的铝液，然后将铝液浇铸成锭，将铝锭热轧成杆，直接将热铝杆进行析铁处理，析铁处理工艺为在300～350℃保温1～3h，将析铁处理后的微合金化铝杆拉拔成线。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述调整Si、Fe、B成分并精炼处理，包括：在保温炉内温度为720～740℃时添加铝硅合金、铝铁合金、铝硼合金中的一种或多种，使熔体中元素Si、Fe、B质量百分含量分别达到w(Si)为0.04％～0.055％，w(Fe)为0.15％～0.18％，w(B)为0.0008％～0.005％，除气除渣后再保温静置30～45min，获得所要求元素组分的铝液。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述拉拔成线的总变形量≥90％。
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