CN106480342A - 一种具有耐热特性的铝合金杆材及其生产方法 - Google Patents

一种具有耐热特性的铝合金杆材及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有耐热特性的铝合金杆材，组分如下：硅Si≤0.10%,铁Fe0.10～0.20%,镁Mg≤0.05%，钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn≤0.0045%,锆Zr0.02～0.10%,铜Cu＜0.03%，硼B＜0.003%，其他单个杂质含量＜0.02%，杂质总含量＜0.1%，余量为铝。本发明通过撒入覆盖剂减少氧化造渣、开启电磁搅拌器快速融化冷料并保持温度均匀及成分均匀、扒渣保持熔体清洁、采用高纯N2与精炼喷粉剂来喷粉精炼、在线过滤除渣、除气等操作步骤，来生产符合要求的耐热合金杆材。本发明所得产品成分稳定均匀、内部组织致密、表面光滑清洁，物理性能优越，是生产具有耐热特性的铝合金杆材的最佳生产方法，专用于高端耐热合金材料的生产。

Description

一种具有耐热特性的铝合金杆材及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种具有耐热特性铝合金杆材的组成成分及其生产方法，用于生产耐热合金导线用电工圆铝杆。
背景技术：
耐热铝合金杆材是生产耐热合金导线的主要基础材料，经过原铝合金轧制成圆铝杆后，通过再拉制、热处理、绞制、包裹等工艺成型，主要要求抗拉强度≥165Mpa，电阻率≤28.64n.Ω.m，强度残存率≥90%，表面要求无气孔、沙眼、飞边、夹杂物等缺陷。
目前我国架空输电线路中大部分都是使用传统钢芯铝绞线(ACSR) ,该种导线的生产和应用技术基本成熟，但其耐热性能、抗腐蚀性能相对较弱，线路的输电容量受到一定制约，故新型架空导线—耐热铝合金导线的发展势属必然。耐热铝合金导线工作温度从70℃提高到230℃，载流量也相应提高了0.6倍，可提高电流强度。耐热铝合金导线的导线弧垂特别小，在线路净空不足的情况下，使用耐热铝合金导线可有效节约线路净空，降低线路建设投资。传输相同容量的电能，耐热导线的外径减小，铁塔架设费用相应减少，架线方便，可降低建设费用8%，包括线损在内，年度经费可降低4%，具有良好的经济效益和社会效益。
目前市场上的耐热铝合金材料主要表现在合金成分不稳定，同时伴随有飞边、毛刺、裂纹、夹杂等缺陷，导致合金导线物理性能（电阻率、延伸率、抗拉强度、强度残存率）达不到用户及市场要求，从而给供需双方造成较大的经济损失。一般生产企业所生产的耐热合金材料，生产重点主要控制各类影响电阻和耐热性能的各类有害元素，且为了提高性能，会适量添加B、Zr等合金元素，控制V、Ti、Cr、Mn四种元素值，因控制种类较多，且要求较为严格，造成许多厂家难以稳定生产或者不能生产，这也使得耐热合金材料的成本急剧增大，为需求企业带来了一定的经济负担。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有生产工艺的不足，提供一种成分稳定均匀、内部组织致密、无裂纹、无夹杂物、物理性能达标的具有耐热特性的合金杆材及其生产方法，来满足市场以及企业的需求。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种具有耐热特性的铝合金杆材，该具有耐热特性铝合金杆材的组成成分按重量百分比为：硅Si≤0.10%,铁Fe0.10～0.20%,镁Mg≤0.05%，钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn≤0.0045%,锆Zr0.02～0.10%,铜Cu＜0.03%，硼B＜0.003%，其他单个杂质含量＜0.02%，杂质总含量＜0.1%，余量为铝。
上面所述的具有耐热特性的铝合金杆材的生产方法，其具体工艺流程如下：
A、在熔炼炉中先后加入纯铝锭固体冷料和电解铝液进行配料，其中电解铝液占配料重量份的90～95%，纯铝锭固体冷料占配料重量份的5～10%，电解铝液中铁含量Fe0.10%～0.020%，同时开启电磁搅拌器40～60min，让纯铝锭固体冷料融化，使成分均匀；
B、撒入适量覆盖剂来减少氧化造渣；
C、取样化验：使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析，特别是测量钒V元素的含量；
D、熔体合金化：根据钒V元素的含量，计算需要添加的铝硼合金量和铝锆合金量，钒V元素含量控制10PPm以下，熔体温度控制在750～790℃；
E、添加合金后，开启电磁搅拌器，使添加合金快速熔化，并保持温度均匀和成分均匀；
F、扒渣来保持铝熔体的清洁；
G、取样化验：使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析；
H、成分调整——补料或冲淡，使原料化学成分按重量百分比达到下列要求：
硅Si≤0.10%,铁Fe0.10～0.20%,镁Mg≤0.05%，钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn≤0.0045%,锆Zr0.02～0.10%,铜Cu＜0.03%，硼B＜0.003%，其他单个杂质含量＜0.02%，杂质总含量＜0.1%，余量为铝Al；
I、调整温度和导炉：温度调整控制在750～780℃，将配置好的铝熔体从熔炼炉导入静置炉内；
J、静置炉内熔体处理：采用无污染的高纯N2与适量精炼喷粉剂喷粉精炼30～50min，进行除气除渣，先后共进行两次这样的精炼操作；
K、导炉和调整温度：精炼操作后将铝熔体再次导入熔炼炉中，将熔炼炉温度控制在730～750℃；
L、扒渣：得到更为纯净的铝熔体；
M、静置：熔炼后静置40分钟；
N、在线过滤、除气、除渣，温度保持在710～730℃；
O、浇铸：将所得铝熔体快速倒入到锭模中，冷却后得到铝合金中间杆材，参数控制：铸造温度690～710℃，铸造速度6.5t/hr，冷却水温35～45℃；
P、铸轧出卷：将铝合金中间杆材进行铸轧出卷，参数控制：乳化液浓度10～15%，乳化液温度50～60℃，进轧温度500～550℃，在线淬火水温度55～65℃，出卷温度100～115℃；
Q、产品包装：采用塑钢带进行包装；
R、成品取样：每卷取样4根，长度1.3m，2根作为出厂检验，2根备用；
S、检验:成品是否符合标准，要求尺寸偏差9.5±0.5mm，力学性能达到GB/T3954-2015规定的H15标准，耐热性能达到90%以上；
T、将符合要求的产品入库、出厂。
在步骤“B”中，所述的覆盖剂为氯化钾、氯化钠和氟铝酸钠的混合物，其中氯化钠的重量百分比为40～50%，氟铝酸钠的重量百分比为18～23%，余量为氯化钾。
在步骤“H”中，所述的成分调整需用合金要求：硼为含量B3%的铝硼合金锭，锆为含量Zr8～10%的铝锆合金锭。
在步骤“J”中，所述的高纯N2的纯度为99.995%以上；喷粉精炼剂为氯化钾、氯化钠、氟铝酸钠和氟铝酸钠的混合物，其中氯化钠的重量百分比为45～55%，氟铝酸钠的重量百分比为4～8%，余量为氯化钾。
本发明生产出来的具有耐热特性的铝合金杆材成品的各种参数如下：
合金成分：硅Si≤0.10%,铁Fe0.10～0.20%,钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn≤0.0045%,锆Zr0.02～0.10%；
合金状态：F状态；
产品规格：Φ9.5±0.5mm；
产品外观：表面光滑清洁、不应有油污、摺边、错圆、裂纹、夹杂物、扭结等缺陷，不允许有轻微的机械擦伤、斑疤、麻坑、起皮或飞边等；单盘铝杆应保证连续性、中间无断裂，整盘铝杆中不允许有断头、接头等缺陷。
尺寸偏差：直径偏差和不圆度的测量符合GB/T 4902.2，偏差符合GB/T3954-2014要求。
本发明所能产生的积极效果是：
1、添加Zr元素后，会引起Al晶体点阵畸变，增加铝合金内部的电子散射，进而降低其导电率，Zr提高了铝合金的再结晶温度。同时，能对铝合金的再结晶行为进行抑制，将变形过程中产生的纤维组织和高密度位错保留下来，进而提高铝合金的强度及塑性。
2、采用低温铸造，有利于除气、除渣、减少金属烧损、节省能耗、提高铸造速度、减少合金偏析等。
3、采用高纯氮气加精炼喷粉剂进行喷粉精来炼对铝熔体进行除气除渣精炼，优越于传统的四氯化碳精炼，且更加环保。
4、在铸造时对铝液进行除气、过滤除渣，有利于降低铝熔体中的氢含量，更有利于提高铝熔体清洁度的提高，减少产品夹渣及后续产品中拉拔气泡现象的发生。
5、本发明所生产出来的具有耐热特性的铝合金杆材，成分稳定均匀，组织致密，表面光滑清洁，物理性能满足下游产品的使用需求，是具有耐热特性的铝合金杆材的最佳生产方法。
6、经本发明生产方法所生产出来的产品规格为Φ9.5mm的铝合金耐热合金杆材，由于本发明采用合理的成分配比、低温、连铸连轧、在线熔体处理等生产工艺，使其内部组织更加致密，表面光滑清洁，物理性能优越，优于其它厂家生产的铝合金耐热材料（且国内很多厂家还不具备生产此类产品的能力），专用于高端耐热合金材料的生产。
具体实施方式：
实施例：一种具有耐热特性的铝合金杆材，该具有耐热特性铝合金杆材的组成成分按重量百分比为：硅Si≤0.10%,铁Fe0.10～0.20%,镁Mg≤0.05%，钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn≤0.0045%,锆Zr0.02～0.10%,铜Cu＜0.03%，硼B＜0.003%，其他单个杂质含量＜0.02%，杂质总含量＜0.1%，余量为铝。
上面所述的具有耐热特性铝合金杆材的生产方法，其具体工艺流程如下：
A、在熔炼炉中先后加入纯铝锭固体冷料和电解铝液进行配料，其中电解铝液占配料重量份的90～95%，纯铝锭固体冷料占配料重量份的5～10%，电解铝液中铁含量Fe0.10%～0.020%，同时开启电磁搅拌器40～60min，让纯铝锭固体冷料融化，使成分均匀；
B、撒入适量覆盖剂来减少氧化造渣；
C、取样化验：使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析，特别是测量钒V元素的含量；
D、熔体合金化：根据钒V元素的含量，计算需要添加的铝硼合金量和铝锆合金量，钒V元素含量控制10PPm以下，熔体温度控制在750～790℃；
E、添加合金后，开启电磁搅拌器，使添加合金快速熔化，并保持温度均匀和成分均匀；
F、扒渣来保持铝熔体的清洁；
G、取样化验：使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析；
H、成分调整——补料或冲淡，使原料化学成分按重量百分比达到下列要求：
硅Si≤0.10%,铁Fe0.10～0.20%,镁Mg≤0.05%，钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn≤0.0045%,锆Zr0.02～0.10%,铜Cu＜0.03%，硼B＜0.003%，其他单个杂质含量＜0.02%，杂质总含量＜0.1%，余量为铝Al；
I、调整温度和导炉：温度调整控制在750～780℃，将配置好的铝熔体从熔炼炉导入静置炉内；
J、静置炉内熔体处理：采用无污染的高纯N2与适量精炼喷粉剂喷粉精炼30～50min，进行除气除渣，先后共进行两次这样的精炼操作；
K、导炉和调整温度：精炼操作后将铝熔体再次导入熔炼炉中，将熔炼炉温度控制在730～750℃；
L、扒渣：得到更为纯净的铝熔体；
M、静置：熔炼后静置40分钟；
N、在线过滤、除气、除渣，温度保持在710～730℃；
O、浇铸：将所得铝熔体快速倒入到锭模中，冷却后得到铝合金中间杆材，参数控制：铸造温度690～710℃，铸造速度6.5t/hr，冷却水温35～45℃；
P、铸轧出卷：将铝合金中间杆材进行铸轧出卷，参数控制：乳化液浓度10～15%，乳化液温度50～60℃，进轧温度500～550℃，在线淬火水温度55～65℃，出卷温度100～115℃；
Q、产品包装：采用塑钢带进行包装；
R、成品取样：每卷取样4根，长度1.3m，2根作为出厂检验，2根备用；
S、检验:成品是否符合标准，要求尺寸偏差9.5±0.5mm，力学性能达到GB/T3954-2015规定的H15标准，耐热性能达到90%以上；
T、将符合要求的产品入库、出厂。
在步骤“B”中，所述的覆盖剂为氯化钾、氯化钠和氟铝酸钠的混合物，其中氯化钠的重量百分比为40～50%，氟铝酸钠的重量百分比为18～23%，余量为氯化钾。
在步骤“H”中，所述的成分调整需用合金要求：硼为含量B3%的铝硼合金锭，锆为含量Zr8～10%的铝锆合金锭。
在步骤“J”中，所述的高纯N2的纯度为99.995%以上；喷粉精炼剂为氯化钾、氯化钠、氟铝酸钠和氟铝酸钠的混合物，其中氯化钠的重量百分比为45～55%，氟铝酸钠的重量百分比为4～8%，余量为氯化钾。
经本发明生产出来的产品规格为Φ9.5mm的铝合金耐热杆材，成分稳定均匀，组织致密，表面光滑清洁，物理性能满足下游产品的使用需求，是具有耐热特性的铝合金杆材的最佳生产方法。由于本发明采用合理的成分配比、低温、连铸连轧、在线熔体处理等生产工艺，使其内部组织更加致密，表面光滑清洁，物理性能优越，专用于高端耐热合金材料的生产。

Claims (5)

1.一种具有耐热特性的铝合金杆材，其特征在于：所述具有耐热特性的铝合金杆材的组成成分按重量百分比为：硅Si≤0.10%,铁Fe0.10～0.20%,镁Mg≤0.05%，钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn≤0.0045%,锆Zr0.02～0.10%,铜Cu＜0.03%，硼B＜0.003%，其他单个杂质含量＜0.02%，杂质总含量＜0.1%，余量为铝Al。
2.权利要求1所述的具有耐热特性的铝合金杆材的生产方法，其具体工艺流程如下：
A、在熔炼炉中先后加入纯铝锭固体冷料和电解铝液进行配料，其中电解铝液占配料重量份的90～95%，纯铝锭固体冷料占配料重量份的5～10%，电解铝液中铁含量Fe0.10%～0.020%，同时开启电磁搅拌器40～60min，让纯铝锭固体冷料融化，使成分均匀；
B、撒入适量覆盖剂来减少氧化造渣；
C、取样化验：使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析，特别是测量钒V元素的含量；
D、熔体合金化：根据钒V元素的含量，计算需要添加的铝硼合金量和铝锆合金量，钒V元素含量控制10PPm以下，熔体温度控制在750～790℃；
E、添加合金后，开启电磁搅拌器，使添加合金快速熔化，并保持温度均匀和成分均匀；
F、扒渣来保持铝熔体的清洁；
G、取样化验：使用光谱仪快速进行炉前化学成分分析；
H、成分调整——补料或冲淡，使原料化学成分按重量百分比达到下列要求：
硅Si≤0.10%,铁Fe0.10～0.20%,镁Mg≤0.05%，钒V+钛Ti+铬Cr+锰Mn≤0.0045%,锆Zr0.02～0.10%,铜Cu＜0.03%，硼B＜0.003%，其他单个杂质含量＜0.02%，杂质总含量＜0.1%，余量为铝Al；
I、调整温度和导炉：温度调整控制在750～780℃，将配置好的铝熔体从熔炼炉导入静置炉内；
J、静置炉内熔体处理：采用无污染的高纯N2与适量精炼喷粉剂喷粉精炼30～50min，进行除气除渣，先后共进行两次这样的精炼操作；
K、导炉和调整温度：精炼操作后将铝熔体再次导入熔炼炉中，将熔炼炉温度控制在730～750℃；
L、扒渣：得到更为纯净的铝熔体；
M、静置：熔炼后静置40分钟；
N、在线过滤、除气、除渣，温度保持在710～730℃；
O、浇铸：将所得铝熔体快速倒入到锭模中，冷却后得到铝合金中间杆材，参数控制：铸造温度690～710℃，铸造速度6.5t/hr，冷却水温35～45℃；
P、铸轧出卷：将铝合金中间杆材进行铸轧出卷，参数控制：乳化液浓度10～15%，乳化液温度50～60℃，进轧温度500～550℃，在线淬火水温度55～65℃，出卷温度100～115℃；
Q、产品包装：采用塑钢带进行包装；
R、成品取样：每卷取样4根，长度1.3m，2根作为出厂检验，2根备用；
S、检验:成品是否符合标准，要求尺寸偏差9.5±0.5mm，力学性能达到GB/T3954-2015规定的H15标准，耐热性能达到90%以上；
T、将符合要求的产品入库、出厂。
3.根据权利要求2所述的具有耐热特性的铝合金杆材的生产方法，其特征在于：在步骤“B”中，所述的覆盖剂为氯化钾、氯化钠和氟铝酸钠的混合物，其中氯化钠的重量百分比为40～50%，氟铝酸钠的重量百分比为18～23%，余量为氯化钾。
4.根据权利要求2所述的具有耐热特性的铝合金杆材的生产方法，其特征在于：在步骤“H”中，所述的成分调整需用合金要求：硼为含量B3%的铝硼合金锭，锆为含量Zr8～10%的铝锆合金锭。
5.根据权利要求2所述的具有耐热特性的铝合金杆材的生产方法，其特征在于：在步骤“J”中，所述的高纯N2的纯度为99.995%以上；喷粉精炼剂为氯化钾、氯化钠、氟铝酸钠和氟铝酸钠的混合物，其中氯化钠的重量百分比为45～55%，氟铝酸钠的重量百分比为4～8%，余量为氯化钾。
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