CN107236882B - 一种超高强度铝合金芯架空导线及铝合金芯的制造方法 - Google Patents

一种超高强度铝合金芯架空导线及铝合金芯的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超高强度铝合金芯架空导线及超高强度铝合金芯架空导线的制造方法。与现有技术相比，根据本发明的超高强度铝合金芯架空导线，采用多元素进行合金化，制造超高强度铝合金芯；并采用耐腐蚀性能优异、蠕变抗力大，并且在长度方向上具有优异的抗拉强度和导电性能的超高强度铝合金芯同时作为加强芯承力件和导电体；在超高强度铝合金芯外层绞合导体。根据本发明实施例的超高强度铝合金芯架空导线，可以在提高导线有效电流的同时，提高导线的拉力重量比，增加线路载流量；其耐腐蚀性能更加优异，可提高线路服役寿命和线路安全性能；其造价成本低、运行更加经济；并且制造时更加环保。

Description

一种超高强度铝合金芯架空导线及铝合金芯的制造方法
技术领域
本发明属于输电线路工程用导线设计、制作技术领域，尤其涉及一种超高强度铝合金芯架空导线及铝合金芯的制造方法。
背景技术
现有架空导线按结构组成的材质分类，主要分为加强芯与导电体材质相同和加强芯与导电体材质不同两种。
加强芯与导电体材质不同的架空导线主要分为以镀锌钢绞线为加强芯的架空导线和以碳纤维复合芯为加强芯的架空导线。以镀锌钢绞线作为加强芯的导线，由于镀锌钢线与外层铝绞线的电极电位不同，易受腐蚀；由于铝和钢的热膨胀系数不同，导线热膨胀系数不同；钢线的比重比铝大，导线拉力重量比小；以镀锌钢绞线作为加强芯的导线，其钢芯截面占导线总截面的30％，钢芯的导电率仅为9％IACS，因此绞合导线的导电率低，且铁芯在交流电中会产生磁阻，增大电阻，能耗大；钢芯铝绞线的承力件电缆厂不能制造，需要在钢厂和镀锌厂加工，增加了生产成本；应用中钢芯和铝线必须分别用相同材质的金具连接，增加了金具数量和安装工具，安装施工复杂。
碳纤维芯导线以碳纤维复合芯作为加强芯，碳纤维复合芯强度高，也不会产生磁阻。但是，由于碳纤维复合芯棒是以碳纤维为芯材、玻璃纤维为表面材料通过粘合剂组合而成的实心夹层复合材料。其中，碳纤维是以环氧树脂为基体、碳纤维丝为增强体组合而成的复合材料；玻璃纤维是以环氧树脂为基体，玻璃纤维丝为增强体组合而成的复合材料。因此，碳纤维复合芯是绝缘体，导电率为0％IACS；且以环氧树脂等有机材料为基体的碳纤维芯的老化性能和抗紫外线性能不稳定，连接性能也不稳定，在线路服役过程中存在安全隐患，至今尚无合理有效的试验和检测方法证明其失效机理和寿命年限。两者相比:前者高强度、低延伸率，后者低强度、高延伸率，两者之间的线膨胀系数相差近10倍。碳纤维芯的价格昂贵，其连接和施工安装维修更加复杂，且配套金具价格非常高昂。
加强芯与导电体材质相同的架空导线主要为铝合金芯铝绞线或全铝合金绞线。铝合金芯铝绞线采用LHA1或LHA2型铝-镁-硅合金圆线绞合线芯作为加强芯，由于铝-镁-硅合金圆线的抗拉强度为295MPa-325Mpam，为了架空线设计要求，其加强芯截面需做到很大，增加了材料成本和生产安装成本，最大的不足是同时降低了拉力重量比。而全铝合金导线由HA1或HA2型铝-镁-硅合金圆线直接绞合而成，无加强芯，但是铝-镁-硅合金圆线的最大导电率仅为53％IACS，因此该导线能耗大，不经济。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种超高强度铝合金芯架空导线及铝合金芯的制造方法。
本发明的实施例采用多元素进行合金化，利用Sc、Zr、Nd、Nd、Nb、Ce、Yb、Li、Sr等元素，配合创新性工艺控制，形成具有多组元、高弥散纳米级复合析出相的合金组织，制造超高强度铝合金材料，并制造成超高强度铝合金芯；采用耐腐蚀性能优异、蠕变抗力大，并且在长度方向上具有优异的强度和导电性能的超高强度铝合金芯同时作为加强芯承力件和导电体；在超高强度铝合金芯外层绞合电工铝线或超高强度铝合金线，外层导体的形状可以是Z型、T型、S型、锁扣型、圆形中一种或任意组合。
超高强度铝合金芯与外层铝质导线或铝合金导线或超高强度铝合金导线的组合，可以在提高导线有效电流的同时，大幅增加导线的拉力重量比；避免了因电极电位不同引起的电化学腐蚀，从而避免了因钢芯腐蚀而引起的失效，采用特殊的结构形成封闭的导线结构，使导线的耐腐蚀性能更加优异。
根据本发明的一方面，一种超高强度铝合金芯架空导线包括超高强度铝合金芯以及外层导体；所述超高强度铝合金芯包括按重量百分比的以下成分：硅Si 0.2％-0.6％，铁Fe 0.2％-0.4％，铜Cu:0.5％-1.0％，钪Sc 0.001％-0.5％，锆Zr 0.05％-0.8％，镁Mg0.5％-1.2％，钕Nd 0.001％-0.01％，铌Nb 0.001％-0.005％，铈Ce 0.001％-0.1％，镱Yb0.001％-0.01％，锂Li 0.01％-0.3％，锌Zn 1.0％-3％，硼B 0.01％-0.06％，钛Ti0.02％-0.05％，钒V 0.01％-0.015％，锶Sr 0.001％-0.005％，余量为铝Al。
根据本发明的示例性实施例，所述超高强度铝合金芯由单根或多根直径为1mm-5.5mm的超高强度铝合金线绞制构成；所述超高强度铝合金线的抗拉强度为480MPa-980Mpa，延伸率为5％-8％，导电率为45％IACS-58％IACS。
根据本发明的示例性实施例，所述外层导体由超高强度铝合金芯相同材质的超高强度铝合金线或者其它热处理型铝合金线(例如，电工铝线或者LHA2铝线)绞制而成，其中，超高强度铝合金线的抗拉强度为480MPa-980MPa，导电率为45％IACS-58％，其它材质的热处理铝型合金线的最小抗拉强度为160MPa，导电率为55％IACS-62％IACS。
根据本发明的示例性实施例，所述外层导体截面为圆形，所述外层导体的直径为1.0mm-5.5mm。
根据本发明的示例性实施例，所述外层导体截面为异型，所述外层导体的截面积为5mm2-25mm2。
根据本发明的示例性实施例，异型截面呈Z型、T型、S型或锁扣型。
根据本发明的另一方面，一种超高强度铝合金芯的制造方法，包括：
步骤一：铝中间合金颗粒的制备
制备铝中间合金锭，其中，按重量百分比，铝硅中间合金锭中Si占5％，铝铁中间合金锭中Fe占20％，铝铜中间合金锭中Cu占20％，铝钪中间合金锭中Sc占20％，铝锆中间合金锭中Zr占10％，铝镁中间合金锭中Mg占10％，铝钕中间合金锭中Nd占10％，铝铌中间合金锭中Nb占10％，铝铈中间合金锭中Ce占10％，铝镱中间合金锭中Yb占10％，铝锂中间合金锭中Li占10％，铝锌中间合金锭中Zn占10％，铝硼中间合金锭中B占2.5％，铝钛中间合金锭中Ti占20％，铝钒中间合金锭中V占20％，铝锶中间合金锭中Sr占10％；并将铝中间合金锭制成重量为20g-50g的铝中间合金颗粒；
步骤二：配料
按重量百分比：硅Si 0.2％-0.6％，铁Fe 0.2％-0.4％，铜Cu 0.5％-1.0％，钪Sc0.001％-0.5％，锆Zr 0.05％-0.8％，镁Mg 0.5％-1.2％，钕Nd 0.001％-0.01％、铌Nb0.001％-0.005％、铈Ce 0.001％-0.1％，镱Yb 0.001％-0.01％，锂Li 0.01％-0.3％，锌Zn1.0％-3％，硼B 0.01％-0.06％，钛Ti 0.02％-0.05％，钒V 0.01％-0.015％，锶Sr0.001％-0.005％，余量为Al，进行配料，准备铝锭和铝中间合金颗粒；
步骤三：高温液态快速熔化
采用具有大容量前炉的熔化炉，炉内温度为1300℃，利用高温液态铝快速传热熔化技术，使铝锭在热动力大的高温区快速吸收热量，软化后滚落到大容量前炉铝溶体内，利用铝溶体与半熔融铝锭的浸润后全表面接触，发生快速热量传递，使铝锭快速熔化；
步骤四：保温、精炼
将熔化后的铝熔体流入真空倾动式保温炉中，保温至750℃-790℃，用电磁搅拌进行15min的搅拌，同时向铝熔体中通入氮气和环保精炼剂进行精炼；
步骤五：合金化
采用高压气枪将铝中间合金颗粒射入到保温炉内的铝熔体中，电磁搅拌10min，然后进行除气处理，静置30min，除气除渣，再静置15min；
步骤六：连铸、电磁震荡结晶
采用功率为30Kw的工频交变电磁场对铝合金熔体产生震荡作用，结晶器使铝合金熔体旋转，同时对结晶器进行加热，使电磁震荡结晶器内铝合金熔体的温度保持在660℃-675℃；
步骤七：水平半液态定向凝固成型法得到铝合金杆
电磁震荡结晶器出口设置可调循环冷却剂(例如，液氨或者液氮)封闭管道冷却器，调节冷却剂循环流速为0.05L/h-0.1L/h，控制冷却剂封闭管道冷却器末端到电磁震荡结晶器出口的温度梯度保持125K/mm-220K/mm，使得由电磁震荡结晶器处理后的半液态铝合金熔体在冷却器的作用下以0.58mm/s-12mm/s的凝固速度迅速凝固成铝合金杆外壳，并在前段已凝固铝合金杆外壳的牵引下使电磁震荡结晶器内部半液态铝合金迅速形成固体，得到Φ9.5mm铝合金杆；
步骤八：固溶处理
在线固溶处理时，铝合金杆在燃气高温辐射加热管中升温到480℃-550℃，然后以30m/min的速率通过冷却水槽，将合金杆冷却到60℃-65℃。
步骤九：连续挤压制成导体
利用Conform挤压机将铝合金杆连续挤压成连续长度的Φ6.0mm的线坯；
步骤十：自然时效处理
将连续长度的Φ6.0mm的线坯在自然环境下放置12h-24h；
步骤十一：冷轧
将Φ6.0mm的线坯冷轧成Φ4.0mm-Φ5.0mm的铝合金线；
步骤十二：拉制
将冷轧后的铝合金线拉制到一定直径的单线，或者将冷轧后的铝合金线拉制成预定的形状的单线；
步骤十三：双时效处理
对拉制后的铝合金线立即进行双时效处理；双时效处理时，1级人工时效处理为(175℃-185℃)×16h，2级人工时效处理为(113℃-125℃)×(36-72)h；
步骤十四：绞制
将双时效处理后的铝合金线绞制，得到超高强度铝合金芯。
根据本发明实施例的超高强度铝合金材料具有优异的合金组织，耐腐蚀性能优异、蠕变抗力大，并且在长度方向上具有优异的强度和导电性能，根据本发明实施例的超高强度铝合金芯同时作为加强芯承力件和导电体。
根据本发明实施例的超高强度铝合金芯架空导线，采用超高强度铝合金芯同时作为加强芯承力件和导电体，由此避免了磁损，大幅降低导线本身的发热，可以在提高导线有效电流的同时，提高导线的拉力重量比，并增加线路载流量。
根据本发明实施例的超高强度铝合金芯架空导线，避免了因电极电位不同引起的电化学腐蚀，从而避免了因钢芯腐蚀而引起的失效，采用特殊的结构形成封闭的导线结构，使导线的耐腐蚀性能更加优异，大幅提高线路服役寿命和线路安全性能。
根据本发明实施例的超高强度铝合金芯架空导线，大的拉力重量比可增加线路架设的档距，节约土地资源和配套设施，大幅降低线路造价；在避免了磁损、大幅降低导线本身发热的同时，具有优异的有效电流，增加了线路的节能特性；同时大的拉力重量比和优异的耐腐蚀性能，提高导线运行可靠性，增加导线的使用寿命；因而从线路的全生命周期成本和效益角度比较，其造价最小、运行最为经济。
与现有技术相比，根据本发明实施例的超高强度铝合金芯架空导线，由于取消了镀锌钢线作为导线的承力件，避免了镀锌钢线制作过程中需要镀锌而引起环境污染。
在本发明完成之前，尚未见到用与本发明制备方法相同的超高强度铝合金芯架空导线产品，也未见到有与本发明相同的超高强度铝合金芯架空导线的制备方法在文献中有记载。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1为根据本发明示例性实施例的锁扣式超高强度铝合金芯架空导线的剖面图。
具体实施方式
为使本发明技术方案和优点更加清楚，通过以下几个具体实施例对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例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做出创造性劳动的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。
图1示出了根据本发明示例性实施例的锁扣式超高强度铝合金芯架空导线的剖面。如图1所示，根据本发明示例性实施例的一种超高强度铝合金芯架空导线，包括超高强度铝合金芯A2以及外层导体A1。从图1可以看到外层导体采用了两层锁扣结构，并且内层锁扣结构与外层锁扣结构的排列方向相反。
对于超高强度铝合金芯A2的制作工艺/过程/步骤将在以下实施例中作进一步详细说明。
实施例1：
超高强度铝合金芯的制造过程如下：
步骤一：铝中间合金颗粒的制备
制备铝中间合金锭，其中，按重量百分比，铝硅中间合金锭中Si占5％，铝铁中间合金锭中Fe占20％，铝铜中间合金锭中Cu占20％，铝钪中间合金锭中Sc占20％，铝锆中间合金锭中Zr占10％，铝镁中间合金锭中Mg占10％，铝钕中间合金锭中Nd占10％，铝铌中间合金锭中Nb占10％，铝铈中间合金锭中Ce占10％，铝镱中间合金锭中Yb占10％，铝锂中间合金锭中Li占10％，铝锌中间合金锭中Zn占10％，铝硼中间合金锭中B占2.5％，铝钛中间合金锭中Ti占20％，铝钒中间合金锭中V占20％，铝锶中间合金锭中Sr占10％；并将铝中间合金锭制成重量为20g的铝中间合金颗粒；
步骤二：配料
按重量百分比：硅Si 0.45％，铁Fe 0.4％，铜Cu 0.7％，钪Sc 0.05％，锆Zr0.15％，镁Mg 0.8％，钕Nd 0.005％、铌Nb 0.003％、铈Ce 0.05％，镱Yb 0.008％，锂Li0.3％，锌Zn 3％，硼B 0.05％，钛Ti 0.02％，钒V 0.01％，锶Sr 0.001％，余量为Al，进行配料，准备铝锭和铝中间合金颗粒；
步骤三：高温液态快速熔化
采用具有大容量前炉的熔化炉，炉内温度为1300℃，利用高温液态快速传热熔化技术，使铝锭在热动力大的高温区快速吸收热量，软化后滚落到大容量前炉铝溶体内，利用铝溶体与半熔融铝锭的浸润后全表面接触，发生快速热量传递，使铝锭快速熔化；
步骤四：保温、精炼
将熔化后的铝熔体流入真空倾动式保温炉中，保温至780℃，用电磁搅拌进行15min的搅拌，同时向铝熔体中通入氮气和环保精炼剂进行精炼；
步骤五：合金化
采用高压气枪将铝中间合金颗粒射入到保温炉内的铝熔体中，电磁搅拌10min，然后进行除气处理，静置30min，除气除渣，再静置15min；
步骤六：连铸、电磁震荡结晶
采用功率为30Kw的工频交变电磁场对铝合金熔体产生震荡作用，结晶器使铝合金熔体旋转，同时对结晶器进行加热，使电磁震荡结晶器内铝合金熔体的温度保持在660℃-675℃；
步骤七：水平半液态定向凝固成型法得到铝合金杆
电磁震荡结晶器出口设置可调循环液氨封闭管道冷却器，调节液氮循环流速为0.08L/h，控制液氨(氮)封闭管道冷却器末端到电磁震荡结晶器出口的温度梯度保持150K/mm，使由电磁震荡结晶器处理后的半液态铝合金熔体在冷却器的作用下以2mm/s的凝固速度迅速凝固成铝合金杆外壳，并在前段已凝固铝合金杆外壳的牵引下使电磁震荡结晶器内部半液态铝合金迅速形成固体，得到Φ9.5mm铝合金杆；
步骤八：固溶处理
在线固溶处理时，铝合金杆在燃气高温辐射加热管中升温到520℃，然后以30m/min的速率通过冷却水槽，将合金杆冷却到60℃-65℃。
步骤九：连续挤压制成导体
利用Conform挤压机将铝合金杆连续挤压成连续长度的Φ6.0mm的线坯；
步骤十：自然时效处理
将连续长度的Φ6.0mm的铝杆在自然环境下放置20h；
步骤十一：冷轧
将Φ6.0mm的铝合金杆冷轧成Φ4.0mm的铝合金线；
步骤十二：拉制
将冷轧后的铝合金线拉制成直径为2.83mm的圆线；
步骤十三：双时效处理(热处理)
对拉制后的铝合金线立即进行双时效处理；双时效处理时，1级人工时效处理为(175℃-185℃)×16h，2级人工时效处理为(113℃-125℃)×36h；
步骤十四：绞制
将热处理后2.83mm的超高强度铝合金线绞制，得到超高强度铝合金芯。
根据本发明的示例性实施例，超高强度铝合金芯由19根直径为2.83mm的超高强度铝合金线绞制而成；所述超高强度铝合金线的抗拉强度为850Mpa，延伸率为6％，导电率为48％IACS。
外层导体的制造方法包括制造抗拉强度为160MPa、导电率为62％IACS的锁扣型截面电工铝导体，此时，异型截面铝合金导体的截面积为15mm2。
根据本发明的示例性实施例，某一输电线路，采用JL/G2A-630/45钢芯铝绞线作为外层导体，其总拉断力为156550N，直径为33.80mm，拉力重量比为7.68，直流电阻为0.0459Ω/km，70℃载流量为1052A。采用上述制造的超高强度铝合金芯架空导线(其型号可标注为630/120)，其总拉断力为202800N，直径为31.6mm，拉力重量比为10.22，直流电阻为0.03962Ω/km，70℃载流量为1398A。
实施例2：
超高强度铝合金芯的制造过程如下：
步骤一：铝中间合金颗粒的制备
制备铝中间合金锭，其中，按重量百分比，铝硅中间合金锭中Si占5％，铝铁中间合金锭中Fe占20％，铝铜中间合金锭中Cu占20％，铝钪中间合金锭中Sc占20％，铝锆中间合金锭中Zr占10％，铝镁中间合金锭中Mg占10％，铝钕中间合金锭中Nd占10％，铝铌中间合金锭中Nb占10％，铝铈中间合金锭中Ce占10％，铝镱中间合金锭中Yb占10％，铝锂中间合金锭中Li占10％，铝锌中间合金锭中Zn占10％，铝硼中间合金锭中B占2.5％，铝钛中间合金锭中Ti占20％，铝钒中间合金锭中V占20％，铝锶中间合金锭中Sr占10％；并将铝中间合金锭制成重量为20g的铝中间合金颗粒；
步骤二：配料
按重量百分比：硅Si 0.4％，铁Fe 0.2％，铜Cu 0.8％，钪Sc 0.02％，锆Zr0.09％，镁Mg 1.1％，钕Nd 0.008％、铌Nb 0.001％、铈Ce 0.02％，镱Yb 0.002％，锂Li0.1％，锌Zn 1.5％，硼B 0.04％，钛Ti 0.02％，钒V 0.01％，锶Sr 0.002％，余量为Al，进行配料，准备铝锭和铝中间合金颗粒；
步骤三：高温液态快速熔化
采用具有大容量前炉的熔化炉，炉内温度为1300℃，利用高温液态快速传热熔化技术，使铝锭在热动力大的高温区快速吸收热量，软化后滚落到大容量前炉铝溶体内，利用铝溶体与半熔融铝锭的浸润后全表面接触，发生快速热量传递，使铝锭快速熔化；
步骤四：保温、精炼
将熔化后的铝熔体流入真空倾动式保温炉中，保温至760℃，用电磁搅拌进行15min的搅拌，同时向铝熔体中通入氮气和环保精炼剂进行精炼；
步骤五：合金化
采用高压气枪将铝中间合金颗粒射入到保温炉内的铝熔体中，电磁搅拌10min，然后进行除气处理，静置30min，除气除渣，再静置15min；
步骤六：连铸、电磁震荡结晶
采用功率为30Kw的工频交变电磁场对铝合金熔体产生震荡作用，结晶器使铝合金熔体旋转，同时对结晶器进行加热，使电磁震荡结晶器内铝合金熔体的温度保持在660℃-675℃；
步骤七：水平半液态定向凝固成型法得到铝合金杆
电磁震荡结晶器出口设置可调循环液氨封闭管道冷却器，调节液氮循环流速为0.09L/h，控制液氨(氮)封闭管道冷却器末端到电磁震荡结晶器出口的温度梯度保持180K/mm，使由电磁震荡结晶器处理后的半液态铝合金熔体在冷却器的作用下以3mm/s的凝固速度迅速凝固成铝合金杆外壳，并在前段已凝固铝合金杆的外壳牵引下使电磁震荡结晶器内部半液态铝合金迅速形成固体，得到Φ9.5mm铝合金杆；
步骤八：固溶处理
在线固溶处理时，铝合金杆在燃气高温辐射加热管中升温到550℃，然后以30m/min的速率通过冷却水槽，将合金杆冷却到70℃。
步骤九：连续挤压制成导体
利用Conform挤压机将铝合金杆连续挤压成连续长度的Φ6.0mm的线坯；
步骤十：自然时效处理
将连续长度的Φ6.0mm的线坯在自然环境下放置15h；
步骤十一：冷轧
将Φ6.0mm的线坯冷轧成Φ4mm的铝合金线；
步骤十二：拉制
将冷轧后的铝合金线拉制到直径为2.86mm的圆线；
步骤十三：双时效处理(热处理)
对拉制后的铝合金线立即进行双时效处理；双时效处理时，1级人工时效处理为(175℃-185℃)×16h，2级人工时效处理为(113℃-125℃)×36h。
步骤十四：绞制
将热处理后的2.86mm的超高强度铝合金线绞制，得到超高强度铝合金芯。
根据本发明的示例性实施例，所述超高强度铝合金芯由7根直径为2.86mm的超高强度铝合金线绞制构成；所述超高强度铝合金线的抗拉强度为600Mpa，延伸率为6％，导电率为50％IACS。
外层导体的制造方法包括制造抗拉强度为350MPa、最导电率为55％IACS的锁扣型截面的LHA2型铝合金导体，此时，异型截面铝合金导体的截面积为14.3mm2。
根据本发明的示例性实施例，某一输电线路，采用JLHA1-630铝合金绞线作为外城导体，其总拉断力为198860N，直径为32.4mm，拉力重量比为11.4，直流电阻为0.0532Ω/km，70℃载流量为974A。采用上述制造的超高强度铝合金芯架空导线(其型号可标注为630/45)，其总拉断力为247500N，直径为25.59mm，拉力重量比为13.86，直流电阻为0.0464Ω/km，70℃载流量为1043A。
实施例3：
超高强度铝合金芯的制造过程如下：
步骤一：铝中间合金颗粒的制备
制备铝中间合金锭，其中，按重量百分比，铝硅中间合金锭中Si占5％，铝铁中间合金锭中Fe占20％，铝铜中间合金锭中Cu占20％，铝钪中间合金锭中Sc占20％，铝锆中间合金锭中Zr占10％，铝镁中间合金锭中Mg占10％，铝钕中间合金锭中Nd占10％，铝铌中间合金锭中Nb占10％，铝铈中间合金锭中Ce占10％，铝镱中间合金锭中Yb占10％，铝锂中间合金锭中Li占10％，铝锌中间合金锭中Zn占10％，铝硼中间合金锭中B占2.5％，铝钛中间合金锭中Ti占20％，铝钒中间合金锭中V占20％，铝锶中间合金锭中Sr占10％；并将铝中间合金锭制成重量为20g的铝中间合金颗粒；
步骤二：配料
按重量百分比：硅Si 0.2％，铁Fe 0.25％，铜Cu 0.7％，钪Sc 0.005％，锆Zr0.15％，镁Mg 0.8％，钕Nd 0.003％、铌Nb 0.002％、铈Ce 0.003％，镱Yb 0.002％，锂Li0.3％，锌Zn 1.0％，硼B 0.01％，钛Ti 0.02％，钒V 0.01％，锶Sr 0.002％，余量为Al，进行配料，准备铝锭和铝中间合金颗粒；
步骤三：高温液态快速熔化
采用具有大容量前炉的熔化炉，炉内(炉气)温度为1300℃，利用高温液态快速传热熔化技术，使铝锭在热动力大的高温区快速吸收热量，软化后滚落到大容量前炉铝溶体内，利用铝溶体与半熔融铝锭的浸润后全表面接触，发生快速热量传递，使铝锭快速熔化；
步骤四：保温、精炼
将熔化后的铝熔体流入真空倾动式保温炉中，保温至760℃，用电磁搅拌进行15min的搅拌，同时向铝熔体中通入氮气和环保精炼剂进行精炼；
步骤五：合金化
采用高压气枪将铝中间合金颗粒射入到保温炉内的铝熔体中，电磁搅拌10min，然后进行除气处理，静置30min，除气除渣，再静置15min；
步骤六：连铸、电磁震荡结晶
采用功率为30Kw的工频交变电磁场对铝合金熔体产生震荡作用，结晶器使铝合金熔体旋转，同时对结晶器进行加热，使电磁震荡结晶器内铝合金熔体的温度保持在660℃-675℃；
步骤七：水平半液态定向凝固成型法得到铝合金杆
电磁震荡结晶器出口设置可调循环液氨封闭管道冷却器，调节液氮循环流速为0.09L/h，控制液氨(氮)封闭管道冷却器末端到电磁震荡结晶器出口的温度梯度保持180K/mm，使由电磁震荡结晶器处理后的半液态铝合金熔体在冷却器的作用下以3mm/s的凝固速度迅速凝固成铝合金杆外壳，并在前段已凝固铝合金杆的外壳牵引下使电磁震荡结晶器内部半液态铝合金迅速形成固体，得到Φ9.5mm铝合金杆；
步骤八：固溶处理
在线固溶处理时，铝合金杆在燃气高温辐射加热管中升温到530℃，然后以30m/min的速率通过冷却水槽，将合金杆冷却到65℃。
步骤九：连续挤压制成导体
利用Conform挤压机将铝合金杆连续挤压成连续长度的Φ6mm的线坯；
步骤十：自然时效处理
将连续长度的Φ6mm的线坯在自然环境下放置18h；
步骤十一：冷轧
将Φ6mm的线坯冷轧成Φ4.0mm的铝合金线；
步骤十二：拉制
将冷轧后的铝合金线拉制到直径为3.69mm的圆线；
步骤十三：双时效处理(热处理)
对拉制后的铝合金线立即进行双时效处理；双时效处理时，1级人工时效处理为(175℃-185℃)×16h，2级人工时效处理为(113℃-125℃)×36h。
步骤十四：绞制
将热处理后3.69mm的铝合金线绞制，得到超高强度铝合金芯。
根据本发明的示例性实施例，超高强度铝合金芯由7根直径为3.69mm的超高强度铝合金线绞制构成；所述超高强度铝合金线的抗拉强度为620Mpa，延伸率为5％，导电率为49％IACS。
外层导体的制造方法包括制造强度为160MPa、导电率为62％IACS的锁扣型截面电工铝导体，而异型截面电工铝导体的截面积为14.3mm2。
根据本发明的示例性实施例，某一输电线路，采用复合材料芯软铝型线绞线JLRX1/F1A-630/45-305作为外层导体，其总拉断力为129100N，直径为30.5mm，拉力重量比为7.2，直流电阻为0.0445Ω/km，70℃载流量为1054A。经计算，采用超高强度铝合金芯架空导线(其型号可标注为630/75)，其总拉断力为147300N，直径为30.4mm，拉力重量比为7.9，直流电阻为0.04034Ω/km，70℃载流量为1125A。需要说明的是，尽管在以上列举的实施例中，外层导体选用了与超高强度铝合金芯不同的材料，在其它实施例中外层导体还可选用与超高强度铝合金芯相同的材质。
实施例4：
超高强度铝合金芯的制造过程如下：
步骤一：铝中间合金颗粒的制备
制备铝中间合金锭，其中，按重量百分比，铝硅中间合金锭中Si占5％，铝铁中间合金锭中Fe占20％，铝铜中间合金锭中Cu占20％，铝钪中间合金锭中Sc占20％，铝锆中间合金锭中Zr占10％，铝镁中间合金锭中Mg占10％，铝钕中间合金锭中Nd占10％，铝铌中间合金锭中Nb占10％，铝铈中间合金锭中Ce占10％，铝镱中间合金锭中Yb占10％，铝锂中间合金锭中Li占10％，铝锌中间合金锭中Zn占10％，铝硼中间合金锭中B占2.5％，铝钛中间合金锭中Ti占20％，铝钒中间合金锭中V占20％，铝锶中间合金锭中Sr占10％；并将铝中间合金锭制成重量为20g的铝中间合金颗粒；
步骤二：配料
按重量百分比：硅Si 0.2％，铁Fe 0.2％，铜Cu 0.5％，钪Sc 0.002％，锆Zr0.01％，镁Mg 0.5％，钕Nd 0.002％、铌Nb 0.001％、铈Ce 0.002％，镱Yb 0.002％，锂Li0.1％，锌Zn 1％，硼B 0.01％，钛Ti 0.01％，钒V 0.01％，锶Sr 0.002％，余量为Al，进行配料，以准备铝锭和铝中间合金颗粒；
步骤三：高温液态快速熔化
采用具有大容量前炉的熔化炉，炉内温度为1300℃，利用高温液态快速传热熔化技术，使铝锭在热动力大的高温区快速吸收热量，软化后滚落到大容量前炉铝溶体内，利用铝溶体与半熔融铝锭的浸润后全表面接触，发生快速热量传递，使铝锭快速熔化；
步骤四：保温、精炼
将熔化后的铝熔体流入真空倾动式保温炉中，保温至760℃，用电磁搅拌进行15min的搅拌，同时向铝熔体中通入氮气和环保精炼剂进行精炼；
步骤五：合金化
采用高压气枪将铝中间合金颗粒射入到保温炉内的铝熔体中，电磁搅拌10min，然后进行除气处理，静置30min，除气除渣，再静置15min；
步骤六：连铸、电磁震荡结晶
采用功率为30Kw的工频交变电磁场对铝合金熔体产生震荡作用，结晶器使铝合金熔体旋转，同时对结晶器进行加热，使电磁震荡结晶器内铝合金熔体的温度保持在660℃-675℃；
步骤七：水平半液态定向凝固成型法得到铝合金杆
电磁震荡结晶器出口设置可调循环液氨封闭管道冷却器，调节液氮循环流速为0.09L/h，控制液氨(氮)封闭管道冷却器末端到电磁震荡结晶器出口的温度梯度保持200K/mm，使由电磁震荡结晶器处理后的半液态铝合金熔体在冷却器的作用下以4mm/s的凝固速度迅速凝固成铝合金杆外壳，并在前段已凝固铝合金杆的外壳牵引下使电磁震荡结晶器内部半液态铝合金迅速形成固体，得到Φ9.5mm铝合金杆；
步骤八：固溶处理
在线固溶处理时，铝合金杆在燃气高温辐射加热管中升温到530℃，然后以30m/min的速率通过冷却水槽，将合金杆冷却到70℃。
步骤九：连续挤压制成导体
利用Conform挤压机将铝合金杆连续挤压成连续长度的Φ6.0mm的线坯；
步骤十：自然时效处理
将连续长度的Φ6.0mm的线坯在自然环境下放置15h；
步骤十一：冷轧
将Φ6.0mm的线坯冷轧成Φ4mm的铝合金线；
步骤十二：拉制
将冷轧后的铝合金线拉制到直径为3.63mm的圆线；
步骤十三：双时效处理(热处理)
对拉制后的铝合金线立即进行双时效处理；双时效处理时，1级人工时效处理为(175℃-185℃)×16h，2级人工时效处理为(113℃-125℃)×36h。
步骤十四：绞制
将热处理后的2.86mm的超高强度铝合金线绞制，得到超高强度铝合金芯。
根据本发明的示例性实施例，所述超高强度铝合金芯由7根直径为3.63mm的超高强度铝合金线绞制构成；所述超高强度铝合金线的抗拉强度为530Mpa，延伸率为6％，导电率为58％IACS。
外层导体的制造方法包括制造抗拉强度为530MPa、导电率为58％IACS得圆形超高强度铝合金导体，此时，圆形截面铝合金导体的直径为3.63mm。
根据本发明的示例性实施例，某一输电线路，采用JLHA1-630铝合金绞线作为外层导体，其总拉断力为198860N，直径为32.7mm，拉力重量比为11.4，直流电阻为0.0532Ω/km，70℃载流量为974A。采用上述制造的超高强度铝合金芯架空导线(其型号可标注为630)，其总拉断力为333900N，直径为32.7mm，拉力重量比为20.03，直流电阻为0.0472Ω/km，70℃载流量为1118A。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超高强度铝合金芯架空导线，其特征在于，所述超高强度铝合金芯架空导线包括超高强度铝合金芯及外层导体；所述超高强度铝合金芯材料包括按重量百分比的以下成分：硅Si 0.2％-0.6％，铁Fe 0.2％-0.4％，铜Cu 0.5％-1.0％，钪Sc 0.001％-0.5％，锆Zr0.05％-0.8％，镁Mg 0.5％-1.2％，钕Nd 0.001％-0.01％，铌Nb 0.001％-0.005％，铈Ce0.001％-0.1％，镱Yb 0.001％-0.01％，锂Li 0.01％-0.3％，锌Zn 1.0％-3％，硼B0.01％-0.06％，钛Ti 0.02％-0.05％，钒V 0.01％-0.015％，锶Sr 0.001％-0.005％，余量为铝Al；其中，所述超高强度铝合金芯由单根构成或由多根直径为1mm-5.5mm的超高强度铝合金线绞制而成；所述超高强度铝合金线的抗拉强度为480MPa-980Mpa，延伸率为5％-8％，导电率为45％IACS-58％IACS。
2.根据权利要求1所述的超高强度铝合金芯架空导线，其特征在于，所述外层导体由与超高强度铝合金芯相同材质的超高强度铝合金线或者其它热处理型铝合金线绞制而成；其中，超高强度铝合金线的抗拉强度为480MPa-980MPa，导电率为45％IACS-58％IACS，其它热处理型铝合金线的最小抗拉强度为160MPa，导电率为55％IACS-62％IACS。
3.根据权利要求1所述的超高强度铝合金芯架空导线，其特征在于，所述外层导体单线的截面为圆形，所述外层导体单线的直径为1.0mm-5.5mm。
4.根据权利要求1所述的超高强度铝合金芯架空导线，其特征在于，所述外层导体截面为非圆形的异型，所述外层导体单线的截面积为5mm2-25mm2。
5.根据权利要求4所述的超高强度铝合金芯架空导线，其特征在于，异型截面呈Z型、T型、S型或锁扣型。
6.一种超高强度铝合金芯的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
制备铝中间合金锭，其中，按重量百分比，铝硅中间合金锭中Si占5％，铝铁中间合金锭中Fe占20％，铝铜中间合金锭中Cu占20％，铝钪中间合金锭中Sc占20％，铝锆中间合金锭中Zr占10％，铝镁中间合金锭中Mg占10％，铝钕中间合金锭中Nd占10％，铝铌中间合金锭中Nb占10％，铝铈中间合金锭中Ce占10％，铝镱中间合金锭中Yb占10％，铝锂中间合金锭中Li占10％，铝锌中间合金锭中Zn占10％，铝硼中间合金锭中B占2.5％，铝钛中间合金锭中Ti占20％，铝钒中间合金锭中V占20％，铝锶中间合金锭中Sr占10％；并将铝中间合金锭制成重量为20g-50g的铝中间合金颗粒；
按重量百分比对以下成分进行配料：硅Si 0.2％-0.6％，铁Fe 0.2％-0.4％，铜Cu0.5％-1.0％，钪Sc 0.001％-0.5％，锆Zr 0.05％-0.8％，镁Mg 0.5％-1.2％，钕Nd0.001％-0.01％、铌Nb 0.001％-0.005％、铈Ce 0.001％-0.1％，镱Yb 0.001％-0.01％，锂Li 0.01％-0.3％，锌Zn 1.0％-3％，硼B 0.01％-0.06％，钛Ti 0.02％-0.05％，钒V0.01％-0.015％，锶Sr 0.001％-0.005％，余量为Al；以此准备铝锭和铝中间合金颗粒；
将所述铝锭快速熔化，得到铝熔体；
将所述铝熔体流入真空倾动式保温炉中，保温至750℃-790℃，搅拌15min，同时向铝熔体中通入氮气和环保精炼剂进行精炼；
采用高压气枪将铝中间合金颗粒射入到保温炉内的铝熔体中，搅拌10min，然后进行除气处理，静置30min，除气除渣，再静置15min；
利用电磁震荡结晶器，使得铝熔体进行电磁震荡，使铝熔体旋转，以及使得电磁震荡结晶器内铝熔体的温度保持在660℃-675℃；
利用水平半液态定向凝固成型法得到铝合金杆；
对铝合金杆进行固溶处理；
利用挤压机将铝合金杆连续挤压成连续铝合金线坯；
对所述铝合金线坯进行自然时效处理；
将经自然时效处理后的铝合金线坯冷轧成铝合金线；
将冷轧后的铝合金线拉制成单线；
对拉制后的铝合金线进行双时效处理；
将双时效处理后的铝合金线绞制，得到超高强度铝合金芯。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用水平半液态定向凝固成型法得到铝合金杆包括：
在电磁震荡结晶器出口设置可调循环冷却剂封闭管道冷却器，调节冷却剂循环流速为0.05L/h-0.1L/h，控制冷却剂封闭管道冷却器末端到电磁震荡结晶器出口的温度梯度保持在125K/mm-220K/mm，使得由电磁震荡结晶器处理后的半液态铝合金熔体在冷却器的作用下以0.58mm/s-12mm/s的凝固速度迅速凝固成铝合金杆外壳，并在前段已凝固铝合金杆外壳的牵引下使电磁震荡结晶器内部半液态铝合金迅速形成固体，得到铝合金杆。
8.根据权利要求6或者7所述的方法，其特征在于，在线固溶处理时，铝合金杆在燃气高温辐射加热管中升温到480℃-550℃，然后以30m/min的速率通过冷却水槽，将合金杆冷却到60℃-65℃。
9.根据权利要求6或者7所述的方法，其特征在于，自然时效处理时间为12h-24h，以及双时效处理时，1级时效处理温度为175℃-185℃，处理时间为16h；2级时效处理温度为113℃-125℃，处理时间为36h-72h。
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