CN108231238B - 一种铁路用铝合金电缆及其制备方法 - Google Patents

一种铁路用铝合金电缆及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铁路用铝合金电缆及其制备方法，属于铝合金材料制备、有色金属导体加工成形及电缆制造技术领域。所述铝合金电缆主要由铝、铁、铜、钪、锶和硼以及不可避免的杂质元素组成。采用连铸连轧+连续多模拉拔技术制备导体，将纯度不低于99.9％的铝锭熔化，首先向熔体中加入Al‑B中间合金硼化处理后，进行一次精炼，并加入铁、铜、钪、锶中间合金，合金元素完全熔化、搅拌、二次精炼后，连铸连轧成铝合金棒材，采用多模拉拔成线材，经退火处理后，绞制成缆。铝合金电缆导体的导电率大于61.2％IACS，抗拉强度大于130MPa。

Description

一种铁路用铝合金电缆及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金材料制备、有色金属导体加工成形及电缆制造技术领域，具体涉及一种铁路用铝合金电缆及其制备方法。
背景技术
我国铜资源匮乏，铜原材料主要依赖进口，线缆工业用铜量巨大，铜价长期保持高位，高昂的价格和巨大的用量给我国电缆工业带来很大负担。铝与铜均具有优良的导电性，由于铝价格相对于铜更为低廉，资源丰富。作为电缆材料，以铝代铜，开发高性能铝合金导体，有助于缓解当前铜资源紧张的局面，提高电缆输送能力。铁路电缆轻量化的要求，为以铝代铜提供了新的契机，但目前的电工铝强度低，抗蠕变性差、伸长率低、柔韧性差，连接处易松动，造成接触电阻增大，使用过程会产生安全隐患，难以满足铁路对电缆的要求。
发明内容
本发明立足于铁路电缆轻量化的要求，提出了一种铁路用铝合金电缆及其制备方法，本发明生产的铝合金导体成本低、导电性能好、接触电阻小，制造电缆轻，非常便于运输和安装。
本发明一种铝合金电缆化学成分及质量百分比：Fe 0.5～1.2，Cu 0.1～0.5,B0.01～0.08，Sc 0.01～0.05，Sr 0.01～0.03，Si小于0.05，所述铝合金电缆中杂质Cr+Mn+V+Ti元素含量总和小于0.08wt％，其他每种杂质元素的含量小于0.01wt％；其余为铝；
所述的铁路用铝合金电缆制备方法，包括以下步骤:
(1)按照铝合金导体设计化学成分，将纯度大于99.9％的纯铝锭熔化，加入Al-B中间合金，搅拌除杂质后，通入氩气对铝液进行第一次精炼，然后加入铜、铁、钪、锶的中间合金，待中间合金完全熔化后，进行搅拌和二次精炼。
(2)将铝合金熔体连铸，并进行连轧，获得9.5mm左右的铝合金棒材；
(3)在多模拉拔机上对轧制棒材进行多道次拉拔，获得铝合金导体；
(4)将拉拔铝合金导体进行退火热处理，然后绞制成缆。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(1)中铝熔体温度为700～750℃时加入Al-B中间合金；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(1)中所述精炼用氩气的纯度大于99.995％，第一次精炼后铝熔体温度为740～780℃时加入铜、铁、钪、锶的中间合金，二次精炼后铝合金熔体的温度为720～750℃；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(2)中所述连铸浇注温度为700～720℃；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(2)中所述连轧初轧温度为500～540℃，终轧温度为300～350℃；
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(3)中多模连续冷拔润滑剂的温度为10～35℃；拉拔速度为10～15m/s。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(4)中铝合金导体的退火温度为330～380℃；保温时间2～5h。
一种优选的技术方案，其特征在于：所述步骤(4)中铝合金导体的导电率为61.2～63.5％IACS，抗拉强度为130～155MPa。
本发明的优点和有益效果为：
本发明通过硼、钪、锶的微合金化，净化合金、细化组织，有效控制杂质的形态、尺寸和分布，使得铝合金具有高导率、高强度和良好的韧性，为铁路提供了新型铝合金电缆。
本发明铝合金导体采用连铸连轧和多模连续拉拔技术制备，无需中间热处理，易于实现连续化、自动化生产，生产效率高，成本低，具有显著经济效益意义。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种铁路用铝合金电缆主要由Fe、Cu、B、Sc、Sr合金元素，Cr、Mn、V、Ti杂质元素和其他不可避免的杂质元素及基体铝组成。合金元素质量百分比为：0.55％Fe,0.2％Cu,0.04％B，0.03％Sc，0.02％Sr，Si元素含量小于0.05％，杂质Cr+Mn+V+Ti元素含量总和小于0.08wt％，其他每种杂质元素的含量小于0.01wt％；其余为铝。
按上述设计的铝合金电缆导体化学成分及质量百分比，将纯度大于99.9％的铝锭熔化，控制铝熔体温度为720℃时加入Al-B中间合金，搅拌除杂质后，通入纯度为99.995％氩气对铝液进行第一次精炼，将铝熔体温度控制到750℃，加入Al-Cu、Al-Fe、Al-Sc、Al-Sr中间合金，待合金元素完全熔化后进行二次精炼，控制铝合金熔体温度为730℃；取样快速成分分析，并调整化学成分至设计值，静置后，将铝合金液体浇入连铸机的结晶轮，浇注温度为710℃；连轧铸坯，初轧温度为510℃，终轧温度为320℃，轧制成Φ9.5mm的棒材，经多模连续冷拔成Φ2.5mm的导体，拉拔润滑剂的温度为10～25℃，拉拔速度为14m/s；将冷拔Φ2.5mm导体进行退火处理，退火温度为350℃，保温2.5h，退火铝合金导体的导电率为63％IACS，抗拉强度为138MPa，然后将导体绞制成缆。
实施例2
一种铁路用铝合金电缆主要由Fe、Cu、B、Sc、Sr合金元素，Cr、Mn、V、Ti杂质元素和其他不可避免的杂质元素及基体铝组成。合金元素质量百分比为：0.8％Fe,0.35％Cu,0.05％B，0.04％Sc，0.02％Sr，Si元素含量小于0.03％，杂质Cr+Mn+V+Ti元素含量总和小于0.03％，其他每种杂质元素的含量小0.005wt％；其余为铝。
按上述设计的铝合金电缆导体化学成分，将纯度大于99.9％的铝锭熔化，控制铝熔体温度为735℃时加入Al-B中间合金，搅拌除杂质后，通入纯度为99.995％氩气对铝液进行第一次精炼，将铝熔体温度控制到760℃，加入Al-Cu、Al-Fe、Al-Sc、Al-Sr中间合金，待合金元素完全熔化后进行二次精炼，控制铝合金熔体温度为740℃；取样快速成分分析，并调整化学成分至设计值，静置后，将铝合金液体浇入连铸机的结晶轮，浇注温度为715℃；连轧铸坯，初轧温度为520℃，终轧温度为340℃，轧制成Φ9.5mm的棒材，经多模连续冷拔成Φ3mm的导体，拉拔润滑剂的温度为15～35℃，拉拔速度为13m/s；将冷拔Φ3mm导体进行退火处理，退火温度为365℃，保温3h，退火铝合金导体的导电率为62.3％IACS，抗拉强度为142MPa，然后将导体绞制成缆。
实施例3
一种铁路用铝合金电缆主要由Fe、Cu、B、Sc、Sr合金元素，Cr、Mn、V、Ti杂质元素和其他不可避免的杂质元素及基体铝组成。合金元素质量百分比为：1％Fe,0.48％Cu,0.065％B，0.045％Sc，0.025％Sr，Si元素含量小于0.03％，杂质Cr+Mn+V+Ti元素含量总和小于0.03％，其他每种杂质元素的含量小于0.005wt％；其余为铝。
按上述设计铝合金电缆导体的化学成分，将纯度大于99.9％的铝锭熔化，控制铝熔体温度为735℃时加入Al-B中间合金，搅拌除杂质后，通入纯度为99.995％氩气对铝液进行第一次精炼，将铝熔体温度控制到760℃，加入Al-Cu、Al-Fe、Al-Sc、Al-Sr中间合金，待合金元素完全熔化后进行二次精炼，控制铝合金熔体温度为740℃；取样快速成分分析，并调整化学成分至设计值，静置后，将铝合金液体浇入连铸机的结晶轮，浇注温度为715℃；连轧铸坯，初轧温度为520℃，终轧温度为350℃，轧制成Φ9.5mm的棒材，经多模连续冷拔成Φ3.5mm的导体，拉拔润滑剂的温度为10～30℃，拉拔速度为10m/s；将冷拔Φ3.5mm导体在进行退火处理，退火温度为375℃，保温3.5h，退火铝合金导体的导电率为61.5％IACS，抗拉强度为150MPa，然后将导体绞制成缆。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种铁路用铝合金电缆的制备方法，所述铝合金电缆的化学成分及质量百分比：Fe0.5～1.2，Cu 0.1～0.5,B 0.01～0.08，Sc 0.01～0.05，Sr 0.01～0.03，Si小于0.05，杂质Cr、Mn、V、Ti总和小于0.08，其他杂质每种元素小于0.01；其余为铝；
所述铝合金电缆的制备方法包括以下步骤:
(1)按照铝合金电缆的化学成分及质量百分比，将铝锭熔化，加入Al-B中间合金，除杂质后，通入氩气进行一次精炼，然后加入铜、铁、钪、锶的中间合金，待中间合金熔化后，进行二次精炼，得到铝合金熔体；所述一次精炼后，铝熔体温度为740～780℃时加入铜、铁、钪、锶中间合金，二次精炼后铝合金熔体温度为720～750℃；
(2)将铝合金熔体连铸，连轧，获得铝合金棒材；
(3)将步骤(2)所得铝合金棒材进行多道次拉拔，获得铝合金导体线；
(4)将步骤(3)所得铝合金导体线进行退火处理，然后绞制成电缆；
步骤(1)中所述铝锭纯度大于99.9％，所述铝熔体温度为700～750℃时加入Al-B中间合金，所述精炼用氩气的纯度大于99.995％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述连铸浇注温度为700～720℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述连轧的初轧温度为500～540℃，终轧温度为300～350℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述铝合金棒材的直径为9.5mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述多道次拉拔为多模连续冷拔，同时使用润滑剂，所述润滑剂的温度为10～35℃，拉拔速度为10～15m/s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述铝合金导体线的退火温度为330～380℃，保温时间2～5h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述铝合金导体线的导电率为61.2～63.5％IACS，抗拉强度为130～155MPa。
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