CN108281213A - 一种铁路用稀土铝合金电缆及导体制备方法 - Google Patents

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Abstract

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稀土铝合金电缆及导体制备方法。所述稀土铝合金电缆中Fe元素含量0.5～1wt％，Cu元素含量0.3～0.5wt％，B元素含量0.01～0.05wt％，Sr元素含量0.01～0.03wt％，稀土元素含量0.01～0.05wt％，Si元素含量小于0.05wt％，余量为Al；其中稀土为镧、铈、钕、钇组成的混合稀土。导体采用水平连铸+连续挤压+多模拉拔技术制备，通过连续挤压剪切变形，细化组织和破碎粗大的金属间化合物，进一步改善了合金的综合性能。本发明为铁路提供了一种电性能、耐蚀性能优良的新型铝合金电缆，导体制备工艺简单，投资小，成本低，生产效率高，适于工业化大规模批量化生产，具有显著的经济效益。

Description

一种铁路用稀土铝合金电缆及导体制备方法
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稀土铝合金电缆及导体的制备方法。
背景技术
铝与铜均具有优良的导电性，相对铜而言铝合金具有更高的比强度，且较小的密度决定其更适宜远距离输电，是铁路电缆轻量化发展的首选导体材料之一，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，难以满足铁路系统对电缆的使用要求。
铝合金中添加适量稀土元素对精炼效果具有促进作用，可以有效细化铸态组织，同时可以与各种杂质元素形成化合物，消除有害杂质的影响，改善夹杂物的形态，净化晶界，提高合金导电性能，形成的金属间化合物作为第二相能增加铝合金强韧性，提高合金力学性能。
发明内容
本发明立足于铁路电缆轻量化的要求，提出了一种铁路用稀土铝合金电缆及导体制备方法。其中，稀土铝合金电缆化学成分及质量百分比：Fe 0.5～1wt％，Cu 0.3～0.5wt％，B0.01～0.05wt％，Sr 0.01～0.03wt％，稀土元素0.01～0.05wt％，Si含量小于0.05wt％，余量为Al；所述稀土为镧、铈、钕、钇组成的混合稀土。
所述铝合金电缆中杂质Cr+Mn+V+Ti元素含量总和小于0.06wt％，其他每种杂质元素的含量小于0.005wt％。
所述铁路用稀土铝合金电缆导体的制备方法，包括以下步骤：
(1)设计铝合金电缆的化学成分，配料、熔炼、精炼，获得所需成分的铝合金熔体；
(2)在水平连铸机上，对铝合金熔体进行水平连铸，获得稀土铝合金圆杆坯；
(3)将水平连铸圆杆进行连续挤压；
(4)将连续挤压棒线进行多模拉拔，获得稀土铝合金导体；
(5)将拉拔稀土铝合金导体进行退火热处理后，绞制成缆。
步骤(1)中，熔炼时，Fe、Cu、B、Sr均采用中间合金加入。
步骤(1)中，精炼后铝合金熔体的温度为700～720℃。
步骤(2)中，所述水平连铸的速度为10mm/s～15mm/s，稀土铝合金圆杆坯直径为Φ10mm～Φ16mm。
步骤(3)中，所述连续挤压温度为450～500℃，挤压轮转速为6r/min～12r/min，挤压比3～15。
步骤(4)中，多模连续冷拔润滑剂的温度为10～35℃，拉拔速度为6～10m/s。
步骤(5)中，铝合金导体的退火温度为350～420℃，保温时间4～8h。
根据步骤1-5所制备的铝合金导体的导电率为61～63.5％IACS，抗拉强度为145～185MPa。
本发明的优点和有益效果为：
1.本发明通过硼和稀土与铝中的有害杂质元素Ti，V，Cr，Mn等发生反应，生成复杂金属化合物，将有害杂质固溶态转变为析出态，净化合金，减少铝导体内部晶格的畸变，提高铝导体的导电性和耐蚀性能；硼、稀土和锶可以细化合金组织，有效控制杂质的形态、尺寸和分布，提高铝导体的强度和韧性，通过连续挤压剪切变形，破碎复杂金属化合物，消除其对导体综合性能影响，本发明生产的铝合金导体具有良好的电性能和耐蚀性能，为铁路提供新型的稀土铝合金电缆。
2.本发明铝合金导体采用水平连铸+连续挤压+多模拉拔技术生产，生产投资小，成本低，节能，适合规模化大批量生产，制造电缆轻质，非常便于运输和安装。
具体实施方式
本发明提出了一种铁路用稀土铝合金电缆及导体制备方法，下面通过实施例对其做进一步说明。
实施例1
一种铁路用稀土铝合金电缆，主要由铁、铜、硼、稀土元素、锶合金元素，铬、锰、钒、钛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：Fe0.6wt％，Cu 0.35wt％，B 0.035wt％，稀土元素0.03wt％，Sr 0.02wt％，Si元素含量小于0.04wt％，余量为Al；杂质Cr+Mn+V+Ti元素含量总和小于0.03％wt％，其他每种杂质元素的含量小于0.003wt％。
按上述设计铝合金电缆的化学成分，经熔炼和精炼后铝合金熔体的温度为710℃，将铝合金熔液水平连铸成Φ16mm圆杆坯水平连铸速度15mm/s；在连续挤压机上，将连铸圆杆坯挤压成Φ4.5mm，挤压温度465℃，挤压轮转速为12r/min，挤压比13；经多模连续冷拔成Φ2.65mm的导体，拉拔润滑剂的温度为15～35℃，拉拔速度为10m/s；将冷拔Φ2.65mm导体进行退火处理，退火温度为375℃，保温6.5h，退火铝合金导体的导电率为63.3％IACS，抗拉强度为155MPa，然后将导体绞制成缆。
实施例2
一种铁路用稀土铝合金电缆，主要由铁、铜、硼、稀土元素、锶合金元素，铬、锰、钒、钛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：Fe0.8wt％，Cu 0.45wt％，B 0.04wt％，稀土元素0.04wt％，Sr 0.02wt％，Si元素含量小于0.04wt％，余量为Al；杂质Cr+Mn+V+Ti元素含量总和小于0.03％wt％，其他每种杂质元素的含量小于0.003wt％。
按上述设计铝合金导体的化学成分，经熔炼和精炼后铝合金熔体的温度为715℃，将铝合金熔液水平连铸成Φ14mm圆杆坯水平连铸速度12mm/s；在连续挤压机上，将连铸圆杆坯挤压成Φ7mm，挤压温度485℃，挤压轮转速为10r/min，挤压比4；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8m/s；将冷拔Φ3mm导体进行退火处理，退火温度为385℃，保温4.5h，退火铝合金导体的导电率为62.1％IACS，抗拉强度为165MPa，然后将导体绞制成缆。
实施例3
一种铁路用稀土铝合金电缆，主要由铁、铜、硼、稀土元素、锶合金元素，铬、锰、钒、钛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：Fe0.95wt％，Cu 0.5wt％，B 0.045wt％，稀土元素0.045wt％，Sr 0.025wt％，Si元素含量小于0.04wt％，余量为Al；杂质Cr+Mn+V+Ti元素含量总和小于0.03％wt％，其他每种杂质元素的含量小于0.003wt％。
按上述设计铝合金导体的化学成分，经熔炼和精炼后铝合金熔体的温度为720℃，将铝合金熔液水平连铸成Φ12mm圆杆坯水平连铸速度10mm/s；在连续挤压机上，将连铸圆杆坯挤压成Φ6.5mm，挤压温度500℃，挤压轮转速为10r/min，挤压比3.5；经多模连续冷拔成Φ3mm的导体，拉拔润滑剂的温度为10～30℃，拉拔速度为6.5m/s；将冷拔Φ3mm导体进行退火处理，退火温度为415℃，保温5h，退火稀土铝合金导体的导电率为61.2％IACS，抗拉强度为175MPa，然后将导体绞制成缆。

Claims (10)

1.一种铁路用稀土铝合金电缆，其特征在于，铝合金电缆化学成分及质量百分比：Fe0.5～1wt％，Cu 0.3～0.5wt％，B 0.01～0.05wt％，Sr 0.01～0.03wt％，稀土元素0.01～0.05wt％，Si含量小于0.05wt％，余量为Al；
其中，所述稀土为镧、铈、钕、钇组成的混合稀土。
2.根据权利要求1所述的铁路用稀土铝合金电缆，其特征在于，所述稀土铝合金电缆中杂质Cr、Mn、V、Ti四种元素含量总和小于0.06wt％，其他每种杂质元素的含量小于0.005wt％。
3.一种铁路用稀土铝合金电缆导体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设计铝合金电缆的化学成分，配料、熔炼、精炼，获得所需成分的铝合金熔体；
(2)在水平连铸机上，对铝合金熔体进行水平连铸，获得稀土铝合金圆杆坯；
(3)将水平连铸圆杆进行连续挤压；
(4)将连续挤压棒线进行多模拉拔，获得稀土铝合金导体；
(5)将拉拔稀土铝合金导体进行退火热处理后，绞制成缆。
4.根据权利要求3所述铁路用稀土铝合金电缆导体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，熔炼时，Fe、Cu、B、Sr均采用中间合金加入。
5.根据权利要求3所述铁路用稀土铝合金电缆导体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，精炼后铝合金熔体的温度为700～720℃。
6.根据权利要求3所述铁路用稀土铝合金电缆的导体制备方法，其特征在于，步骤(2)中，水平连铸的速度为10mm/s～15mm/s，稀土铝合金圆杆坯直径为Φ10mm～Φ16mm。
7.根据权利要求3所述铁路用稀土铝合金电缆导体的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述连续挤压温度为450～500℃，挤压轮转速为6r/min～12r/min，挤压比3～15。
8.根据权利要求3所述铁路用稀土铝合金电缆导体的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，多模连续冷拔润滑剂的温度为10～35℃，拉拔速度为6～10m/s。
9.根据权利要求3所述铁路用稀土铝合金电缆导体的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，铝合金导体的退火温度为350～420℃，保温时间4～8h。
10.根据权利要求3-9所述铁路用稀土铝合金电缆导体的制备方法得到的铝合金导体，其特征在于，导体的导电率为61～63.5％IACS，抗拉强度为145～185MPa。
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