CN108315602A - 一种铁路用稀土铝合金电缆导体及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电缆制造技术领域，特别涉及一种铁路用稀土铝合金电缆导体及制备方法。该铝合金电缆导体中各组分质量百分数为：Fe 0.8～1.2wt％，Cu 0.3～0.8wt％，Zn 0.05～0.1wt％，Zr 0.01～0.05wt％，B 0.01～0.05wt％，Ca 0.02～0.05wt％，稀土0.05～0.1wt％，Si含量小于0.05wt％，余量为Al；其中稀土为镧、镨、铈、钕、钪、钇组成的混合稀土；杂质元素Cr、Mn、V、Ti含量总和小于0.05wt％，其他杂质元素含量均小于0.005wt％。本发明提供的稀土铝合金导体具有优异的电性能、耐寒热、耐蚀和耐磨性能。

Description

一种铁路用稀土铝合金电缆导体及制备方法
技术领域
本发明属于电缆制造技术领域，特别涉及一种铁路用稀土铝合金电缆导体及制备方法。
背景技术
随着铁路系统的快速发展，电缆导体材料要求具有轻质、耐寒热、耐蚀、耐磨、高导电率等综合优异性能。铜合金电缆比重大，难以满足敷设线路长，施工难度大的要求，而且我国铜资源匮乏，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了很大的负担。
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，但目前的电工铝强度低，耐寒热、耐蚀、耐磨、抗蠕变性能较差，存在安全隐患，难以满足铁路对电缆的要求。
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，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
本发明的目的在于提供一种铁路用稀土铝合金电缆导体及制备方法，具体技术方案如下：
一种铁路用稀土铝合金电缆导体，所述稀土铝合金电缆导体含有以下化学成分及质量百分比：Fe 0.8～1.2％，Cu 0.3～0.8％，Zn 0.05～0.1％，Zr 0.01～0.05％，B 0.01～0.05％，Ca 0.02～0.05％，稀土0.05～0.1％，Si含量小于0.05％，余量为Al。
所述稀土为镧、镨、铈、钕、钪、钇组成的混合稀土。
所述稀土铝合金电缆导体中杂质元素Cr、Mn、V、Ti含量总和小于0.05wt％，其他每种杂质元素含量均小于0.005wt％。
本发明采用硼、钙、稀土元素的复合微合金，与Ti，V，Cr，Mn等有害杂质形成金属化合物，能够消除有害杂质元素，净化合金熔体，减少杂质元素在铝基体中的固溶，提高晶界的洁净度，减少铝导体内部晶格的畸变和电位差，减少电子被散射的概率，提高铝导体的导电性、耐蚀性能；硼、稀土和钙还能细化合金组织，有效控制杂质的形态、尺寸和分布，提高铝导体的强度、韧性和耐磨性。
采用锆、钪和钇元素复合微合金，可以细化晶粒，显著提高铝合金再结晶温度和耐寒热性能。
所述稀土铝合金电缆导体的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照铝合金电缆导体设计化学成分，经配料、熔炼、精炼后，浇成铸锭，得到铝合金铸锭；
(2)对铝合金铸锭均匀化处理后进行热挤压，得到挤压棒材；
(3)在连续挤压机上对挤压棒材进行二次挤压，得到二次挤压棒线材；
(4)将二次挤压所得棒线材在拉拔机上进行拉拔，得到稀土铝合金导体；
(5)将拉拔所得稀土铝合金导体进行退火热处理；
上述方法所得稀土铝合金导体经过绞制，并在外部包裹绝缘保护层，制成电缆。
步骤(1)中所述铸锭浇注温度为725℃。
步骤(2)中所述挤压温度为480～540℃，挤压比100～200。
步骤(3)中所述二次挤压的温度为300～350℃，挤压轮转速为5r/min～10r/min，挤压比5～15。
步骤(4)中所述拉拔使用多模拉拔机进行，同时使用润滑剂，润滑剂的温度为10～35℃，拉拔速度为6～10m/s。
步骤(5)中所述退火热处理的温度为370～450℃，保温时间4～8h。
制备得到的稀土铝合金电缆导体的导电率为58.5～62.3％IACS，抗拉强度为180～225MPa。
本发明的有益效果为：
(1)本发明生产的稀土铝合金导体具有优异的电性能、耐寒热、耐蚀和耐磨性能，合金的强度、韧性、导电性能也得到有效提升，是一种可用于铁路的安全、可靠新型铝合金电缆；
(2)本发明通过大挤压比变形和连续挤压剪切变形，破碎粗大第二相，消除其对导体综合性能影响；制备工艺简单高效，有利于工业化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种铁路用稀土铝合金电缆导体及制备方法，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种铁路用耐寒热、耐蚀、耐磨稀土铝合金电缆导体主要由铁、铜、锌、锆、硼、稀土、钙合金元素，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。稀土铝合金电缆导体中各元素质量百分比为：铁0.85％，铜0.45％，锌0.08％，锆0.02％，硼0.015％，镧、镨、铈、钕、钪、钇组成的混合稀土0.06％，钙0.03％，硅元素含量小于0.05wt％，杂质：铬+锰+钒+钛元素含量总和小于0.02wt％，其他每种杂质元素含量均小于0.002wt％，余量为Al。
按照如下工艺流程制备稀土铝合金电缆：
(1)按上述设计化学成分配料、熔炼、精炼后，然后在浇注温度725℃下浇成铸锭；
(2)对铸锭均匀化处理，均匀化温度为520℃，保温时间16h；将均匀化铸锭热挤压成Φ14mm棒材，挤压温度为500℃，挤压比为150；
(3)在连续挤压机上将Φ14mm棒材二次挤压成Φ4mm线材，挤压温度320℃，挤压轮转速为9r/min，挤压比13；
(4)在多模拉拔机上将二次挤压所得Φ4mm线材拉制成Φ1.6mm的导体，多模拉拔机连续冷拔使用的润滑剂温度为15～35℃，拉拔速度为9.5m/s；
(5)将冷拔所得Φ1.6mm导体进行退火处理，退火温度为390℃，保温4.5h；退火后所得稀土铝合金电缆导体性能为：导电率62.1％IACS，抗拉强度195MPa；
上述方法所得稀土铝合金导体经过绞制，并在外部包裹绝缘保护层，制成电缆。
实施例2
一种铁路用耐寒热、耐蚀、耐磨稀土铝合金电缆导体主要铁、铜、锌、锆、硼、稀土、钙合金元素，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。稀土铝合金电缆导体中各元素质量百分比为：铁1.05％，铜0.65％，锌0.085％，锆0.04％，硼0.035％，镧、镨、铈、钕、钪、钇组成的混合稀土0.08％，钙0.04％，硅元素含量小于0.03wt％，杂质：铬+锰+钒+钛元素含量总和小于0.02wt％，其他每种杂质元素含量均小于0.002wt％，余量为Al。
按照如下工艺流程制备稀土铝合金电缆：
(1)按上述设计化学成分配料、熔炼、精炼，然后在浇注温度725℃下浇成铸锭；
(2)对铸锭均匀化处理，均匀化温度为525℃，保温时间20h；将均匀化铸锭热挤压成Φ16mm棒材，挤压温度为510℃，挤压比为120；
(3)在连续挤压机上将Φ16mm棒材二次挤压成Φ6mm线材，挤压温度335℃，挤压轮转速为7r/min，挤压比7.5；
(4)在多模拉拔机上将二次挤压所得Φ6mm线材拉制成Φ2.5mm的导体，多模拉拔机连续冷拔使用的润滑剂温度为10～30℃，拉拔速度为7.5m/s；
(5)将冷拔所得Φ2.5mm导体进行退火处理，退火温度为410℃，保温5h；退火后所得稀土铝合金电缆导体性能为：导电率61.3％IACS，抗拉强度205MPa；
上述方法所得稀土铝合金导体经过绞制，并在外部包裹绝缘保护层，制成电缆。
实施例3
一种铁路用耐寒热、耐蚀、耐磨稀土铝合金电缆导体主要铁、铜、锌、锆、硼、稀土、钙合金元素，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。稀土铝合金电缆导体中各元素质量百分比为：铁1.15％，铜0.8％，锌0.09％，锆0.045％，硼0.045％，镧、镨、铈、钕、钪、钇组成的混合稀土0.1％，钙0.045％，硅元素含量小于0.03wt％，杂质：铬+锰+钒+钛元素含量总和小于0.02wt％，其他每种杂质元素含量均小于0.002wt％，余量为Al。
按照如下工艺流程制备稀土铝合金电缆：
(1)按上述设计化学成分配料、熔炼、精炼，然后在浇注温度725℃下浇成铸锭；
(2)对铸锭进行均匀化处理，均匀化温度为535℃，保温时间24h；将均匀化铸锭热挤压成Φ18mm棒材，挤压温度为525℃，挤压比为100；
(3)在连续挤压机上将Φ18mm棒材二次挤压成Φ8mm线材，挤压温度345℃，挤压轮转速为6r/min，挤压比5.5；
(4)在多模拉拔机上将二次挤压所得Φ8mm线材拉制成Φ3.5mm的导体，多模拉拔机连续冷拔使用的润滑剂温度为10～30℃，拉拔速度为6.5m/s；
(5)将冷拔所得Φ3.5mm导体进行退火处理，退火温度为425℃，保温5.5h；退火后所得稀土铝合金电缆导体性能为：导电率59.1％IACS，抗拉强度为225MPa；
上述方法所得稀土铝合金导体经过绞制，并在外部包裹绝缘保护层，制成电缆。

Claims (9)

1.一种铁路用稀土铝合金电缆导体，其特征在于，所述稀土铝合金电缆导体含有以下化学成分及质量百分比：Fe 0.8～1.2％，Cu 0.3～0.8％，Zn 0.05～0.1％，Zr 0.01～0.05％，B 0.01～0.05％，Ca 0.02～0.05％，稀土0.05～0.1％，Si含量小于0.05％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的稀土铝合金电缆导体，其特征在于，所述稀土为镧、镨、铈、钕、钪、钇组成的混合稀土。
3.根据权利要求1所述的稀土铝合金电缆导体，其特征在于，所述稀土铝合金电缆导体中杂质元素Cr、Mn、V、Ti含量总和小于0.05wt％，其他杂质元素含量每种均小于0.005wt％。
4.权利要求1～3任一项所述稀土铝合金电缆导体的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)按照铝合金电缆导体设计化学成分，熔炼浇注，得到铝合金铸锭；
(2)对铝合金铸锭均匀化处理后进行热挤压，得到挤压棒材；
(3)在连续挤压机上对挤压棒材进行二次挤压，得到二次挤压棒线材；
(4)将二次挤压所得线材在拉拔机上进行拉拔，得到稀土铝合金导体；
(5)将拉拔所得稀土铝合金导体进行退火处理。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述浇注温度为725℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述挤压温度为480～540℃，挤压比100～200。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述二次挤压的温度为300～350℃，挤压轮转速为5r/min～10r/min，挤压比5～15。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述拉拔使用多模拉拔机进行，同时使用润滑剂，润滑剂的温度为10～35℃，拉拔速度为6～10m/s。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述退火的温度为370～450℃，保温时间4～8h。
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