CN108588555B - 一种架空导线用合金钢、合金钢制备方法及架空导线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种架空导线用合金钢、合金钢制备方法及架空导线，所述合金钢包括按重量百分数计的以下组分：C：0.1～0.25wt％，Si：0.08～0.15wt％，Mn：0.2～0.3wt％，P≦0.03wt％，S≦0.025wt％，Ni：32～36wt％，Cr：0.5～0.7wt％，V：0.8～1.3wt％，Be：0.4～0.6wt％，余量为Fe和不可避免的微量杂质。本发明通过改变合金钢材料的配比，细化了晶粒，提高了合金钢的强度和韧性，降低了成本，本发明提供的合金钢抗拉强度≥1500MPa，伸长率≥1.2％，(20～200℃)膨胀系数≤3.8×10‑6/℃。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金钢，具体涉及一种架空导线用合金钢、合金钢制备方法及架空导线。
背景技术
现代经济的飞速发展加速了电力工业的发展，也大大推动了输电线路的技术进步。架空输电导线作为输送电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。为了安全可靠的多送电力，各国科技工作者不断的努力寻求理想的架空输电线路用导线，以取代传统的各种导线。为此，各类特种导线应运而生，例如，具有防腐性能的铝包钢芯绞线；高强度的钢芯铝合金绞线、全铝合金绞线、铝包钢芯铝合金绞线等；高耐热性能和输送容量的各种耐热铝合金导线和低驰度导线殷钢芯导线等。
为了提高导体的输送容量，可以从两个方面考虑，一是加大导体的截面积，二是提高导体的工作温度。通过加大导体截面积或增加导线根数的方法进行增容改造，增加了导体的重量和风荷载，特别是导线张力的增加，使杆塔的重量增加很多，无法利用旧有线路，需更换或改造原有铁塔，拆除旧有线路重新建设；虽然可以通过提高导体的工作温度来增加载流量，但是由于钢芯铝绞线采用普通钢芯，其热膨胀系数高，弧垂大，无法在高温下长期运行，钢芯铝绞线的容许工作温度受到限制，因此用这一方法来提高载流量也是很有限的。
高耐热性能和输送容量的耐热铝合金导线和低驰度导线殷钢芯导线，能够长期在高温下运行，具有“同径同弧倍容”的特性，可充分利用原有线路路径和杆塔资源，节约空间和土地资源，通过更换输电导线即可实现输电容量增加一倍以上，能够确保线路用电高峰期间电力的安全传输，但是强度低，成本价格较高以及生产制备工艺技术不成熟，严重制约了此类导线的推广与应用。
发明内容
本发明提供一种架空导线用合金钢、合金钢制备方法及架空导线，其目的是通过改变合金钢材料的配比，细化了晶粒，提高了合金钢的强度和韧性，降低了成本，由此生产出的合金钢抗拉强度≥1500MPa，伸长率≥1.2％，(20～200℃)膨胀系数≤3.8×10-6/℃。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种架空导线用合金钢，其特征在于，所述合金钢按重量百分数计包含以下组分：C：0.1～0.25wt％，Si：0.08～0.15wt％，Mn：0.2～0.3wt％，P≦0.03wt％，S≦0.025wt％，Ni：32～36wt％，Cr：0.5～0.7wt％，V：0.8～1.3wt％，Be：0.4～0.6wt％，余量为Fe和不可避免的微量杂质。
优选的，合金钢按重量百分数计包含以下组分：C：0.2～0.25wt％，Si：0.08～0.1wt％，Mn：0.2～0.25wt％，P≦0.01wt％，S≦0.01wt％，Ni:35～36wt％，Cr：0.6～0.7wt％，V：0.8～1.0wt％，Be：0.5～0.6wt％。
优选的，合金钢按重量百分数计包含以下组分：C：0.25wt％，Si：0.08wt％，Mn：0.2wt％，P：0.01wt％，S：0.01wt％，Ni:35wt％，Cr：0.7wt％，V：1.0wt％，Be：0.6wt％。
进一步的，一种架空导线用合金钢的制备方法，包括先后下述步骤：
(1)真空全部熔化冶炼原料，
(2)电渣精炼：在1450℃～1680℃精炼0.5h～1.5h，
(3)制备钢坯：进行电渣重熔，包括装炉、引弧造渣、冶炼、补缩和冷却处理得钢坯锭，
(4)高温锻造：始锻温度1150～1200℃，终锻温度≥900℃，
(5)热轧成型：热轧温度1100～1150℃，
(6)退火处理：在氩气保护下进行退火1～3h，退火温度900～1000℃，
(7)拉拔处理：氩气保护条件下进行拉拔处理。
优选的，预先将所有原料干燥处理，镍板去氢退火后再进行所述步骤(1)真空熔化冶炼原料。
优选的，将钢坯锭高温锻造成250×250×1450mm规格，作为优选热轧成φ9mm盘圆。
优选的，预先将盘圆在空气中冷却并去掉氧化层后，再进行所述步骤(6)的退火处理。
优选的，拉拔处理包括先后冷拉拔至φ6.0mm后再于600～780℃下热处理后冷拉拔至φ2.5～3.5mm。优选的，所述热处理在600～780℃的热处理时间为2～5h。
进一步的，用本发明的合金钢材料制成的架空导线，是由加强芯线和导线外层绞制而成，其中加强芯线是由本发明的合金钢包覆铝制得，而导线外层由含按重量百分数计的下述组份的合金线制成：
B：0.002～0.03wt％，Sn：0.02～0.10wt％，Zr：0.018～0.030wt％，Si：0.001～0.06wt％，Fe：0.001～0.15wt％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.01wt％，余量为铝和不可避免的杂质。
优选的，导线外层由含按重量百分数计的下述组份的合金线制成：
B：0.03wt％，Sn：0.10wt％，Zr：0.020wt％，Si：0.05wt％，Fe：0.008wt％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.01wt％。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1.本发明通过改变合金钢材料的配比，细化了晶粒，提高了合金钢的强度和韧性，降低了成本。
2.通过优化制备加工工艺，在保证材料性能的前提下，降低了成本，由此生产出的合金钢抗拉强度≥1500MPa，伸长率≥1.2％，(20～200℃)膨胀系数≤3.8×10-6/℃。
3、架空导线外层合金线允许长期运行温度为150℃，并且具有高强度、低弧垂和良好的耐腐蚀性能和抗疲劳性能，延长了导线的使用寿命。
4、架空导线用耐热合金单丝材料的导电率≥61.2％IACS(20℃)，抗拉强度≥165MPa(直径：3.5～3.99mm)，延伸率＞2.0％，于230℃下加热1h后强度残余率大于90％。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，对本发明的技术方案进行清楚完整的描述，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例的启发下，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下对本发明提供的实施例进行种种变更或修改，均属于申请待批的本发明的保护范围。
实施例1
一种架空导线用合金钢，按重量百分数计包含以下组分：C：0.1wt％，Si：0.08wt％，Mn：0.25wt％，P：0.03wt％，S：0.01wt％，Ni：36wt％，Cr：0.7wt％，V：1.3wt％，Be：0.4wt％，余量为Fe和不可避免的微量杂质。
上述合金钢的制备和加工工艺，包括如下步骤：
(1)原料准备：镍板去氢退火、所有原材料干燥处理；
(2)真空冶炼：铁熔化后加入其它合金元素，将其全部熔化；
(3)电渣精炼：在1450℃下精炼0.5h后，浇注成电渣锭；
(4)制备钢坯：进行电渣重熔，经过装炉、引弧造渣、冶炼、补缩、冷却得钢坯锭；
(5)高温锻造：始锻温度1150℃，终锻温度900℃；
(6)热轧：在1100℃下把方坯热轧成φ9mm盘圆；
(7)退火：在氩气保护下进行退火1h，退火温度1000℃，
(8)拉拔处理：经过6道次冷拉拔至φ6.0mm；680℃度进行5h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ2.8mm。
实施例2
一种架空导线用合金钢，按重量百分数计包含以下组分：C：0.2wt％，Si：0.1wt％，Mn：0.2wt％，P：0.01wt％，S：0.025wt％，Ni：32wt％，Cr：0.5wt％，V：1.0wt％，Be：0.6wt％，余量为Fe和不可避免的微量杂质。
上述合金钢的制备和加工工艺，包括如下步骤：
(1)原料准备：镍板去氢退火、所有原材料干燥处理；
(2)真空冶炼：铁熔化后加入其它合金元素，将其全部熔化；
(3)电渣精炼：在1450℃精炼1h，浇注成电渣锭；
(4)制备钢坯：进行电渣重熔，经过装炉、引弧造渣、冶炼、补缩、冷却得钢坯锭；
(5)高温锻造：始锻温度1200℃，终锻温度950℃；
(6)热轧：在1120℃下把方坯热轧成φ9mm盘圆；
(7)退火：在氩气保护下进行退火2h，退火温度950℃，
(8)拉拔处理：经过6道次冷拉拔至φ6.0mm；730℃度进行3h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ3.0mm。
实施例3
一种架空导线用合金钢，按重量百分数计包含以下组分：C：0.25wt％，Si：0.15wt％，Mn：0.3wt％，P：0.03wt％，S：0.025wt％，Ni：35wt％，Cr：0.6wt％，V：0.8wt％，Be：0.5wt％，余量为Fe和不可避免的微量杂质。
上述合金钢的制备和加工工艺，包括如下步骤：
(1)原料准备：镍板去氢退火、所有原材料干燥处理；
(2)真空冶炼：铁熔化后加入其它合金元素，将其全部熔化；
(3)电渣精炼：在1450℃精炼1.5h，浇注成电渣锭；
(4)制备钢坯：进行电渣重熔，经过装炉、引弧造渣、冶炼、补缩、冷却得钢坯锭；
(5)高温锻造：始锻温度1170℃，终锻温度930℃；
(6)热轧：在1150℃下把方坯热轧成φ9mm盘圆；
(7)退火：在氩气保护下进行退火3h，退火温度900℃，
(8)拉拔处理：经过6道次冷拉拔至φ6.0mm；780℃度进行2h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ3.5mm。
将上述实施例1-3制成的合金钢进行性能测试，数据如表1.
表1：合金钢性能检测结果
由表1可以看出，实施例1-3所制备的合金钢具有优异的性能，抗拉强度≥1500MPa，伸长率≥1.2％，(20～200℃)膨胀系数≤3.8×10-6/℃。
实施例4
一种用本发明的合金钢材料制成的架空导线，是由加强芯线和导线外层绞制而成，其中加强芯线是由本发明的合金钢包覆铝制得，而导线外层由含按按重量百分数计的下述组份的合金线制成：B：0.002wt％，Sn：0.10wt％，Zr：0.018wt％，Si：0.06wt％，Fe：0.001wt％，(V+Ti+Cr+Mn)：0.003wt％，余量为铝和不可避免的杂质。
该架空导线外层合金线允许连续运行的最高温度可达150℃，合金单丝材料的导电率≥63.4％IACS(20℃)，抗拉强度165MPa(直径：3.5～3.99mm)，延伸率2.1％。
上述导线外层合金线的制备和加工工艺，包括如下步骤：
(1)按照上述组分在730℃进行冶炼；
(2)用精炼剂进行精炼，静置后扒渣；
(3)700℃浇铸后获得合金锭；
(4)530℃轧制后获得合金圆杆；
(5)经过拉拔后获得铝合金线。
实施例5
一种用本发明的合金钢材料制成的架空导线，是由加强芯线和导线外层绞制而成，其中加强芯线是由本发明的合金钢包覆铝制得，而导线外层由含按重量百分数计的下述组份的合金线制成：B：:0.03wt％，Sn：0.02wt％，Zr：0.030wt％，Si：0.001wt％，Fe：0.15wt％，(V+Ti+Cr+Mn)：0.01wt％，余量为铝和不可避免的杂质。
该架空导线外层合金线允许连续运行的最高温度可达158℃，合金单丝材料的导电率≥61.2％IACS(20℃)，抗拉强度170MPa(直径：3.5～3.99mm)，延伸率2.5％。
上述导线外层合金线的制备和加工工艺，包括如下步骤：
(1)按照上述组分在740℃进行冶炼；
(2)用精炼剂进行精炼，静置后扒渣；
(3)720℃浇铸后获得合金锭；
(4)510℃轧制后获得合金圆杆；
(5)经过拉拔后获得铝合金线。
实施例6
一种用本发明的合金钢材料制成的架空导线，是由加强芯线和导线外层绞制而成，其中加强芯线是由本发明的合金钢包覆铝制得，而导线外层由含按重量百分数计的下述组份的合金线制成：0.03wt％，Sn：0.10wt％，Zr：0.020wt％，Si：0.05wt％，Fe：0.008wt％，(V+Ti+Cr+Mn)：0.006wt％，余量为铝和不可避免的杂质。
该架空导线外层合金线允许连续运行的最高温度可达165℃，合金单丝材料的导电率62.8％IACS(20℃)，抗拉强度175MPa(直径：3.5～3.99mm)，延伸率2.3％。
上述导线外层合金线的制备和加工工艺，包括如下步骤：
(1)按照上述组分在750℃进行冶炼；
(2)用精炼剂进行精炼，静置后扒渣；
(3)710℃浇铸后获得合金锭；
(4)520℃轧制后获得合金圆杆；
(5)经过拉拔后获得铝合金线。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者同等替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者同等替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种架空导线用合金钢，其特征在于，所述合金钢包括按重量百分数计的以下组分：
所述合金钢包括按重量百分数计的以下组分：C：0.25wt％，Si：0.08wt％，Mn：0.2wt％，P：0.01wt％，S：0.01wt％，Ni:35wt％，Cr：0.7wt％，V：1.0wt％，Be：0.6wt％；
所述合金钢的抗拉强度≥1500MPa，伸长率≥1.2％，20～200℃下膨胀系数≤3.8×10-6/℃。
2.一种权利要求1所述的架空导线用合金钢的制备方法，其特征在于，所述合金钢的制备方法包括以下步骤：
(1)真空熔炼原料；
(2)电渣精炼：在1450℃～1680℃精炼0.5h～1.5h制得电渣锭；
(3)制备钢坯：进行电渣重熔，包括装炉、引弧造渣、冶炼、补缩和冷却处理；
(4)锻造：始锻温度1150-1200℃，终锻温度≥900℃；
(5)热轧：热轧温度1100～1150℃；
(6)退火：在氩气保护下进行退火1-3h，退火温度900-1000℃；
(7)拉拔处理：氩气保护条件下进行拉拔处理。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述熔炼前对所述原料的预处理包括：干燥和镍板去氢退火。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，预先在空气中冷却并去掉氧化层后，再进行所述步骤(6)的退火处理。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)的拉拔处理包括：冷拉拔至φ6.0mm后再于600～780℃下热处理后冷拉拔至φ2.5～3.5mm。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述热处理时间为2～5h。
7.一种架空导线，其特征在于，所述架空导线由加强芯线和导线外层绞制而成，所述加强芯线由权利要求1所述的合金钢包覆铝制成，所述导线外层由含按重量百分数计的下述组份的合金线制成：
B：0.002～0.03wt％，Sn：0.02～0.10wt％，Zr：0.018～0.030wt％，Si：0.001～0.06wt％，Fe：0.001～0.15wt％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.01wt％，余量为铝和不可避免的杂质。
8.根据权利要求7所述的架空导线，其特征在于，所述导线外层由含按重量百分数计的下述组份的合金线制成：
B：0.03wt％，Sn：0.10wt％，Zr：0.020wt％，Si：0.05wt％，Fe：0.008wt％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.01wt％。
9.根据权利要求7-8任一项所述的架空导线，所述导线外层的合金线单丝导电率≥61.2％，抗拉强度≥165MPa，延伸率＞2.0％，于230℃下加热1h后强度残余率大于90％。
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