CN108986989A - 一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法 - Google Patents

一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法，包括如下步骤：1)将高碳钢热扎盘条通过冷拉拔至不同线径钢丝；2)钢丝进行铅浴淬火处理，再进行在线酸洗漂洗，得到预处理钢丝；3)将预处理钢丝外层均匀地覆盖一层铝，形成包覆坯料；4)将包覆坯料通过双金属同步变形拉丝机多道次拉拔成特高强度铝包钢线半成品；5)将高强度铝包钢线半成品通过高温箱进行时效处理。本发明的方法改变了传统铅浴热处理温度，通过多道次小压缩率的双金属同步变形拉拔，提高铝包钢线的抗拉强度，再通过高温时效处理提高铝包钢线的伸长率，最终抗拉强度≥1700MPa，伸长率≥3.0％，其它指标均符合铝包钢GB/T17937‑2009的标准，达到了高强度大伸长率的要求，满足了应用的需求。

Description

一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法
技术领域
本发明涉及电线电缆导体技术领域，具体一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法。
背景技术
铝包钢线是由一根圆钢丝外均匀连续紧密包覆一层纯铝层而组成的一种双金属导线，其具有强度高、耐热、耐腐蚀以及大容量、低损耗等特性，因此在远距离电力传输中有着无可替代的优势。目前铝包钢产品普遍使用于电力、桥梁、铁路。电力方面有：铝包钢芯铝绞线、铝包钢绞线、光纤复合架空地线(OPGW)、预绞丝金具等；桥梁铁路方面有：高强度防氧化的承载悬索等。现行的铝包钢较镀锌钢丝具有优点：(1)抗腐蚀性能好；(2)比重小；(3)导电性能好；(4)使用寿命长，经济性佳。但较镀锌钢丝强度及伸长率偏低，满足不了完全代替镀锌钢的要求。
发明内容
针对现有技术中的技术空白，本发明的目的在于，提供一种高强度大伸长率铝包钢线及其生产方法，采用本发明的方法生产的铝包钢线强度在原基础上提高至少360MPa，伸长率由原1.0％提高到3.0％及以上，其它指标均符合铝包钢GB/T17937-2009的标准，达到了高强度大伸长率的要求，满足了应用的需求。
一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法，包括如下步骤：
(1)将高碳钢热扎盘条通过冷拉拔至不同线径钢丝；
(2)将步骤(1)中钢丝进行铅浴淬火处理，再进行在线酸洗漂洗，得到预处理钢丝；所述铅浴淬火处理的热处理线温为990℃-1000℃，铅浴温度为450-500℃，在炉时间为100-200s；
(3)将预处理钢丝外层均匀地覆盖一层铝，形成包覆坯料；
(4)将包覆坯料通过双金属同步变形拉丝机多道次拉拔成特高强度铝包钢线半成品；
(5)将高强度铝包钢线半成品通过高温箱进行时效处理。
进一步地，所述高碳钢热扎盘条采用S87A高碳钢热扎盘条。
进一步地，所述步骤(2)中使用质量浓度为3-10％的工业合成磷酸进行在线酸洗漂洗。
进一步地，所述步骤(3)中的包覆坯料是通过将预处理钢丝通过连续挤压包覆机在钢丝外层均匀地覆盖一层铝形成的，具体操作方法为：将纯度为99.5％铝杆在模腔中形成半熔融状态，同时通过钢线两侧，在挤压力和牵引力的作用下，与钢线复合，一起挤出模孔，形成包覆半成品；模腔的加热温度：400-500℃。
进一步地，步骤(4)中包覆坯料拉拔的具体方法为：通过压力模和钨钢拉丝模组合，在拉丝粉润滑的作用下，实现钢铝同步变形，拉拔时控制总压缩率为70％-90％，单道次压缩率在18％-23％。
进一步地，所述步骤(5)中时效处理温度240℃-350℃，处理时间4-24h。
按GB/T3428-2002标准特高强度镀锌钢线强度为≥1620MPa、伸长率为1％，按GB/T17937-2009标准铝包钢线抗拉强度为≥1590MPa、断裂后伸长率不小于1％或断裂时总的伸长率不小于1.5％。本发明生产出的特高强度铝包钢线经检测强度＞1700MPa、伸长率≥3.0％，其它力学性能指标均符合铝包钢GB/T17937-2009的标准。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果如下：
(1)选用S87A高碳钢热扎盘条，提高原材料初始强度。
(2)改变了传统的铅浴热处理温度，降低了约20℃，提高了热处理钢丝的抗拉强度与面缩率指标，在提高总压缩率的前提下，通过多道次小压缩率的双金属同步变形拉拔，极大提高铝包钢线的抗拉强度，再通过高温时效处理提高铝包钢线的伸长率，最终抗拉强度≥1700MPa，伸长率≥3.0％。
(3)按GB/T17937-2009中LB20铝包钢的强度在1340MPa，此方法生产的铝包钢强度在原基础上至少提高360MPa，伸长率由原1.0％提高到3.0％及以上，有良好的耐腐蚀性能和导电性能，其它指标均符合铝包钢GB/T17937-2009的标准，达到了高强度大伸长率的要求，满足了大跨越、大张力架空导地线的应用要求。
具体实施方式
下面申请人结合具体实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为本发明请求保护范围的限定。
一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法，包括如下步骤：
(1)将高碳钢热扎盘条通过冷拉拔至不同线径钢丝，其中高碳钢热扎盘条采用S87A高碳钢热扎盘条，提高原材料初始强度。
(2)将步骤(1)中钢丝进行铅浴淬火处理，改变了传统的铅浴热处理温度，在传统工艺基础上温度降低了约20℃，提高了热处理钢丝的抗拉强度与面缩率指标。此过程工艺条件为：热处理线温为990℃-1000℃，铅浴温度为450-500℃，在炉时间为100-200s；再在浓度为3％-10％的工业合成磷酸中进行在线清洗，去除表面氧化皮，得到索氏体含量90％以上，表面洁净的热处理钢线。
(3)将热处理钢丝通过连续挤压包覆机在钢线外层均匀地覆盖一层铝，模腔的加热温度为400-500℃，得到包覆半成品。包覆的铝层厚度按照GB/T17937-2009标准规定的铝层厚度要求进行设计的，连续挤压包覆原理是将纯度≥99.5％电工圆铝杆在模腔中高温加热形成半熔融状态，钢线从模腔穿过，在挤压力和牵引力的作用下，半熔融状态下的铝与钢线紧密结合，一起挤出模孔，形成包覆半成品。
(4)将包覆半成品通过双金属同步变形拉丝机多道次拉拔。拉拔原理是通过压力模和钨钢拉丝模组合，在拉丝粉润滑的作用下，实现钢铝同步变形，拉拔时控制总压缩率在70％-90％之间，单道次压缩率在18-23％之间，多道次拉拔出特高强度铝包钢线半成品。
(5)将特高强度铝包钢线半成品通过高温箱进行时效处理，根据铝包钢线抗拉强度及伸长率的变化关系，设定工艺条件。处理温度240℃-350℃，处理时间4-24h，在铝包钢线抗拉强度损失较小的情况下，消除残余应力，极大的提高伸长率，得到高性能铝包钢线成品。
总压缩率指拉丝的总变形量，其计算公式如下：
Q＝(1-d2/D2)×100％
其中：Q为总压缩率％，D为拉丝前的铝包钢线直径mm，d为拉丝成品线的直径mm。
单道次压缩率q＝(1-dn 2/dn-1 2)×100％
其中：q为单道次压缩率％，dn为道次拉拔线径mm，dn-1为前一道次拉拔线径mm。
实施例1：
以等级LB20(参照GB/T 17937-2009标准中铝包钢等级的定义，LB20表示导电率为20.3％IACS，IACS为国际退火铜标准)，直径为Φ2.80的特高强度大伸率铝包钢线生产为例：
1、原材料：直径为Φ8.00的S87A高碳钢热扎盘条；
2、预拉：将直径为Φ8.00的S87A高碳钢热扎盘条通过冷拉拔得到线径为Φ7.20钢丝；
3、热处理：将预拉钢丝通过热处理炉进行铅浴淬火处理，热处理线温：950-960℃，铅浴温度：450-460℃，在炉时间：100s。再在浓度为3-5％的工业合成磷酸中进行在线酸洗，去除表面氧化皮，得到索氏体含量90％以上，表面洁净的热处理半成品钢丝；
4、包覆：将热处理半成品钢线(丝)通过连续挤压包覆机在钢线(丝)外层均匀地覆盖一层铝，模腔的加热温度：400-450℃，得到包覆半成品。包覆的铝层厚度按照GB/T17937-2009标准规定的铝层厚度要求(表1)进行设计的。连续挤压包覆原理是将纯度为99.5％铝杆在模腔中形成半熔融状态，钢丝穿过其中，在挤压力和牵引力的作用下，与钢丝复合，一起挤出模孔，形成直径为Φ8.29的包覆半成品。
5、拉丝：将包覆半成品通过双金属同步变形拉丝机多道次拉拔。拉拔原理是通过压力模和钨钢拉丝模组合，在拉丝粉润滑的作用下，实现钢铝的同步变形。按照表1配好拉拔模，总压缩率在88.59％，单道次压缩率在20％左右，多道次拉拔出Φ2.80特高强度铝包钢线成品。
表1
道次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
拉丝模 7.5 6.65 5.95 5.35 4.8 4.3 3.85 3.45 3.1 2.78
压缩比 18.15％ 21.38％ 19.94％ 19.15％ 19.50％ 19.75％ 19.84％ 19.70％ 19.26％ 19.58％
经检测，实施例1的方法生产的铝包钢线的强度为1760MPa，断后伸长率为3.1％，扭转38圈。
实施例2：
1、原材料：直径为Φ8.00的S87A高碳钢热扎盘条；
2、预拉：将直径为Φ8.00的S87A高碳钢热扎盘条通过冷拉拔得到线径为Φ7.20钢丝；
3、热处理：热处理方法同实施例1，热处理过程中热处理线温：970-980℃，铅浴温度：470-480℃，在炉时间：180s。工业合成磷酸浓度为6-8％.
4、包覆：包覆方法同实施例1，模腔的加热温度：400-450℃。
5、拉丝：拉丝工艺同实施例1。
经检测，实施例2的方法生产的铝包钢线的强度为1812MPa，断后伸长率为3.3％，扭转41圈。
实施例3：
1、原材料：直径为Φ8.00的S87A高碳钢热扎盘条；
2、预拉：将直径为Φ8.00的S87A高碳钢热扎盘条通过冷拉拔得到线径为Φ7.20钢丝；
3、热处理：热处理方法同实施例1，热处理过程中热处理线温：990-1000℃，铅浴温度：490-500℃，在炉时间：200s。工业合成磷酸浓度为9-10％.
4、包覆：包覆方法同实施例1，模腔的加热温度：400-450℃。
5、拉丝：拉丝工艺同实施例1。
经检测，实施例3的方法生产的铝包钢线的强度为1840MPa，断后伸长率为3.5％，扭转43圈。
因此，采用本发明的生产方法生产的铝包钢线强度及伸长率在原基础上大大提高，其它指标均符合铝包钢GB/T17937-2009的标准，达到了高强度大伸长率的要求，满足了大跨越、大张力架空导地线的应用要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将高碳钢热扎盘条通过冷拉拔至不同线径钢丝；
(2)将步骤(1)中钢丝进行铅浴淬火处理，再进行在线酸洗漂洗，得到预处理钢丝；所述铅浴淬火处理的热处理线温为990℃-1000℃，铅浴温度为450-500℃，在炉时间为100-200s；
(3)将预处理钢丝外层均匀地覆盖一层铝，形成包覆坯料；
(4)将包覆坯料通过双金属同步变形拉丝机多道次拉拔成特高强度铝包钢线半成品；
(5)将高强度铝包钢线半成品通过高温箱进行时效处理。
2.根据权利要求1所述的一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法，其特征在于，所述高碳钢热扎盘条采用S87A高碳钢热扎盘条。
3.根据权利要求1所述的一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中使用质量浓度为3-10％的工业合成磷酸进行在线酸洗漂洗。
4.根据权利要求1所述的一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法，其特征在于，所述步骤(3)中的包覆坯料是通过将预处理钢丝通过连续挤压包覆机在钢丝外层均匀地覆盖一层铝形成的，具体操作方法为：将纯度为99.5％铝杆在模腔中形成半熔融状态，同时通过钢线两侧，在挤压力和牵引力的作用下，与钢线复合，一起挤出模孔，形成包覆半成品；模腔的加热温度：400-500℃。
5.根据权利要求1所述的一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法，其特征在于，步骤(4)中包覆坯料拉拔的具体方法为：通过压力模和钨钢拉丝模组合，在拉丝粉润滑的作用下，实现钢铝同步变形，拉拔时控制总压缩率为70％-90％，单道次压缩率在18％-23％。
6.根据权利要求1所述的一种高强度大伸长率铝包钢线的生产方法，其特征在于，所述步骤(5)中时效处理温度240℃-350℃，处理时间4-24h。
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