CN110195185A - 一种高强度、低膨胀倍容导线导芯及其制造方法 - Google Patents

一种高强度、低膨胀倍容导线导芯及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强度、低膨胀倍容导线导芯及其制造方法，属于特种合金及其冶炼技术领域，本发明改进冶炼工艺并在基材中填加适量的C、Mn、Si、Ni、Nb、Ti、Co等元素微合金化，制造过程中采用真空感应炉、气体保护电渣、锻造、热轧、冷拔和热处理工艺，生产出的导芯成分质量百分比为：C:0.15‑0.30、Mn：0.50‑1.00、S：≤0.010、P：≤0.020、Si：0.50‑1.00、Ni：35.0‑38.0、Nb：0.80‑1.50、Ti：0.40‑1.20、Co：0.50‑1.00、余量为Fe和不可避免杂质;该特种合金制成的倍容导线导芯：抗拉强度达到≥1150Mpa，膨胀系数在温度20‑200℃时，≤3.44*10^(‑6)/℃，断后伸长率≥10％，通过本工艺生产出的导芯用于制作电力系统中使用的倍容导线，制作的倍容导线电流传输容量比现有的普通导线提高2倍以上。

Description

一种高强度、低膨胀倍容导线导芯及其制造方法
技术领域
本发明涉及特种合金及其冶炼技术领域，特别涉及一种高强度、低膨胀倍容导线导芯及其制造方法。
背景技术
电力系统中，电缆芯作为电缆的承重结构单元，其抗拉强度是最基本的技术指标，该指标越强，最终做出的电缆强度也更高，现有的普通电缆芯采用钢丝线，其作为普通的电缆线路是可以适应。但是随着城镇化及城市的发展，电力需求不断增加，对电网的增容压力也随之增加，以往的做法是增加更多的电缆线路来应对电网增容压力。但是增加线路通常意味着增加用地空间、城市扩容，土地资源逐渐稀缺。采用这种方法增容的成本显著增加，而且征地难度也非常大。对现有的电网进行升级来应对电网增容压力，对电缆的升级改造是最重要的环节。普通电缆因为导电容量限制已经无法升级，且普通电缆里面的导线芯因温度升高膨胀较大，会带来的输电线变长现象，容易出现事故。
近年来， 殷钢电缆芯的逐渐发展起来，普通殷瓦合金的抗拉强度至多达600MPa左右，其满足不了高强度电缆需要。
专利号为200510029930.0公示了一种高强度因瓦合金及其合金线材的生产方法;其元素成分质量比在因瓦合金的基础上添加了w、v等成分，在特殊电缆要求情况下，此类殷钢电缆芯的性能不稳定，抗拉强度达不到特殊要求。
发明内容
本发明公开了一种高强度、低膨胀倍容导线导芯及其制造方法；通过调整元素成分质量比及传统生产工艺，获得高强度、低膨胀倍容导线导芯。
一种高强度、低膨胀倍容导线导芯，以Fe-36Ni合金为基材，添加适量的C、Mn、Si、Ni、Nb、Ti、Co等元素，所述导芯的化学成分质量百分比为： C:0.15-0.30 、Mn： 0.50-1.00、S≤0.010 、P≤0.020、
Si ：0.50-1.00 、Ni：35.0-38.0、Nb：0.80-1.50、Ti：0.40-1.20、Co：0.50-1.00余量为Fe和不可避免杂质。
上述高强度、低膨胀倍容导线导芯的制造方法，调整生产工艺，并严格控制生产温度及制作步骤使最终形成的∅5.5mm导芯抗拉强度达到≥1150Mpa，膨胀系数≤3.44*10^-6/℃；其具体制造步骤为：
⑴、真空感应炉熔炼：温度在1500-1600℃下，真空环境中添加C、Mn、Si 、Ni、Nb、Ti、Co等元素材料，使其成分质量百分比达到 C ： 0.15-0.30 、 Mn：0.50-1.00 、S：≤0.010 、P：≤0.020、Si：0.50-1.00 、Ni：35.0-38.0 、Nb：0.80-1.50 、Ti：0.40-1.20、 Co：0.50-1.00余量为Fe和不可避免杂质；
⑵、气体保护电渣：在氩气保护气氛下，采用电渣重熔工艺，提纯钢液除去夹杂物及减少元素偏析。
⑶、锻造：在1100-1200℃的温度下，使用6T电液锤将钢坯锻压成200mm×200mm×1500mm方坯。
⑷、热轧：方坯在温度1120-1200℃环境下，采用650轧钢机加工成Φ12mm盘条
（5）固溶热处理：盘条温度加热到800-1200℃左右时，对盘条采用快速淬火获得单一奥氏体组织；
（6）剥皮：采用机械去皮的工艺去除盘条表面氧化皮及热轧缺陷；
（7）冷拔:将盘条拉拔至半成品线材。
（8）热处理：对盘条进行消除冷加工硬化的热处理工艺，制做成品倍容导线导芯。
本发明提出的倍容导线导芯的质量成分比有别于现有因瓦合金的成分质量比，特别是含有Nb：0.80-1.50、Ti：0.40-1.20、Co：0.50-1.00，使导线导芯在￠5.5mm抗拉强度达到1150Mpa以上，在温度20-200℃时,膨胀系数≤3.44*10-6/℃，相比现有同规格普通殷钢电缆芯，强度更高，膨胀系数更小。
本发明提出的制造倍容导线导芯的方法，在制造步骤上，采用淬火工艺对盘条进行冷却，完全奥氏体化后使盘条的加工更顺畅，后期产出的导芯物理性能更加稳定。
附图说明
图1为本发明专利实施例的高强度、低膨胀倍容导线膨胀系数测试数据图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对发明进行详细说明。
一种高强度、低膨胀倍容导线导芯及其制造方法；通过改善元素成分质量比及更进生产方法，获得高强度、低膨胀倍容导线导芯。
图1为本发明专利实施例的高强度、低膨胀倍容导线导芯膨胀系数测试数据图。
一种高强度、低膨胀倍容导线导芯，以Fe-36Ni合金为基材，添加适量的C、Mn、Si、Ni、Nb、Ti、Co元素，所述导芯的化学成分质量百分比为： C：0.15-0.30， Mn：0.50-1.00 ，S≤0.010, P ≤0.020,Si：0.50-1.00、Ni：35.0-38.0 ,Nb：0.80-1.50,Ti：0.40-1.20,Co：0.50-1.00,余量为Fe和不可避免杂质,其成分控制限定在所述数值范围内。
其中铌Nb(0.80-1.50)的作用是让导芯的强度更高，而且让导芯的磁导率增加，钛Ti（0.40-1.20）的作用是让导芯的膨胀系数更少，钴Co（0.50-1.00）的作用是让导芯的强度更高，耐热性能更好。
本发明说述的倍容导线导芯中其他成分C：0.15-0.30，Mn： 0.50-1.00 、S≤0.010, P ≤0.020,Si：0.50-1.00、Ni：35.0-38.0 ,Nb：0.80-1.50,Ti：0.40-1.20,Co：0.50-1.00,余量Fe都为因瓦合金的基础成分，其中，成分S和P越少越好，S最多为0.01%，P最多为0.02%，成分S和P超过本限定范围将使导芯强度达不到要求,本发明限定了成分的质量比，超过本发明所述的质量比将改变最终导芯的性能指标。
上述高强度、低膨胀倍容导线导芯的制造方法，改进常规生产工艺，并严格控制工作环境温度及制作步骤使最终形成的导芯抗拉强度达到≥1150Mpa，膨胀系数≤3.44*10-6/℃；其具体制造步骤为：
（1）真空感应炉熔炼：温度在1500-1600℃下，真空环境中添加C、Mn、Si 、Ni、Nb、Ti、Co等元素材料，使其成分质量百分比达到 C： 0.15-0.30、Mn：0.50-1.00、S：≤0.010、P：≤0.020、Si：0.50-1.00、Ni：35.0-38.0、Nb：0.80-1.50、Ti：0.40-1.20、Co：0.50-1.00余量为Fe和不可避免杂质；
（2）气体保护电渣：在氩气保护气氛下，采用电渣重熔工艺，提纯钢液除去夹杂物及减少元素偏析。采用气体保护电渣的目的是防止增氧增氢；
（3）锻造：在1100℃-1200℃的温度下，使用6T电液锤将基材钢坯体压成200mm×200mm×1500mm方坯。
（4）热轧：方坯在温度1120-1200℃环境下，采用650轧钢机将方坯加工成Φ12mm盘条，Φ12mm盘条有利于后期加工并满足力学性能。;
（5）热处理：盘条加热到800-1200℃左右时，对Φ12mm盘条进行淬火获得单一奥氏体组织。
（6）剥皮：将盘条表面氧化物及热轧缺陷去除，采用机械剥皮的工艺。使用机械剥皮的好处是避免盘条表面热轧缺陷、裂纹等。
（7）冷拔:将盘条拉拔至￠5.5mm半成品线材，采用冷水箱拉丝方法拉丝,拉丝成Φ5.5mm线材，拉丝模每次变形量控制在40％-60％内。
（8）热处理：对Φ5.5mm线材进行400℃-800℃热处理，消除冷加工应力。在拉丝过程中，会产生内应力，通过热处理后，可以消除内应力，400℃-800℃的热处理温度有利于后期产出的导线导芯冷拔强度更稳定，确保伸长率≥10％。
如图1，膨胀系数测试数据图，测试温度区间为20-200°，DL/Lo计量单位经过转换后测试结果膨胀系数指标为：3.44*10^-6/℃，如图显示在温度升高的情况下，膨胀值随之升高，最终换算成膨胀系数指标为：3.44*10^-6/℃。
依照本方法生产的几种规格倍容导线导芯膨胀测试表，如下。
规格 温度范围 膨胀系数 断后伸长率
Φ5.5mm 20-200° 3.44*10^-6/℃ 11.2%
Φ6.5mm 20-200° 3.46*10^-6/℃ 10.9%
Φ4.5mm 20-200° 3.29*10^-6/℃ 12.1%
Φ5.0mm 20-200° 3.38*10^-6/℃ 11.5%
依次完成以上制造流程后，获得成品倍容导线导芯,其主要用于生产铝包殷钢电缆需要的倍容导线。
本发明提出的倍容导线导芯的质量成分比有别于现有因瓦合金的成分质量比，特别是含有Nb：0.80-1.50,Ti：0.40-1.20,Co：0.50-1.00，使最终的导芯制做的倍容导线抗拉强度达到1150Mpa以上，在温度20-200℃时，膨胀系数≤3.44 *10^-6/℃，断后伸长率≥10％，相比现有殷钢电缆芯，抗拉强度更高，膨胀系数更小。
本发明提出的制造倍容导线导芯的方法，在制造步骤上，对盘条进行淬火处理，完全奥氏体化后使盘条加工更顺畅，后期产出的导芯物理性能更加稳定。
使用本发明提出的高强度、低膨胀倍容导线导芯，制造出的电缆，电流传输容量比现有的电缆线提高2倍以上，使用此产品不仅可以利用现有线路铁塔和基础，节约土地和空间资源、降低投资成本，更重要的能有效解决供电增容压力，造成的瓶颈，为电力发展提供有力保障。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种高强度、低膨胀倍容导线导芯，其特征在于，以Fe-36Ni合金为基材，添加C、Mn、Si、Ni、Nb、Ti、Co元素，所述导芯的化学成分质量百分比为：
C: 0.15-0.30，Mn: 0.50-1.00 、S:≤0.010 、 P: ≤0.020、Si:0.50-1.00、Ni：35.0-38.0、Nb：0.80-1.50 、Ti:0.40-1.20、Co：0.50-1.00,余量为Fe和不可避免杂质。
2.上述高强度、低膨胀倍容导线导芯的制造方法，其具体制造步骤为：
(1)真空感应炉熔炼：温度在1500-1600℃下，真空环境中添加C、Mn、Si 、Ni、Nb、Ti、Co等元素材料，使其成分质量百分比达到C：0.15-0.30、Mn：0.50-1.00、S：≤0.010、P：≤0.020、Si：0.50-1.00、Ni：35.0-38.0、Nb：0.80-1.50、Ti：0.40-1.20、Co：0.50-1.00余量为Fe和不可避免杂质；
(2)气体保护电渣：在氩气保护气氛下，采用电渣重熔工艺，提纯钢液除去夹杂物及减少元素偏析;
(3)锻造：在1100-1200℃的温度下，使用6T电液锤将电渣后的电渣锭锻压成200mm×200mm×1500mm方坯;
(4)热轧：方坯在温度1120-1200℃环境下，采用650轧钢机加工成Φ12mm盘条;
（5）固溶热处理：盘条温度加热到800-1200℃左右时，对盘条采用快速淬火获得单一奥氏体组织;
（6）剥皮：采用机械去皮的工艺去除盘条表面氧化皮及热轧缺陷;
（7）冷拔:将盘条拉拔至半成品线材;
（8）热处理：对盘条进行消除冷加工硬化的热处理工艺，制作成成品倍容导线导芯。
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