CN110846540A - 一种耐热合金单丝及其制备方法 - Google Patents

一种耐热合金单丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐热合金单丝及其制备方法，所述合金单丝包括按质量百分数计的以下组分：B≤0.03wt％；Mg：0.5～1.2wt％；Ti：0.1～0.2wt％；稀土元素：0.05～0.1wt％；其余为Al和不可避免的杂质。本发明以纯度≥99.7％的工业铝锭为原材料，主要通过加入微量Mg、Ti、B和稀土元素改善合金微观组织与综合性能，并优化处理工艺，从而开发出导电率≥61％IACS(20℃)，抗拉强度≥160MPa，延伸率≥2.0％，长期耐热温度≥120℃，210℃保温1h强度残存率≥90％的耐热合金单丝。

Description

一种耐热合金单丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种输电线路架空导线材料，具体涉及一种耐热合金单丝及其制备方法。
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。随着我国经济建设的快速发展，电力需求逐年攀升。特别是在经济发达地区，线路走廊非常紧张，新建和扩建线路走廊十分困难，在现有的线路走廊条件下提高输电线路输送容量成为亟待解决的技术难题。
耐热合金导线是一种性能良好的特种扩容导线，采用大容量耐热合金导线进行现有线路扩容改造，在尽量不更换杆塔的原则下，不但能提高线路的输送能力，并且能降低工程的整体造价。目前，现役的耐热合金导线产品导电率为60％IACS，难以满足远距离、大容量输电线路建设工程及电网扩容改造工程的需求。
我国亟需研发高导电耐热合金导线以适应我国电力行业发展需要，本发明以纯度≥99.7％的工业铝锭为原材料，主要通过加入微量Mg、Ti、稀土元素改善合金微观组织与综合性能，并优化处理工艺，开发出一种61％IACS耐热合金导单丝材料，解决现有耐热合金单丝及导线产品导电率低的技术难题，使耐热合金导线达到提高输送容量、降低输电线路损耗的目的，从而满足大容量输电线路及城市扩容改造的建设需求。
发明内容
本发明提供一种耐热合金单丝及其制备方法，其目的是通过加入微量Mg、Ti、Re改善合金微观组织与综合性能，从而开发出导电率≥61％IACS(20℃)、抗拉强度≥160MPa、延伸率≥2.0％、长期耐热温度≥120℃(210℃保温1h强度残存率≥90％)的耐热合金导单丝。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种耐热合金单丝，所述合金单丝包括按质量百分数计的以下组分：B≤0.03wt％；Mg：0.5～1.2wt％；Ti：0.1～0.2wt％；稀土元素：0.05～0.1wt％；其余为Al和不可避免的杂质。
优选的，所述合金单丝的稀土元素为La+Ce、Er、Y或Sc中的任意一种。
优选的，所述合金单丝的稀土元素为La+Ce；所述La+Ce的含量为0.08～0.1wt％。
优选的，所述合金单丝的稀土元素为Er；所述Er的含量为0.06～0.08wt％。
优选的，所述合金单丝的稀土元素为Y；所述Y的含量为0.05～0.08wt％。
优选的，所述合金单丝的稀土元素为Sc；所述Sc的含量为0.07～0.09wt％。
进一步的，一种耐热合金单丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纯度≥99.7％的铝锭在730～760℃熔化后加入合金元素，得合金液；
(2)于710～730℃下向步骤(1)的合金液中加入六氯乙烷；或吹入氮气或氩气，精炼5～15min，静置10～20min后扒渣；
(3)将步骤(2)的710～730℃合金液浇入金属型模具中得合金锭；
(4)将步骤(3)所得合金锭在510～550℃轧制得合金圆杆；
(5)将步骤(4)所得合金圆杆拉制成φ3～4mm的合金单丝。
优选的，所述步骤(1)中，铝锭完全熔化后依次加入：稀土元素的中间合金，完全熔化后充分搅拌；730～760℃下加入纯Mg锭，完全熔化后搅拌10～15min。
优选的，所述步骤(3)中，在浇道的合金液中加入Al-Ti-B丝，所述710～730℃合金液浇入使Al-Ti-B丝完全熔化。
优选的，所述步骤(4)中，经5～8道次轧制将所述合金锭轧制成φ9.5mm的合金圆杆，于250～350℃保温1～8h。
优选的，所述步骤(5)中，所得合金单丝在90～130℃下保温1～4h。
优选的，所述步骤(2)中，合金液中加入六氯乙烷的量为合金液总重量的0.5～1.0wt％。
优选的，所述步骤(2)中，合金液中加入六氯乙烷的量为合金液总重量的0.8wt％。
本发明采用的各合金元素的作用及机理如下：
B：硼化处理是降低杂质含量的一种有效方法，即在合金中加入一定量的B元素后，能够和原材料中的部分杂质元素发生反应，使之由固溶态转变为化合态并沉积于熔体底部，从而提高合金的导电性能。
Mg：本发明中加入Mg元素后，合金经过时效处理可以使铝锭中的杂质元素Si从固溶态转变为析出态，生成Mg2Si相，从而提高合金的导电率和强度。
Ti：本发明中加入的Ti元素主要以Al3Ti和TiB2的形式存在，可起到细化晶粒的作用，同时由于其具有较的高温稳定性能，因此可提高合金的强度和耐热性能。
稀土元素：可以显著提高合金的导电率和强度。可以和Fe、Si元素反应生成细小弥散的化合物，一方面由于Al中的Fe、Si被置换出来，使Fe、Si析出，降低了电阻率；另一方面由于析出相细小均匀的分布，可以起到细化晶粒的作用，保证合金杆延伸率较高的同时，提高合金的强度。
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.本发明通过在耐热合金中添加了微量Mg、Ti及稀土元素，不仅细化了晶粒，同时使杂质元素从固溶原子转变变为第二相，体提高了合金的综合性能。
2.本发明通过优化制备工艺参数，在保证耐热合金单丝材料的力学性能和耐热性能的前提下提高导电率至61％IACS(20℃)。
3.本发明的耐热合金单丝材料的抗拉强度≥160MPa，延伸率≥2.0％，长期耐热温度≥120℃，210℃保温1h强度残存率≥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
一种耐热合金单丝，包含按质量百分数计的以下组分：B：0.005wt％；Mg：1.2wt％；Ti：0.1wt％；La+Ce：0.1wt％；其余为Al和不可避免的杂质。
上述合金单丝的制备和加工工艺，包括如下步骤：
(1)选取纯度≥99.7％的工业纯铝锭加入熔炼炉中，熔炼温度为730℃；待铝锭完全熔化后加入Al-La和Al-Ce中间合金完全熔化后充分搅拌；730℃加入纯Mg锭，压入液面一下，完全熔化后搅拌15min。
(2)于710℃向步骤(1)的合金液吹入氮气，精炼10min，静置20min后扒渣。
(3)于710℃将步骤(2)的合金液浇入金属型模具；在浇道的合金液中加入Al-Ti-B丝，浇入的合金液使之完全熔化，制得合金锭。
(4)于550℃将步骤(3)的合金锭经过8道次轧制成φ9.5mm的合金圆杆；合金圆杆在250℃保温8h。
(5)将步骤(4)经过热处理的合金圆杆经过多道次拉拔，得φ4mm合金单丝；所述合金单丝在90℃下保温4h。
实施例2-14
实施例2-14的合金单丝组分配比见如下表1
Figure BDA0001772181090000031
Figure BDA0001772181090000041
实施例2-14的制备方法列于下表2，其中的工艺步骤顺序和术语含义与实施例1同，所列出的是与实施例1对应的参数的不同数值，另外，步骤(2)中六氯乙烷的加入量为合金液总重量的0.5～1.0wt％：
Figure BDA0001772181090000042
Figure BDA0001772181090000051
将上述实施例1-14制成的耐热合金单丝进行性能测试，数据如下表3。
Figure BDA0001772181090000061
由表3可以看出，实施例1-14所制备的耐热合金单丝具有优异的性能，导电率≥61％IACS(20℃)，抗拉强度≥160MPa，延伸率≥2.0％，长期耐热温度≥120℃，210℃保温1h强度残存率≥90％。
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 (13)

1.一种耐热合金单丝，其特征在于，所述合金单丝包括按质量百分数计的以下组分：B≤0.03wt％；Mg：0.5～1.2wt％；Ti：0.1～0.2wt％；稀土元素：0.05～0.1wt％；其余为Al和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的耐热合金单丝，其特征在于，所述合金单丝的稀土元素为La+Ce、Er、Y或Sc中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的耐热合金单丝，其特征在于，所述合金单丝的稀土元素为La+Ce；所述La+Ce的含量为0.08～0.1wt％。
4.根据权利要求2所述的耐热合金单丝，其特征在于，所述合金单丝的稀土元素为Er；所述Er的含量为0.06～0.08wt％。
5.根据权利要求2所述的耐热合金单丝，其特征在于，所述合金单丝的稀土元素为Y；所述Y的含量为0.05～0.08wt％。
6.根据权利要求2所述的耐热合金单丝，其特征在于，所述合金单丝的稀土元素为Sc；所述Sc的含量为0.07～0.09wt％。
7.一种权利要求1-6任一项所述的耐热合金单丝的制备方法，其特征在于，所述合金单丝的制备方法包括以下步骤：
(1)将纯度≥99.7％的铝锭在730～760℃熔化后加入合金元素，得合金液；
(2)于710～730℃下向步骤(1)的合金液中加入六氯乙烷；或吹入氮气或氩气，精炼5～15min，静置10～20min后扒渣；
(3)将步骤(2)的710～730℃合金液浇入金属型模具中得合金锭；
(4)将步骤(3)所得合金锭在510～550℃轧制得合金圆杆；
(5)将步骤(4)所得合金圆杆拉制成φ3～4mm的合金单丝。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，铝锭完全熔化后依次加入：稀土元素的中间合金，完全熔化后充分搅拌；730～760℃下加入纯Mg锭，完全熔化后搅拌10～15min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在浇道的合金液中加入Al-Ti-B丝，所述710～730℃合金液浇入使Al-Ti-B丝完全熔化。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，经5～8道次轧制将所述合金锭轧制成φ9.5mm的合金圆杆，于250～350℃保温1～8h。
11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所得合金单丝在90～130℃下保温1～4h。
12.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，合金液中加入六氯乙烷的量为合金液总重量的0.5～1.0wt％。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，合金液中加入六氯乙烷的量为合金液总重量的0.8wt％。
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