CN111020380B - 架空导线用合金钢芯线及其制备方法 - Google Patents

架空导线用合金钢芯线及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种架空导线用合金钢芯线及其制备方法，其中，所述架空导线用合金钢芯线按重量计，由如下组分组成：C：0.02～0.2wt％，Si：0.02～0.15wt％，Mn：0.02～0.2wt％，P≤0.008wt％，S≤0.008wt％，Ni：30～35wt％，Mo：0.1～1wt％，V：0.05～2wt％，Cr：0.05～2wt％，Y：0.05～2wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。该架空导线用合金钢芯线具有优异的综合性能，抗拉强度≥1250MPa，伸长率≥2.0％，线膨胀系数≤2.5×10‑6/℃(20～230℃)，导电率≥16％IACS，采用相对低成本的Cr、Y元素部分替代价格昂贵的Ni、Mo元素，降低了材料制备成本。

Description

架空导线用合金钢芯线及其制备方法
技术领域
本发明涉及架空导线用合金钢芯线，具体涉及一种抗拉强度≥1250MPa，伸长率≥2.0％，线膨胀系数≤2.5×10-6/℃(20～230℃)，导电率≥16％IACS的架空导线用合金钢芯线及其制备方法。
背景技术
架空导线用普通钢芯材料，热膨胀系数高、弧垂大、导电率低，高温下无法长期运行，导致普通钢芯铝绞线的最高允许连续运行温度低，一般为70℃～90℃以下，一定程度上限制了其使用。殷钢芯线材料是采用铁镍(镍约占36％～40％)合金材料制成，具有热膨胀系数小、导热系数低、韧塑性好等特点，是一种理想的低弧垂、耐高温架空导线用芯线材料。普通钢芯的线膨胀系数为11.5×10-6/℃，铝线的线膨胀系数为23×10-6/℃，而殷钢芯的线膨胀系数一般为3.7×10-6/℃，是普通钢芯的1/3，是铝线的1/6。殷钢芯耐热铝合金绞线的迁移点温度约为80～100℃，在工作温度位于迁移点温度以下时，殷钢芯耐热铝合金绞线线膨胀系数为18×10-6/℃；当工作温度位于迁移点温度以上时，由于耐热铝合金线和殷钢芯的线膨胀系数的差异，导线的机械荷载全部转移到殷钢芯上，耐热铝合金线不再承受导线的张力，此时殷钢芯的线膨胀系数即为殷钢芯耐热铝合金绞线的线膨胀系数，因此殷钢芯耐热铝合金绞线在较高的温度状态下工作时，其弛度增加量很小，是一种低弛度导线。同时，殷钢芯耐热铝合金绞线的最高允许连续运行温度可以达到200℃以上，与普通钢芯铝绞线相比，殷钢芯耐热铝合金绞线具有“同径同弧倍容”的特性，是提高输送容量的有效途径之一。
传统的殷钢(因瓦合金)材料强度低，一般通过添加合金元素来提高其性能。目前架空导线用殷钢芯主要为铁-镍-钼(Fe-Ni-Mo)系殷钢材料，因此也称作镍钼合金钢。近年来，随着镍钼钢芯技术的发展，镍钼钢芯耐热铝合金导线产品越来越受到关注和应用。但是，目前国内外生产使用的镍钼钢芯用镍钼合金钢，制备过程中需要添加较高含量且价格昂贵的镍、钼、钴等合金元素来改善性能，同时制备工艺相对复杂，导致镍钼合金钢盘条及其芯线产品的性能稳定性难以很好控制、生产制造成本相对较高，产品的抗拉强度、线膨胀系数及导电率等综合性能指标水平低，一定程度上制约了其大规模推广应用。
因此，开发一种高综合性能、低成本的合金钢材料及其芯线产品，以满足输电线路增容改造和大容量输电技术发展的需求，成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种架空导线用合金钢芯线及其制备方法，以解决现有架空导线用普通钢芯材料存在的问题。
本发明一方面提供了一种架空导线用合金钢芯线，按重量计，由如下组分组成：C：0.02～0.2wt％，Si：0.02～0.15wt％，Mn：0.02～0.2wt％，P≤0.008wt％，S≤0.008wt％，Ni：30～35wt％，Mo：0.1～1wt％，V：0.05～2wt％，Cr：0.05～2wt％，Y：0.05～2wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
优选，所述架空导线用合金钢芯线，按重量计，由如下组分组成：C：0.05～0.2wt％，Si：0.06～0.15wt％，Mn：0.05～0.2wt％，P≤0.008wt％，S≤0.008wt％，Ni：32～34wt％，Mo：0.1～0.5wt％，V：0.5～2wt％，Cr：0.2～2wt％，Y：0.2～2wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
进一步优选，所述架空导线用合金钢芯线，按重量计，由如下组分组成：C：0.15wt％，Si：0.10wt％，Mn：0.15wt％，P≤0.005wt％，S≤0.005wt％，Ni：33wt％，Mo：0.3wt％，V：1.0wt％，Cr：1.0wt％，Y：1.0wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
本发明还提供了上述架空导线用合金钢芯线的制备方法，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1400℃～1600℃条件下精炼1.0～2.0h，浇注成电渣锭；
(4)电渣重熔：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：1100～1200℃保温1.0～3.0h后锻造，其中，始锻温度1100～1250℃，终锻温度900～1100℃；
(6)热轧成型：在1050～1150℃下保温1.0～3.0h后再热轧成型，初轧温度1050～1150℃，终轧温度900～1000℃；
(7)拉拔处理：在1050～1150℃氩气保护下进行固溶处理后再冷拉拔至φ6.0mm，之后，在550～650℃条件下进行3～5h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ3.5mm。
本发明提供的架空导线用合金钢芯线抗拉强度高、伸长率好、线膨胀系数低且导电率高，解决镍钼钢芯材料抗拉强度、线膨胀系数、导电率等关键性能指标难以协同提高的技术问题，加入Cr、Y微量合金化元素，优化了合金成分及其微观组织，可制出抗拉强度≥1250MPa、伸长率≥2.0％、线膨胀系数≤2.5×10-6/℃(20～230℃)及导电率≥16％IACS的芯线材料。本发明提供的架空导线用合金钢芯线的综合性能指标高，且制备时用相对低成本的Cr、Y元素部分替代价格昂贵的Ni、Mo元素，一定程度上降低了材料制备成本。
具体实施方式
下面将结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释，但并不局限本发明。
本发明一方面提供了一种架空导线用合金钢芯线，按重量计，由如下组分组成：C：0.02～0.2wt％，Si：0.02～0.15wt％，Mn：0.02～0.2wt％，P≤0.008wt％，S≤0.008wt％，Ni：30～35wt％，Mo：0.1～1wt％，V：0.05～2wt％，Cr：0.05～2wt％，Y：0.05～2wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
优选，该架空导线用合金钢芯线，按重量计，由如下组分组成：C：0.05～0.2wt％，Si：0.06～0.15wt％，Mn：0.05～0.2wt％，P≤0.008wt％，S≤0.008wt％，Ni：32～34wt％，Mo：0.1～0.5wt％，V：0.5～2wt％，Cr：0.2～2wt％，Y：0.2～2wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
进一步优选，该架空导线用合金钢芯线，按重量计，由如下组分组成：C：0.15wt％，Si：0.10wt％，Mn：0.15wt％，P≤0.005wt％，S≤0.005wt％，Ni：33wt％，Mo：0.3wt％，V：1.0wt％，Cr：1.0wt％，Y：1.0wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
上述架空导线用合金钢芯线的制备方法，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1400℃～1600℃条件下精炼1.0～2.0h，浇注成电渣锭；
(4)电渣重熔：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：1100～1200℃保温1.0～3.0h后锻造，其中，始锻温度1100～1250℃，终锻温度900～1100℃；
(6)热轧成型：在1050～1150℃下保温1.0～3.0h后再热轧成型，初轧温度1050～1150℃，终轧温度900～1000℃；
(7)拉拔处理：在1050～1150℃氩气保护下进行固溶处理后再冷拉拔至φ6.0mm，之后，在550～650℃条件下进行3～5h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ3.5mm。
实施例1
架空导线用合金钢芯线，按重量计，由如下组分组成：C：0.2wt％，Si：0.1wt％，Mn：0.2wt％，P：0.006wt％，S：0.006wt％，Ni：35wt％，Mo：0.5wt％，V：0.5wt％，Cr：0.5wt％，Y：1.5wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
上述架空导线用合金钢芯线的制备方法，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℃条件下精炼2h，浇注成电渣锭；
(4)电渣重熔：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：1150℃保温2h后锻造，始锻温度1100℃，终锻温度950℃；
(6)热轧成型：在1100℃保温2h，把方坯热轧成φ8mm盘圆，初轧温度1050℃，终轧温度950℃；
(7)拉拔处理：盘圆经过扒皮处理后，在1100℃氩气保护下进行固溶处理，经过6道次冷拉拔至φ6.0mm；550℃进行5h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ3.5mm。
实施例2
架空导线用合金钢芯线，按重量计，由如下组分组成：C：0.18wt％，Si：0.1wt％，Mn：0.1wt％，P：0.006wt％，S：0.005wt％，Ni：34wt％，Mo：0.6wt％，V：0.8wt％，Cr：0.8wt％，Y：1.0wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
上述架空导线用合金钢芯线的制备方法，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1600℃条件下精炼1h，浇注成电渣锭；
(4)电渣重熔：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：1200℃保温2h后锻造，始锻温度1150℃，终锻温度1000℃；
(6)热轧成型：在1100℃保温2h，把方坯热轧成φ8mm盘圆，初轧温度1100℃，终轧温度950℃；
(7)拉拔处理：盘圆经过扒皮处理后，在1100℃氩气保护下进行固溶处理，经过6道次冷拉拔至φ6.0mm；600℃进行4h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ3.5mm。
实施例3
架空导线用合金钢芯线，按重量计，由如下组分组成：C：0.15wt％，Si：0.10wt％，Mn：0.15wt％，P≤0.005wt％，S≤0.005wt％，Ni：33wt％，Mo：0.3wt％，V：1.0wt％，Cr：1.0wt％，Y：1.0wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
上述架空导线用合金钢芯线的制备方法，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1500℃条件下精炼2h，浇注成电渣锭；
(4)电渣重熔：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：1150℃保温2h后锻造，始锻温度1200℃，终锻温度980℃；
(6)热轧成型：在1100℃保温2h，把方坯热轧成φ8mm盘圆，初轧温度1080℃，终轧温度950℃；
(7)拉拔处理：盘圆经过扒皮处理后，在1100℃氩气保护下进行固溶处理，经过6道次冷拉拔至φ6.0mm；600℃进行4h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ3.5mm。
实施例4
架空导线用合金钢芯线，按重量计，由如下组分组成：C：0.12wt％，Si：0.12wt％，Mn：0.12wt％，P：0.008wt％，S：0.005wt％，Ni：34wt％，Mo：0.8wt％，V：1.0wt％，Cr：1.0wt％，Y：0.8wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
上述架空导线用合金钢芯线的制备方法包括如下步骤：
(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1550℃条件下精炼1h，浇注成电渣锭；
(4)电渣重熔：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：1200℃保温2h后锻造，始锻温度1150℃，终锻温度1000℃；
(6)热轧成型：在1100℃保温2h，把方坯热轧成φ8mm盘圆，初轧温度1050℃，终轧温度950℃；
(7)拉拔处理：盘圆经过扒皮处理后，在1050℃氩气保护下进行固溶处理，经过6道次冷拉拔至φ6.0mm；650℃进行3h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ3.5mm。
实施例5
架空导线用合金钢芯线，按重量计，由如下组分组成：C：0.22wt％，Si：0.10wt％，Mn：0.1wt％，P：0.005wt％，S：0.006wt％，Ni：33wt％，Mo：1wt％，V：0.5wt％，Cr：1.5wt％，Y：2wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
上述架空导线用合金钢芯线的制备方法，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℃条件下精炼2h，浇注成电渣锭；
(4)电渣重熔：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：1150℃保温2h后锻造，始锻温度1100℃，终锻温度950℃；
(6)热轧成型：在1150℃保温2h，把方坯热轧成φ8mm盘圆，初轧温度1100℃，终轧温度950℃；
(7)拉拔处理：盘圆经过扒皮处理后，在1150℃氩气保护下进行固溶处理，经过6道次冷拉拔至φ6.0mm；580℃进行5h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ3.5mm。
对实施例1至5制得的合金钢芯线进行性能测试，测试结果见下表1。
表1：性能测试结果
Figure BDA0002293352960000101
由上表可看出，本发明所提供的架空导线用合金钢芯线具有优异的综合性能，抗拉强度≥1250MPa，伸长率≥2.0％，线膨胀系数≤2.5×10-6/℃(20～230℃)，导电率≥16％IACS。
本发明提供的架空导线用合金钢芯线，由上述组分组成，通过加入Cr、Y微量合金化元素，优化了合金成分及其微观组织，提高了合金钢的强度和导电率，降低了合金钢的线膨胀系数。
本发明提供的架空导线用合金钢芯线采用相对低成本的Cr、Y元素部分替代价格昂贵的Ni、Mo元素，降低了材料制备成本。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.架空导线用合金钢芯线，其特征在于，按重量计，由如下组分组成：C：0.02~0.2wt%，Si：0.02~0.15wt%，Mn：0.02~0.2wt%，P≤0.008wt%，S≤0.008wt%，Ni：30~35wt%，Mo：0.1~1wt%，V：0.05~2wt%，Cr：0.05~2wt%，Y：0.05~2wt%，余量为Fe和不可避免的其他杂质，其中，所述架空导线用合金钢芯线的制备方法，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1400℃~1600℃条件下精炼1.0~2.0h，浇注成电渣锭；
（4）电渣重熔：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：1100~1200℃保温1.0~3.0h后锻造，其中，始锻温度1100~1250℃，终锻温度900~1100℃；
（6）热轧成型：在1050~1150℃下保温1.0~3.0h后再热轧成型，初轧温度1050~1150℃，终轧温度900~1000℃；
（7）拉拔处理：在1050~1150℃氩气保护下进行固溶处理后再冷拉拔至φ6.0mm，之后，在550~650℃条件下进行3~5h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ3.5mm。
2.按照权利要求1所述的架空导线用合金钢芯线，其特征在于，按重量计，由如下组分组成：C：0.05~0.2wt%，Si：0.06~0.15wt%，Mn：0.05~0.2wt%，P≤0.008wt%，S≤0.008wt%，Ni：32~34wt%，Mo：0.1~0.5wt%，V：0.5~2wt%，Cr：0.2~2wt%，Y：0.2~2wt%，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
3.按照权利要求1所述的架空导线用合金钢芯线，其特征在于，按重量计，由如下组分组成：C：0.15wt%，Si：0.10wt%，Mn：0.15wt%，P≤0.005wt%，S≤0.005wt%，Ni：33wt%，Mo：0.3wt%，V：1.0wt%，Cr：1.0wt%，Y：1.0wt%，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
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