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