CN111763860B - 一种超高强铝合金线及其生产工艺 - Google Patents

一种超高强铝合金线及其生产工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN111763860B
CN111763860B CN202010488549.5A CN202010488549A CN111763860B CN 111763860 B CN111763860 B CN 111763860B CN 202010488549 A CN202010488549 A CN 202010488549A CN 111763860 B CN111763860 B CN 111763860B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum alloy
aluminum
ingot
liquid
ultra
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010488549.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111763860A (zh
Inventor
张孝雷
徐静
夏霏霏
蒋达
周锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Far East Cable Co Ltd
New Far East Cable Co Ltd
Far East Composite Technology Co Ltd
Original Assignee
Far East Cable Co Ltd
New Far East Cable Co Ltd
Far East Composite Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Far East Cable Co Ltd, New Far East Cable Co Ltd, Far East Composite Technology Co Ltd filed Critical Far East Cable Co Ltd
Priority to CN202010488549.5A priority Critical patent/CN111763860B/zh
Publication of CN111763860A publication Critical patent/CN111763860A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111763860B publication Critical patent/CN111763860B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/002—Treatment with gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/001—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
    • B22D11/003—Aluminium alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/045—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for horizontal casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D43/00—Mechanical cleaning, e.g. skimming of molten metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0075—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rods of limited length
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/525—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length for wire, for rods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/06—Making non-ferrous alloys with the use of special agents for refining or deoxidising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/002—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working by rapid cooling or quenching; cooling agents used therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/053—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with zinc as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超高强铝合金线及其生产工艺，其中超高强铝合金线的化学成分按重量百分数计包含以下组分：Zn 3.75‑7.17％，Mg 1.83‑2.56％，Si 0.85‑1.0％，Cu 1.3‑1.72％，Fe 0.3‑0.6％，Ti 0.008‑0.02％，B 0.01‑0.1％，余量为Al。本发明配方中的Zn和Mg形成MgZn2强化相，Si和Mg形成Mg2Si强化相，通过第二相强化，来显著提高铝合金的强度，Cu能有效提高合金的强度和导电率，使超高强度铝合金线导电率≥45％IACS，抗拉强度≥625MPa，伸长率≥8％，可用于大跨越、大落差的输电线路，具有显著的经济效益。

Description

一种超高强铝合金线及其生产工艺
技术领域
本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种超高强铝合金线及其生产工艺。
背景技术
现有架空输电线路中使用最广泛的是钢芯铝绞线，但随着技术的进步以及电力行业发展的需要，铝合金导线由于其优越的技术性能，良好的运行效果，尤其是在超高压线路以及大跨越线路上良好的使用效果，逐渐被世界各国广泛采用。铝合金单线主要包括中强度铝合金线、高强度铝合金线和耐热铝合金线，强度最高达到350MPa的高强度铝合金线常被作为加强芯使用，但在一些大跨越和重覆冰地区，强度350MPa的高强度铝合金线难以满足设计要求，一般会选用特高强度钢芯作为加强芯，来提高导线的拉重比，但钢芯重量较重，不仅导致杆塔高度加高和强度加高，而且导致线路损耗加大，无法达到理想的应用效果。
采用超高强铝合金线作为加强芯，不仅可以降低导线重量，提高导线拉重比，而且可以提高导线输电容量，降低线路损耗。对超高强铝合金线的研究还处于起步阶段，就很难以保证获得综合性能优异的超高强度铝合金线，要么是强度过高，导电率偏低，要么是导电率高，强度偏低，很难获得强度和导电率均较高的超高强铝合金线。因此，如何根据线路设计要求，深入研究铝合金线材配方和生产工艺，获得导电率≥45％IACS，抗拉强度≥625MPa，伸长率≥8％的超高强铝合金线，是实现超高强铝合金线应用亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种强度大，导电率高的超高强铝合金线及其生产工艺。
实现本发明目的的第一个技术方案是：一种超高强铝合金线，其化学成分按重量百分数计包含以下组分：Zn 3.75-7.17％，Mg 1.83-2.56％，Si 0.85-1.0％，Cu 1.3-1.72％，Fe 0.3-0.6％，Ti 0.008-0.02％，B 0.01-0.1％，余量为Al。
本发明的Zn与Mg形成MgZn2强化相，能显著提高材料的强度，过量的Zn会提高材料的强度，也会降低导电率，因此要选择Zn含量在3.75-7.17％之间，使材料具有足够的强度和良好的导电率。
Si与Mg形成Mg2Si强化相，能显著提高材料的强度，铝合金中加入Si还能提高铝合金熔融态的流动性，但过量的Si会降低该材料的塑性，因此Si在0.85-1.0％之间，使材料同时具有足够的强度和良好的延伸率。
Cu与Al和Mg结合形成S(Al2CuMg)和T(Al6CuMg4)相，而S(Al2CuMg)和T(Al6CuMg4)相为同晶型相，这两种相可以连续互溶形成T(AlZnMgCu)相。Cu原子能溶入η相和T相，降低晶界与晶内电位差，细化晶界沉淀相，提高沉淀相的弥散度，抑制沿晶开裂，对晶间无沉淀析出带宽度的影响较小，能有效改善铝合金的强度和导电率。Cu原子还可溶入GP区，提高GP区的稳定温度范围，延缓时效析出，提高铝合金的强度。
Fe加入可在本发明的铝合金体系中形成β-FeSiAl5(或Fe2Si2Al9)强化相，能够提高铝合金强度，Fe的析出还可降低固溶度，提高导体的导电率。
Ti会与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，细化晶粒，提高铝合金的强度；Ti在本发明的铝合金体系内，还可以抑制再结晶，延长峰值时效时间，使铝合金析出更多的强化相，增强铝合金的时效强化效果。
B能够显著提高铝合金材料的导电率。
本发明的第二个技术方案是：一种超高强铝合金线的生产工艺，用于生产上述的一种超高强铝合金线，包括以下步骤：
S1：熔炼：熔炼铝锭，注入保温炉，然后加入锌锭、铝铜合金锭、铝铁合金锭、铝硅合金锭、镁锭、铝钛合金锭和铝硼合金锭制成铝合金液；采用自动搅拌机搅拌铝合金液；
S2：精炼：搅拌完成后，在保温炉中加入高效精炼剂，精炼剂为NaCl、KCl、CaF2、Na2SO4和Na3AlF6的混合物；
S3：连续铸造：对铝合金液进行除气和过滤，然后采用水平浇铸方式进行连续铸造得到铝合金锭坯；
S4：将铝合金锭坯进行连续固溶处理；
S5：连续轧制：将铝合金锭坯轧制成铝合金杆；将铝合金杆进行淬火；
S6：固溶处理：将冷却后的铝合金杆进行固溶处理；
S7：拉丝：将铝合金杆拉制成铝合金线；
S8：精细加工：将铝合金线依次进行均匀化处理和时效处理。
所述步骤S1中，采用铝含量为99.85％的铝锭，熔化为铝液后，加注到保温炉；在保温炉中加入锌锭、铝铜合金锭、铝铁合金锭、铝硅合金锭、镁锭、铝钛合金锭和铝硼合金锭制成铝合金液；确保铝合金液中组分含量与上述的一种超高强铝合金线的化学成分一致；所述保温炉内温度为720～730℃。
进一步地，所述铝液中依次加入锌锭、铝铜合金锭、铝铁合金锭、铝硅合金锭、铝硼合金锭、镁锭和铝钛合金锭。由于锌锭含量高且密度大，铝铜合金锭、铝铁合金、铝硅、铝硼合金熔点高，而镁锭熔点和密度较低，吸气严重，易烧损，所以其加料顺序在锌锭、铝铁合金、铝硅和铝硼合金锭之后，可以减轻铝合金液的吸气及烧损情况；而铝钛合金主要是起细化晶粒的作用，可以促进精炼效果，在精炼前加入有利于提高晶粒细化效果。
采用自动搅拌器搅拌铝合金液，搅拌时间不低于1h。
所述步骤S2中，分别从前、后、左、右和中间5个方向随N2吹入高效精炼剂，吹入温度为710～735℃，精炼时间为25～35min；精炼完成后，将铝合金液表面的渣扒净；所述高效精炼剂的加入量与所述铝合金液的重量比为1.5：1000。
精炼后分别从前、中、后三个方向取样，对样本进行光谱分析测试，成分含量需与上述的一种超高强铝合金线的化学成分一致，若不足，则添加相应成份；若超出，则添加其余成分。
所述步骤S3中，采用在线除杂系统进行除气和过滤；所述在线除杂系统包括除气装置和过滤装置；所述除气装置采用N2吹入，吹入流量为40-50ml/min，温度为850℃；所述过滤装置采用陶瓷结构，所述铝合金液过滤后的含氢量不大于0.150ml/100g。
所述水平浇铸方式具体为：采用水平浇铸设备对铝合金液进行缓冲；所述水平浇铸设备包括第一储存容器、第二储存容器和缓冲设备；所述缓冲设备设置在第一储存容器和第二储存容器之间；所述第二储存容器的出料口与结晶轮的T型凹槽底部齐平，使铝合金液水平地进入T型凹槽，铸成铝合金锭坯；其中，第二储存容器中的铝合金液温度为670-690℃。铝合金液的流动过程为：铝合金液从第一储存容器经缓冲设备流入第二储存容器，此时铝合金液流动平缓，再从第二储存容器流到结晶轮的T型凹槽内，流动均匀平缓，铸造效果好；所述结晶轮转速为1.3-1.5r/min。所述缓冲设备为套设在第一缓冲容器出口的缓冲环，通过调节缓冲环的高度从而控制铝合金液的流量。
浇铸完成后从T型凹槽上下左右四个方向进行喷水冷却，冷却水浓度为50-150ppm，温度为40-60℃，上侧冷却水压力为30-200MPa，下侧冷却水压力为35-120MPa，左侧和右侧冷却水压力均为0-80MPa，从铝合金液进入的时间，逐渐增大冷却水压力，实现分级冷却，保证铝合金锭坯均匀结晶，防止热裂纹产生。
所述步骤S4中，采用感应加热装置加热，铝合金锭坯的固溶处理温度为530℃～550℃，以达到防止合金锭强化相析出过多而使得合金锭强度过高产生轧制断杆的问题发生。
所述步骤S5中，采用6组粗轧机和10组精轧机；轧制采用的冷却乳化液浓度为12-15％，PH值为7-9；轧制时，乳化液温度为45-50℃，乳化液压力为200kPa，获得的铝合金杆尺寸为7.0±0.1mm，6小时内铝合金杆电阻率不大于0.0387Ω·mm/m2，6小时内抗拉强度380-430MPa，伸长率不小于18％。
将铝合金杆进行淬火；淬火温度为35℃，冷却水压力为450kPa。
淬火后将铝合金杆收至收线盘，铝合金杆的收线温度为35℃，每盘铝合金杆重量为1500kg。
所述步骤S6中，固溶温度为468℃×2h。
所述步骤S7中，拉丝采用分电机铝拉机将铝合金杆拉制成所需直径的超高强度铝合金线，铝拉机采用多道模具，延伸系数为1.10～1.25，且到出线模具的延伸系数逐步降低至1.05，拉丝速度为5-8m/s。
所述步骤S8中，均匀化处理参数为：445℃×2h+465℃×3h。
时效处理采用三级时效的方式，具体参数为：135℃/18h+165℃×1h，室温空冷+155℃/16h。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
(1)本发明配方中的Zn和Mg形成MgZn2强化相，Si和Mg形成Mg2Si强化相，通过第二相强化，来显著提高铝合金的强度，Cu能有效提高合金的强度和导电率，Ti会与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，细化晶粒，提高合金的强度，Fe能提高铝合金线的强度和抗蠕变性能，B能提高铝合金线的导电率，对6种合金元素的含量进行合理配置能显著提高铝合金强度，同时降低合金元素固溶度，使超高强度铝合金线导电率≥45％IACS，抗拉强度≥625MPa，伸长率≥8％，可用于大跨越、大落差的输电线路，具有显著的经济效益。
(2)本发明的工艺制得的超高强铝合金线具有导电性高，强度高，伸长率大，抗应力腐蚀性能好的特点，可用于大跨越、大落差的输电线路，具有显著的经济效益。
(3)本发明从多个方向高温吹入高效精炼剂，高效精炼剂的混合效果好，提高了铝合金液的精炼程度和效果。
(4)本发明采用水平浇注方式，使得铝合金液平稳的进入结晶轮的T型凹槽中，避免合金液波动产生氧化而生成杂质。
(5)本发明的除气装置采用N2高温吹入，N2惰性高，对铝合金液的保护性好，使铝合金液不易氧化，过滤装置采用陶瓷结构，铝合金液过滤后的含氢量不大于0.150ml/100g，降低了金属氧化物和气体杂质，防止合金开裂倾向发生，改善了超高强铝合金杆的加工性能和提高了铝合金杆的导电性能。
(6)本发明在轧制过程中，首先要进行530～550℃的短时固溶处理，降低析出相浓度和均化合金元素分布，起到降低合金强度和均化合金元素的作用，防止轧制过程局部应力过大发生断杆，采用6组粗轧机和10组精轧机，并且将合金杆轧制到7.0mm左右，轧制完成后再采用连续水冷降温，防止合金元素在拉丝过程中过多的析出相长大，局部强度过高，还有利于后续拉丝工序减少变形量，造成拉丝工序合金丝表面起皮甚至断丝问题。
(7)本发明在拉丝前采用468℃×2h的固溶处理工艺，可以再次降低析出相浓度和均化合金元素分布，防止拉丝工序合金丝表面起皮甚至断丝问题产生。
(8)本发明采用445℃×2h+465℃×3h的均匀化处理工艺，可以促进拉丝过程中产生的析出相回溶至铝基体中，同时长时间的高温处理，可使得合金元素分布更加均匀，高低温的均化工艺，可以有效防止晶粒长大。
(9)本发明采用三级时效处理的方式，时效工艺为：135℃/18h+165℃×1h，室温空冷+155℃/16h，在低温时，有利于合金中形成高密度细小弥散的GP区，为终时效的析出相提供形核核心，在高温短时时效，有利于晶界析出相充分断开，提高合金强度，在稍高温度进行终时效，可以有效改善合金析出相的分布，使得超高强铝合金线在保持超高强度的同时，具有较好的导电性能。
具体实施方式
(实施例1)
本实施例的超高强铝合金线，其化学成分按重量百分数计包含以下组分：Zn3.75％，Mg1.83％，Si 0.85％，Cu 1.3％，Fe 0.3％，Ti 0.008％，B 0.01％，余量为Al。
本实施例的超高强铝合金线的生产工艺，包括以下步骤：
S1：熔炼：熔炼铝锭，注入保温炉，然后依次加入锌锭、铝铜合金锭、铝铁合金锭、铝硅合金锭、铝硼合金锭、镁锭和铝钛合金锭制成铝合金液。采用铝含量为99.85％的铝锭，确保铝合金液中组分含量与权利要求1中的一种超高强铝合金线的化学成分一致。保温炉内温度为720℃。
搅拌：采用自动搅拌器搅拌铝合金液，搅拌时间不低于1h。
S2：精炼：搅拌完成后，分别从保温炉前、后、左、右和中间5个方向随N2吹入高效精炼剂，吹入温度为710℃，精炼时间为25min，精炼完成后，将铝合金液表面的渣扒净。高效精炼剂的加入量与铝合金液的重量比为1.5：1000。
精炼后进行成分控制：多次取样，对铝合金液成分进行分析。调整组分含量。分别从前、中、后三个方向取样，对样本进行光谱分析测试，成分含量需与上述的一种超高强铝合金线的化学成分一致。
S3：连续铸造：采用在线除杂系统进行除气和过滤。在线除杂系统包括除气装置和过滤装置。除气装置采用N2吹入，吹入流量为40ml/min，温度为850℃。过滤装置采用陶瓷结构，铝合金液过滤后的含氢量不大于0.150ml/100g。
除气和过滤完成后，采用水平浇铸方式进行连续铸造得到铝合金锭坯。水平浇铸方式具体为：采用水平浇铸设备对铝合金液进行缓冲。水平浇铸设备包括第一储存容器、第二储存容器和缓冲设备。缓冲设备设置在第一储存容器和第二储存容器之间。第二储存容器的出料口与结晶轮上的T型凹槽底部齐平，使铝合金液水平地进入T型凹槽，铸成铝合金锭坯。其中，第二储存容器中的铝合金液温度为670℃。铝合金液的流动过程为：铝合金液从第一储存容器经缓冲设备流入第二储存容器，此时铝合金液流动平缓，再从第二储存容器流到结晶轮的T型凹槽内，流动均匀平缓，铸造效果好。结晶轮转速为1.3r/min。所述缓冲设备为套设在第一缓冲容器出口的缓冲环，通过调节缓冲环的高度从而控制铝合金液的流量。
T型凹槽从上下左右四个方向进行喷水冷却，冷却水浓度为50ppm，温度为40℃，上侧冷却水压力为50、120、180MPa，下侧冷却水压力为40、80、120MPa，左侧和右侧冷却水压力均为10、30、70MPa，从铝合金液进入的时间，逐渐增大冷却水压力，实现分级冷却。
S4：连续固溶处理：采用感应加热装置加热，铝合金锭坯的固溶处理温度为530℃。
S5：连续轧制：将铝合金锭坯轧制成铝合金杆。采用6组粗轧机和10组精轧机。轧制采用的冷却乳化液浓度为12％，PH值为7。轧制时，乳化液温度为45℃，乳化液压力为200kPa，获得的铝合金杆尺寸为7.0±0.1mm，6小时内铝合金杆电阻率不大于0.0387Ω·mm/m2，6小时内抗拉强度380MPa，伸长率不小于18％。
将铝合金杆进行在线淬火。淬火温度为35℃，冷却水压力为450kPa。
淬火后将铝合金杆收至收线盘。铝合金杆的收线温度为35℃，每盘铝合金杆重量为1500kg。
S6：固溶处理：将冷却后的铝合金杆进行固溶处理。固溶温度为468℃×2h。
S7：拉丝：将铝合金杆拉制成铝合金线。拉丝采用分电机铝拉机将铝合金杆拉制成所需直径的超高强度铝合金线，铝拉机采用多道模具，延伸系数为1.10，且到出线模具的延伸系数逐步降低至1.05，拉丝速度为5m/s。
S8：将铝合金线进行均匀化处理。均匀化处理参数为：445℃×2h+465℃×3h。
将铝合金线进行时效处理。时效处理采用三级时效的方式，具体参数为：135℃/18h+165℃×1h，室温空冷+155℃/16h。
本实施例制成的超高强铝合金线的性能参数见表1。
(实施例2)
本实施例的超高强铝合金线，其化学成分按重量百分数计包含以下组分：Zn5.5％，Mg2.1％，Si 0.93％，Cu 1.54％，Fe 0.45％，Ti 0.013％，B 0.57％，余量为Al。
本实施例的超高强铝合金线的生产工艺，包括以下步骤：
S1：熔炼：熔炼铝锭，注入保温炉，然后依次加入锌锭、铝铜合金锭、铝铁合金锭、铝硅合金锭、铝硼合金锭、镁锭和铝钛合金锭制成铝合金液。采用铝含量为99.85％的铝锭，确保铝合金液中组分含量与权利要求1中的一种超高强铝合金线的化学成分一致。保温炉内温度为725℃。
搅拌：采用自动搅拌器搅拌铝合金液，搅拌时间不低于1h。
S2：精炼：搅拌完成后，分别从保温炉前、后、左、右和中间5个方向随N2吹入高效精炼剂，吹入温度为720℃，精炼时间为30min，精炼完成后，将铝合金液表面的渣扒净。高效精炼剂的加入量与铝合金液的重量比为1.5：1000。
精炼后进行成分控制：多次取样，对铝合金液成分进行分析。调整组分含量。分别从前、中、后三个方向取样，对样本进行光谱分析测试，成分含量需与上述的一种超高强铝合金线的化学成分一致。
S3：连续铸造：采用在线除杂系统进行除气和过滤。在线除杂系统包括除气装置和过滤装置。除气装置采用N2吹入，吹入流量为45ml/min，温度为850℃。过滤装置采用陶瓷结构，铝合金液过滤后的含氢量不大于0.150ml/100g。
除气和过滤完成后，采用水平浇铸方式进行连续铸造得到铝合金锭坯。水平浇铸方式具体为：采用水平浇铸设备对铝合金液进行缓冲。水平浇铸设备包括第一储存容器、第二储存容器和缓冲设备。缓冲设备设置在第一储存容器和第二储存容器之间。第二储存容器的出料口与结晶轮上的T型凹槽底部齐平，使铝合金液水平地进入T型凹槽，铸成铝合金锭坯。其中，第二储存容器中的铝合金液温度为680℃。铝合金液的流动过程为：铝合金液从第一储存容器经缓冲设备流入第二储存容器，此时铝合金液流动平缓，再从第二储存容器流到结晶轮的T型凹槽内，流动均匀平缓，铸造效果好。结晶轮转速为1.4r/min。
浇铸完成后从T型凹槽上下左右四个方向进行喷水冷却，冷却水浓度为100ppm，温度为50℃，上侧冷却水压力为50、120、180MPa，下侧冷却水压力为40、80、120MPa，左侧和右侧冷却水压力均为10、30、70MPa，从铝合金液进入的时间，逐渐增大冷却水压力，实现分级冷却。
S4：连续固溶处理：采用感应加热装置加热，铝合金锭坯的固溶处理温度为540℃。
S5：连续轧制：将铝合金锭坯轧制成铝合金杆。步骤S6中，采用6组粗轧机和10组精轧机。轧制采用的冷却乳化液浓度为13％，PH值为8。轧制时，乳化液温度为47℃，乳化液压力为200kPa，获得的铝合金杆尺寸为7.0±0.1mm，6小时内铝合金杆电阻率不大于0.0387Ω·mm/m2，6小时内抗拉强度400MPa，伸长率不小于18％。
将铝合金杆进行在线淬火。淬火温度为35℃，冷却水压力为450kPa。
淬火后将铝合金杆收至收线盘。铝合金杆的收线温度为35℃，每盘铝合金杆重量为1500kg。
S6：固溶处理：将冷却后的铝合金杆进行固溶处理。固溶温度为468℃×2h。
S7：拉丝：将铝合金杆拉制成铝合金线。拉丝采用分电机铝拉机将铝合金杆拉制成所需直径的超高强度铝合金线，铝拉机采用多道模具，延伸系数为1.20，且到出线模具的延伸系数逐步降低至1.05，拉丝速度为6.5m/s。
S8：将铝合金线进行均匀化处理。均匀化处理参数为：445℃×2h+465℃×3h。
将铝合金线进行时效处理。时效处理采用三级时效的方式，具体参数为：135℃/18h+165℃×1h，室温空冷+155℃/16h。
本实施例制成的超高强铝合金线的性能参数见表1。
(实施例3)
本实施例的超高强铝合金线，其化学成分按重量百分数计包含以下组分：Zn7.17％，Mg2.56％，Si 1.0％，Cu 1.72％，Fe 0.6％，Ti 0.02％，B 0.1％，余量为Al。
本实施例的超高强铝合金线的生产工艺，包括以下步骤：
S1：熔炼：熔炼铝锭，注入保温炉，然后依次加入锌锭、铝铜合金锭、铝铁合金锭、铝硅合金锭、铝硼合金锭、镁锭和铝钛合金锭制成铝合金液。采用铝含量为99.85％的铝锭，确保铝合金液中组分含量与权利要求1中的一种超高强铝合金线的化学成分一致。保温炉内温度为730℃。
搅拌：采用自动搅拌器搅拌铝合金液，搅拌时间不低于1h。
S2：精炼：搅拌完成后，分别从保温炉前、后、左、右和中间5个方向随N2吹入高效精炼剂，吹入温度为735℃，精炼时间为35min，精炼完成后，将铝合金液表面的渣扒净。高效精炼剂的加入量与铝合金液的重量比为1.5：1000。
精炼后进行成分控制：多次取样，对铝合金液成分进行分析。调整组分含量。分别从前、中、后三个方向取样，对样本进行光谱分析测试，成分含量需与上述的一种超高强铝合金线的化学成分一致。
S3：连续铸造：采用在线除杂系统进行除气和过滤。在线除杂系统包括除气装置和过滤装置。除气装置采用N2吹入，吹入流量为50ml/min，温度为850℃。过滤装置采用陶瓷结构，铝合金液过滤后的含氢量不大于0.150ml/100g。
除气和过滤完成后，采用水平浇铸方式进行连续铸造得到铝合金锭坯。水平浇铸方式具体为：采用水平浇铸设备对铝合金液进行缓冲。水平浇铸设备包括第一储存容器、第二储存容器和缓冲设备。缓冲设备设置在第一储存容器和第二储存容器之间。第二储存容器的出料口与结晶轮上的T型凹槽底部齐平，使铝合金液水平地进入T型凹槽，铸成铝合金锭坯。其中，第二储存容器中的铝合金液温度为690℃。铝合金液的流动过程为：铝合金液从第一储存容器经缓冲设备流入第二储存容器，此时铝合金液流动平缓，再从第二储存容器流到结晶轮的T型凹槽内，流动均匀平缓，铸造效果好。结晶轮转速为1.5r/min。
浇铸完成后从T型凹槽上下左右四个方向进行喷水冷却，冷却水浓度为150ppm，温度为60℃，上侧冷却水压力为50、120、180MPa，下侧冷却水压力为40、80、120MPa，左侧和右侧冷却水压力均为10、30、70MPa，从铝合金液进入的时间，逐渐增大冷却水压力，实现分级冷却。
S4：连续固溶处理：采用感应加热装置加热，铝合金锭坯的固溶处理温度为550℃。
S5：连续轧制：将铝合金锭坯轧制成铝合金杆。步骤S6中，采用6组粗轧机和10组精轧机。轧制采用的冷却乳化液浓度为15％，PH值为9。轧制时，乳化液温度为50℃，乳化液压力为200kPa，获得的铝合金杆尺寸为7.0±0.1mm，6小时内铝合金杆电阻率不大于0.0387Ω·mm/m2，6小时内抗拉强度430MPa，伸长率不小于18％。
将铝合金杆进行在线淬火。淬火温度为35℃，冷却水压力为450kPa。
淬火后将铝合金杆收至收线盘。铝合金杆的收线温度为35℃，每盘铝合金杆重量为1500kg。
S6：固溶处理：将冷却后的铝合金杆进行固溶处理。固溶温度为468℃×2h。
S7：拉丝：将铝合金杆拉制成铝合金线。拉丝采用分电机铝拉机将铝合金杆拉制成所需直径的超高强度铝合金线，铝拉机采用多道模具，延伸系数为1.25，且到出线模具的延伸系数逐步降低至1.05，拉丝速度为8m/s。
S8：将铝合金线进行均匀化处理。均匀化处理参数为：445℃×2h+465℃×3h。
将铝合金线进行时效处理。时效处理采用三级时效的方式，具体参数为：135℃/18h+165℃×1h，室温空冷+155℃/16h。
本实施例制成的超高强铝合金线的性能参数见表1。
(实施例4)
本实施例的超高强铝合金线，其化学成分按重量百分数计包含以下组分：Zn5.1％，Mg2.03％，Si 0.89％，Cu 1.36％，Fe 0.37％，Ti 0.0012％，B 0.018％，余量为Al。
本实施例的超高强铝合金线的生产工艺，包括以下步骤：
S1：熔炼：熔炼铝锭，注入保温炉，然后依次加入锌锭、铝铜合金锭、铝铁合金锭、铝硅合金锭、铝硼合金锭、镁锭和铝钛合金锭制成铝合金液。采用铝含量为99.85％的铝锭，确保铝合金液中组分含量与权利要求1中的一种超高强铝合金线的化学成分一致。保温炉内温度为720℃。
搅拌：采用自动搅拌器搅拌铝合金液，搅拌时间不低于1h。
S2：精炼：搅拌完成后，分别从保温炉前、后、左、右和中间5个方向随N2吹入高效精炼剂，吹入温度为715℃，精炼时间为25～35min。精炼完成后，将铝合金液表面的渣扒净。高效精炼剂的加入量与铝合金液的重量比为1.5：1000。
精炼后进行成分控制：多次取样，对铝合金液成分进行分析。调整组分含量。分别从前、中、后三个方向取样，对样本进行光谱分析测试，成分含量需与上述的一种超高强铝合金线的化学成分一致。
S3：连续铸造：采用在线除杂系统进行除气和过滤。在线除杂系统包括除气装置和过滤装置。除气装置采用N2吹入，吹入流量为45ml/min，温度为850℃。过滤装置采用陶瓷结构，铝合金液过滤后的含氢量不大于0.150ml/100g。
除气和过滤完成后，采用水平浇铸方式进行连续铸造得到铝合金锭坯。水平浇铸方式具体为：采用水平浇铸设备对铝合金液进行缓冲。水平浇铸设备包括第一储存容器、第二储存容器和缓冲设备。缓冲设备设置在第一储存容器和第二储存容器之间。第二储存容器的出料口与结晶轮上的T型凹槽底部齐平，使铝合金液水平地进入T型凹槽，铸成铝合金锭坯。其中，第二储存容器中的铝合金液温度为680℃。铝合金液的流动过程为：铝合金液从第一储存容器经缓冲设备流入第二储存容器，此时铝合金液流动平缓，再从第二储存容器流到结晶轮的T型凹槽内，流动均匀平缓，铸造效果好。结晶轮转速为1.3r/min。
浇铸完成后从T型凹槽上下左右四个方向进行喷水冷却，冷却水浓度为120ppm，温度为50℃，上侧冷却水压力为50、120、180MPa，下侧冷却水压力为40、80、120MPa，左侧和右侧冷却水压力均为10、30、70MPa，从铝合金液进入的时间，逐渐增大冷却水压力，实现分级冷却。
S4：连续固溶处理：采用感应加热装置加热，铝合金锭坯的固溶处理温度为550℃。
S5：连续轧制：将铝合金锭坯轧制成铝合金杆。步骤S6中，采用6组粗轧机和10组精轧机。轧制采用的冷却乳化液浓度为12％，PH值为7.5。轧制时，乳化液温度为50℃，乳化液压力为200kPa，获得的铝合金杆尺寸为7.0±0.1mm，6小时内铝合金杆电阻率不大于0.0387Ω·mm/m2，6小时内抗拉强度380-430MPa，伸长率不小于18％。
将铝合金杆进行在线淬火。淬火温度为35℃，冷却水压力为450kPa。
淬火后将铝合金杆收至收线盘。铝合金杆的收线温度为35℃，每盘铝合金杆重量为1500kg。
S6：固溶处理：将冷却后的铝合金杆进行固溶处理。固溶温度为468℃×2h。
S7：拉丝：将铝合金杆拉制成铝合金线。拉丝采用分电机铝拉机将铝合金杆拉制成所需直径的超高强度铝合金线，铝拉机采用多道模具，延伸系数为1.12，且到出线模具的延伸系数逐步降低至1.05，拉丝速度为7m/s。
S8：将铝合金线进行均匀化处理。均匀化处理参数为：445℃×2h+465℃×3h。
将铝合金线进行时效处理。时效处理采用三级时效的方式，具体参数为：135℃/18h+165℃×1h，室温空冷+155℃/16h。
本实施例制成的超高强铝合金线的性能参数见表1。
表1性能对比
项目 现有 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
抗拉性能 350MPa 637MPa 642MPa 677MPa 650MPa
伸长率 8％ 13.9％ 14.5％ 16.8％ 14.0％
导电性能 ICAS 54.5％ ICAS 47.3％ ICAS46.5％ ICAS45.5％ ICAS46.8％
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超高强铝合金线的生产工艺，铝合金线化学成分按重量百分数计为：Zn3.75-7.17％，Mg 1.83-2.56％，Si 0.85-1.0％，Cu 1.3-1.72％，Fe 0.3-0.6％，Ti 0.008-0.02％，B0.01-0.1％，余量为Al，其特征在于包括以下步骤：
S1：熔炼：熔炼铝锭，注入保温炉，然后加入锌锭、铝铜合金锭、铝铁合金锭、铝硅合金锭、镁锭、铝钛合金锭和铝硼合金锭制成铝合金液；采用自动搅拌机搅拌铝合金液；
S2：精炼：搅拌完成后，在保温炉中加入高效精炼剂；
S3：连续铸造：对铝合金液进行除气和过滤，然后采用水平浇铸方式进行连续铸造得到铝合金锭坯；
S4：将铝合金锭坯进行连续固溶处理；铝合金锭坯的固溶处理温度为530℃～550℃；
S5：连续轧制：将铝合金锭坯轧制成铝合金杆；将铝合金杆进行淬火；
S6：固溶处理：将冷却后的铝合金杆进行固溶处理；
S7：拉丝：将铝合金杆拉制成铝合金线；
S8：精细加工：将铝合金线依次进行均匀化处理和时效处理；
所述步骤S6中，固溶温度为468℃×2h；
所述步骤S8中，时效处理采用三级时效的方式，具体参数为：135℃/18h+165℃×1h，室温空冷+155℃/16h；
所述步骤S8中，均匀化处理参数为：445℃×2h+465℃×3h。
2.根据权利要求1所述的一种超高强铝合金线的生产工艺，其特征在于：所述步骤S1中，采用铝含量为99.85％的铝锭，熔化为铝液后，加注到保温炉；在保温炉中加入锌锭、铝铜合金锭、铝铁合金锭、铝硅合金锭、镁锭、铝钛合金锭和铝硼合金锭制成铝合金液；确保铝合金液中组分含量与权利要求1中所述的一种超高强铝合金线的化学成分一致；所述保温炉内温度为720～730℃。
3.根据权利要求2所述的一种超高强铝合金线的生产工艺，其特征在于：所述步骤S2中，分别从前、后、左、右和中间5个方向随N2吹入高效精炼剂，吹入温度为710～735℃，精炼时间为25～35min；精炼完成后，将铝合金液表面的渣扒净；所述高效精炼剂的加入量与所述铝合金液的重量比为1.5：1000。
4.根据权利要求2所述的一种超高强铝合金线的生产工艺，其特征在于：所述步骤S3中，采用在线除杂系统进行除气和过滤；所述在线除杂系统包括除气装置和过滤装置；所述除气装置采用N2吹入，吹入流量为40-50ml/min，温度为850℃；所述过滤装置采用陶瓷结构，铝合金液过滤后的含氢量不大于0.150ml/100g。
5.根据权利要求2所述的一种超高强铝合金线的生产工艺，其特征在于：所述步骤S3中，水平浇铸方式具体为：采用水平浇铸设备对铝合金液进行缓冲；所述水平浇铸设备包括第一储存容器、第二储存容器和缓冲设备；所述缓冲设备设置在第一储存容器和第二储存容器之间；所述第二储存容器的出料口与结晶轮的T型凹槽底部齐平，使铝合金液水平地进入T型凹槽，铸成铝合金锭坯。
6.根据权利要求2所述的一种超高强铝合金线的生产工艺，其特征在于：所述步骤S4中，采用感应加热装置加热。
7.根据权利要求2所述的一种超高强铝合金线的生产工艺，其特征在于：所述步骤S5中，采用6组粗轧机和10组精轧机；轧制采用的冷却乳化液浓度为12-15％，PH值为7-9；轧制时，乳化液温度为45-50℃，乳化液压力为200kPa，获得的铝合金杆尺寸为7.0±0.1mm，6小时内铝合金杆电阻率不大于0.0387Ω·mm/m2，6小时内抗拉强度380-430MPa，伸长率不小于18％。
CN202010488549.5A 2020-06-02 2020-06-02 一种超高强铝合金线及其生产工艺 Active CN111763860B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010488549.5A CN111763860B (zh) 2020-06-02 2020-06-02 一种超高强铝合金线及其生产工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010488549.5A CN111763860B (zh) 2020-06-02 2020-06-02 一种超高强铝合金线及其生产工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111763860A CN111763860A (zh) 2020-10-13
CN111763860B true CN111763860B (zh) 2021-09-07

Family

ID=72719954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010488549.5A Active CN111763860B (zh) 2020-06-02 2020-06-02 一种超高强铝合金线及其生产工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111763860B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112501482B (zh) * 2020-10-14 2022-07-05 北京工业大学 一种Si微合金化AlZnMgCu合金及其制备方法
CN112899504B (zh) * 2021-01-19 2022-01-11 镇江市长虹散热器有限公司 一种高强韧耐磨Al-Mg-Si系铸造铝合金及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58161747A (ja) * 1982-03-19 1983-09-26 Kobe Steel Ltd フラツシユバツト溶接部の耐応力腐蝕割れ性に優れた高強度アルミニウム合金
DE112004003147B4 (de) * 2003-04-10 2022-11-17 Novelis Koblenz Gmbh Al-Zn-Mg-Cu-Legierung
CN1965098A (zh) * 2004-04-22 2007-05-16 美铝公司 用于航空和汽车铸件的可热处理Al－Zn－Mg合金
CN103014459A (zh) * 2012-12-21 2013-04-03 中南大学 一种高Zn高Mg低Cu超强耐蚀铝合金及热处理方法
CN106119612A (zh) * 2016-06-14 2016-11-16 江苏亨通电力特种导线有限公司 一种中强度铝合金材料及其制备方法
CN109371269B (zh) * 2018-10-19 2020-04-07 东北大学 一种超高强度Al-Zn-Mg-Cu合金线材的制备方法
CN109295352B (zh) * 2018-11-27 2020-11-03 华北电力大学 一种屈服强度高于350MPa的高导电率铝合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111763860A (zh) 2020-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101967589B (zh) 一种中强高韧铝锂合金及其制备方法
CN102021457B (zh) 一种高强韧铝锂合金及其制备方法
CN109252072B (zh) 一种高精铝箔坯料及其制备工艺
CN108823440B (zh) 一种亚共晶铝硅合金板坯的制备方法及应用
CN111763860B (zh) 一种超高强铝合金线及其生产工艺
CN113684388B (zh) 一种高导电率软铝单丝及其制备方法
CN113699398B (zh) 一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法
CN104975211A (zh) 一种高导电率热处理型中强铝合金导电单丝
CN113444944B (zh) 低成本高强高延展性稀土镁合金及其制备方法
WO2023035831A1 (zh) 一种挤压用铝合金及其制备方法
CN111826561A (zh) Al-Zn-Mg-Cu合金及制备工艺
CN111826558A (zh) 一种铝-镁-硅合金单丝及其制备方法
CN114672698A (zh) 耐热铝合金单线及其制造方法
CN109252079B (zh) 一种低成本高强镁合金及其制备方法
CN113862533B (zh) 一种铝合金及其制备方法
CN112322949B (zh) 一种镁合金材料及包含该材料的部件和装置
CN114250387A (zh) 一种铝合金及其制备方法
CN113308653A (zh) 一种基于喷射成形的铝锂合金热处理制备方法
CN115896509B (zh) 一种在镁合金中构筑超细晶组织的制备方法
CN109182810B (zh) 一种低成本高室温塑性变形镁合金及其制备方法
CN118406915B (zh) 一种低成本、抗应力腐蚀性优异的超高强铝合金型材的制备方法
CN118374710B (zh) 一种提高800MPa级铝合金挤压型材耐腐蚀性能和断裂韧度的方法
CN116219238B (zh) 铝合金导体线材及其制备方法与应用
CN116657007B (zh) 一种高强高韧Al-Mg-Si系合金及其制备方法
CN109295353B (zh) 一种高强度高导电铝合金导线的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant