CN112176218A - 一种高强低损电缆导体材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强低损电缆导体材料，以质量百分比计，包括以下原料及配比：Ag：1.46～3.77％；W：2.9～4.3％；CuCe：2.8～4.7％；CuCr：5.7～9.6％；CuTi：2.9～4.3％；Cu：余量。本发明还公开了一种高强低损电缆导体材料的制备方法，包括如下步骤：合金熔炼、连铸连轧、压力加工和性能热处理。本发明还公开了一种高强低损电缆导体材料在电缆中的应用。本发明的高强低损电缆导体材料的晶界处形成连续分布的Cu51Ag14Ce7合金相，晶界周围弥散分布大量Cr2TiW合金相，使本发明具有高强度、高导电和低损耗等特性。

Description

一种高强低损电缆导体材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种高强低损电缆导体材料及其制备方法和应用，属于电力电缆导体材料技术领域。
背景技术
随着20世纪60年代以来，我国铁路电气化的高速发展，铁路运输一再提速，高铁最高时速不断刷新记录，对电气化铁路使用的电力电缆的性能要求越来越高，导体材料要求不仅具有良好的导电性能，还要有高的抗拉性能。我国在电力电缆导体的研发相比国外起步比较晚，研发与制造技术还不成熟。随着输电线程增长，对电力电缆导体材料的强度提出了新的要求，亟需提高当前电力电缆导体材料的强度，以满足长距离输电需求。
此外，在电力传输系统中，电缆作为电能的主要载体被广泛应用。电缆损耗是引起电缆温度升高的主要原因，其造成了不小的经济损失，尤其是结构与敷设条件特殊的海底电缆。另外，绝缘局部故障也会导致电缆局部过热，最终损坏绝缘。在此过程中，电缆导体材料是电力损耗和电缆温度升高的核心部件，提高电缆导体材料的导电性能、降低输电损耗是当前电缆导体行业亟待解决的另一个问题。
综上所述，亟需研究一种高强低损电缆导体材料及其制备方法和应用，以解决长距离电力输送过程中电力电缆强度不够和损耗大的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种高强低损电缆导体材料，该材料具有高强度、高导电和低损耗等特性。
同时，本发明提供一种高强低损电缆导体材料的制备方法，该法制造的电缆导体材料可解决长距离电力输送过程中电力电缆强度不够和损耗大的问题。
同时，本发明提供一种高强低损电缆导体材料在电缆中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种高强低损电缆导体材料，以质量百分比计，包括以下原料及配比：
Ag：1.46～3.77％ W：2.9～4.3％
CuTi：2.9～4.3％ CuCe：2.8～4.7％
CuCr：5.7～9.6％ Cu：余量。
所述CuCr、CuTi和W的质量比为2:1:1。
一种高强低损电缆导体材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.合金熔炼：将原料按照配比，对Cu、Ag和CuCe中间合金进行配料并加热到1580～1620℃进行熔炼，待其充分熔化后按质量比2:1:1加入CuCr、CuTi中间合金和单质W，升温到1960～2010℃进行充分熔炼直至完全熔化，获得熔炼合金液；
S2.连铸连轧：控制浇铸温度为1890～1920℃，拉速为4.1～4.8m/min，将S1熔炼合金液浇铸成合金杆；随后进行连续轧制，经粗轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1250～1280℃，进精轧温度控制在1080～1130℃，同时保证精轧总减面率≥60％，获得合金线；
S3.压力加工：将S2中获得的合金线牵引入拉丝模，进行拉丝处理，拉丝变形率为60～75％，拉丝温度为410～450℃，获得合金丝。
S4.性能热处理：将S3压力加工后的合金丝牵引入性能热处理组合炉中，先进入电感热处理隧道炉，温度880～960℃，时间50～70min；随后进入淬火槽进行快速冷却后得到高强低损电缆导体材料。
所述高强低损电缆导体材料的晶界处形成连续分布的Cu51Ag14Ce7合金相。
所述高强低损电缆导体材料的晶界周围弥散分布大量Cr2TiW合金相。
所述淬火槽快速冷却的速度为5～8℃/s。
S2中，浇铸温度为1900℃，拉速为4.5m/min。
S2中，开轧温度控制在1265℃，进精轧温度控制在1100℃。
一种高强低损电缆导体材料在电缆中的应用。
所述电缆包括用于长距离传输的高速铁路电缆和/或海底电缆。
本发明具有如下有益效果：
1.高强度：本发明的导体材料在制备过程中通过Cr、Ti和W的成分设计及特殊配比，通过熔炼过程中温度和连铸连轧控制使合金体系基体晶界处中形成过Cr和Ti的过饱和固溶体以及离散的W，在随后的压力加工过程的高压、高温条件下，大量过饱和的Cr和Ti在晶界周围析出，并与W在高温、高压下反应形成合金丝晶界周围弥散分布的大量Cr2TiW合金相。Cr2TiW合金相属于高稳定硬质相，其强度远高于基体组织，显著提高导体材料的强度。
2.高导电：本发明的导体材料在制备过程中通过Ag、Ce和W的成分设计，在熔炼及后继的连铸连轧过程中，与Cu不产生作用的W优先在晶界处凝固，造成晶界处缺陷能增加，促进晶界处析出大块Cu51Ag14Ce7合金相。该相在随后的压力加工过程中，被拉拔力沿拉拔方向拉长并彼此贯通，形成连续分布状态。由于Cu51Ag14Ce7合金相属于多电子层相，具有较多的自由电子，其连续分布于合金晶界处对导体材料的导电性能有着大幅度增强效果。
3.低损耗：本发明的导体材料在晶界位置形成连续分布Cu51Ag14Ce7合金相，大幅度降低体系的电阻，使得导体材料在电力输送过程中因电阻而引起的损耗显著降低，大大降低了电力电缆的整体电力传输损耗。
附图说明
图1为本发明的微观组织图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种高强低损电缆导体材料，以质量百分比计，包括以下原料：Ag：1.46％；W：2.9％；CuCe：2.8％；CuCr：5.7％；CuTi：2.9％；Cu：余量。
所述CuCr、CuTi和W的质量比为2:1:1。
一种高强低损电缆导体材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.合金熔炼：将上述原料按照配比，对Cu、Ag和CuCe中间合金进行配料并加热到1580℃进行熔炼，待其充分熔化后按质量比2:1:1加入CuCr、CuTi中间合金和单质W，升温到1960℃进行充分熔炼直至完全熔化，获得熔炼合金液；
S2.连铸连轧：控制浇铸温度为18900℃，拉速为4.1m/min，将S1熔炼合金液浇铸成合金杆；随后进行连续轧制，经粗轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1250℃，进精轧温度控制在1080℃，同时保证精轧总减面率为60％，获得合金线；
S3.压力加工：将S2中获得的合金线牵引入拉丝模，进行拉丝处理，拉丝变形率为60％，拉丝温度为410℃，获得合金丝。
S4.性能热处理：将S3压力加工后的合金丝牵引入性能热处理组合炉中，先进入电感热处理隧道炉，温度880℃，时间50min；随后进入淬火槽进行快速冷却后获得高强低损电缆导体材料，快速冷却的冷速为5℃/s。
如图1所示，所述高强低损电缆导体材料的晶界处形成连续分布的Cu51Ag14Ce7合金相。所述高强低损电缆导体材料的晶界周围弥散分布大量Cr2TiW合金相。
一种高强低损电缆导体材料在电缆中的应用。
所述电缆包括用于长距离传输的高速铁路电缆和/或海底电缆。
对本实施例的高强低损电缆导体材料进行性能测试，结果见下表1：
表1本实施例的高强低损电缆导体材料性能
Figure BDA0002752161070000041
由此可见，本实施例制备的高强低损电缆导体材料可用于长距离传输，具有高强度、高导电和低损耗等特性。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别仅在于：
一种高强低损电缆导体材料，以质量百分比计，包括以下原料：Ag：3.77％；W：4.3％；CuCe：4.7％；CuCr：9.6％；CuTi：4.3％；Cu：余量。
一种高强低损电缆导体材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.合金熔炼：将原料按照配比，对Cu、Ag和CuCe中间合金进行配料并加热到1620℃进行熔炼，待其充分熔化后按质量比2:1:1加入CuCr、CuTi中间合金和单质W，升温到2010℃进行充分熔炼直至完全熔化，获得熔炼合金液；
S2.连铸连轧：控制浇铸温度为1920℃，拉速为4.8m/min，将S1熔炼合金液浇铸成合金杆；随后进行连续轧制，经粗轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1280℃，进精轧温度控制在1130℃，同时保证精轧总减面率为65％，获得合金线；
S3.压力加工：将S2中获得的合金线牵引入拉丝模，进行拉丝处理，拉丝变形率为75％，拉丝温度为450℃，获得合金丝。
S4.性能热处理：将S3压力加工后的合金丝牵引入性能热处理组合炉中，先进入电感热处理隧道炉，温度960℃，时间70min；随后进入淬火槽进行快速冷却后获得高强低损电缆导体材料，快速冷却的冷速为8℃/s。
对本实施例的高强低损电缆导体材料进行性能测试，结果见下表2：
表2本实施例的高强低损电缆导体材料性能
Figure BDA0002752161070000051
由此可见，本实施例制备的高强低损电缆导体材料可用于长距离传输，具有高强度、高导电和低损耗等特性。
实施例3：
本实施例与实施例1的区别仅在于：
一种高强低损电缆导体材料，以质量百分比计，包括以下原料：Ag：2.56％；W：3.4％；CuCe：4.5％；CuCr：6.8％；CuTi：3.4％；Cu：余量。
一种高强低损电缆导体材料的制备方法，包括如下步骤：
S1.合金熔炼：将原料按照配比，对Cu、Ag和CuCe中间合金进行配料并加热到1600℃进行熔炼，待其充分熔化后按质量比2:1:1加入CuCr、CuTi中间合金和单质W，升温到2000℃进行充分熔炼直至完全熔化，获得熔炼合金液；
S2.连铸连轧：控制浇铸温度为1900℃，拉速为4.5m/min，将S1熔炼合金液浇铸成合金杆；随后进行连续轧制，经粗轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1265℃，进精轧温度控制在1100℃，同时保证精轧总减面率为70％，获得合金线；
S3.压力加工：将S2中获得的合金线牵引入拉丝模，进行拉丝处理，拉丝变形率为70％，拉丝温度为430℃，获得合金丝。
S4.性能热处理：将S3压力加工后的合金丝牵引入性能热处理组合炉中，先进入电感热处理隧道炉，温度920℃，时间60min；随后进入淬火槽进行快速冷却后获得高强低损电缆导体材料，快速冷却的冷速为6℃/s。
实施例4：
本实施例与实施例3的区别仅在于：
一种高强低损电缆导体材料，以质量百分比计，包括以下原料：Ag：1.92％；W：4.0％；CuCe：3.1％；CuCr：8.0％；CuTi：4.0％；Cu：余量。
实施例5：
本实施例与实施例3的区别仅在于：
一种高强低损电缆导体材料，以质量百分比计，包括以下原料：Ag：3.59％；W：3.15％；CuCe：4.58％；CuCr：6.30％；CuTi：3.15％；Cu：余量。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高强低损电缆导体材料，其特征在于：以质量百分比计，包括以下原料及配比：
Figure FDA0002752161060000011
2.根据权利要求1所述的一种高强低损电缆导体材料，其特征在于：所述CuCr、CuTi和W的质量比为2:1:1。
3.根据权利要求1所述的一种高强低损电缆导体材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.合金熔炼：将原料按照配比，对Cu、Ag和CuCe中间合金进行配料并加热到1580～1620℃进行熔炼，待其充分熔化后按质量比2:1:1加入CuCr、CuTi中间合金和单质W，升温到1960～2010℃进行充分熔炼直至完全熔化，获得熔炼合金液；
S2.连铸连轧：控制浇铸温度为1890～1920℃，拉速为4.1～4.8m/min，将S1熔炼合金液浇铸成合金杆；随后进行连续轧制，经粗轧和精轧机组轧制，期间布置穿水冷却装置，开轧温度控制在1250～1280℃，进精轧温度控制在1080～1130℃，同时保证精轧总减面率≥60％，获得合金线；
S3.压力加工：将S2中获得的合金线牵引入拉丝模，进行拉丝处理，拉丝变形率为60～75％，拉丝温度为410～450℃，获得合金丝。
S4.性能热处理：将S3压力加工后的合金丝牵引入性能热处理组合炉中，先进入电感热处理隧道炉，温度880～960℃，时间50～70min；随后进入淬火槽进行快速冷却后得到高强低损电缆导体材料。
4.根据权利要求3所述的一种高强低损电缆导体材料的制备方法，其特征在于：所述高强低损电缆导体材料的晶界处形成连续分布的Cu51Ag14Ce7合金相。
5.根据权利要求3所述的一种高强低损电缆导体材料的制备方法，其特征在于：所述高强低损电缆导体材料的晶界周围弥散分布大量Cr2TiW合金相。
6.根据权利要求3所述的一种高强低损电缆导体材料的制备方法，其特征在于：所述淬火槽快速冷却的速度为5～8℃/s。
7.根据权利要求3所述的一种高强低损电缆导体材料的制备方法，其特征在于：S2中，浇铸温度为1900℃，拉速为4.5m/min。
8.根据权利要求3所述的一种高强低损电缆导体材料的制备方法，其特征在于：S2中，开轧温度控制在1265℃，进精轧温度控制在1100℃。
9.根据权利要求1所述的一种高强低损电缆导体材料在电缆中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述电缆包括用于长距离传输的高速铁路电缆和/或海底电缆。
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