CN112962020A - 一种架空导线用合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种架空导线用合金材料，该合金材料包括按质量份数计的如下组分：C：0.1～0.3wt％，Si：0.05～0.2wt％，Mn：0.05～0.3wt％，P≤0.01wt％，S≤0.01wt％，Ni：32～36wt％，Mo：0.1～1wt％，V：0.1～3wt％，Co：0.05～2wt％，Nb：0.05～2wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。本发明提供的架空导线用合金材料改变了合金钢材料的原料配方及比例，细化了晶粒，提高了合金钢的强度和韧性、抗拉强度≥1400MPa，伸长率≥1.5％，线膨胀系数≤3.6×10‑6/℃(20～200℃)。本发明提供的架空导线用合金材料制备方法简化了工艺流程，节约了制备工艺成本。
Description
技术领域
本发明涉及导线用芯线材料的技术领域，具体涉及一种架空导线用合金材料及其制备方法。
背景技术
架空导线用普通钢芯材料，热膨胀系数高、弧垂大，高温下无法长期运行，导致常规钢芯铝绞线连续工作温度的允许范围受到限制。对于热膨胀系数小、导热系数低、韧塑性好等优点的殷钢材料，是一种理想的低弧垂、耐高温架空导线的芯线材料。采用铝包殷钢芯和耐热铝合金线绞合而成的铝包殷钢芯耐热铝合金导线，弧垂低、耐热温度高，能够长期在高温下运行，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Fe-Ni-Mo系殷钢材料，因此也称作镍钼合金钢。近年来，随着铝包镍钼钢芯技术的发展，铝包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铝包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、钴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，一定程度上制约了其大规模推广应用。
名称为一种Fe-Ni因瓦合金焊丝及其制造方法的201610851813.0号中国专利虽然保证了较低的膨胀系数，但所制得的合金的抗拉强度较低。
因此，需要提供一种高性能、低成本的合金钢材料及其芯线产品，来满足输电线路增容改造和大容量输电技术发展的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗拉强度高、伸长率好、线膨胀系数低的架空导线用合金材料。
为了达到上述目的，本发明提供了采用下述技术方案：
一种架空导线用合金材料，所述材料包括按质量份数计的如下组分：
C：0.1～0.3wt％，Si：0.05～0.2wt％，Mn：0.05～0.3wt％，P≤0.01wt％，S≤0.01wt％，Ni：32～36wt％，Mo：0.1～1wt％，V：0.1～3wt％，Co：0.05～2wt％，Nb：0.05～2wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
优选的，所述合金材料包括按质量份数计的如下组分：C：0.15～0.3wt％，Si：0.1～0.2wt％，Mn：0.1～0.3wt％，P≤0.01wt％，S≤0.01wt％，Ni：33～35wt％，Mo：0.1～0.5wt％，V：0.5～3wt％，Co：0.1～2wt％，Nb：0.1～2wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
优选的，所述合金材料包括按质量份数计的如下组分：C：0.2wt％，Si：0.12wt％，Mn：0.25wt％，P：0.005wt％，S：0.005wt％，Ni：35.0wt％，Mo：0.5wt％，V：1.5wt％，Co：1.0wt％，Nb：0.8wt％，余量为Fe，其余为不可避免的微量杂质。
如上述任一项所述合金材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)冶炼原料；
(2)电渣精炼、重熔；
(3)高温煅烧、热轧成φ8mm盘圆；
(4)拉拔处理。
优选的，所述步骤(1)包括真空熔化冶炼干燥处理后的原料和去氢退火后的镍材料。
优选的，所述步骤(2)中电渣精炼包括在1400℃～1600℃下精炼0.5～1.5h。
优选的，所述步骤(2)中电渣重熔包括装炉、引弧造渣、冶炼、补缩、冷却处理和制成钢坯锭。
优选的，所述步骤(3)中高温煅烧始锻温度1100～1250℃，终锻温度900～1100℃。
优选的，所述步骤(3)中煅烧前在1100～1200℃下保温0.5～2h。
优选的，所述步骤(3)包括：1050～1150℃下保温0.5～2h后再热轧成型，初轧温度1050～1150℃，终轧温度900～1000℃。
优选的，所述步骤(4)中的拉拔处理包括如下步骤：
(1)、于1000～1100℃下的固溶处理后再冷拉拔至φ6.0mm；
(2)、再于500～650℃下热处理2～5h后的再冷拉拔至φ3.5mm。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的架空导线用合金材料改变了合金钢材料的原料配方及比例，细化了晶粒，提高了合金钢的强度和韧性。
本发明提供的架空导线用合金材料抗拉强度≥1400MPa，伸长率≥1.5％，线膨胀系数≤3.6×10-6/℃(20～200℃)。
本发明提供的架空导线用合金材料制备方法简化了工艺流程，节约了制备工艺成本。
具体实施方式
下面以具体实施例的形式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种架空导线用合金钢芯线材料，按重量份数计包含以下组分：C：0.25wt％，Si：0.1wt％，Mn：0.28wt％，P：0.008wt％，S：0.01wt％，Ni：33.0wt％，Mo：0.4wt％，V：2wt％，Co：1.5wt％，Nb：0.5wt％，余量为Fe，其余为不可避免的微量杂质。
上述合金钢的制备和加工工艺，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℃精炼0.5h，浇注成电渣锭；
(3)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；
(4)高温锻造：1150℃保温2h后锻造，始锻温度1100℃，终锻温度900℃；
(5)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900℃；
(6)拉拔处理：盘圆经过扒皮处理后，在1000℃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
一种架空导线用合金钢芯线材料，按重量份数计包含以下组分：C：0.2wt％，Si：0.12wt％，Mn：0.25wt％，P：0.01wt％，S：0.005wt％，Ni：34.0wt％，Mo：0.4wt％，V：1.5wt％，Co：0.8wt％，Nb：1.0wt％，余量为Fe，其余为不可避免的微量杂质。
上述合金钢的制备和加工工艺，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℃精炼1h，浇注成电渣锭；
(3)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；
(4)高温锻造：1170℃保温2h后锻造，始锻温度1100℃，终锻温度900℃；
(5)热轧成型：在1100℃保温2h，把方坯热轧成φ8mm盘圆，初轧温度1070℃，终轧温度900℃；
(6)拉拔处理：盘圆经过扒皮处理后，在1000℃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。
实施例3
一种架空导线用合金钢芯线材料，按重量份数计包含以下组分：C：0.2wt％，Si：0.12wt％，Mn：0.25wt％，P：0.005wt％，S：0.005wt％，Ni：35.0wt％，Mo：0.5wt％，V：1.5wt％，Co：1.0wt％，Nb：0.8wt％，余量为Fe，其余为不可避免的微量杂质。
上述合金钢的制备和加工工艺，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1470℃精炼1h，浇注成电渣锭；
(3)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；
(4)高温锻造：1170℃保温2h后锻造，始锻温度1100℃，终锻温度900℃；
(5)热轧成型：在1100℃保温2h，把方坯热轧成φ8mm盘圆，初轧温度1060℃，终轧温度900℃；
(6)拉拔处理：盘圆经过扒皮处理后，在1000℃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。
实施例4
一种架空导线用合金钢芯线材料，按重量份数计包含以下组分：C：0.2wt％，Si：0.1wt％，Mn：0.26wt％，P：0.005wt％，S：0.01wt％，Ni：35.0wt％，Mo：0.5wt％，V：1wt％，Co：1.0wt％，Nb：0.8wt％，余量为Fe，其余为不可避免的微量杂质。
上述合金钢的制备和加工工艺，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1470℃精炼0.5h，浇注成电渣锭；
(3)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；
(4)高温锻造：1170℃保温2h后锻造，始锻温度1100℃，终锻温度900℃；
(5)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900℃；
(6)拉拔处理：盘圆经过扒皮处理后，在1000℃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5
一种架空导线用合金钢芯线材料，按重量份数计包含以下组分：C：0.25wt％，Si：0.1wt％，Mn：0.2wt％，P：0.005wt％，S：0.01wt％，Ni：34wt％，Mo：0.5wt％，V：1.5wt％，Co：1.0wt％，Nb：0.6wt％，余量为Fe，其余为不可避免的微量杂质。
上述合金钢的制备和加工工艺，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℃精炼1h，浇注成电渣锭；
(3)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；
(4)高温锻造：1150℃保温2h后锻造，始锻温度1100℃，终锻温度900℃；
(5)热轧成型：在1120℃保温2h，把方坯热轧成φ8mm盘圆，初轧温度1050℃，终轧温度900℃；
(6)拉拔处理：盘圆经过扒皮处理后，在1000℃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4h的氩气保护热处理，保持光亮，继续冷拉拔到φ3.5mm。
对各实施例制得的合金材料进行性能测试，测试结果见下表1
表1：性能测试结果
| 抗拉强度/MPa | 伸长率/％ | 膨胀系数/℃<sup>-1</sup>(20～200℃) | |
| 实施例1 | 1420 | 1.66 | 3.58×10<sup>-6</sup> |
| 实施例2 | 1460 | 1.62 | 3.52×10<sup>-6</sup> |
| 实施例3 | 1520 | 1.52 | 3.48×10<sup>-6</sup> |
| 实施例4 | 1480 | 1.58 | 3.50×10<sup>-6</sup> |
| 实施例5 | 1470 | 1.63 | 3.53×10<sup>-6</sup> |
由上表可看出，本发明所提供的架空导线用合金材料具有优异的性能，抗拉强度≥1400MPa，伸长率≥1.5％，(20～200℃)膨胀系数≤3.6×10-6/℃。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，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等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (11)
1.一种架空导线用合金材料，其特征在于，所述材料包括按质量份数计的如下组分：
C：0.1～0.3wt％，Si：0.05～0.2wt％，Mn：0.05～0.3wt％，P≤0.01wt％，S≤0.01wt％，Ni：32～36wt％，Mo：0.1～1wt％，V：0.1～3wt％，Co：0.05～2wt％，Nb：0.05～2wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
2.根据权利要求1所述的合金材料，其特征在于，所述合金材料包括按质量份数计的如下组分：C：0.15～0.3wt％，Si：0.1～0.2wt％，Mn：0.1～0.3wt％，P≤0.01wt％，S≤0.01wt％，Ni：33～35wt％，Mo：0.1～0.5wt％，V：0.5～3wt％，Co：0.1～2wt％，Nb：0.1～2wt％，余量为Fe和不可避免的其他杂质。
3.根据权利要求1所述的合金材料，其特征在于，所述合金材料包括按质量份数计的如下组分：C：0.2wt％，Si：0.12wt％，Mn：0.25wt％，P：0.005wt％，S：0.005wt％，Ni：35.0wt％，Mo：0.5wt％，V：1.5wt％，Co：1.0wt％，Nb：0.8wt％，余量为Fe，其余为不可避免的微量杂质。
4.如权利要求1～3任一项所述合金材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)冶炼原料；
(2)电渣精炼、重熔；
(3)高温煅烧、热轧成φ8mm盘圆；
(4)拉拔处理。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)包括真空熔化冶炼干燥处理后的原料和去氢退火后的镍材料。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中电渣精炼包括在1400℃～1600℃下精炼0.5～1.5h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中电渣重熔包括装炉、引弧造渣、冶炼、补缩、冷却处理和制成钢坯锭。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中高温煅烧始锻温度1100～1250℃，终锻温度900～1100℃。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中煅烧前在1100～1200℃下保温0.5～2h。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：1050～1150℃下保温0.5～2h后再热轧成型，热轧成型时初轧温度1050～1150℃，终轧温度900～1000℃。
11.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中的拉拔处理包括如下步骤：
(1)、于1000～1100℃下的固溶处理后再冷拉拔至φ6.0mm；
(2)、再于500～650℃下热处理2～5h后的再冷拉拔至φ3.5mm。
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