CN114669617B - 一种特耐热铝合金耐张管材 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种特耐热铝合金耐张管材，涉及铝合金管材的技术领域；耐张管材在400℃加热1h强度残存大于90%；其制备包括：S1)提供铝合金铸棒；S2)对铸棒进行时效热处理；S3)在阶梯式挤压速度下进行挤压加工处理；S4)利用风冷和自然冷却依次对管材进行冷却。其中，铝合金铸棒的组成元素以质量分数计包括Fe0.15‑0.20%，Si0.10‑0.15%，Zr 0.10‑0.15%，Cu0.01‑0.05%，Zn0.01‑0.05%，Ti.02‑0.05%，不可避免的其他杂质元素的总量≤0.05%。本申请提供的特耐热铝合金耐张管材改善了现有技术中耐张管用铝合金耐热性能较差、强度不均匀的问题。

Description

一种特耐热铝合金耐张管材

技术领域

本发明涉及铝合金管材的技术领域，尤其是涉及一种特耐热铝合金耐张管材。

背景技术

在架空输电线路中，导线每隔一定的距离都有一座铁塔支撑。各段导线之间以及导线和铁塔之间需要用耐张管进行连接，由于大长度导线的自重很大，因此耐张管要承受很大的张力，要求具有较高的强度。同时因为耐张管的机加工变形较大，又要求其具有较好的延伸性，否则容易导致开裂。因此，对耐热管的强度、延伸率等指标要求非常严格。另外对于耐热铝合金导线，由于大幅提高了导线的载流量，实际运行温度大幅提高，其中特耐热导线的长期运行温度达到230℃及以上。随着温度的升高，合金会发生蠕变，强度也会逐渐降低，这就要求耐张管的必须具备良好的耐热性能，可以在长期使用过程中保证强度残存值。

国内目前使用的耐张管主要为常规1050A合金材质，通过挤压工艺进行生产时，管材强度波动范围大，导致成材率低下，成本居高不下。另一方面，合金的耐热性较差，长期使用后强度会明显降低，影响架空线路的运行安全性。

发明内容

本申请的目的在于提供一种特耐热铝合金耐张管材，以改善现有技术中耐张管用铝合金耐热性能较差、强度不均匀的问题。

本申请提供的一种特耐热铝合金耐张管材，所述耐张管材在400℃加热1h强度残存大于90%；

所述耐张管材的制备包括：

S1)提供铝合金铸棒；

S2)在400~450℃下对所述铸棒进行时效热处理10~30h，得到时效处理后的所述铸棒；

S3)利用挤压机对所述时效处理后的所述铸棒进行挤压加工处理，得到管材；

S4)利用风冷和自然冷却依次对所述管材进行冷却。

其中，所述挤压机的挤压杆的前进速度依次递减：所述挤压加工处理的前段部分，所述挤压杆的前进速度为5~6.5mm/s；所述挤压加工处理的中段部分，所述挤压杆的前进速度为4.5~6mm/s；所述挤压加工处理的后段部分，所述挤压杆的前进速度为4~5.5mm/s；

其中，所述铸棒的组成元素以质量分数计包括Fe 0.15-0.20%，Si 0.10-0.15%，Zr0.10-0.15%，Cu 0.01-0.05%，Zn 0.01-0.05%，Ti 0.02-0.05%，余量由Al和不可避免的杂质元素构成；所述不可避免的其他杂质元素的总量≤0.05%。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述利用风冷和自然冷却依次对所述管材进行冷却，包括：

利用风冷将所述管材冷却至300~380℃，再对所述管材进行自然冷却。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述S3)中，所述挤压机的挤压比λ为15-20。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述挤压比的值与所述挤压杆的前进速度值呈反比。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述挤压杆的前进速度按照0.5mm/s的步长从所述挤压加工处理的前段部分、所述挤压加工处理的中段部分、所述挤压加工处理的后段部分依次降低。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述铸棒的挤压温度为390~410℃；所述挤压机中挤压筒的加热温度410~420℃、所述挤压机中模具的温度410~430℃。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述铸棒利用半连续铸造工艺铸造得到；

所述半连续铸造工艺采用气滑铸造结晶器进行铸造。

进一步的，在本申请的一些实施例中，还包括：

在所述S4）之后，对所述管材进行调直、定尺切割处理。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述不可避免的杂质元素中每一元素的含量不大于0.01%。

进一步的，在本申请的一些实施例中，所述耐张管材具有25%以上的延伸率；所述耐张管材的耐张强度为82~90MPa。

本申请提供一种特耐热铝合金耐张管材，通过优化调整常规1050A合金组分，并结合铝棒高温时效处理提高了合金的耐热性和导电性能。在挤压时，采用挤压速度阶梯控制，改善挤出管材的强度均匀性；同时还采用强风冷却和自然冷却相结合的方式，利用自退火效应进一步提升耐张管的耐热性能，使得到的耐张管的耐张强度均一性好，进一步提升合金的耐热性。所得到的耐张管强度82~90MPa、延伸率≥25%，400℃加热1h强度残存大于90%，可以满足特高压及增容改造输电线路长期运行要求。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，“多种”的含义是两种或两种以上，除非另有明确具体的限定。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

本申请提供一种特耐热铝合金耐张管材，所述耐张管材在400℃加热1h强度残存大于90%；

所述耐张管材的制备包括：

S1、提供铝合金铸棒；

S2、在400~450℃下对所述铸棒进行时效热处理10~30h，得到时效处理后的所述铸棒；

S3、利用挤压机对所述时效处理后的所述铸棒进行挤压加工处理，得到管材；

S4、利用风冷和自然冷却依次对所述管材进行冷却。

其中，所述挤压机的挤压杆的前进速度依次递减：所述挤压加工处理的前段部分，所述挤压杆的前进速度为5~6.5mm/s；所述挤压加工处理的中段部分，所述挤压杆的前进速度为4.5~6mm/s；所述挤压加工处理的后段部分，所述挤压杆的前进速度为4~5.5mm/s；

其中，所述铸棒的组成元素以质量分数计包括Fe 0.15-0.20%，Si 0.10-0.15%，Zr0.10-0.15%，Cu 0.01-0.05%，Zn 0.01-0.05%，Ti 0.02-0.05%，余量由Al和不可避免的杂质元素构成；所述不可避免的其他杂质元素的总量≤0.05%。

需要说明的是，在本申请中，Fe应当理解为元素铁；Si应当理解为元素硅；Zr应当理解为元素锆；Cu应当理解为元素铜；Zn应当理解为元素锌；Ti应当理解为元素钛，Al应当理解为元素铝。

需要说明的是，不可以避免的杂质应当理解为在原料的添加和铝合金制备过程中无法完全避免或者除去的元素，如铬、钒、锰等。

需要说明的是，在本申请中，在一个挤压生产循环中，将该过程三部分，开始挤压阶段称之为前段部分；中间挤压阶段称之为中段部分；最后的挤压阶段称之为后段部分。因此，在本申请中，每一挤压过程管材的头部、中部和尾部的挤出速度依次呈阶梯式减小，使管材的头部、中部和尾部的强度波动较小，一致性较高，使得到的管材可以满足张管强度的要求。

在一些实施例中，铸棒的时效热处理在长棒热剪炉中进行，使铸棒在稳定的温度下进行时效热处理。通过时效热处理，使铸棒中的析出细小弥散Al₃Zr相，在挤压变形后钉扎在位错处，提高合金的再结晶温度和抗蠕变性能。

在一些实施例中，所述不可避免的杂质元素中每一元素的含量不大于0.01%。

在一些实施例中，所述利用风冷和自然冷却依次对所述管材进行冷却，包括：

利用风冷将所述管材冷却至300~380℃，再对所述管材进行自然冷却。

在一些实施例中，在管材风冷之后，将管材牵引至冷床进行自然冷却，利用管材在自然冷却中发生的退火效应使管材发生回复，通过原子扩散攀移降低应变储存能，从而获得更好的耐热性。

在一些实施例中，所述S3中，所述挤压机的挤压比λ为15-20。

在一些实施例中，所述挤压比的值与所述挤压杆的前进速度值呈反比；即当挤压比的值较低时，所述挤压杆采用较高的前进速度；当挤压比的值较高时，所述挤压杆采用较低的前进速度。

在一些实施例中，所述挤压杆的前进速度按照0.5mm/s的步长从所述挤压加工处理的前段部分、所述挤压加工处理的中段部分、所述挤压加工处理的后段部分依次降低。

在一些实施例中，所述铸棒的挤压温度为390~410℃；所述挤压机中挤压筒的加热温度410~420℃、所述挤压机中模具的温度410~430℃。

在一些实施例中，所述铸棒利用半连续铸造工艺铸造得到；

所述半连续铸造工艺采用气滑铸造结晶器进行铸造；以保证铸棒具有良好的表面质量。

在一些实施例中，还包括：

在所述S4之后，对所述管材进行调直、定尺切割处理。

在一些实施例中，所述耐张管材具有25%以上的延伸率；所述耐张管材的耐张强度为82~90MPa。

在一些实施例中，所述铸棒利用半连续铸造工艺铸造得到；

所述半连续铸造工艺采用气滑铸造结晶器进行铸造，

需要说明的是，铸棒的铸造包括以下步骤：

根据所要得到的铝合金的成分预备配料；

将配料放入熔炉中进行熔融，然后进行熔体精炼和半连续铸造得到铸棒。在一些实施例中，熔体精炼包括炉内精炼和在线除气过滤，使得到的熔体可以达到要求。

在一些实施例中，耐张管材的制备方法包括如下步骤：

S1、根据要求的合金组分进行配料、熔炉、熔体精炼和半连续铸造制备铝合金棒，其中熔体精炼包括炉内精炼和在线除气过滤，半连续铸造采用气滑结晶器，保证铸造铝棒具有良好的表面质量；

S2、在长棒热剪炉中对铝棒进行时效热处理，加热温度为400-450℃、保温时间为10-30h，通过时效处理在合金中析出细小弥散Al₃Zr相，在挤压变形后钉扎在位错处，提高合金的再结晶温度和抗蠕变性能；

S3、采用1000T或1200T挤压机进行挤压，挤压比λ为15-20。挤压工艺参数为：铝棒挤压温度390-410℃、挤压筒加热温度410-420℃、模具温度410-430℃，挤压速度采用阶梯式设置，每次挤压时设定挤压杆的前进速度分别为前段部分5-6.5mm/s、中段部分4.5-6mm/s、后段部分4-5.5mm/s，各段依次降低0.5mm/s，挤压比较低时挤压速度取上限；

S4、管材挤出后首先采用强风冷却，在风冷区使管材由出口处的高温状态冷却至300-380℃，防止管材在高温下发生大范围再结晶；随后管材进行自然冷却，使管材内部组织通过原子扩散攀移降低应变能，从而获得更好的耐热性；

S5、待管材自然冷却至80℃以下时，对管材进行调直处理；

S61、根据耐张管机加工长度要求，对调直后的管材进行定尺切割。

为使本申请上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员所理解，以及本申请实施例所提供的一种用于耐张管的耐热铝合金、耐张管及其制备方法的进步性能显著体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。

实施例1

（1）按如下配料制备铝合金圆棒：Fe 0.16%，Si 0.15%，Zr 0.12%，Cu 0.03%，Zn0.02%，Ti 0.02%，单个杂质元素含量≤0.01%，总计≤0.05%。

（2）在长棒热剪炉中对铝棒进行时效热处理，加热温度为430℃、保温时间为20h。

（3）采用1000T挤压机进行挤压，挤压比λ为18。铝棒挤压温度400℃、挤压筒加热温度410℃、模具温度420℃，挤压杆的前进速度分别为前段部分5.5mm/s、中段部分5mm/s、后段部分4.5mm/s。

（4）管材挤出后采用强风冷却，在风冷区管材迅速冷却至340℃左右，随后管材进行自然冷却。

（5）当管材自然冷却至80℃以下时，对管材进行调直处理。

（6）根据耐张管的机加工长度要求，对调直后的管材进行定尺切割。

本实施例中管材切除头尾各300mm后，测量其不同部位性能，强度范围在82-88MPa、延伸率28-35%，400℃加热1小时强度残存率94-97%。

实施例2

（1）按如下配料制备铝合金圆棒：Fe 0.17%，Si 0.15%，Zr 0.13%，Cu 0.02%，Zn0.02%，Ti 0.02%，单个杂质元素含量≤0.01%，总计≤0.05%。

（2）在长棒热剪炉中对铝棒进行时效热处理，加热温度为430℃、保温时间为20h。

（3）采用1000T挤压机进行挤压，挤压比λ为15。铝棒挤压温度400℃、挤压筒加热温度410℃、模具温度420℃，挤压杆的前进速度分别为前段部分6mm/s、中段部分5.5mm/s、后段部分5mm/s。

（4）管材挤出后采用强风冷却，在风冷区管材迅速冷却至350℃左右，随后管材进行自然冷却。

（5）当管材自然冷却至80℃以下时，对管材进行调直处理。

（6）根据耐张管的机加工长度要求，对调直后的管材进行定尺切割。

本实施例中管材切除头尾各300mm后，测量其不同部位性能，强度范围在85-90MPa、延伸率30-35%，400℃加热1小时强度残存率93-95%。

对比例1

（1）按如下配料制备铝合金圆棒：Fe 0.18%，Si 0.15%，Cu 0.03%，Zn 0.02%，Ti0.03%，单个杂质元素含量≤0.01%，总计≤0.05%。

（2）采用1000T挤压机进行挤压，挤压比λ为18。铝棒挤压温度390℃、挤压筒加热温度400℃、模具温度410℃，挤压杆的前进速度分别为前段部分5.5mm/s、中段部分5mm/s、后段部分4.5mm/s。

（3）管材挤出后采用强风冷却，在风冷区管材迅速冷却至150℃以下，随后进行自然冷却。

（4）当管材自然冷却至80℃以下时，对管材进行调直处理。

（5）根据耐张管的机加工长度要求，对调直后的管材进行定尺切割。

本实施例中管材切除头尾各300mm后，测量其不同部位性能，强度范围在85-98MPa、延伸率20-30%，400℃加热1小时强度残存率80-85%。

对比例2

（1）按如下配料制备铝合金圆棒：Fe 0.16%，Si 0.15%，Zr 0.12%，Cu 0.03%，Zn0.02%，Ti 0.02%，单个杂质元素含量≤0.01%，总计≤0.05%。

（2）在长棒热剪炉中对铝棒进行时效热处理，加热温度为430℃、保温时间为20h。

（3）采用1000T挤压机进行挤压，挤压比λ为18。铝棒挤压温度400℃、挤压筒加热温度410℃、模具温度420℃，挤压杆的前进速度为5mm/s。

（4）管材挤出后采用强风冷却，在风冷区管材迅速冷却至350℃左右，随后管材进行自然冷却。

（5）当管材自然冷却至80℃以下时，对管材进行调直处理。

（6）根据耐张管的机加工长度要求，对调直后的管材进行定尺切割。

本实施例中管材切除头尾各300mm后，测量其不同部位性能，强度范围在74-96MPa、延伸率30-35%，400℃加热1小时强度残存率86-98%。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种特耐热铝合金耐张管材，其特征在于，所述耐张管材在400℃加热1h强度残存大于90%；

所述耐张管材的制备包括：

S1、提供铝合金的铸棒；

S2、在400~450℃下对所述铸棒进行时效热处理10~30h，得到时效处理后的所述铸棒；

S3、利用挤压机对所述时效处理后的所述铸棒进行挤压加工处理，得到管材；

S4、利用风冷和自然冷却依次对所述管材进行冷却；

其中，所述挤压机的挤压杆的前进速度依次递减：所述挤压加工处理的前段部分，所述挤压杆的前进速度为5~6.5mm/s；所述挤压加工处理的中段部分，所述挤压杆的前进速度为4.5~6mm/s；所述挤压加工处理的后段部分，所述挤压杆的前进速度为4~5.5mm/s；

其中，所述铸棒的组成元素以质量分数计包括Fe 0.15-0.20%，Si 0.10-0.15%，Zr0.10-0.15%，Cu 0.01-0.05%，Zn 0.01-0.05%，Ti 0.02-0.05%，余量由Al和不可避免的杂质元素构成；所述不可避免的杂质元素的总量≤0.05%。

2.根据权利要求1所述的特耐热铝合金耐张管材，其特征在于，所述利用风冷和自然冷却依次对所述管材进行冷却，包括：

利用风冷将所述管材冷却至300~380℃，再对所述管材进行自然冷却。

3.根据权利要求1所述的特耐热铝合金耐张管材，其特征在于，所述S3中，所述挤压机的挤压比λ为15-20。

4.根据权利要求3所述的特耐热铝合金耐张管材，其特征在于，所述挤压比的值与所述挤压杆的前进速度值呈反比。

5.根据权利要求1所述的特耐热铝合金耐张管材，其特征在于，所述挤压杆的前进速度按照0.5mm/s的步长从所述挤压加工处理的前段部分、所述挤压加工处理的中段部分、所述挤压加工处理的后段部分依次降低。

6.根据权利要求1所述的特耐热铝合金耐张管材，其特征在于，所述铸棒的挤压温度为390~410℃；所述挤压机中挤压筒的加热温度410~420℃、所述挤压机中模具的温度410~430℃。

7.根据权利要求1所述的特耐热铝合金耐张管材，其特征在于，所述铸棒利用半连续铸造工艺铸造得到；

所述半连续铸造工艺采用气滑铸造结晶器进行铸造。

8.根据权利要求1所述的特耐热铝合金耐张管材，其特征在于，还包括：

在所述S4之后，对所述管材进行调直、定尺切割处理。

9.根据权利要求1所述的特耐热铝合金耐张管材，其特征在于，所述不可避免的杂质元素中每一元素的含量不大于0.01%。

10.根据权利要求1所述的特耐热铝合金耐张管材，其特征在于，所述耐张管材具有25%以上的延伸率；所述耐张管材的耐张强度为82~90MPa。