NO761780L - - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremstilling av ledertråd av Al/Mg/Si-legering og egnet for tilvirkning av uisolerte luftledninger for kraftforsky<p>lng . Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen en ny fremgangsmåte for fremstilling av tråder som tilfredsstiller alle standard fordringer, idet denne fremgangsmåte gir visse fordeler fremfor tidligere kjent teknikk, både fra økonomisk synspunkt og ut i fra tekniske vurderinger.

Oppfinnelsens fremgangsmåte omfatter følgende prosesstrinn:

1) kontinuerlig bråkjølingsbehandling utført umiddelbart etter farvning av stangemnetj

2) såkalt trådtrekking ved moderat temperatur j

3) en., kunstig eldningsbehandling utført for seg eller kontinuerlig etter nevnte trådtrekning ved moderat temperatur.

Flere tilvirkningsprosesser har vært anvendt eller kan anvendes for fremstilling av tråder av Al/Mg/Si-legering for fremstilling av kraftledninger for luftspenn. Blant disse prosesser kan de følgende nevnes som eksempler: r

i

1) valsing av kvadratiske barrer eller ekstrudering av støpeblokker, sammensveising til ringformede evner, trekning til omtrent tre ganger den endelige diameter, løsnings-varmebeharxtLing pluss bråkjøling, trekning til den endelige .-diameter og kunstig eldning. 2) Halvkontinuerlig trykkekstrudering av støpeblokker med vannkjøling på utgangssiden av pressen, trekning til endelig diameter, kunstig eldning. 3) Kontinuerlig støping og valsing av stangemnet i maskiner av typen PROPERZI eller SPIDEM, løsnings-varmebehandling i en varmeovn av kveiler av sådant stangemne (ca. 1 tonn), fulgt av bråkjøling, utglødning, trekning til endelig tråddiameter og kunstig eldning.

Den siste av disse tre fremgangsmåter er den som har vært i mest alminnelig bruk i de siste tyve år, fordi den gir størst produksjon-takt både under formningen av stangemnet og under behandlingsprosessen. Fremgangsmåten anvendes for Al/Mg/Si-1egeringer hvis materialsammensetning kan variere innenfor områdene 0,15 - 0,35 % jern,

0,30 - 0,80 % Mg, 0,30 - 0,70 % Si, 0,20 % Cu, mens andre elementer kan forekomme i samme utstrekning som vanlig i aluminium/ legeringer for elektriske anvendelser.

Denne sistnevnte fremgangsmåte har imidlertid også visse større ulemper, som er angitt i følgende liste:

1) fra økonomisk synspunkt:

begrensning av vekten for kveilene av stangemnet til ca. 1 tonn for å få plass i varmeovner for løsnings-varmebehandling ;

nødvendigheten av å ha løst viklede kveiler for hensiktsmessig vannavkjøling av stangemnet, hvilket øker kveilenes omfangj

lav produktivitet av varmebehandlings-anleggene for henhv. løsnings-varmebehandling, bråkjøling og utglødning (sammenlignet med produksjons takten forøvrig)j omstendelig håndtering av kveilene av stangemnet under disse varmebehandlingerj

automatisk håndtering vanskelig på grunn av lavt produksjonsnivå dg det forhold at kveilene er varme (r^ 200°C) når de kommer ut fra utgangssiden av valseseksjonen.

2) Fra metallurgisk synspunkt:

På stangemnet-stadiet:

a) hovedsakelig heterogene mekaniske egenskaper, særlig innenfor emnekveiler som har gått i gjennom den prosesscykel som utgjøres av løsnings-varmebehandling, bråkjøling og utglødning,. på grunn av forskjellen mellom bråkjølingstakten på innsiden og utsiden av kveilene, f.eks. :

b) Risiko for unormal oksydering av stangemnet på kveilenes innside ved at vann tilbakeholdes på dette sted, hvilket kan påvirke trådens

trekkbarhet.

På trådtrekningsstadiet:

c) opprettholdelse av de heterogene egenskaper som foreligger i endekveilene til sluttstadiet,; d) disse heterogene egenskaper gjør det vanskelig å velge arbeidsbetingelsene (temperatur og oppholdstid) for den endelige

varmebehandling således at det oppnås mekaniske og elektriske egenskaper som fullt ut tilsvarer de gjeldende standard forskrifter (f.eks.

NF C 34 125 for tråddiameter 3.6 mm: R ]> 33 kg/mm.<2>p

^ 3,28 yU -TL. cm),idet gjennomsnittsverdiene når det gjelder

kabler er som følger: R 34,5 kg/mm2 ogp^ 3,25 yU Jl_ . cm).

Oppfinnelsens fremgangsmåte gjør det mulig å overvinne alle de ovenfor angitte ufordelaktige økonomiske forhold.

Fra det metallurgiske synspunkt er det ved hjelp av oppfinnelsens fremgangsmåte mulig å eliminere alle de ovenfor angitte ujevne materialegenskaper, både på stangemne-stadiet og trådtrekningsstadiet, idet disse heterogene forhold skriver seg fra nevnte bråkjøling.av emnekveiler. I tillegg oppviser tråder fremstilt ved oppfinnelsens fremgangsmåte mekaniske og elektriske egenskaper som stort sett stemmer overens med standard forskriftene, samtidig

som de oppviser håndteringsegenskaper tilsvarende tråder fremstilt ved konvensjonelle prosesser.

I tillegg er det kjent at tråder av aluminiumlegering kan fremstilles kontinuerlig ved hjelp av en prosess utviklet av Southewire Company, og som er beskrevet i fransk patentskrift nr. 2.047.660. Et vesentlig trekk ved denne prosess er rask nedkjøling av det stangemne som kommer ut fra valseseksjonen til en temperatur under ca. 240°C.

Ved utførelse av denne kjente fremstil1ingsprosess på en legering med følgende sammensetning:.

■Fe : 0,37 %, Mg : 0,69 %, Si : 0,51 %,

er det mulig å oppnå, etter nedtrekning av stangemnet fra 9,52 mm til 1,7 mm og en avsluttende kunstig eldning og gjenvinningsbehandling (3 timer ved-149°C) interessante kombinasjoner av mekaniske og elektriske egenskaper, nemlig:

R : 33,7 kg/mm<2>

A : 8 %

p : 3,28^u _fL cm

C<te>:52,5 % LACS

Disse egenskaper som er oppnådd under de mest gunstige forhold og for en meget høy trekningsgrad (fra 9,5 til 1,7 % S — sx.100 =

■ ■\ ■ 0 s

ca. 3000 %) er imidlertid ikke så gode at det gir håp om å kunne anvende denne fremgangsmåte som grunnlag for fremstilling av luftledninger i samsvar med fransk standard NF C 34 125 og heller ikke i samsvar med de viktigste tilsvarende øvrige nasjonale standard-forskrifter. I tillegg er det fra fransk patentskrift nr. 1.499.266

kjent at tråd trekning.," av Al/Mg/Si-1 egering etter bråkjøling og eldning ved en temperatur under temperaturen for rask materialutfelling, som er av størrelsesorden 200°C, samt over de normale trådtrekningstemperaturer i området 20 - 70 °C, ved trådtrekning ved 110°C fører til en økning av bruddfastheten på 1 til 1,5 kg/mm<2>for samme spesifikke motstandsverdi etter den endelige kunstige eldning og gjenvinningsbehandling, utført ved en temperatur på

165°C.

Foreliggende oppfinnelse angår en forbedret fremgangsmåte for økonomisk fremstilling av tråder av Al/Mg/Si-1egering og med fremragende mekaniske og elektriske egenskaper, samt egnet for tilvirkning av luftledninger for kraftoverføring og forøvrig fremstilling av isolerte eller uisolerte ledninger for elektriske anvendelser. Det produkt som fremstilles ved hjelp av oppfinnelsens fremgangsmåte kan også med fordel anvendes for andre formål enn for elektriske ledninger, særlig for mekaniske anvendelser.

I \- et første prosesstrinn omfatter oppfinnelsens fremgangsmåte kontinuerlig fremstilling av et stangemne av Al/Mg/Si-legering ved støping og val sing i en maskin av PROPERZI-type, fulgt av umiddelbar nedkjøling på utgangssiden av den siste valseseksjon til en temperatur under den temperatur hvorved påvisbar herdningsutfell ing av Mg^Si finner sted fra en overmettet fast løsning, hvilket vil si til en'temperatur under 200°C og fortrinnsvis under 150°C. Det er kjent at når flytende metall føres inn på et støpehjul ved en temperatur på omtrent 700°C, vil størknet metall forlate støpehjulet i form av et hovedsakelig trapesformet stangemne og trer inn i valseseksjonen kort etter (ca. 1 min. mellom støpehjulet og valseseksjonen)0ved en temperatur som kan variere mellom 400 og 500°C, og den sistnevnte temperatur er hovedsakelig den temperaturverdi hvorunder den faste løsning som oppnås etter metall størkningen, ved tilstrekkelig langsom avkjøling bringer magnesium og silisium til utfelling. Da valsing av støpeemnet (S 2240 mm ) til stangemnet (med diameter 9,5 eller 7,5 mm) finner sted i løpet av relativt kort tid ( størrelse; Orden 1 min.) , og idet temperaturen av stangemnet på utganc^siden av valseseksjonen ligger i området 250 - 350°C i avhengighet av utførelsesbetingelsene for støpningen og valsingen, vil det innses at flere arbeidsfunksjoner utføres samtidig i valseseksjonen, nemlig: forming, koldbearbeiding og dynamisk strukturgjenvinning ved høy-temperatur-deformering samt bråkjøling av emnet fra den temperatur hvorved det føres inn i valseseksjonen. En rask avkjølingsprosess.

av den type som f.eks. er beskrevet i fransk patentansøkning nr. 74-05878 i navnet ALUMINIUM PECHINEY, forhindrer en hver vesentlig materialutfelling i statsigemnet, hvilket ville medføre tap av formbarhet under trådtrekningen og fravær-■ av utfellingsherdråing under den kunebige eldning.

I- betraktning av løsningstilstanden for magnesium og silisium, som

er mindre gunstig enn ved de: ovenfor angitte konvensjonelle prosesser 1, 2 og 3, som omfatter oppvarming av metallet fra omgivelsestemperatur til temperaturverdien for løsnings-varmebehandlim før bråkjølingen av maskintråden, omfatter oppfinnelsens fremgangsmåte i et annet prosesstrinn en såkalt deformasjon ved moderat temperatur tilsvarende lav utfellingstakt. Et egnet temperaturområde for dette formål er fra 110 til 180°C, og fortrinnsvis fra 130 til 160°C (arbeidstemperaturen må velges i samsvar med den foreliggende grad av koldbearbeiding, samt utførelsetakten og således også varigheten av nevnte trekning ved moderat temperatur), når det gjelder Al/Mg/Si-1egeringer med materialsammensetninger i følgende områder: Fe = 0,14 - 0,35 %, Si = 0,30 - 0,70 %, Mg = 0,30 -

•0,80 %, Cu < 0,20 %. Ved utførelse av tradtrekning ved disse

S—s \ temperaturer og med en. trekningsgrad over 350% ( —-— x 100 350 ' hvor S er tråddiameteren på inngangssiden og s er tråddiameteren på utgangssiden ) er det overraskende mulig å forbedre de endelige materialegenskaper (kombinasjonen av R og P ) oppnådd etter den avsluttende kunstige eldning, i kraft av en finere fordeling av de herdende Mg^Si-bestanddeler som utfelles under trådtrekningen ved moderat temperatur, samt ved eliminering under denne tr-eknings-prosess av de Guinier/Preston-soner som dannes ved eldning etter bråkjøling og bidrar i vesentlig grad til elektrisk motstand, men bare i liten grad til utfellingsherdning.

Trådtrekningen ved moderat temperatur utføres på vedkommende stangemne på forskjellige måter, f.eks. på en kold emnekveil, hvorved emnet føres inn i trådtrekningsmaskinen i kold tilstand, eller fortrinnsvis gradvis forvarmes til den moderate -trekningstemperatur, eller eventuelt med en emnekveil oppvarmet på forhånd i en varmeovn til en temperatur under den moderate trekningstemperatur og ikke over 140°C, idet en vesentlig herdningsvirkning oppnås ved denne temperatur og gir seg til kjenne ved nedsatt trekkbarhet. Den nevnte

trekningsprosess ved moderat temperatur kan f.eks. utføres ved å føre tråden gjennom en f 1 ertrinns-maskin og fordelt fremtrekk som''

arbeider nedsenket i et bad av smøremiddel som termostatisk reguleres til trekningstemperaturen, samtidig som trekningsdysene oversprøytes med samme termostatisk regulerte smøremiddel.

Etter en sådan trekning varmebehandles tråden enten i en statisk porsjons-ovn for nominelle temperaturer i området 130 - 170° i behandlingsperioder som varierer fra 30 min. til 12 timer, eller fortrinnsvis kontinuerlig når tråden forlater trådtreknings-anordningen, ved nominelle temperaturer i området 180 - 240°C i tidsperioder fra 1 til 30 sek.

En sådan varmebehandling kan f.eks. utføres ved at tråden kontinuerlig

føres gjennom en oljebad-ovn, hvilket også gjør det mulig å oppnå

en hensiktsmessig smurt tråd, som således er utmerket egnet for den etterfølgende kabelfremstilling.

Denne varmebehandling har en gjenvinningsvirkning og fremmer også utfellingsherdning, som særlig gir seg til kjenne ved:

øket elektrisk ledningsevne}

^gjenvinning av mater ial et 5plastisi tet (bruddf ori engel se og bøyeevne) ,

mens trådens mekaniske styrke (bruddfasthet) fremdeles har en høy

-verdi •.

Oppfinnelsen vil bli bedre forstått ut fra de vedføyde tegninger og etterfølgende utførelseseksempler.

Fig. 1 viser skjematisk de forskjellige behandlingstrinn fra flytende j^metall til ferdig elektrisk kabél > henhv. o samsvar med kjent teknikk (konvensjonell prosess nr. 3) og i samsvar med oppfinnelsens, fremgangsmåte. I det sistnevnte tilfelle foreligger to utførelses-varianeter, nemlig konvensjoaell kunstig eldning (i statisk varmeovn) og kontinuerlig kunstig eldning. .Fig. 2 angir også skjematisk de forskjellige prosesstrinn, men i dette tilfelle i form av en grafisk fremstilling, hvori tiden er angitt langs absisse-aksen i vilkårlig målestokk og temperaturen er avmerket langs ordinat-aksen. Ordinat-aksen og de tre parallelle , vertikale akser a, b og c avgrenset tre soner, nemlig A, B og C,

som henhv. tilsvarer poduksjonstrinnene: fremstilling av stangemnet, behandling av dette stangemne og den avsluttende trådtrekning/ kunstige eldning.

De prosesslinjer som er angitt heltrukket og stiplet tilsvarer y oppfinnelsens fremgangsmåte, mens de som er angitt ved prikkede linjer representerer den konvensjonelle prosess.

For den konvensjonelle prosess tilsvarer de påfølgende kurveavsnitt følgende fremstillingsfaser:

1) flytende metall føres inn på støpehjulet (f. eks ..Proper zi)

2) størkning og avkjøling av metallet på støpehjulet,

3) valsing i valseseksjonen (f.eks. Properzi eller Seéim)

4) kjøling av det fremstilte stangemne i form av kveiler,

5) løsnings-varmebehandling,

6) bråkjøling med koldt vann,

7) utglødning,

8) trådtrekning,

9) kunstig eldning i statisk varmeovn fulgt av kabel tilvirkning.

Når det gjelder den skjematisk viste fremstillingsprosess i henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte er de innledende faser 1, 2 og 3 identisk med. den angitte konvensjonelle prosess. Videre omfatter imidlertid oppfinnelsens fremgangsmåte følgende prosesstrinn: 10) kontinuerlig kjøling av stangemnet på utgangssiden av valseseksjonen,

11) trådtrekning ved moderat temperatur,

12) kontinuerlig kunstig eldning,

13) som en utførelsesvariant: kunstig eldning i statisk varmeovn, idet tilfellet sådan eldning ikke-utføres kontinuerlig.

De kruveavsnitt som er avbrutt ved dobbelte snittlinjer, tilsvarer

i vedkommende tidsmålestokk ubestemte tidsintervaller, slik som spontane kjølingsprosesser eller venting mellom påfølgende prosesstrinn.

EKSEMPEL 1.

En A-GS/L-1egering med følgende materialsammensetning på aluminium--basis:

Fe : 0,24 % s

Si : 0,55 %,'

Mg : 0,59

samt de vanlig forekommende forurensninger i aluminium for elektriske ^anvendelser, ble fremstilt i et PROPERZI-anlegg, som på sin utgangs ■'-side var utstyrt med en kontinuerlig kjøleanordning av den type som er beskrevet i fransk patentansøkning nr. 74.05878 i navnet Aluminium Pechiney, under de forskjellige driftsbetingelser som er angitt i følgende tabell, sammen med de tilsvarende oppnådde mekaniske egenskaper for stangemnet (målt etter eldning i mer enn 15 dager).

Først ble deler av stangemnet trukket til henhv. 3 og 2 mm, under

de vanlige driftsforhold i henhold til kjent teknikk samt med en" avsluttende varmebehandling av varighet 3" timer ved 165°C. De oppnådde resultater var som følger:

Andre deler av stangemnet (referansene 3 og 4 ovenfor ga de beste

Resultat; ) ble så utsatt for trådtrekning ved en moderat.temperatur på 140°C med følgende resultat:

De oppnådde forbedringer i trådens material egenskaper er meget påtagelige (en økning på o 2 kg/mm 2 i bruddfasthet samt nedsatt spesifikk motstand).

EKSEMPEL 2

En A-GS/L-1egering med følgende material sammensetning på aluminium--basis: Fe : 0,2 3 % Si : 0,49 %, Mg : 0,56 % /''samt de vanlige forurensinger i aluminium for elektriske anvendelser," ble støpt på et PROPERZI-hjul, valset ved en temperatur på 515°C ved inngangssiden av valséverket samt avkjølt til 60°C på valseverkets utgangsside. To lengder av stangemnet ble så for sammenligningens ■skyld utsatt for henhv. konvensjonell trådtrekning og trådtrekning ved moderat temperatur i henhold til oppfinnelsen, idet tråder ble . trukket til diametere pa henhv. 3,0 og 2,0 mm. De oppnådde resultater er angitt i følgende tabell:

Økningen i bruddfasthet er sær.råg påtagelig, mens de øvrige material egenskaper forblir uforandret.

i

EKSEMPEL 3

En A-GS/L-legering på aluminiumbasis og forøvrig med følgende materialsammensetning: Fe-: 0,25 %

Si : 0,45 % t

Mg : 0,49 % !

samt de vanlige forurensninger i aluminium for elektriske anvendelser, ble fremstilt og valset under samme' arbeidsbetingelser som angitt i eksempel 2 og derpå trukket delvis i samsvar med tidligere kjent teknikk og delvis i overensstemmelse med foreliggende

oppfinnelse (trådtrekning ved moderat temperatur) til tråddiametere:

på 3,0 og 2,0 mm med følgende resultater, -som også viser en påtagelig økning i bruddfasthet sammen med forøvrig uforandrede materialegenskaper.

EKSEMPEL 4

Den tråd i eksempel 2 som ble trukket ved moderat temperatur på

140°C og med en diameter på 2,0 mm, ble utsatt -for kunstig termisk eldning i 15-sek. ved 220°C ved passasje gjennom'et oljebad.

De mekaniske og elektriske egenskaper for tråden før og etter

dene kontinuerlig utførelse, kunstige éldningsbehandling var som følger: .....

De verdier som ble oppnådd, etter trådtrekning ved moderat temperatur og kontinuerlig kunstig eldning er sammenlignbare med de som ble'oppnådd i henhold til kjent teknikk og angitt i eksempel 2.

Disse tråder og kabler tilvirket av sådanne tråder, som har bemerkelsesverdige materialegenskaper og som i tillegg nyter godt av den høye korrosjonsbestandighet for aluminiumlegeringer i sin alminnelighet og A-GS/L-legeringer i særdeleshet, kan naturligvis anvendes for alle formål hvor sådanne egenskaper er påkrevet, f.eks. som gjærdetråd, støttetråder for vinbusker og frukttrær, stag for master eller antenner.

EKSEMPEL 5

To A-Gs/L-1egeringer med følgende material sammensetning ble fremstilt:

i

Øvrige forurensinger i disse legeringer var sammeBom normalt foreligger i aluminium for elektriske anvendelser.

Disse legeringer ble støpt på et PROPERZI-hjul, valset ved, en temperatur på 515°C på valseverkets inngangsside og avkjølt til

60°C på utgangssiden av valseverket. Det således oppnådde stangemne ble utsatt for:

-tråd av legering A, normal trekning til 3,45 mm

-tråd av legering B, både normal trekning og-trekning ved moderat temperatur (160°C) til 3,45 mm.

Trådtrekning ved moderat temperatur på 160°C ble utført i en firetrinns trådtrekningsmaskin ved utløpstakt på 100 m/min. Tråden ble ført inn"

i maskinen i kold tilstand og derpå bragt til nevnte moderate trekningstemperatur ved nedsenkning i et bad av smøremiddel termostatisk regulert til vedkommende temperatur, mens trekkdyser og fremtrekk i maskinen også var nedsenket i smøremiddelet.

Den således trukkede tråd ble trukket ned til 3,45 mm diameter i

• to trekningstrinn under følgende arbeidsbetingelser.

De tre oppnådde trådtyper med 3,45mm,s diameter ble utsatt for forskjellige kunstige ledningsbehandlinger i en statisk varmeovn.

De mekaniske strekkfasthetsegenskaper og elektriske mostandsverdier som ble oppnådd henhv. umiddelbart etter trekning og etter kunstig eldning, var f.eks. som følger:

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av tråder av aluminiumlegering som inneholder 0,30 - 0,80 % Mg, 0,30 - 0,70 % Si,

0,15 - 0,35 % Fe og <T 0,20 % Cu, samt er egnet for tilvirkning av luftledninger for kraftforskyning; og isolerte eller uisolerte kabler for elektriske anvendelser i sin alminnelighet, ut fra et støpt og valset emne som trer inn i valseverket ved en temperatur på minst 450°Cj karakterisert ved at det stangemne som avgis fra valsemøllen, raskt avkjøles til en temperatur under 150°C og deretter utsettes for trådtrekning ved moderat temperatur i området 110 - 180°C, som tilsvarer temperaturområdet for lav utfellingstakt av den intermetalliske forbindelse Mg^ Si, fulgt av en kunstig eldningsbehandling.

2. Framgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte trådtrekning ved moderat temperatur tilsvarer en trekningsgrad, uttrykt ved forholdet —S .~ s— x 100 , på minst ,350 s

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte trådtrekning utføres ved en temperatur i området 130 til 160°C .

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at den kunstige eldningsbehandling utføres porsjonsvis i en statisk varmeovn i perioder av varighet fra 30 min til 12 timer ved nominell temperatur i området 130 - 170°C.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav '1 - 3, karakterisert ved at den kunstige eldningsbehandling etter trådtrekningen utføres kontinuerlig ved en temperatur i området 180 - 240°C under en behandlingstid fra 1 til 30 sek.

6. Isolerte eller uisolerte tråder av aluminium/magnesium/ silsium-llegering, særlig for elektriske anvendelser, fremstilt i samsvar med krav 1-5.

7. Isolerte eller uisolerte kabler av aluminium/magnesium/ silisium-legering, særlig for elektriske anvendelser, tilvirket av tråder som angitt i krav 6.

8. 'Tråder og kabler av aluminium/magriesium/silisium/1egering for mekaniske anvendelser og fremstilt i samsvar med krav 1-5.