一种高导电率耐热中强度铝合金线及其生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高导电率耐热中强度铝合金线及其生产工艺。该铝合金线，其化学成分按重量分数计包含以下组分：Fe 0.2‑0.35%，Si 0.20‑0.30%，Zr 0.10‑0.15%，Mg 0.30‑0.45%，Er 0.05‑0.10%，Ti 0.006‑0.01%，余量为Al。其生产工艺，包括以下步骤：熔炼；精炼；连续铸造；连续轧制；在线淬火；收线：热挤压；拉丝；时效处理。通过该工艺最终得到导电率≥60%IACS，抗拉强度≥235MPa，伸长率≥3%，210℃/1h后合金线强度保留率≥90%。具有导电性高，耐热性能好，强度高，伸长率大、抗腐蚀性能好的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种高导电率耐热中强度铝合金线及其生产工艺
本专利技术属于架空输电线路架空导线制备
，涉及一种高导电率耐热中强度铝合金线及其生产工艺。
技术介绍
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，其中，中强度铝合金线用于制造全铝合金绞线，在高压、超高压的新建线路中具有十分明显的技术优越性、经济优越性。目前，铝合金线材生产过程较为复杂，主要包括熔炼、精炼和连铸连轧方式获得合金杆材，这种杆材再经过拉丝、时效处理，最终获得符合机械、电气性能要求的中强度铝合金线。但由于制造设备的缺陷以及制造工艺的不稳定性，在保证抗拉强度、伸长率等力学性能的前提下，现有的中强度铝合金线的导电率普遍为58.5%IACS，实际应用中输电线损较大。因此，如何在保证力学性能的前提下提高中强度铝合金导线的导电性能，是目前生产中强度铝合金导线亟待解决的问题，于是，越来越多的研究者开始致力于中强度铝合金线材生产工艺的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有工艺存在的问题，提供一种高导电率耐热中强度铝合金线及其生产工艺。使用本专利技术生产工艺生产的铝合金线，具有导电性高，耐热性能好，强度高，伸长率大、抗腐蚀性能好的特点，能够被应用于常规的架空输电线路，也可用于大档距、大落差的高海拔地区的架空输电线路。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高导电率耐热中强度铝合金线，其化学成分按重量分数计包含以下组分：Fe0.2-0.35%，Si0.20-0.30%，Zr0.10-0.15%，Mg0.30-0.45%，Er0.05-0.10%，Ti0.006-0.01%，余量为Al。Ti：钛元素会与与铝形成TiAl2相，成为结晶时的非自发核心，细化晶粒，提高合金的强度；Er：铒元素使铝合金成分过冷增大，细化晶粒，减少合金中的气体和夹杂，提高铝合金的强度以及导电性，同时铒可以和锆形成更加细小，弥散分布的Al3(ZrEr)复合相，提高合金的强度及耐热性。Zr：锆元素一方面可以形成Al3(ZrEr)复合相，增大铒在铝中的固溶度，增强铒对铝合金的强度及导电性能的优化效果，因此铒的含量控制在Er0.05-0.10%；另一方面，锆元素会与铝形成Al3Zr，当它弥散、细小地析出时，作为异质形核核心，阻碍加热时再结晶的形核，从而细化铝合金的晶粒，提高了短时耐热性能，但锆含量的增加会对导电性能带来不利影响，因此最终合金中锆含量控制在0.10-0.15%，以保证合金具有较优的性能。Mg：镁元素能显著提高材料的强度，但过量的Mg会降低材料的塑性，限制Mg质量分数范围在0.30-0.45%之间，使材料具有足够的强度和良好的塑性。Si：合金中加入Si能提高合金熔融态的流动性，但过量的Si会降低该材料的塑性。Fe：合金中加入Fe的益处：一是起到强化作用，二是与Al形成高密度尺寸细小的Al-Fe提高该合金强度。一种如上所述高导电率耐热中强度铝合金线的生产工艺，包括以下步骤：步骤一：熔炼：将铝锭在熔炼炉中熔化成铝液，将铝液加注到保温炉中保温；按照化学成分中各组分重量分数配比，依次加入铝铁合金锭、铝硅合金锭、铝锆合金锭、镁锭、铝铒合金锭、铝钛合金锭，充分混合后进行炉前化学快速分析，调整铝合金液成分；步骤二：精炼：熔炼完成后，在保温炉中将精炼剂随氮气从铝合金液液面下吹入，进行精炼，然后将铝液表面的渣扒干净，进行保温静置；步骤三：连续铸造：从保温炉中流出的铝合金液经炉外在线除杂系统进行除杂过滤，然后经晶粒细化和过滤处理后送入浇铸机，采用水平浇铸方式进行连续铸造得到铝合金锭坯；步骤四：连续轧制：通过感应器将铸坯加热到530℃~550℃，进行连续轧制；所述轧制系统由粗轧机和精轧机两台轧机串联而成；步骤五：在线淬火；步骤六：收线；步骤七：挤压；步骤八：拉丝；步骤九：时效处理。上述步骤一中，将铝含量为99.7%铝锭在熔炼炉中熔化成铝液，当保温炉内温度升到750~760℃，将铝液加注到保温炉中，保温炉内设有自动搅拌装置；按化学成分中各组分重量分数配比，依此将铝铁合金锭、铝硅合金锭、铝锆合金锭、镁锭、铝铒合金锭、铝钛合金锭加入到保温炉中，在760~780℃熔化并搅拌，搅拌采用自动搅拌器搅拌，搅拌时间≥2h；铝合金液充分混合后，对铝合金液进行炉前化学快速分析，然后根据化学成分中各组分的重量分数比调整铝液合金组分。上述步骤二中，精炼剂吹入温度为735~745℃，精炼剂与铝合金液的重量比为1:1000；精炼剂加入后，进行精炼的时间≥25min；静置温度为730~740℃，静置时间≥40min。上述步骤三中，在线除杂系统温度为900℃，氮气通入量为35L/min，转子转速设定为150rpm，除杂后Zn含量≤0.006%，Ni含量≤0.001%，Pb含量≤0.005%，氢含量≤0.250ml/100g；经过滤的铝合金液，流入浇包，浇铸采用水平浇铸，浇铸速度为7~8T/h，冷却水温度为28℃，所述浇铸机的结晶轮为铜质量百分含量≥99.9%、直径为2000mm、结晶轮槽截面积为2800mm2和结晶轮槽底部倒角半径为3.5mm的H型式结晶轮。上述步骤三中的在线除杂系统装有金属过滤装置，该金属过滤装置在上方设置进液口；在过滤装置内部有三层水平分布的过滤板及吸附板，由上至下三层分别是：孔径为10ppi的泡沫陶瓷过滤板，孔径为20ppi的泡沫陶瓷过滤板，吸附工业重金属的离子吸附板；在过滤装置底部有出液口。为保证铝液的流速正常，进液口、过滤板和吸附板，出液口三者横截面积之比为：1:5:1。合金液从保温炉流出，经进液口流入过滤装置，分别经10ppi、20ppi的过滤板过滤掉尺寸较大的夹杂物；随后合金液继续向下流动经过可以吸附工业重金属的离子吸附板，此吸附板可以吸附掉合金液中的锌、镍、铅元素，降低其在合金液中的含量；经吸附板过滤过的合金液继续向下流动，并从出液口流出，进入下道除气工序。上述步骤四中，采用粗轧机和精轧机两台轧机串联进行连续轧制，制得直径为12mm的铝合金杆，轧制速度为5.2~5.6m/s；乳化液温度为60~80℃，乳化液压力为150~230kPa。上述步骤五中，采用在线淬火；淬火温度为15±3℃，淬火压力为500±50kPa。上述步骤六中，采用盘式自动收线装置，收线铝合金杆温度为25~35℃，每盘铝合金杆重量为2000kg。上述步骤七中，采用挤压机将铝合金杆挤压成所需直径的铝合金杆，热挤压温度为480±20℃。上述步骤八中，采用高速铝拉机将铝合金杆拉制成所需直径的中强度铝合金线，高速铝拉机采用多道模具，前3道延伸系数为1.25~1.35，后几道延伸系数为1.10~1.25，且到出线模具的延伸系数逐步降低至1.10，拉丝速度为10~16m/s。上述步骤九中，采用连续式时效炉对拉制所得的铝合金线进行双级时效处理，一级时效温度为110~130℃，时效时间为10~12h；二级时效温度为160~190℃，时效时间为15~18h。本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术在Al、Mg、Si和Fe组成的合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导电率耐热中强度铝合金线，其特征在于：其化学成分按重量分数计包含以下组分：Fe 0.2‑0.35%，Si 0.20‑0.30%，Zr 0.10‑0.15%，Mg 0.30‑0.45%，Er 0.05‑0.10%，Ti 0.006‑0.01%，余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种高导电率耐热中强度铝合金线，其特征在于：其化学成分按重量分数计包含以下组分：Fe0.2-0.35%，Si0.20-0.30%，Zr0.10-0.15%，Mg0.30-0.45%，Er0.05-0.10%，Ti0.006-0.01%，余量为Al。2.一种高导电率耐热中强度铝合金线的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：熔炼：将铝锭在熔炼炉中熔化成铝液，将铝液加注到保温炉中保温；按照化学成分中各组分重量分数配比，依次加入铝铁合金锭、铝硅合金锭、铝锆合金锭、镁锭、铝铒合金锭、铝钛合金锭，铝合金液充分混合；步骤二：精炼：熔炼完成后，在保温炉中将精炼剂随氮气从铝液液面下吹入，进行精炼，然后将铝合金液表面的渣扒干净，进行保温静置；步骤三：连续铸造：从保温炉中流出的铝合金液经炉外在线除杂系统进行过滤除杂，然后经晶粒细化和过滤处理后送入浇铸机，采用水平浇铸方式进行连续铸造得到铝合金锭坯；步骤四：连续轧制：通过感应器将铸坯加热到530℃~550℃，进行连续轧制；步骤五：在线淬火；步骤六：收线；步骤七：热挤压；采用挤压机将铝合金杆挤压成所需直径的铝合金杆；步骤八：拉丝；步骤九：时效处理。3.根据权利要求2所述的一种高导电率耐热中强度铝合金线的生产工艺，其特征在于：步骤一中，所述铝锭中铝含量为99.7%；所述将铝液加注到保温炉时，保温炉内温度为750~760℃；所述铝合金液充分混合为保温炉内温度760~780℃熔化并搅拌，搅拌时间≥2h，铝合金液充分混合。4.根据权利要求2所述的一种高导电率耐热中强度铝合金线的生产工艺，其特征在于：步骤二中，所述精炼剂吹入温度为735~745℃，精炼剂与铝合金液的重量比为1:1000；所述进行精炼的时间≥25min；所述静置的温度为730~740℃，时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李衍川，张孝雷，黄建业，徐静，胡清平，罗翔，钱健，高娜，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，远东电缆有限公司，新远东电缆有限公司，远东复合技术有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35