一种导电单丝材料及其制备方法技术

技术编号:24882511 阅读:18 留言:0更新日期:2020-07-14 18:09
本发明专利技术涉及一种导电单丝材料及其制备方法,其特征在于,所述导电单丝材料由质量百分比计的以下组份制成:B:0.001~0.02%,Y:0.002~0.10%,Sc:0.002~0.10%,Zr:0.005~0.03%,Si:0.001~0.06%,Fe:0.001~0.12%,(V+Ti+Cr+Mn)≤0.008%,余量为铝和不可避免的微量杂质。通过控制B、Zr、Y、Sc微合金化元素的含量,开发出室温导电率≥61.5%IACS(20℃),抗拉强度≥180MPa,延伸率≥2.6%,耐热温度为150℃且230℃加热1h后强度残余率大于90%的导电单丝材料。

【技术实现步骤摘要】
一种导电单丝材料及其制备方法
本专利技术涉及本专利技术属于电力行业输电线路架空导线
,具体涉及一种导电单丝材料及其制备方法。
技术介绍
随着经济建设的快速发展及环保要求的不断提升,新能源消纳占比逐年攀升,如何充分利用现有线路走廊及线路设施,尽可能多输送电量、降低线损,提高输电效率已成为电力运行部门必须考虑的问题。当前,新能源送出通道因受现役架空导线的限制,存在输电容量裕度低、短期过负荷承受能力弱、电能损耗高、环境服役适应性差等问题,电网网架结构的约束一定程度上制约了风电、光伏等新能源的高效利用。现役的钢芯铝绞线采用硬铝导体材料,其耐热性差、载流量低。耐热铝合金导线是一种性能良好的增容导线,采用大容量耐热铝合金导线进行现有线路增扩容改造,可在不更换杆塔的原则下提高线路的输送能力,并且能够降低工程的整体造价。目前市售的耐热铝合金导线成熟产品的导电率为60%IACS,耐热温度为150℃,而导电率为61%IACS导线的耐热温度为120℃左右,且抗拉强度为160MPa。因此,为满足新能源送出等输电线路对大容量、低损耗、安全高效输电技术的应用需求,亟待开展具有更高导电率、强度和耐热性的综合性能良好的耐热铝合金单丝材料及其导线的研究,从而实现输电线路的降损增效,提升电网清洁能源高效送出及消纳能力。
技术实现思路
针对现有技术的不足,提供一种导电单丝材料,通过该方法可以解决常规60%IACS耐热铝合金导线导电率低、强度小的技术难题。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的:本专利技术提供一种导电单丝材料,其改进之处在于,所述导电单丝材料由质量百分比计的以下组份制成:B:0.001~0.02%,Y:0.002~0.10%,Sc:0.002~0.10%,Zr:0.005~0.03%,Si:0.001~0.06%,Fe:0.001~0.12%,(V+Ti+Cr+Mn)≤0.008%,余量为铝和不可避免的微量杂质。优选的,所述导电单丝材料由质量百分比计的以下组份制成:B:0.012~0.02%,Y:0.05~0.08%,Sc:0.04~0.08%,Zr:0.02~0.03%,Si:0.045~0.053%,Fe:0.09~0.11%,(V+Ti+Cr+Mn)≤0.008%,余量为铝和不可避免的微量杂质。一种导电单丝材料的制备方法,其改进之处在于,所述方法包括:1)熔炼:将纯度≥99.7%的铝锭在720~750℃下熔化后加入中间合金;2)精炼:于720~730℃且搅拌下向步骤1)的含中间合金的铝液中加入铝液精炼20min后加入覆盖剂后静置30min,扒渣;3)浇铸:于700~720℃下将步骤2)制得的铝液浇于紫铜质铸模具内,得铝合金锭;4)制杆:将步骤3)制得的铝合金锭于480~510℃下保温1h后轧制成Ф9.5mm的铝合金圆杆;5)拉丝:以12~15m/s的速率对将步骤4)制得的铝合金圆杆进行拉丝,以每道次15~20%的变形量拉制得单丝。优选的,步骤1)中所述中间合金的的加入顺序为:在720~730℃时加入Al-B中间合金并静置30min后升温至730~750℃加入Al-Zr、Al-Y和Al-Sc中间合金。优选的,步骤2)中所述覆盖剂的加入量为铝液质量的0.02~0.04%。优选的,步骤3)中所述铝合金锭的尺寸为22×22×380mm。优选的,步骤5)中所述拉丝的温度为30~50℃;所述单丝的直径为3.05~3.60mm。与最接近的现有技术相比,本专利技术具有的有益效果:1.本专利技术提供的一种导电单丝材料,采用控制B、Zr、Y、Sc微合金化元素的含量,提高了导电率,单丝导电率≥61.5%IACS,20℃;2.本专利技术提供的一种导电单丝材料,采用控制B、Zr、Y、Sc微合金化元素的含量,提高了抗拉强度,抗拉强度≥180MPa;3.本专利技术提供的一种导电单丝材料,采用控制B、Zr、Y、Sc微合金化元素的含量,提高了延伸率,延伸率≥2.6%。4.本专利技术提供的一种导电单丝材料,采用控制B、Zr、Y、Sc微合金化元素的含量,提高了耐热性,耐热温度为150℃(230℃加热1h后强度残余率大于90%)。5.本专利技术提供一种导电单丝材料的制备方法包括熔炼、精炼、浇铸、制杆和拉丝过程中的程序,方法简单可行,工业化可实施性强。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本专利技术实施例中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专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,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它实施例,都属于本专利技术保护的范围。本专利技术采用的各合金元素的作用及机理如下:Zr:要提高导电铝合金的耐热性能必须设法防止合金畸变能的减少,从而防止铝合金强度不至于因温度升高而下降。适量Zr的加入能明显改善铝合金的耐热性能,主要由于Zr原子半径比Al原子半径略大,Zr在铝中以置换方式进行扩散,其扩散激活能高,向亚结晶晶粒边界析出细微的Al3Zr相,它不易聚集长大,稳定性高,抑制再结晶的发生,在较高的温度下仍可有效的钉扎位错与晶界,阻碍变形与晶内及晶界滑移,使蠕变抗力得以提高,从而使铝合金的耐热性能得到了改善。Y:本专利技术的技术方案中,稀土Y元素的加入对铝合金导电性能的提高作用主要是由于Y与铝中主要固溶杂质元素Fe、Si发生强烈的交互作用,Y与杂质原子形成的稀土化合物在晶界处析出,降低了Fe、Si等杂质元素在基体中的固溶度。而杂质元素在铝中以固溶态存在时对铝导体电阻率的增大作用远大于析出态,Fe、Si等杂质和Y反应生成化合物在晶界处析出,减少了固溶的Fe、Si对电子的散射作用,故加入适量Y能使铝合金的导电率提高。但过多的Y会形成杂质影响导电性能,而且Y含量增加会增强晶粒细化作用,增加了对电子的散射,从而降低了铝导体的导电率。因此Y含量应控制在一定范围内以保证铝导体的导电性能。Sc:本专利技术中加入稀土Sc元素可以显著提高铝合金的导电率、强度和耐热性。Sc的微量添加后会与Al反应生产稳定的Al3Sc,Al3Sc分散粒子本身细小均匀可以细化Al晶粒。同时Sc与Al、Zr会反应生成Al3(Sc,Zr)复合强化相。B:铝导体中杂质元素如果以固溶态存在,对导电性能的影响很大,而硼化处理能有效降低杂质含量,即在电工铝中加入一定量的B元素后,能够和过渡族杂质元素Cr、Mn、V、Ti等杂质元素发生反应,使之由固溶态转变为化合态并沉积于熔体底部而净化铝导体,从而提高铝合金的导电性能。与此同时,在铝导体加入适量的Zr能明显改善合金的耐热性能,但Zr的加入也会对合金的导电性产生不利影响。有研究表明在含Zr的铝合金中加入适量的B,能在保证合金耐热性的前提下保证其导电性。一般认为,合金中添加的B不过量时,即控制含Zr耐热铝合金材料中加入的B在Zr:B=1:2的范围内,添加的B与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导电单丝材料,其特征在于,所述导电单丝材料由质量百分比计的以下组份制成:B:0.001~0.02%,Y:0.002~0.10%,Sc:0.002~0.10%,Zr:0.005~0.03%,Si:0.001~0.06%,Fe:0.001~0.12%,(V+Ti+Cr+Mn)≤0.008%,余量为铝和不可避免的微量杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种导电单丝材料,其特征在于,所述导电单丝材料由质量百分比计的以下组份制成:B:0.001~0.02%,Y:0.002~0.10%,Sc:0.002~0.10%,Zr:0.005~0.03%,Si:0.001~0.06%,Fe:0.001~0.12%,(V+Ti+Cr+Mn)≤0.008%,余量为铝和不可避免的微量杂质。


2.如权利要求1所述的导电单丝材料,其特征在于,所述导电单丝材料由质量百分比计的以下组份制成:B:0.012~0.02%,Y:0.05~0.08%,Sc:0.04~0.08%,Zr:0.02~0.03%,Si:0.045~0.053%,Fe:0.09~0.11%,(V+Ti+Cr+Mn)≤0.008%,余量为铝和不可避免的微量杂质。


3.一种权利要求1所述的导电单丝材料的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
1)熔炼:将纯度≥99.7%的铝锭在720~750℃下熔化后加入中间合金;
2)精炼:于720~730℃且搅拌下向步骤1)的含中间合金的铝液中加入铝液精炼20min后加入覆盖...

【专利技术属性】
技术研发人员:祝志祥张强陈保安李海龙张涛于春光潘连武陈新杨长龙丛培元周承玺殷鹏史哲刘瑞武小琳张志国刘晓龙王仲攀王勇朱洪波佟永吉刘岩吕忠华牟忠武郎大志王迪李禄洋张宏宇金鹏于鑫
申请(专利权)人:全球能源互联网研究院有限公司国网辽宁省电力有限公司国网辽宁省电力有限公司丹东供电公司国家电网有限公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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