架空导线用高导电率耐热铝合金单丝及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种架空导线用高导电率耐热铝合金单丝及其制备方法，其中，所述架空导线用高导电率耐热铝合金单丝按重量百分比计，包括如下组分：B：0.001～0.02％，Zr：0.005～0.04％，Cu：0.001～0.05％，La：0.001～0.10％，Si：0.001～0.06％，Fe：0.001～0.12％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.0085％，余量为铝和不可避免的微量杂质，配合本发明专利技术的制备方法制备的铝合金单丝导电率≥61.0％IACS，抗拉强度≥180MPa，延伸率＞2.3％，耐热温度≥150℃(230℃加热1h后强度残余率大于90％)。

【技术实现步骤摘要】
架空导线用高导电率耐热铝合金单丝及其制备方法
本专利技术属于电力行业输电线路架空导线
，涉及一种导电率≥61.0％IACS，抗拉强度≥180MPa，延伸率＞2.3％，耐热温度≥150℃(230℃加热1h后强度残余率大于90％)的架空导线用高导电率耐热铝合金单丝及其制备方法。
技术介绍
为了缓解电力资源和电力负荷分布严重失衡问题，国家相继启动特高压等重大输电工程，随着输电容量和距离增加，输电线路向大容量、高效率方向发展，对铝合金输电导体材料的力电性能、耐热性能等服役性能提出了越来越高的要求。普通钢芯铝绞线导电率约61％IACS，允许连续运行温度约70℃。现役的耐热铝合金导线的导电率为60％IACS，允许连续运行温度可达120℃以上，耐热性好、载流量高，可长期在高温高负荷下运行，在走廊狭窄的高压输电线路及线路增容改造项目中均有较多应用，已成为提高线路输送能力、节省建设成本的有效途径。与国外相比，国产耐热铝合金导线采用的耐热铝合金材料，其20℃的导电率≤60％IACS(InternationalAnnealingCopperStandard，国际退火铜标准)，输电线损较高，且制造时大多采用纯度较高的电工铝原料进行生产，同时一般需添加价格昂贵的Er、Y、Sc等稀土元素进行微合金化改性，生产使用成本较高，一定程度上制约了其大规模发展及应用。自1949年Harringtond首先发现在铝材中添加Zr能提高铝材耐热性能以来，国内外研究学者对耐热铝合金导线开展了大量研究。国际上，至20世纪末，耐热铝合金导线在日本、美国及加拿大等国家广泛采用。其中日本古河、住友、维世佳等公司的耐热铝合金导线开发处于世界领先水平，导电率在55％～60％IACS，导线长期使用温度提高至150℃～230℃，但其导电率随耐热温度的提高降低明显，输电线损进一步增大。国内高导电率耐热铝合金导线制造工艺方面与普通导线类似，相关线缆厂家均是以耐热铝合金杆为原料进行拉拔、绞制生产，设备和技术均无明显差异，其耐热铝合金导线产品的导电率仍以60％IACS为主，较普通钢芯铝绞线61％IACS低1％IACS，另外，较高线损问题在耐热铝合金导线应用推广的同时也越来越受到电力部门的重视。因此，如何在保证较高载流量的前提下，提高耐热铝合金的导电率、降低线损并有效控制成本成为当前耐热铝合金导线亟待解决的关键技术问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种用于电力行业中架空导线用导电率高、强度高的耐热铝合金单丝材料，解决常规60％IACS耐热铝合金导线导电率低、输电线损大、抗拉强度小、安全裕度低、制备成本高的问题。主要采用控制B、Zr、Cu、La微合金化元素的含量，开发出具有导电率≥61.0％IACS(20℃)，抗拉强度≥180MPa，延伸率＞2.3％，耐热温度≥150℃(230℃加热1h后强度残余率大于90％)的耐热铝合金单丝。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术一方面提供了一种架空导线用高导电率耐热铝合金单丝，按重量百分比计，包括如下组分：B：0.001～0.02％，Zr：0.005～0.04％，Cu：0.001～0.05％，La：0.001～0.10％，Si：0.001～0.06％，Fe：0.001～0.12％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.0085％，余量为铝和不可避免的微量杂质。本专利技术还提供了一种架空导线用高导电率耐热铝合金单丝的制备方法，包括如下步骤：1)冶炼：在740～760℃下，向工业纯铝熔融物中加入如下组分，使它们最终含量如下：B：0.001～0.02％，Zr：0.005～0.04％，Cu：0.001～0.05％，La：0.001～0.10％，Si：0.001～0.06％，Fe：0.001～0.12％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.0085％，余量为铝和不可避免的微量杂质；2)精炼：720～740℃下，向上述铝液中加入精炼剂，进行除氢、除渣精炼，静置后扒渣，得铝合金液；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，制得铝合金锭；4)制杆：将步骤3)制得的铝合金锭轧制成铝合金圆杆；5)拉丝：用拉丝机将步骤4)制得的铝合金圆杆进行拉丝，拉丝温度控制在30～50℃，制得直径为3.0～3.6mm的铝合金单丝。优选，步骤1)中，还包括使用电磁搅拌机对铝液进行搅拌，使合金元素充分均匀化的步骤。进一步优选，步骤1)中，待工业纯铝锭熔化后，在740～760℃下加入Al-B中间合金静置后扒渣，升温至760℃加入Al-Zr合金和Al-Cu合金、Al-La合金，其中，静置时间优选为30min。进一步优选，步骤2)中，静置时间为30min。进一步优选，步骤3)中，制得的铝合金锭的尺寸为25×25×400mm。进一步优选，步骤4)中，将步骤3)制得的铝合金锭于450～500℃下保温1～2h后轧制成铝合金圆杆，优选为1h。进一步优选，步骤4)中，铝合金圆杆的直径为9.5mm。进一步优选，步骤5)中，拉丝机以10～12m/s的速率、8～10％的变形量进行拉丝。本专利技术提供的架空导线用高导电率耐热铝合金单丝，成分体系包括Al、B、Zr、Cu、La合金元素以及主要杂质元素Fe、Si、Cr、Mn、V、Ti等，各组份含量的重量百分比为：B：0.001～0.02％，Zr：0.005～0.04％，Cu：0.001～0.05％，La：0.001～0.10％，Si：0.001～0.06％，Fe：0.001～0.12％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.0085％，余量为铝和不可避免的微量杂质。其中，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。适量锆的加入能明显改善铝合金的耐热性能，主要由于锆原子半径比铝原子半径略大，锆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。同时，锆的加入可以改善铝合金的抗蠕变性能，使铝合金在高温下也只有很小的蠕变伸长，因此，能够使架空输电线在输电塔杆之间的间距增大，并且保持铝合金导线较小的悬垂度。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耐热铝合金材料中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.架空导线用高导电率耐热铝合金单丝，其特征在于：按重量百分比计，包括如下组分：/nB：0.001～0.02％，Zr：0.005～0.04％，Cu：0.001～0.05％，La：0.001～0.10％，Si：0.001～0.06％，Fe：0.001～0.12％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.0085％，余量为铝和不可避免的微量杂质。/n

【技术特征摘要】
1.架空导线用高导电率耐热铝合金单丝，其特征在于：按重量百分比计，包括如下组分：
B：0.001～0.02％，Zr：0.005～0.04％，Cu：0.001～0.05％，La：0.001～0.10％，Si：0.001～0.06％，Fe：0.001～0.12％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.0085％，余量为铝和不可避免的微量杂质。


2.架空导线用高导电率耐热铝合金单丝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)冶炼：在740～760℃下，向工业纯铝熔融物中加入如下组分，使它们最终含量如下：
B：0.001～0.02％，Zr：0.005～0.04％，Cu：0.001～0.05％，La：0.001～0.10％，Si：0.001～0.06％，Fe：0.001～0.12％，(V+Ti+Cr+Mn)≤0.0085％，余量为铝和不可避免的微量杂质；
2)精炼：720～740℃下，向上述铝液中加入精炼剂，进行除氢、除渣精炼，静置后扒渣，得铝合金液；
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，制得铝合金锭；
4)制杆：将步骤3)制得的铝合金锭轧制成铝合金圆杆；
5)拉丝：用拉丝机将步骤4)制得的铝合金圆杆进行拉丝，拉丝温度控制在30～50℃，制得直径为3.0～3.6mm的铝合金单丝。


3.按照权利要求2所述的架空导线用高导电率耐热铝合金单丝的制备方法，其特征在于：步骤1)中，还包括使...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡博，杨长龙，许超，孙建锋，祝志祥，李希元，段昊，刘东延，李小兰，杨祖民，陈保安，张强，周杨，丁一，付颖，周鑫，陈云，郝文魁，陈新，郑舒文，谭澈，徐玉林，夏荣臻，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司，全球能源互联网研究院有限公司，沈阳沃瑞德复合技术有限公司，辽宁中德电缆有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21