特高压用铝合金导线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铝合金导线制造技术领域，具体涉及特高压用铝合金导线。
【背景技术】
[0002]近年来，在我国国民经济高速发展的激励下，各地经济对电力的需求不断增加，使得我国电网建设有了前所未有的发展，输电线路向高压化、远距离化和大容量化方向发展。目前，我国城乡供电输电线路上所使用的耐热导线，一般由普通的耐热铝合金单线和普通镀锌铜丝绞合而成。这种普通耐热导线的长期运行温度低于150°C，导电率在60% IACS以下，线损大，如想要用于特高压线路，必须新增输电线路或增加导线的截面积，这些措施都会增加投资，成本高昂，另外改造铁塔和扩大架线都会占用大量的土地资源。作为加强元件的普通镀锌钢丝，预热后线膨胀系数增大，输送电容量增加后，导线温度升高，弧垂增加，影响线路的安全运行。想在提高铝导线的抗拉强度且保证合格导电率的前提下，获得较优的耐热性能，势必对添加的合金种类及加工工艺有更高的要求。因此如何获得力学性能、耐热性能及导电性能的较优匹配是该领域研究的主要内容。
[0003]经检索，公开号为101740157A的中国发明专利，该发明提供了“一种铝合金导线及其制造方法”，铝合金导线中各成分的重量百分组成为:铝99.2%?99.6%;锆0.03%?
0.5% ;钇0.01%?0.1% ;其它0.2%?0.3%。该铝合金导线由铝锭熔化后加入微量的锆和钇一起熔炼成铝合金液，再经浇铸与结晶、乳制、拉丝等步骤制造而成。该发明通过严格控制铝锭的杂质含量和合金化添加元素的含量，制备地铝合金导线具有高导电性和耐热性，满足了行业对铝合金导线的性能要求，该发明技术的缺点在于:添加硼合金与铝合金导线中的锆起反应，降低了合金的耐热性。公开号为102758107B的中国发明专利，该发明提供了 “高强高导耐热铝合金导线及其制备方法”，铝合金导线中各成分的重量百分组成为:锆 Zr 为(λ 15 ?(λ 60%，镧 La 为(λ 03 ?(λ 30%，铈 Ce 为(λ 03 ?(λ 30%，钇 Υ 为(λ 01 ?
0.30%，铁Fe为0.05?0.20%，硅Si为0.01?0.10%，其他杂质元素含量彡0.10%，其余为铝。该铝合金导线是将配制原材料放入熔炼炉中、升温除气熔炼、造渣、除渣、连铸连乳成耐热铝合金杆材、热处理、拉丝机拉制成的。该发明提供的铝合金导线与现有的耐热铝合金线相比，其性能有了一定的提高，但是它的抗拉强度仍然比较低。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有技术中的不足，提供特高压用铝合金导线。该铝合金导线的抗拉强度达到269.27MPa，导电率可达到63% IACS，且经过300°C下加热2小时的考核运行，强度残存率大于93%。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用技术方案为:
[0006]特高压用铝合金导线，由以下重量百分比的元素组成:Mg为0.4?0.7%，Si为
0.35 ?0.65%, Cu 为 0.2 ?0.4%, Fe 为 0.1 ?0.3%, Zn 为 0.05 ?0.15%, B 为 0.3 ?
0.6%，Zr为(λ 01?(λ 1%，Y为(λ 05?(λ 25%, Ce为(λ 04?(λ 2%，其他杂质元素含量彡0.1%，其余为Al。
[0007]优选的，该导线由下列重量百分比的元素组成:Mg为0.4?0.6%，Si为0.35?
0.55%，Cu 为 0.2 ?0.3%，Fe 为 0.1 ?0.2%，Zn 为 0.07 ?0.10%，B 为 0.4 ?0.5%，Zr为0.02?0.07%，Y为0.10?0.18%，Ce为0.06?0.15%，其他杂质元素含量彡0.1%,其余为A1。
[0008]本发明也提供了特高压用铝合金导线的制备方法，包括以下步骤:
[0009](1)原料处理:选取纯度> 99.5%的铝锭，按配比称量上述原料，将原料放入150?250 °C的恒温干燥箱内除湿25?35min ；
[0010](2)熔炼:将步骤⑴所述铝锭置于熔炼炉内，使铝锭熔化成铝液，升温至750?770 °C，将铝液通过流槽转移至保温炉内；
[0011](3)合金化:将除硼以外的其他原料加入到铝液中，制得合金液；
[0012](4)硼化处理:升高合金液的温度至740?750°C，静置，保温15?20min，加入硼合金，保温15?20min，进行硼化处理；
[0013](5)精炼:将步骤(4)合金液流入流槽，使用氩气除气3?5min，再使合金液流回炉内，740?750°C保温8?12min，搅拌，并使所述合金液经过过滤板进行过滤；
[0014](6)浇铸:使步骤(5)过滤的合金液进入连铸生产线，铸成铝合金铸条；
[0015](7)固溶热处理:将步骤(6)所述铸条加热至500?650°C，保温0.5?2h，淬火；
[0016](8)乳制:将所述铸条在450?500°C下保温30?40min，在乳机上热乳，进乳温度为420?480°C，乳速为0.4?0.5m/s，通过铝连铸连乳生产线生产成铝合金杆材；
[0017](9)拉制:对铝合金杆材进行热处理，热处理温度为380?500°C，之后放入拔拉机，拉制成所需直径；
[0018](10)时效处理:时效温度为150?200°C，时效时间为1?llh。
[0019]优选的，步骤(3)中Zr、Y、Fe、Zn和Ce元素分别是以锆铝合金、钇铝合金、铁铝合金、锌铝合金和铈铝合金的形式加入。
[0020]优选的，步骤(3)中先将铁铝合金、锆铝合金、钇铝合金、铈铝合金、锌铝合金、单晶硅和镁锭加入到铝液中，保温15?20min，降温至690?710°C，再加入铜铝合金，保温15 ?20min，揽摔 2 ?5min。
[0021]优选的，步骤(4)所述硼合金为铝硼合金。
[0022]优选的，步骤(5)所述搅拌时间为30?55s，所述过滤板的孔隙度为75?95ppi。
[0023]优选的，步骤(6)所述合金液进入连铸生产线的温度为750?790°C，浇铸后降温速率为30?50 °C /s。
[0024]优选的，步骤(7)所述淬火冷却介质为水。
[0025]优选的，步骤(9)所述拉制过程中拉拔速度为3.5?4.5m/min。
[0026]以下对本发明的合金元素作具体说明:
[0027]Mg与Si元素在合金经过时效强化处理后会形成β ”强化相，随时效温度的升高或时间的延长，β ”相可演变为粗大的平衡相Mg2Si，虽然合金的电导率有所下降，但可以明显提高导线的抗拉强度和屈服强度，使导线表现出优异的力学性能。
[0028]Cu的加入可以改善合金的时效过程，同时提高材料的耐热性能，少量Cu(〈0.5% )的加入并不会影响到铝合金的导电性，可以与铝合金熔体中的有害杂质元素Cr、T1、Zr, V等发生反应，使它们由固溶体形式转变为析出态沉于熔体底部，从而减少导体内部由于固溶原子引起的晶格畸变，降低电子传输过程中与畸变晶格原子间的相互碰撞作用，提高合金的电导率。
[0029]Ce可以降低合金晶格内溶质原子的数量，从而提高合金的导电能力。
[0030]Zn可以提高合金的耐磨性，较好的保护导线，提高合金的使用寿命。
[0031]Zr能提高合金的再结晶温度、抗蠕变性能，同时也可以细化晶粒、抑制再结晶及晶粒长大，从而提高合金的耐热性。
[0032]Y和B可以和熔体中的杂质元素，如Cr、Mn、Mo、Ti等结合生成高熔点的化合物，在随后过滤过程中除去从而改善合金的导电性。
[0033]以下对本发明的制备过程作具体解释:
[0034]原料处理:铝锭纯度会直接影响到导线的电导率，一般选用铝锭的纯度大于99.5% ；
[0035]合金化:在铝液中加入不同的合金化元素以保证制品的强度、导电性以及耐热性會κ ;
[0036]硼化处理:可以有效避免硼与锆反应，起到了晶粒细化效果，从而提高了合金的耐执性.>?、、I _1_ ，
[0037]精炼:铝液从流槽经过，进入浇包前进行过滤以除去杂物，为消除铸造过程中常见的缺陷(缩松、缩孔、冷隔以及开裂等)；
[0038]固溶热处理:可以将铸造过程中形成的粗大Mg2Si等析出相溶于基体中，在随后的热处理过程形成细小的析出相，均匀分布于基体中，从而获得较高的电导率、强度等性能；
[0039]乳制:通过乳制可以使金属的形状、尺寸以及性能发生改变；
[0040]拉制:乳制铝合金线材经过拉拔模具，截面积减小，长度增大，从而获得所需尺寸的线材制品的过程；
[0041]时效处理:在高于室温(150?20(TC )条件下保温处理，促进Mg、Si等原子扩散，形成细小均匀分布的第二相可以提高合金的抗拉强度，同时合金的导电性也可以得到改口 ο
[0042]本发明的有益效果:
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