一种含有硼的铁铝合金丝及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁铝合金丝技术领域，尤其涉及一种含有硼的铁铝合金丝及其制造方法。
【背景技术】
[0002]80年代初，中国的铝导体电缆用量激增，甚至小规格的建筑电缆也采用铝导体。由于铝成本低，来源广，用纯铝制造的铝芯电缆使用广泛。然而由于纯铝导体蠕变性和连接性能比较差，在接头处容易发生氧化和松动，造成火灾、停电等事故。据统计纯铝电缆故障率为铜芯电缆的50倍。90年代后，铝芯电缆的使用量逐渐减少，除西北地区还在使用铝芯电缆外，发达地区基本上不采用铝芯电缆，而开始采用铜芯电缆。铜芯电缆安全性和过载能力都比较强，使用稳定，但是铜芯电缆价格高，给企业和客户带来经济负担。中国铜资源匮乏，电缆行业用铜65%以上依赖进口。铁铝合金丝改变了现有纯铝丝的缺点，替代了铜丝用于电线电缆行业。然而现有的铝合金丝抗拉强度普遍偏低、断裂伸长率有限，蠕变性及耐腐蚀性能不高，难以满足人们对铁铝合金电缆越来越高的使用要求。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中铝丝存在的不足，本发明的目的是提供一种含有硼的铁铝合金丝及其制造方法，弥补铝丝的不足，提高了单丝的抗拉强度、断裂伸长率、耐弯折性能、蠕变性能、耐腐蚀性能等。能够保证在高温和过载情况下电缆连接处的可靠性。安全替代铜丝，用于电线电缆行业。
[0004]本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现:
[0005]一种含有硼的铁铝合金丝，按重量百分比计，其组分为:硅:0.03%?0.08%，铁:
0.4%?1.3%，铜:0.005%?0.01%，锌:0.001%?0.1 %，硼:0.01%?0.05%，锰、钒、铬、钛四种元素总含量:0.01%?0.04%，镁:0.001%?0.03%，其余为铝，其余杂质的总和不超过0.10%，单个杂质不超过0.03%。
[0006]优选地，所述硼元素的重量百分比为0.02%?0.03%。
[0007]优选地，所述锰、钒、铬、钛四种元素总含量的重量百分比:0.01%?0.02%。
[0008]优选地，所述铁元素的重量百分比为0.5%?0.?%。
[0009]优选地，所述铝元素的重量百分比为98.8%?99.1%。
[0010]制造上述的铁铝合金丝的方法包括以下制作步骤:
[0011](I)配料:按照铁铝合金丝的配方，配齐各类材料。
[0012](2)烘炉:生产前停炉时间不超过12小时的，熔炉烘烤时间为10分钟，如果停炉时间超过20小时，应烘炉15分钟。为确保铝锭熔化，同时防止炉温过高造成铝烧损过大或铝水过热，炉膛温度控制在1100°C?1200°C。
[0013](3)熔化:在熔炉内温度达到1100°C?1200°C时，在维持小火情况下，迅速将铝锭和铁铝合金锭加入熔炉。铝锭和铁铝合金锭正常熔化时，炉内火焰为桔红色，炉内保持微还原性，以减少烧损。铝水熔化后，注意出水口工作状态，并保持铝水温度在720°C?740°C之间。
[0014](4)精炼:铝水转入保温炉过程中，当保温炉中铝水高度达到炉高的一半时，在铝水中加入硼铝合金块。铝水进入保温炉过程中，控制炉内铝水温度在730°C?750°C之间。熔化过程中的铝液不可避免的受到污染，如氧化、吸气、混入杂质等，这些都是造成合金杆机械性能和电性能变坏的根本原因，因此当保温炉内铝水装满后，加入精炼剂进行精炼，精炼剂应均匀加在铝液中。由于熔化炉在熔化金属时并没有混合搅拌的作用，所以不能使铁铝合金和硼铝合金均匀分散在铝液中，因此在精炼过程中应采用电磁搅拌装置搅拌20?40分钟，使铝水内各成分均匀。精炼结束后将铝水表面浮渣扒出，扒渣一定要干净，不允许有残留。扒渣工作结束后，将铝水静置20?40分钟，进行炉前化学成分分析，符合配方要求后，即可放铝水浇铸轧杆。
[0015](5)浇铸:在浇铸轧杆前，控制保温炉铝水的温度，保证浇铸时铝液温度在690°C?720°C之间，浇铸后保证合金条离开结晶轮温度在480°C?520°C之间。
[0016](6)轧制:步骤(5)中的合金条进入轧机的初轧温度控制在不低于480°C，冷却润滑液的温度控制在30°C?50°C之间，乳制压力保持在0.1MPa?0.3MPa，在正常情况下，保持终轧温度在300°C?330°C之间，以保证铝合金杆的机械性能满足拉制要求。
[0017](7)拉丝:步骤(6)中轧制成的铁铝合金杆存放24小时后，进入拉丝工序，拉制成1.35mm?4.0mm的硬铝合金丝，拉丝时应保证硬铝合金丝过每道模具时都能充分的润滑冷却，保证成品丝外观光亮；
[0018](8)热处理:将步骤(7)中的硬铝合金丝放入退火炉中，在360°C?390°C温度下，保温3-5小时，制得软铝合金丝。
[0019]优选地，步骤(8)中所述的铁铝合金丝的退火温度为350°C?390°C。
[0020]所述精炼剂由氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、冰晶石(Na3AlF6)按30: 40: 30比例构成，精炼剂使用重量为铝水重量的0.3%?0.5%。
[0021]本发明的有益效果是:本发明的铁铝合金丝由于铁元素的加入，合金丝退火后的抗拉强度和断裂伸长率显著提高，合金丝的蠕变性能基本与铜丝相当。应用于电缆导体时，电缆有更好的弯曲性能和连接可靠性能，提高了电缆使用的稳定性。铁含量在0.4%?
1.3 %范围内能保证合金丝的机械性能和电性能，含量太低起不到强化作用，含量太高，合金丝的电阻率偏大，影响经济性能。
[0022]本发明将硅含量控制在0.03%?0.08%，硅含量超过0.9%时对合金丝的电阻率和机械性能影响比较大，需要加入稀土进行处理，以改善合金组织，同时也增加了材料成本。
[0023]本发明将硼加入铝中，在浇铸阶段能起到增加结晶核作用，防止因结晶核减少，而造成晶粒粗大。硼在铝中可以降低钒、锰、钛、铬四种微量杂质对电阻率的影响，若该四种微量元素含量之和大于0.01%，则电阻率会超标，当四种元素之和大于0.04%时，即使加入硼元素，降低电阻率的作用也不明显，四种元素含量越大，需加入的硼越多。实践证明硼元素的加入使合金丝的电阻率能降低0.7%。
[0024]本发明将钒、锰、钛、铬四种微量杂质含量控制在0.04%范围内，保证了硼化处理的效果，又能满足经济实用性的要求。
[0025]本发明所用铝锭为工业用AL99.70纯铝锭，合金丝中铝含量控制在98.8 %?99.1%，保证合金丝的电阻率不高于0.02800 Ω ^mmVm,同时也能保证合金丝的机械性能达到使用要求。
[0026]另外，本发明提供的制造铁铝合金丝的方法，通过对熔化工序、精炼工序、浇铸工序、连续轧制工序及退火工序中各工序温度和时间的控制及对合金材料的加入时机的控制，保证了铁铝合金丝在生产过程中烧损少、机械性能优良。总之，本发明的生产工艺简捷，成本适中，产品质量稳定。
【具体实施方式】
[0027]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
[0028]实施例一:
[0029]一种含有硼的铁铝合金丝，该合金丝的各组分所占重量百分比为:硅:0.08%，铁:0.55%,铜:0.005 %,锌:0.002 %,硼:0.025 %，锰、钒、铬、钛四种元素的总含量:0.015%，镁:0.001%，其余为铝。
[0030]按上述配料制作本铁铝合金丝采用以下步骤:
[0031](I)配料:按照铁铝合金丝的配方，配齐各类材料；
[0032](2)烘炉:熔炉烘烤10分钟，保证炉膛温度1100°C ;
[0033](3)熔化:在熔炉内温度达到1100°C时，在维持小火情况下，迅速将铝锭和铁铝合金锭加入熔炉，使铝水温度达720°C ；
[0034](4)精炼:在保温炉中铝水高度达到炉高的一半时，加入硼铝合金块，并将炉内铝水温度加热至740°C，待保温炉内铝水装满后，加入精炼剂进行精炼，精炼过程中采用电磁搅拌装置搅拌20分钟，精炼结束后将铝水表面浮渣扒出，扒渣工作结束后，铝水静置40分