專利名稱：高強高導耐熱鋁合金導線及其制備方法
技術領域：
本發明屬于鋁合金導線制造技術領域，具體為ー種架空供電輸變線路上所使用的高強度、高導電和耐熱鋁合金導線及其制造方法。
背景技術：
隨著我國國民經濟的高速發展，輸電線路向高壓化、遠距離化和大容量化方向發展。而目前我國城鄉供電輸變線路上所使用的耐熱導線，一般由普通的耐熱鋁合金單線和普通鍍鋅鋼絲絞合而成。這種普通耐熱導線，一般長期運行溫度不超過150°C，較普通導線只能提高載流量I. 6倍，提高容量不大，且電導率在60%IACS以下，導電率低，線損較大。若想要増加輸電容量而運行溫度不變，必須新增輸電線路或者加大導線截面積，這兩種措施 都會遇到増加投資，費用高昂，改造鉄塔和擴大架線占用寶貴的土地資源等諸多困擾。而作為加強元件的普通鍍鋅鋼絲，預熱后線膨脹系數大，輸送電容量増加后，導線溫度升高，弧垂增加，影響線路的安全運行。根據我國“西電東送”、“全國聯網”的戰略部署，遠距離、大容量輸電線路的建設勢在必行，同時也對輸電導線提出了更高的要求。如劉真云，馬立群，丁毅，在《電線電纜》(2008，(3):25 27)發表的“新型耐熱鋁合金架空導線的發展和應用”，該文中提及了耐熱鋁合金架空導線的發展以及存在的急需要解決的問題。經檢索，公開號為102134668A的中國發明專利，該發明涉及ー種高強高導耐熱鋁合金線材及其制備方法，其中“該線材由下列百分比的原料制成鋁A198. 5-99. 6%、鑭LaO. 1-0. 4%、鈰 CeO. 1-0. 4%、鈧 ScO. 1-0. 4%、鐵 FeO. 01-0. 2%、硅 SiO. 01-0. 1%，鈦 Ti、釩 V、錳Mn和鉻Cr和其它雜質元素之和〈O. 01%。”該線材的制備方法“包括以下操作步驟按配方稱取原料放入中頻熔煉爐、升溫除氣熔煉、除渣靜置、連鑄連軋成鋁合金桿、拉絲機拉制成鋁合金單線、時效熱處理，其特征在于在溫度780-800°C的普通熔煉條件下鑭La、鈰Ce、鈧Sc在添加吋，采用定制的鑭-鋁、鈰-鋁、鈧-鋁中間合金，鑭-鋁中間合金中鑭的含量為19. 51%，鈰-鋁中間合金中鈰的含量為20. 01%，鈧-鋁中間合金中鈧的含量為20. 11% ；所述的時效熱處理溫度為200-240°C、時間為3-5h ;所述拉絲機上拉制成鋁合金單線吋，控制潤滑溫度不高于90°C。”該發明鋁合金導線抗拉強度達到255Mpa以上，導電率可達到60. 0%IACS以上，耐熱性能長期運行達到180°C以上。該發明技術的缺點在于添加元素Sc的價格過于昂貴，很難在エ業上進行大規模的應用。檢索中還發現，公開號為101740157A的中國發明專利，該發明提供了“ー種鋁合金導線及其制造方法，鋁合金導線中各成分的重量百分組成為鋁99. 2%-99.6%;鋯
0.03%-0. 5% ;釔0. 01%-0. 1% ;其它0. 2%-0. 3%。該鋁合金導線由鋁錠熔化后加入微量的鋯和釔一起熔煉成鋁合金液，再經澆鑄與結晶、軋制、拉絲等步驟制造而成。本發明通過嚴格控制鋁錠的雜質含量和合金化添加元素的含量，并通過加入硼合金細化晶粒，保證結晶狀態良好，通過采用自動化控溫的傾動式保溫爐保證鋁液可以傾倒干凈，使得制造出來的鋁合金導線具有高導電性和耐熱性，滿足了行業對鋁合金導線的性能要求，尤其適于制作成高導電性耐熱電纜。”該發明技術的缺點在于添加硼合金與鋁合金導線中的鋯起反應，不但起不到應有的晶粒細化效果，而且降低了合金的耐熱性。目前國內鋁導線在保持高強度和耐熱性的情況下，一般無法將導電率提高到61%IACS 以上。
發明內容
本發明為了解決現有技術中的不足，提供ー種高強高導耐熱鋁合金導線及其制備方法。該耐熱鋁合金導線的抗拉強度達到160MPa，導電率可達到61%IACS以上，長期運行溫度可達到180°C，且經得起280°C下加熱I小時考核運行，強度殘存率大于90%。為了解決上述技術問題，本發明采用下述技術方案
本發明所述的高強高導耐熱鋁合金導線，該導線由下列重量百分比的元素組成鋯 Zr 為 O. 15 O. 60%,鑭 La 為 O. 03 O. 30%,鋪 Ce 為 O. 03 O. 30%, 乙 Y 為 O. 01 O. 30%,鐵 Fe為O. 05 O. 20%，硅Si為O. 01 O. 10%，其他雜質元素含量彡O. 10%，其余為鋁。進ー步的，本發明該導線優選由下列重量百分比的元素組成鋯Zr為O. 15 O. 60%,鑭 La 為 O. 03 O. 20%,鋪 Ce 為 O. 03 O. 20%,釔 Y 為 O. 01 O. 25%,鐵 Fe 為O. 05 O. 20%,硅Si為O. OI O. 10%,鈦Ti、釩V、錳Mn、鉻Cr等雜質元素含量彡O. 10%,其余為招。所述雜質元素一般包括鈦Ti、釩V、錳Mn、鉻Cr等一種或者幾種。本發明鋁合金導線的成分中鋯在熱處理過程中析出Al3Zr金屬間化合物，有效地增強了鋁合金的強度和耐熱性，稀土元素主要用于凈化晶粒，提高材料的導電率，釔用于提高鋁合金的導電率。本發明中的所添加的鋯、稀土和釔合金價格均比較便宜，適合在エ業中大規模應用。此外，本發明導線成分中所添加的元素之間并不相互作用和反應，多種元素協同作用，通過調節鋁鋯、稀土和鋁釔中間合金含量，使鋁合金的耐熱性和導電率均明顯提聞。本發明所述的高強高導耐熱鋁合金導線的制備方法，該方法流程配制原材料放入熔煉爐中、升溫除氣熔煉、造渣、除渣、連鑄連軋成耐熱鋁合金桿材、熱處理、拉絲機拉制成耐熱鋁合金單線。本發明上述制備方法由以下步驟構成第一，將純度大于或者等于99. 7%的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為720^750 0C ；第二，在鋁熔體中加入鋁鋯、鋁稀土和鋁釔中間合金，鋁鋯中間合金中鋯的成分為5%，鋁稀土中間合金中稀土成分為10%，鋁釔中間合金中釔成分為11%，使合金成分達到預設成分；第三，充分攪拌、精煉除氣、除渣靜置，在750°C 800°C進入連鑄連軋生產線，鑄成招合金鑄條；第四，將鋁合金鑄條在軋機上熱軋，進軋溫度為50(T53(TC，通過鋁連鑄連軋生產線生產成耐熱鋁合金桿材。第五，對鋁合金桿材進行熱處理，熱處理溫度為38(T500°C，時間為3(Γ50小吋。將經過熱處理的鋁合金桿材，進行拉絲、絞線生產成高強高導耐熱鋁合金導線。本發明的制備方法中在拉絲前對鋁合金桿材進行熱處理，有利于固溶于鋁中的鋯析出形成Al3Zr金屬間化合物，在導線的使用溫度下十分穩定，可釘扎晶界和位錯，阻礙晶界和位錯的移動，提高鋁導線的抗拉強度和耐熱性。與固溶于鋁中的鋯對鋁合金的導電率危害作用相比，Al3Zr金屬間化合物對鋁合金的導電率影響微弱，因此熱處理也有效地提高了鋁合金導線的導電率。采用上述技術方案后，本發明的有益效果為I、本發明所提供的高導電耐熱鋁合金導線同時具有高強度、高導電率和高耐熱性，運行線損能耗低，耐熱招導線的抗拉強度大于160MPa,導電率大于61%IACS,短期耐熱性280°C加熱I小時后單線的強度殘存率高于90%，能在180°C下長期運行，載流量明顯提高，有效增加導線輸電能力。本發明所提供的鋁合金導線與現有的導電率為60%的耐熱鋁合金線相比，在保持了高強度和高耐熱性的情況下，將導線的導電率提高到61%IACS以上，明顯降低了線損能耗，有利于節能減排。 2、本發明鋁合金導線的成分中鋯在熱處理過程中析出Al3Zr金屬間化合物，可釘軋位錯和晶界，阻礙位錯和晶界的移動，有效地增強了鋁合金的強度和耐熱性，稀土元素主要用于凈化晶粒，提高材料的導電率，釔用于提高鋁合金的導電率，通過調節鋁鋯、鋁鐵和招半乙中間合金含量，使招合金導電率大于61%。3、使用本發明制造的耐熱導線進行電網改造時，不需加大桿塔強度和高度，不需改造基礎設施，可大幅度降低線路改造費用。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明的技術方案作進ー步的解釋，但是以下的內容不用于限定本發明的保護范圍。實施例I該導線由下列重量百分比的元素組成鋯ZrO. 15%，鑭LaO. 03%，鈰CeO. 03%，釔Y0. 30%，鐵Fe為O. 05 O. 20%，硅Si為O. OI O. 10%，其他雜質元素含量< O. 10%，其余為鋁。鐵、硅制備過程中不用特別加入，而是本來就存在于鋁中的，其他實施例同。選擇A199. 7%エ業純鋁置于熔煉爐中熔化成鋁液，將鋁液升溫至72(T730°C，按配方鋯ZrO. 15%，鑭LaO. 03%,鈰CeO. 03%,釔Y0. 30%分別稱取中間合金放入鋁液中；待中間合金熔化后放入除氣劑除氣，并使用石墨棒緩慢充分攪拌；除氣除渣，得到鋁合金液體，在750°C讓鋁合金液體進入鋁桿連鑄連軋機理進行鑄坯，鑄坯溫度為50(T53(TC，得到Φ IOmm的鋁桿；在熱處理爐內進行熱處理，溫度為380°C，時間為50h ;冷卻后在鋁合金拉絲機上拉絲，經12道拉絲得直徑為Φ4πιπι鋁線；絞合成高強高導耐熱鋁合金導線。經測試其強度165MPa，導電率為61. 4%，短期280°C加熱I小時強度殘存率為94. 3%。實施例2該導線由下列重量百分比的元素組成ZrO. 18%，鑭LaO. 03%,鈰CeO. 03%,釔Y0. 25%，鐵Fe為O. 05 O. 20%，硅Si為O. OI O. 10%，其他雜質元素含量< O. 10%，其余為鋁。選擇A199. 7%エ業純鋁置于熔煉爐中熔化成鋁液，將鋁液升溫至72(T730°C，按配方鋯ZrO. 18%，鑭LaO. 03%,鈰CeO. 03%,釔Y0. 25%分別稱取中間合金放入鋁液中；其他實施條件與實施例I相同，經測試其強度173MPa，導電率為61. 8%，短期280°C加熱I小時強度殘存率為95. 2%。
實施例3該導線由下列重量百分比的元素組成ZrO. 18%，鋯ZrO. 60%,鑭LaO. 30%,鈰CeO. 30%，釔 Y0. 01%，鐵Fe 為 0. 05 0. 20%，硅 Si 為 0. OTO. 10%，其他雜質元素含量< 0. 10%,
其余為招。選擇A199. 7%エ業純鋁置于熔煉爐中熔化成鋁液，將鋁液升溫至72(T730°C，按配方鋯ZrO. 60%,鑭LaO. 30%,鈰CeO. 30%,釔Y0. 01%分別稱取中間合金放入鋁熔體中；待中間合金熔化后放入除氣劑除氣，并使用石墨棒緩慢充分攪拌；除氣除渣，得到鋁合金液體，在 800°C讓鋁合金液體進入鋁桿連鑄連軋機理進行鑄坯，鑄坯溫度為51(T530°C，得到OlOmm的鋁桿；在熱處理爐內進行熱處理，溫度為500°C，時間為30h ;冷卻后在鋁合金拉絲機上拉絲，經12道拉絲得直徑為の4mm鋁線；絞合成高強高導耐熱鋁合金導線。經測試其強度175MPa，導電率為61. 1%，短期280°C加熱I小時強度殘存率為94. 1%。實施例4該導線由下列重量百分比的元素組成鋯ZrO. 60%，鑭LaO. 20%，鈰CeO. 20%，釔Y0. 01%，鐵Fe為0. 05 0. 20%，硅Si為0. OTO. 10%，其他雜質元素含量彡0. 10%，其余為鋁。選擇A199. 7%エ業純鋁置于熔煉爐中熔化成鋁液，將鋁液升溫至72(T730°C，按配方鋯ZrO. 60%,鑭LaO. 20%,鈰CeO. 20%,釔Y0. 01%分別稱取中間合金放入鋁熔體中；其他實施條件與實施例3相同。經測試其強度189MPa，導電率為61. 3%，短期280°C加熱I小時強度殘存率為95. 6%。實施例5該導線由下列重量百分比的元素組成鋯ZrO. 20%，鑭LaO. 20%，鈰CeO. 20%，釔Y0. 25%，鐵Fe為0. 05 0. 20%，硅Si為0. OTO. 10%，其他雜質元素含量< 0. 10%，其余為鋁。選擇A199. 7%エ業純鋁置于熔煉爐中熔化成鋁液，將鋁液升溫至72(T730°C，按配方鋯ZrO. 20%,鑭LaO. 20%,鈰CeO. 20%,釔Y0. 25%分別稱取中間合金放入鋁熔體中；待中間合金熔化后放入除氣劑除氣，并使用石墨棒緩慢充分攪拌；除氣除渣，得到鋁合金液體，在760°C讓鋁合金液體進入鋁桿連鑄連軋機理進行鑄坯，鑄坯溫度為50(T530°C，得到OlOmm的鋁桿；在熱處理爐內進行熱處理，溫度為400°C，時間為40h ;冷卻后在鋁合金拉絲機上拉絲，經12道拉絲得直徑為の4mm鋁線；絞合成高強高導耐熱鋁合金導線。經測試其強度163MPa，導電率為61. 3%，短期280°C加熱I小時強度殘存率為91. 8%。以上僅僅是對本發明的較佳實施例進行的詳細說明，但是本發明并不限于以上實施例。應該理解的是，在不脫離本申請的權利要求的精神和范圍情況下，本領域的技術人員做出的各種修改，仍屬于本發明的范圍。
權利要求
1.一種高強高導耐熱鋁合金導線，其特征在于該導線由下列重量百分比的元素組成鋯 Zr 為 0. 15 0. 60%,鑭 La 為 0. 03 0. 30%,鋪 Ce 為 0. 03 0. 30%,釔 Y 為 0. 01 0. 30%,鐵 Fe為0. 05 0. 20%，硅Si為0. 01 0. 10%，其他雜質元素含量彡0. 10%，其余為鋁。
2.根據權利要求I所述的高強高導耐熱鋁合金導線，其特征在于該導線由下列重量百分比的元素組成鋯Zr為0. 15 0. 60%,鑭La為0. 03 0. 20%,鈰Ce為0. 03 0. 20%,釔Y為0. 01 0. 25%,鐵Fe為0. 05 0. 20%,硅Si為0. 01 0. 10%,其他雜質元素含量彡0. 10%,其余為招。
3.—種權利要求1-2所述的高強高導耐熱鋁合金導線的制備方法，其特征在于所述制備方法由以下步驟構成 第一，將純度大于或者等于99. 7%的鋁錠放在熔爐中熔化，鋁液溫度為72(T750°C ； 第二，在鋁熔體中加入鋁鋯、鋁稀土和鋁釔中間合金，鋁鋯中間合金中鋯的成分為5%， 鋁稀土中間合金中稀土成分為10%，鋁釔中間合金中釔成分為11%，使合金成分達到預設成分； 第三，充分攪拌、精煉除氣、除渣靜置，在750°C 800°C進入連鑄連軋生產線，鑄成鋁合金鑄條； 第四，將鋁合金鑄條在軋機上熱軋，進軋溫度為50(T530°C，通過鋁連鑄連軋生產線生產成耐熱鋁合金桿材； 第五，對鋁合金桿材進行熱處理，熱處理溫度為38(T50(TC，將經過熱處理的鋁合金桿材，進行拉絲、絞線生產成高強高導耐熱鋁合金導線。
4.一種權利要求3所述的高強高導耐熱鋁合金導線的制備方法，其特征在于所述熱處理時間為30飛0小時。
全文摘要
本發明公開一種高強高導耐熱鋁合金導線及其制備方法，該導線由下列重量百分比的元素組成:鋯Zr為0.15~0.60%，鑭La為0.03~0.30%，鈰Ce為0.03~0.30%，釔Y為0.01~0.30%，鐵Fe為0.05~0.20%，硅Si為0.01~0.10%，其他雜質元素含量≤0.10%，其余為鋁。方法為配制原材料放入熔煉爐中、升溫除氣熔煉、造渣、除渣、連鑄連軋成耐熱鋁合金桿材、熱處理、拉絲機拉制成耐熱鋁合金單線。本發明耐熱鋁合金導線的抗拉強度達到160MPa，導電率可達到61%IACS以上，長期運行溫度可達到180℃，且經得起280℃下加熱1小時考核運行，強度殘存率大于90%。
文檔編號C22C21/00GK102758107SQ20121018976
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月11日 優先權日2012年6月11日
發明者孫寶德, 尤偉任, 張永志, 王俊, 繆小林, 蒯淵, 顧孫望, 高海燕 申請人:上海中天鋁線有限公司, 上海交通大學