专利名称：一种铝镁硅合金杆坯及一种高强度铝镁硅合金导体的制备方法
技术领域：
本发明属于电工技术领域。本发明专利涉及一种经过自然时效制备的铝合金杆工艺方法，这种铝合金杆经过拉制后，不需要其他热处理工艺就可满足架空输电导线用的高强度铝合金线。
背景技术：
架空输电导线一般是由导体材料和加强材料两部分构成，其中导体材料可分为纯铝和铝合金两类，而支撑材料一般为钢丝或其他复合材料。目前，国内使用最为广泛的架空输电导线为钢芯铝绞线，其导体材料为纯铝，主要性能指标为铝单线的抗拉强度介于60 和 205MPa 之间，20°C 的直流电阻率介于 0. 02759(62. 5% IACS)和 0. 028264 Ω ^mmVm(61% IACS)之间。随着铝合金材料的发展，以铝合金材料作为导体材料和加强材料的架空输电导线在国内外也日趋应用广泛，其代表种类包括全铝合金绞线和铝合金芯铝绞线。全铝合金绞线由同一材料构成，制造工艺非常简便；而相比传统的钢芯铝绞线，铝合金芯铝绞线在保证加强芯材料强度的条件下，可以充分利用加强芯铝合金材料的导电性能，同时避免了由钢芯的磁滞作用而引起的电能损耗。因此全铝合金绞线和铝合金芯铝绞线成为当前架空输电导线发展的一个重要方向。目前，架空输电导线用高强度铝合金主要为铝镁硅合金，并分为以下两类一类为 LHA1，其抗拉强度不低于315MPa，导电率不低于52. 5% IACS ；另一类为LHA2，其抗拉强度不低于^5MPa，导电率不低于53% IACS。目前国内这种铝镁硅合金线一般是将常规铝镁硅合金杆坯拉制后，再经过时效处理获得上述性能。专利CN101200783A中提到一种制备高强度铝镁硅合金线方法，该方法特征主要在于添加了铝硼细化剂、以及采用了冰晶石粉覆盖剂和钠盐氮气固气混合精炼剂，该专利的优点是保证铝合金线的强度在315MPa时，其导电率不低于53% IACS，但合金杆坯在拉制后仍需经过人工时效处理。专利CN1485455A中涉及一种制造非热处理型高导电耐热铝合金线的方法，但材料性能不满足LHAl和LHA2要求。
发明内容
本发明专利涉及一种通过自然时效制备具有特定状态铝合金杆坯的制备方法，通过所述制备方法制备的铝合金杆坯经过拉制后，不需要再热处理工艺就可获得高强度铝合金线材。本发明第一方面提供一种具有特定状态的铝镁硅合金杆坯制备方法，包含如下步骤(1)向温度为720 750°C的铝液中加入铝硅中间合金、铝-稀土中间合金和铝硼中间合金，再加入铝镁中间合金并搅拌；(2)搅拌和精炼采用精炼剂对保温炉中的熔液进行精炼，同时对炉内熔液进行充分搅拌，并控制熔体温度在730 750°C ；
(3)扒渣将步骤2所得的熔液进行扒渣作业，将熔液表面的浮渣扒除；此时，熔液温度在720 750°C ；(4)静置处理将步骤3所得的熔液静置20 30分钟后进行取样分析，确认合金的含量铜 0. 01 0. 05wt%，铁 0. 2 0. 3wt%，硅 0. 56 0. 75wt%，镁 0. 6 0. 7wt%, 稀土< 0. 12wt%，硼< 0. (Mwt%，余量为铝；(5)流槽精炼将步骤4所得的熔液进行变质处理，再进行炉外除气，再进行炉外除渣；所述变质处理是指在熔液中加入占总量0. 003 0.的Ti用于细化铸坯晶粒；(6)浇铸将步骤5所得的熔液进行浇铸，所得的铸坯温度为460-490°C ；(7)轧制将步骤6所得的铸坯进行剪头、校直；进轧机前对铸坯进行加热，保持进轧温度在480 550°C之间；(8)淬火将步骤7轧制所得的铝合金杆进行淬火处理；(9)自然时效对步骤8所得的铝合金杆应进行自然时效。优选的，所述步骤1中的铝液为电工铝锭熔化所得。优选的，所述电工铝锭为牌号A199. 7E的电工铝锭。优选的，所述步骤1中的铝硅中间合金中硅含量为9 12wt% ；优选的，所述步骤1中的铝-稀土合金中含混合稀土 8 IOwt %，所述混合稀土中铈含量不低于45wt% ；优选的，所述步骤1中的铝硼中间合金中硼含量为1 1. 5wt%。优选的，所述步骤1中的铝镁中间合金中镁的含量为45 55wt%。优选的，所述步骤1中铝硅中间合金占铝液重量的5 7% ；铝稀土中间合金占铝液重量的0. 3 0. 5%;铝硼中间合金占铝液重量的8 12%;铝镁中间合金占铝液重量的 1. 2 1. 5%。优选的，所述步骤2中的精炼剂采用JD几-1型三气精炼剂，所述精炼剂用量为全部炉料的2 #t%。。优选的，所述JDJL-I型精炼剂成分配比为40wt% CaF2+60wt% MgCl2 · KCl。优选的，所述步骤2中精炼剂的加入方式为利用保护气体将精炼剂吹入，搅拌方式为人工搅拌的同时进行电磁搅拌。优选的，所述炉外除气是指利用转子喷出惰性气体进行除气。优选的，所述炉外除渣是指利用专用泡沫陶瓷进行过滤并进行电磁净化处理。优选的，所述步骤6中，浇铸的温度为690 700°C，铸机的转速为1. 8 2. 5转/ 分。优选的，所述步骤7中，轧制所得的铝合金杆规格为直径9 11mm，抗拉强度彡210MPa，伸长率彡14%，导电率彡51% IACS0优选的，所述步骤8中，淬火处理的条件为水温为25 30°C，水压为3kg/cm2以上，气压为4. ^g/cm2，成圈铝合金杆的温度在80°C以下，并保持其表面干燥。优选的，所述步骤9中，自然时效的时间为7天以上。本发明第二方面提供一种铝镁硅合金杆坯，其特征在于，其化学成分为铜0. 01 0. 05wt %，铁 0. 2 0. 3wt %，硅 0. 56 0. 75wt %，镁 0. 6 0. 7wt %，稀土 < 0. 12wt%JI< 0. 04wt%，余量为铝。本发明第三方面提供了一种高强度铝镁硅合金线的制备方法，所述高强度铝镁硅合金线的制备方法包括如下步骤将上述所得的铝镁硅合金杆坯采用13模滑动式大拉机拉制圆线、或采用非滑动式型线拉丝机拉制型线，拉丝速度4 lOm/s，每道次截面变化率 16 24%。本发明所提供的高强度铝镁硅合金导体，其截面可以是圆形、T型或Z型；所述高强度铝镁硅合金导体的主要性能指标为抗拉强度不低于315MPa，导电率不低于53% IACS，伸长率不低于3. 5%。相对于其他铝镁硅合金杆坯制备方法所提供的铝镁硅合金杆坯在拉制成铝镁硅合金线后一般还需要进行人工时效处理才能达到LHAl和LHA2的要求，本发明主要通过熔炼工艺及精炼，特别是轧制工艺的控制，制备具有特定状态的铝镁硅合金杆坯，经过自然时效后，直接经过拉拔就可获得符合LHAl和LHA2要求的铝镁硅合金线。相比传统工艺，通过本发明所提供的铝镁硅合金杆坯制备方法所制备的铝镁硅合金杆坯性能稳定，所述铝镁硅合金杆所制备的铝镁硅合金导体性能稳定，不需要其他任何人工时效处理，大大降低了铝镁硅合金线的生产成本且完全满足架空绞线用铝合金线要求。
图1为高强度铝镁硅合金线制备工艺流程示意图
具体实施例方式下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解，实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。实施例1 选用一定成分的铝锭、铝硅中间合金、铝-稀土合金铝锭、铝硼中间合金、铝镁中间合金作为原材料。所述铝锭选用牌号A199.7E的电工铝锭，铝锭具体成分(百分含量，如下Fe < 0. 20，Si < 0. 07，Cu < 0. 01，Mg < 0. 02，Zn < 0. 04，B < 0. 04，Cr < 0. 004， (Mn+Ti+Cr+V) < 0. 02，其他每种杂质元素含量均不得大于0. 03Wt%，且杂质元素含量总和不大于0. 30wt%o铝硅中间合金中硅含量为；铝-稀土合金中含混合稀土 IOwt%，所述混合稀土中铈含量不低于45wt% ；铝硼中间合金中硼含量为；铝镁中间合金中镁的含量为50wt%。如图1所示，首先将铝锭置入熔化速度为5吨/小时的竖炉中熔化。将熔化后的铝液装入保温炉中，保温炉的容量为8吨，并迅速对保温炉加热；当铝液温度达到740V 时，向保温炉中加入铝硅中间合金500kg、铝-稀土中间合金40kg、铝硼中间合金800kg，并在炉中不同位置加入铝镁中间合金100kg，加料时停止加热，加热中间或加料完，需控制熔体温度在740°C以上，但不得超过760°C。合金配置完毕后，对熔体进行充分搅拌，搅拌时铝液温度控制在720 730°C之间。充分搅拌后，将铝液温度升高到730°C后，采用用量为全部炉料的2wt%。JDJL-I型三气精炼剂分次充入保温炉内，进行精炼。待精炼完毕后，在保持熔体温度不低于720°C时进行除渣，将铝液表面的浮渣扒除。除渣时需避免剧烈搅动，防止炉渣破碎。在精炼扒渣后将铝液静置25分钟，并保持铝液温度在70(TC以上，然后进行取样分析。取样位置分布在炉中不同位置，每炉至少取样三次，如果每次取样，任何两处镁或硅的成分相差数超过0. 03wt %，应重新搅拌，静置后再取样。待铝液成分符合要求后，控制炉内铝液温度在720 735°C之间，在熔液中加入占总量0. 003wt%的Ti用于细化铸坯晶粒，再利用转子喷出惰性气体进行除气，在铝液经过流槽时，利用专用泡沫陶瓷进行过滤并进行电磁净化处理，然后放出铝水进行浇铸，并保持上浇包铝液温度700 720°C，调节铸机转速为1.85转/分，浇铸温度为695°C。浇铸后的铝锭需进行剪头、校直，校直后的锭温不低于380°C ；采用中频炉对铸坯进行加热，保持进轧温度在480 550°C之间，轧制过程中需采用乳浊液润滑，轧制所得的铝合金杆规格为直径9. 5mm。轧制后的铝合金杆需要进行淬火处理，淬火水温应在25 30°C，水压应在3kg/cm2以上，气压应在4. 5kg/cm2,使成圈铝合金杆的温度在80°C以下，并保持表面干燥。制成的铝杆应放置7天以上。这种铝合金杆直径9. 5mm，抗拉强度彡210MPa，伸长率彡14%，导电率彡51% IACS。采用13模滑动式大拉机拉制圆线，或采用非滑动式型线拉丝机拉制型线，拉丝速度4 lOm/s，每道次截面变化率16 对％。所得导体的主要性能指标为抗拉强度不低于315MPa，导电率不低于53% IACS，伸长率不低于3. 5%。由这种高强度铝镁硅合金单线可以制备架空输电线用全铝合金绞线和铝合金芯铝绞线。实施例2 选用一定成分的铝锭、铝硅中间合金、铝-稀土合金铝锭、铝硼中间合金、铝镁中间合金作为原材料。所述铝锭选用牌号A199.7E的电工铝锭，铝锭具体成分(百分含量，如下Fe < 0. 20，Si < 0. 07，Cu < 0. 01，Mg < 0. 02，Zn < 0. 04，B < 0. 04，Cr < 0. 004， (Mn+Ti+Cr+V) < 0. 02，其他每种杂质元素含量均不得大于0. 03Wt%，且杂质元素含量总和不大于0. 30wt%o铝硅中间合金中硅含量为12wt% ；铝-稀土合金中含混合稀土 8wt%，所述混合稀土中铈含量不低于45wt% ；铝硼中间合金中硼含量为；铝镁中间合金中镁的含量为55wt%。如图1所示，首先将铝锭置入熔化速度为5吨/小时的竖炉中熔化。将熔化后的铝液装入保温炉中，保温炉的容量为8吨，并迅速对保温炉加热；当铝液温度达到720V 时，向保温炉中加入铝硅中间合金400kg、铝-稀土中间合金Mkg、铝硼中间合金640kg，并在炉中不同位置加入铝镁中间合金96kg，加料时停止加热，加热中间或加料完，需控制熔体温度在740°C以上，但不得超过760°C。合金配置完毕后，对熔体进行充分搅拌，搅拌时铝液温度控制在720 730°C之间。充分搅拌后，将铝液温度升高到750°C后，采用用量为全部炉料的#t%。JDJL-I型三气精炼剂分次充入保温炉内，进行精炼。待精炼完毕后，在保持熔体温度不低于740°C时进行除渣，将铝液表面的浮渣扒除。除渣时需避免剧烈搅动，防止炉渣破碎。在精炼扒渣后将铝液静置20分钟，并保持铝液温度在70(TC以上，然后进行取样分析。取样位置分布在炉中不同位置，每炉至少取样三次，如果每次取样，任何两处镁或硅的成分相差数超过0. 03wt %，应重新搅拌，静置后再取样。待铝液成分符合要求后，控制炉内铝液温度在720 735°C之间，在熔液中加入占总量0.的Ti用于细化铸坯晶粒，再利用转子喷出惰性气体进行除气，在铝液经过流槽时，利用专用泡沫陶瓷进行过滤并进行电磁净化处理，然后放出铝水进行浇铸，并保持上浇包铝液温度700 720°C，调节铸机转速为2. 5转/分，浇铸温度为690°C。浇铸后的铝锭需进行剪头、校直，校直后的锭温不低于380°C;采用中频炉对铸坯进行加热，保持进轧温度在480 550°C之间，轧制过程中需采用乳浊液润滑，轧制所得的铝合金杆规格为直径11mm。轧制后的铝合金杆需要进行淬火处理，淬火水温应在25 30°C，水压应在3kg/cm2以上，气压应在4. 5kg/cm2,使成圈铝合金杆的温度在80°C以下，并保持表面干燥。制成的铝杆应放置7天以上。这种铝合金杆直径9. 5mm，抗拉强度彡210MPa，伸长率彡14%，导电率彡51% IACS。采用13模滑动式大拉机拉制圆线，或采用非滑动式型线拉丝机拉制型线，拉丝速度4 lOm/s，每道次截面变化率16 24%。所得导体的主要性能指标为抗拉强度不低于315MPa，导电率不低于53% IACS，伸长率不低于3. 5%。由这种高强度铝镁硅合金单线可以制备架空输电线用全铝合金绞线和铝合金芯铝绞线。实施例3 选用一定成分的铝锭、铝硅中间合金、铝-稀土合金铝锭、铝硼中间合金、铝镁中间合金作为原材料。所述铝锭选用牌号A199.7E的电工铝锭，铝锭具体成分(百分含量，如下Fe < 0. 20，Si < 0. 07，Cu < 0. 01，Mg < 0. 02，Zn < 0. 04，B < 0. 04，Cr < 0. 004， (Mn+Ti+Cr+V) < 0. 02，其他每种杂质元素含量均不得大于0. 03Wt%，且杂质元素含量总和不大于0. 30wt%o铝硅中间合金中硅含量为9wt%;铝-稀土合金中含混合稀土 llwt%，所述混合稀土中铈含量不低于45wt% ；铝硼中间合金中硼含量为1.5wt% ；铝镁中间合金中镁的含量为45wt%。如图1所示，首先将铝锭置入熔化速度为5吨/小时的竖炉中熔化。将熔化后的铝液装入保温炉中，保温炉的容量为8吨，并迅速对保温炉加热；当铝液温度达到750°C 时，向保温炉中加入铝硅中间合金560kg、铝-稀土中间合金32kg、铝硼中间合金920kg，并在炉中不同位置加入铝镁中间合金120kg，加料时停止加热，加热中间或加料完，需控制熔体温度在740°C以上，但不得超过760°C。合金配置完毕后，对熔体进行充分搅拌，搅拌时铝液温度控制在720 730°C之间。充分搅拌后，将铝液温度升高到740°C后，采用用量为全部炉料的3wt%。JDJL-I型三气精炼剂分次充入保温炉内，进行精炼。待精炼完毕后，在保持熔体温度不低于720°C时进行除渣，将铝液表面的浮渣扒除。除渣时需避免剧烈搅动，防止炉渣破碎。在精炼扒渣后将铝液静置30分钟，并保持铝液温度在70(TC以上，然后进行取样分析。取样位置分布在炉中不同位置，每炉至少取样三次，如果每次取样，任何两处镁或硅的成分相差数超过0. 03wt %，应重新搅拌，静置后再取样。待铝液成分符合要求后，控制炉内铝液温度在720 735°C之间，在熔液中加入占总量0. 003wt%的Ti用于细化铸坯晶粒，再利用转子喷出惰性气体进行除气，在铝液经过流槽时，利用专用泡沫陶瓷进行过滤并进行电磁净化处理，然后放出铝水进行浇铸，并保持上浇包铝液温度700 720°C，调节铸机转速为2. 2转/分，浇铸温度为700°C。浇铸后的铝锭需进行剪头、校直，校直后的锭温不低于380°C;采用中频炉对铸坯进行加热，保持进轧温度在480 550°C之间，轧制过程中需采用乳浊液润滑，轧制所得的铝合金杆规格为直径9mm。轧制后的铝合金杆需要进行淬火处理，淬火水温应在25 30°C，水压应在3kg/cm2以上，气压应在4. 5kg/cm2,使成圈铝合金杆的温度在80°C以下，并保持表面干燥。制成的铝杆应放置7天以上。这种铝合金杆直径9. 5mm，抗拉强度彡210MPa，伸长率彡14%，导电率彡51% IACS。采用13模滑动式大拉机拉制圆线，或采用非滑动式型线拉丝机拉制型线，拉丝速度4 lOm/s，每道次截面变化率16 对％。所得导体的主要性能指标为抗拉强度不低于315MPa，导电率不低于53% IACS，伸长率不低于3. 5%。 由这种高强度铝镁硅合金单线可以制备架空输电线用全铝合金绞线和铝合金芯铝绞线。
权利要求
1.一种铝镁硅合金杆坯制备方法，包含如下步骤(1)向温度为720 750°C的铝液中加入铝硅中间合金、铝-稀土中间合金和铝硼中间合金，再加入铝镁中间合金并搅拌；(2)搅拌和精炼采用精炼剂对保温炉中的熔液进行精炼，同时对炉内熔液进行充分搅拌，并控制熔体温度在730 750°C ； 3)扒渣将步骤2所得的熔液进行扒渣作业，将熔液表面的浮渣扒除；此时，熔液温度在 720 750°C ；(4)静置处理将步骤3所得的熔液静置20 30分钟；(5)流槽精炼将步骤4所得的熔液进行变质处理，再进行炉外除气，再进行炉外除渣；所述变质处理是指在熔液中加入占总量0. 003 0.的Ti用于细化铸坯晶粒；(6)浇铸将步骤5所得的熔液进行浇铸，所得的铸坯温度为470 490°C；(7)轧制将步骤6所得的铸坯进行剪头、校直；进轧机前对铸坯进行加热，保持进轧温度在480 550°C之间；(8)淬火将步骤7轧制所得的铝合金杆进行淬火处理；(9)自然时效对步骤8所得的铝合金杆应进行自然时效。
2.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤1中的铝液为电工铝锭熔化所得。
3.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤1中的铝硅中间合金中硅含量为9 12wt%。
4.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤1中的铝-稀土合金中含混合稀土 8 IOwt%，所述混合稀土中铈含量不低于45wt%。
5.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤1中的铝硼中间合金中硼含量为1 1. 5wt%。
6.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤1中的铝镁中间合金中镁的含量为45 55wt%。
7.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤1中铝硅中间合金占铝液重量的5 7% ；铝-稀土中间合金占铝液重量的0. 3 0. 5% ；铝硼中间合金占铝液重量的8 12% ；铝镁中间合金占铝液重量的1. 2 1. 5%。
8.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤2中的精炼剂采用JDJL-I型三气精炼剂，所述精炼剂用量为全部炉料重量的2 #t%。。
9.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤5中，所述炉外除气是指利用转子喷出惰性气体进行除气。
10.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤5中，所述炉外除渣是指利用泡沫陶瓷进行过滤并进行电磁净化处理；
11.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤6中，浇铸的温度为690 700°C，铸机的转速为1. 8 2. 5转/分。
12.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤7中，轧制所得的铝合金杆规格为直径9 11mm。
13.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤8中，淬火处理的条件为水温为25 30°C，水压为3kg/cm2以上，气压为4. 5kg/cm2。
14.如权利要求1所述的铝镁硅合金杆坯制备方法，其特征在于，所述步骤9中，自然时效的时间为7天以上。
15.一种铝镁硅合金杆坯，由权利要求1-16任一权利要求所述的方法制得，其特征在于，其化学成分为铜0. 01 0. 05wt%，铁0. 2 0. 3wt%，· 0. 56 0. 75wt%，镁0. 6 0. 7wt%，稀土< 0. 12wt%JI< 0. 04wt%，余量为铝。
16.一种铝镁硅合金导体的制备方法，包括如下步骤将按照权利要求1-16任一所述的铝镁硅合金杆坯制备方法所制备得到的铝镁硅合金杆坯采用13模滑动式大拉机拉制圆线、或采用非滑动式型线拉丝机拉制型线，拉丝速度4 lOm/s，每道次截面变化率16 24%。
全文摘要
本发明属于电工技术领域，提供一种铝镁硅合金杆坯及一种高强度铝镁硅合金线的制备方法。本发明主要通过熔炼工艺及精炼，特别是轧制工艺的控制，制备具有特定状态的铝镁硅合金杆坯，经过自然时效后，直接经过拉拔就可获得符合LHA1和LHA2要求的铝镁硅合金线。相比传统工艺，通过本发明所提供的铝镁硅合金杆坯制备方法所制备的铝镁硅合金杆坯性能稳定，所述铝镁硅合金杆所制备的铝镁硅合金线性能稳定，不需要其他任何人工时效处理，大大降低了铝镁硅合金线的生产成本且完全满足架空绞线用铝合金线要求。
文档编号C22C1/06GK102560297SQ20121003530
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者党朋, 刘斌, 曾伟, 蔡西川, 郑秋 申请人:上海电缆研究所