電纜用鋁合金導體材料及其退火工藝的製作方法
2023-04-25 09:34:11
電纜用鋁合金導體材料及其退火工藝的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種電纜用鋁合金導體材料及其退火工藝，包括以下步驟：將電纜用鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至250~280℃保溫20~40min；升溫至320~360℃保溫15~30min；升溫至400~440℃保溫10~25min；降溫至290~320℃保溫60~150min。與現有技術相比，本發明通過加入微量合金化元素Fe、Cu、Ti、Zr、Sc，控制各個成分的含量，並且，控制退火過程中的溫度和時間，調整導體材料的微觀組織，提高了電纜用鋁合金導體材料的導電率和抗拉強度。實驗結果表明，本發明退火後的電纜用鋁合金導體材料的導電率為65％IACS(20℃)、抗拉強度為259MPa。
【專利說明】電纜用鋁合金導體材料及其退火工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋁合金【技術領域】，尤其涉及一種電纜用鋁合金導體材料及其退火工藝。
【背景技術】
[0002]據中國有色金屬工業協會統計，截止2009年中國銅礦資源儲量約3000萬噸，約佔世界總儲量的5%，但是，中國作為一個用銅大國，每年銅用量約600萬噸，其中電線電纜用銅量約佔全國用銅量的65%，佔很大一部分比例。如果不依靠進口，中國的銅資源最多可使用5年時間。與銅材相比，由我國具有豐富的鋁資源，其中，鋁礦資源儲量約27億噸，比銅礦資源豐富的多。隨著技術的日益成熟，人類在鋁合金導體材料方面開發日見成效，開始突破傳統的局限，將鋁合金導體材料應運到電力電纜中。
[0003]在輸電領域，鋁質輕、價廉，且導電性較好、比強度高、耐磨損性好，因而在電工領域佔據優勢地位。在架空輸電線路，尤其是超高壓線路和大跨越線路上，鋁合金電纜線逐漸成為架空輸電電纜線的主體材料。
[0004]電纜用鋁合金導體材料在純鋁材料的基礎上添加了多種微量元素以及稀土元素，因此，需要經退火處理等先進工藝，彌補純鋁電纜的不足，使之具有更強的導電性能、彎曲性能及耐腐蝕性能。申請號為201310305703.0的中國專利文獻報導了一種鋁合金電纜導體退火工藝，包括如下步驟:1)升溫步驟:將絞合後的鋁合金電纜導體放入退火爐中，以255°C _275°C的溫度升溫1.5小時；2)保溫步驟:將步驟I)中完成升溫的鋁合金電纜導體在247°C _253°C的溫度下保溫3小時；所述的退火工藝為將緊壓絞合後的鋁合金電纜導體整盤置於退火爐中進行退火處理。申請號為201110060732.6的中國專利文獻報導了一種電纜用稀土鐵鋁合金導體材料的退火方法，退火在28(T360°CX3?30h/361?420°C X2?20h下進行，稀土鐵鋁合金材料中包含0.20?1.5wt%的Fe、0.005?%的稀土元素，其他元素總含量不超過0.5wt%，剩餘為Al。但是，現有技術報導的鋁合金導體的導電性能還沒得到最大發揮，其導電性能和抗拉強度有待進一步提高。
【發明內容】
[0005]本發明解決的技術問題在於提供一種電纜用鋁合金導體材料及其退火工藝，退火後的電纜用鋁合金導體材料具有較高的導電率和抗拉強度。
[0006]有鑑於此，本發明提供了一種電纜用鋁合金導體材料，包括以下成分:
Fe 0.1-0.3wt% ；
Cu 0.2-0.4 wt% ；
Ti 0.02-0.04 wt% ；
Zr 0.01-0.08 wt% ；
Sc 0.003-0.006 wt% ；
餘量是招和不可避免的雜質。
[0007]優選的，包括以下成分:
Fe 0.15-0.25wt% ；
Cu 0.28-0.34 wt% ；
Ti 0.022-0.03 wt% ；
Zr 0.03-0.07 wt% ；
Sc 0.004-0.005 wt% ；
餘量是招和不可避免的雜質。
[0008]優選的，包括以下成分:
Fe 0.2-0.24wt% ；
Cu 0.3-0.33 wt% ；
Ti 0.024-0.026 wt% ；
Zr 0.04-0.06 wt% ；
Sc 0.0045-0.005 wt% ；
餘量是招和不可避免的雜質。
[0009]相應的，本發明還提供一種上述技術方案所述的電纜用鋁合金導體材料的退火工藝，包括以下步驟:
步驟a)將上述技術方案所述的電纜用鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至250?280°C保溫 20?40min ；
步驟b)升溫至32(T360°C保溫15?30min ；
步驟c)升溫至40(T440°C保溫l(T25min ；
步驟d)降溫至29(T320°C保溫60?150min。
[0010]優選的,步驟a)的升溫速度為1?3°C /min。
[0011]優選的，步驟a)的保溫溫度為26(T270°C。
[0012]優選的,步驟b)的升溫速度為1?3°C /min。
[0013]優選的，步驟b)的保溫溫度為33(T350°C。
[0014]優選的，步驟c)的保溫溫度為41(T430°C。
[0015]優選的，步驟d)的保溫溫度為31(T320°C。
[0016]本發明提供了一種電纜用鋁合金導體材料及其退火工藝，包括以下步驟:將電纜用鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至25(T280°C保溫2(T40min ;升溫至32(T360°C保溫15?30min ;升溫至40(T440°C保溫l(T25min ;降溫至290?32(TC保溫6(Tl50min。與現有技術相比，本發明通過加入微量合金化元素Fe、Cu、T1、Zr、Sc，控制各個成分的含量，並且，控制退火過程中的溫度和時間，調整導體材料的微觀組織，提高了電纜用鋁合金導體材料的導電率和抗拉強度。實驗結果表明，本發明退火後的電纜用鋁合金導體材料的導電率為65% IACS(200C )、抗拉強度為 259MPa。
【具體實施方式】
[0017]為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特徵和優點，而不是對本發明權利要求的限制。
[0018]本發明實施例公開了一種電纜用鋁合金導體材料，包括以下成分:
Fe 0.1-0.3wt% ；
Cu 0.2-0.4 wt% ；
Ti 0.02-0.04 wt% ；
Zr 0.01-0.08 wt% ；
Sc 0.003-0.006 wt% ；
餘量是招和不可避免的雜質。
[0019]作為優選方案，所述電纜用鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.15-0.25wt% ；
Cu 0.28-0.34 wt% ；
Ti 0.022-0.03 wt% ；
Zr 0.03-0.07 wt% ；
Sc 0.004-0.005 wt% ；
餘量是招和不可避免的雜質。
[0020]更優選的，所述電纜用鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.2-0.24wt% ；
Cu 0.3-0.33 wt% ；
Ti 0.024-0.026 wt% ；
Zr 0.04-0.06 wt% ；
Sc 0.0045-0.005 wt% ；
餘量是招和不可避免的雜質。
[0021]其中，鋁中含有一定量的鐵，一定程度上提高了鋁的硬度，但使鋁的塑性降低。最新研究表明，鐵可以提高鋁導體強度，並不顯著降低其導電性。但是，鐵含量過高則會使其電阻率顯著升高，所以也應該注意控制鐵的含量。
[0022]本發明中銅的含量控制在0.2-0.4 wt%之間，能提高鋁合金的抗拉強度，同時提高伸長率，易於拉制加工。並且，Cu的加入可以提高合金的強度以及高溫蠕變性能，並能改善抗疲勞性能。
[0023]Ti具有細化晶粒、提高鋁合金室溫抗拉強度及改善耐熱性的效果。
[0024]本發明中採用合適的Zr添加量，並通過與Sc的複合，使合金元素能夠充分的析出，所以合金能夠保持高電導率。同時大量彌散析出相能夠起到強化和穩定組織的作用，使合金導體的強度和耐熱性能都能得到極大的提高。
[0025]相應的，本發明還提供一種上述技術方案所述的電纜用鋁合金導體材料的退火工藝，包括以下步驟:
步驟a)將上述技術方案所述的電纜用鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至250?280°C保溫 20?40min ；
步驟b)升溫至32(T360°C保溫15?30min ；
步驟c)升溫至40(T440°C保溫l(T25min ；
步驟d)降溫至29(T320°C保溫60?150min。
[0026]作為優選方案,步驟a的升溫速度為1?3°C /min,更優選為2?3°C /min,更優選為2.5^3°C /min ;步驟a的保溫溫度優選為26(T270°C，更優選為263?268°C，更優選為265^2670C ;步驟a的保溫時間優選為25?35min，更優選為28?32min，更優選為29?31min。
[0027]然後，將步驟a得到的電纜用鋁合金導體材料升溫至32(T360°C保溫15?30min。步驟b的升溫速度為1?3°C /min,更優選為2?3°C /min,更優選為2.5^3°C /min ;步驟b的保溫溫度優選為33(T350°C，更優選為34(T350°C，更優選為342?348°C ;步驟b的保溫時間優選為18?23min，更優選為19?22min，更優選為2(T22min。
[0028]在步驟c中，升溫速度優選為2?4 °C /min,更優選為3?4 °C /min,更優選為
3.5?4°C /min ;步驟c的保溫溫度優選為41(T430°C，更優選為42(T430°C，更優選為421?425°C ;步驟c的保溫時間優選為l(T30min，更優選為15?25min，更優選為18?21min。
[0029]然後，降溫至29(T320°C保溫6(Tl50min。步驟d的降溫速度優選為I?4°C /min,更優選為f 2°C /min,更優選為1.5^2°C /min ;步驟d的保溫溫度優選為31(T320°C，更優選為312?316°C，更優選為313?315°C ;步驟d的保溫時間優選為3(T80min，更優選為40?60min,更優選為50?60min。
[0030]從以上方案可以看出，本發明通過加入微量合金化元素Fe、Cu、T1、Zr、Sc，控制各個成分的含量，並且，控制退火過程中的溫度和時間，調整導體材料的微觀組織，提高了電纜用鋁合金導體材料的導電率和抗拉強度。對本發明退火工藝處理後的電纜用鋁合金導體材料的性能進行檢測，結果表明，本發明退火後的電纜用鋁合金導體材料的導電率為65%IACS (200C )、抗拉強度為 259MPa。
[0031]為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明提供的技術方案進行詳細說明，本發明的保護範圍不受以下實施例的限制。
[0032]本發明實施例採用的原料和化學試劑均為市購。
[0033]實施例1
本實施例退火工藝採用的電纜用鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.2wt % ；
Cu 0.3 wt % ；
Ti 0.03 wt % ；
Zr 0.05 wt % ;
Sc 0.006 wt % ；
餘量是招和不可避免的雜質。
[0034]退火工藝如下:
步驟a)將電纜用鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至260°C保溫30min，升溫速度為3 °C /min ；
步驟b)升溫至350°C保溫25min，升溫速度為3°C /min ；
步驟c)升溫至420°C保溫18min,升溫速度為4°C /min ；
步驟d)降溫至300°C保溫60min,降溫速度為2V /min。
[0035]對本實施例退火處理後的電纜用鋁合金導體材料進行性能檢測，結果顯示:導電率為65% IACS (200C )、抗拉強度為259MPa，延伸率為2.8%。
[0036]實施例2
本實施例退火工藝採用的電纜用鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.25wt % ；
Cu 0.2 wt % ；
Ti 0.04 wt % ；
Zr 0.07 wt% ；
Sc 0.003 wt % ；
餘量是招和不可避免的雜質。
[0037]退火工藝如下:
步驟a)將電纜用鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至270°C保溫30min，升溫速度為3 °C /min ；
步驟b)升溫至330°C保溫25min，升溫速度為3°C /min ；
步驟c)升溫至420°C保溫18min,升溫速度為4°C /min ；
步驟d)降溫至290°C保溫10min,降溫速度為2V /min。
[0038]對本實施例退火處理後的電纜用鋁合金導體材料進行性能檢測，結果顯示:導電率為66% IACS (20 0C )、抗拉強度為255MPa，延伸率為2.9%.
[0039]實施例3
本實施例退火工藝採用的電纜用鋁合金導體材料包括以下成分:
Fe 0.12wt % ；
Cu 0.4 wt % ；
Ti 0.02 wt % ；
Zr 0.08 wt % ;
Sc 0.005 wt % ；
餘量是招和不可避免的雜質。
[0040]退火工藝如下:
步驟a)將電纜用鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至250°C保溫30min，升溫速度為3 °C /min ；
步驟b)升溫至360°C保溫25min，升溫速度為3°C /min ；
步驟c)升溫至410°C保溫18min,升溫速度為4°C /min ；
步驟d)降溫至290°C保溫10min,降溫速度為2V /min。
[0041]對本實施例退火處理後的電纜用鋁合金導體材料進行性能檢測，結果顯示:導電率為67% IACS (200C )、抗拉強度為258MPa，延伸率為2.8%。
[0042]以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。
[0043]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
【權利要求】
1.一種電纜用鋁合金導體材料，其特徵在於，包括以下成分:
Fe 0.1-0.3wt% ；
Cu 0.2-0.4 wt% ；
Ti 0.02-0.04 wt% ；
Zr 0.01-0.08 wt% ； Sc 0.003-0.006 wt% ； 餘量是招和不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的電纜用鋁合金導體材料，其特徵在於，包括以下成分:
Fe 0.15-0.25wt% ；
Cu 0.28-0.34 wt% ；
Ti 0.022-0.03 wt% ；
Zr 0.03-0.07 wt% ； Sc 0.004-0.005 wt% ； 餘量是招和不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的電纜用鋁合金導體材料，其特徵在於，包括以下成分:
Fe 0.2-0.24wt% ；
Cu 0.3-0.33 wt% ；
Ti 0.024-0.026 wt% ；
Zr 0.04-0.06 wt% ；
Sc 0.0045-0.005 wt% ； 餘量是招和不可避免的雜質。
4.一種權利要求f 3任意一項所述的電纜用鋁合金導體材料的退火工藝，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟a)將權利要求f 3任意一項所述的電纜用鋁合金導體材料放入退火爐中，升溫至250?280°C保溫 20?40min ； 步驟b)升溫至32(T360°C保溫15?30min ； 步驟c)升溫至40(T440°C保溫l(T25min ； 步驟d)降溫至29(T320°C保溫60?150min。
5.根據權利要求4所述的退火工藝，其特徵在於，步驟a)的升溫速度為f3°C/min。
6.根據權利要求4所述的退火工藝，其特徵在於，步驟a)的保溫溫度為26(T270°C。
7.根據權利要求4所述的退火工藝，其特徵在於，步驟b)的升溫速度為f3°C/min。
8.根據權利要求4所述的退火工藝，其特徵在於，步驟b)的保溫溫度為33(T350°C。
9.根據權利要求4所述的退火工藝，其特徵在於，步驟c)的保溫溫度為41(T430°C。
10.根據權利要求4所述的退火工藝，其特徵在於，步驟d)的保溫溫度為31(T320°C。
【文檔編號】C22C21/12GK104233022SQ201410506718
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】劉守明, 史宏偉, 韓愛芝 申請人:國網河南省電力公司周口供電公司