電纜用鋁合金導(dǎo)體材料及其退火工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種電纜用鋁合金導(dǎo)體材料及其退火工藝，包括以下步驟：將電纜用鋁合金導(dǎo)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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)加入微量合金化元素Fe、Cu、Ti、Zr、Sc，控制各個(gè)成分的含量，并且，控制退火過(guò)程中的溫度和時(shí)間，調(diào)整導(dǎo)體材料的微觀組織，提高了電纜用鋁合金導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率和抗拉強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明退火后的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率為65％IACS(20℃)、抗拉強(qiáng)度為259MPa。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電纜用鋁合金導(dǎo)體材料及其退火工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋁合金【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電纜用鋁合金導(dǎo)體材料及其退火工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，截止2009年中國(guó)銅礦資源儲(chǔ)量約3000萬(wàn)噸，約占世界總儲(chǔ)量的5%，但是，中國(guó)作為一個(gè)用銅大國(guó)，每年銅用量約600萬(wàn)噸，其中電線電纜用銅量約占全國(guó)用銅量的65%，占很大一部分比例。如果不依靠進(jìn)口，中國(guó)的銅資源最多可使用5年時(shí)間。與銅材相比，由我國(guó)具有豐富的鋁資源，其中，鋁礦資源儲(chǔ)量約27億噸，比銅礦資源豐富的多。隨著技術(shù)的日益成熟，人類(lèi)在鋁合金導(dǎo)體材料方面開(kāi)發(fā)日見(jiàn)成效，開(kāi)始突破傳統(tǒng)的局限，將鋁合金導(dǎo)體材料應(yīng)運(yùn)到電力電纜中。
[0003]在輸電領(lǐng)域，鋁質(zhì)輕、價(jià)廉，且導(dǎo)電性較好、比強(qiáng)度高、耐磨損性好，因而在電工領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢(shì)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(dǎo)體材料在純鋁材料的基礎(chǔ)上添加了多種微量元素以及稀土元素，因此，需要經(jīng)退火處理等先進(jìn)工藝，彌補(bǔ)純鋁電纜的不足，使之具有更強(qiáng)的導(dǎo)電性能、彎曲性能及耐腐蝕性能。申請(qǐng)?zhí)枮?01310305703.0的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)報(bào)道了一種鋁合金電纜導(dǎo)體退火工藝，包括如下步驟:1)升溫步驟:將絞合后的鋁合金電纜導(dǎo)體放入退火爐中，以255°C _275°C的溫度升溫1.5小時(shí)；2)保溫步驟:將步驟I)中完成升溫的鋁合金電纜導(dǎo)體在247°C _253°C的溫度下保溫3小時(shí)；所述的退火工藝為將緊壓絞合后的鋁合金電纜導(dǎo)體整盤(pán)置于退火爐中進(jìn)行退火處理。申請(qǐng)?zhí)枮?01110060732.6的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)報(bào)道了一種電纜用稀土鐵鋁合金導(dǎo)體材料的退火方法，退火在28(T360°CX3?30h/361?420°C X2?20h下進(jìn)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(guò)0.5wt%，剩余為Al。但是，現(xiàn)有技術(shù)報(bào)道的鋁合金導(dǎo)體的導(dǎo)電性能還沒(méi)得到最大發(fā)揮，其導(dǎo)電性能和抗拉強(qiáng)度有待進(jìn)一步提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種電纜用鋁合金導(dǎo)體材料及其退火工藝，退火后的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料具有較高的導(dǎo)電率和抗拉強(qiáng)度。
[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種電纜用鋁合金導(dǎo)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% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0007]優(yōu)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% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0008]優(yōu)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% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0009]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種上述技術(shù)方案所述的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料的退火工藝，包括以下步驟:
步驟a)將上述技術(shù)方案所述的電纜用鋁合金導(dǎo)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(yōu)選的,步驟a)的升溫速度為1?3°C /min。
[0011]優(yōu)選的，步驟a)的保溫溫度為26(T270°C。
[0012]優(yōu)選的,步驟b)的升溫速度為1?3°C /min。
[0013]優(yōu)選的，步驟b)的保溫溫度為33(T350°C。
[0014]優(yōu)選的，步驟c)的保溫溫度為41(T430°C。
[0015]優(yōu)選的，步驟d)的保溫溫度為31(T320°C。
[0016]本發(fā)明提供了一種電纜用鋁合金導(dǎo)體材料及其退火工藝，包括以下步驟:將電纜用鋁合金導(dǎo)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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)加入微量合金化元素Fe、Cu、T1、Zr、Sc，控制各個(gè)成分的含量，并且，控制退火過(guò)程中的溫度和時(shí)間，調(diào)整導(dǎo)體材料的微觀組織，提高了電纜用鋁合金導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率和抗拉強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明退火后的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率為65% IACS(200C )、抗拉強(qiáng)度為 259MPa。

【具體實(shí)施方式】
[0017]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種電纜用鋁合金導(dǎo)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% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0019]作為優(yōu)選方案，所述電纜用鋁合金導(dǎo)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% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0020]更優(yōu)選的，所述電纜用鋁合金導(dǎo)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% ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[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(dǎo)體強(qiáng)度，并不顯著降低其導(dǎo)電性。但是，鐵含量過(guò)高則會(huì)使其電阻率顯著升高，所以也應(yīng)該注意控制鐵的含量。
[0022]本發(fā)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(qiáng)度，同時(shí)提高伸長(zhǎng)率，易于拉制加工。并且，Cu的加入可以提高合金的強(qiáng)度以及高溫蠕變性能，并能改善抗疲勞性能。
[0023]Ti具有細(xì)化晶粒、提高鋁合金室溫抗拉強(qiáng)度及改善耐熱性的效果。
[0024]本發(fā)明中采用合適的Zr添加量，并通過(guò)與Sc的復(fù)合，使合金元素能夠充分的析出，所以合金能夠保持高電導(dǎo)率。同時(shí)大量彌散析出相能夠起到強(qiáng)化和穩(wěn)定組織的作用，使合金導(dǎo)體的強(qiáng)度和耐熱性能都能得到極大的提高。
[0025]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種上述技術(shù)方案所述的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料的退火工藝，包括以下步驟:
步驟a)將上述技術(shù)方案所述的電纜用鋁合金導(dǎo)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(yōu)選方案,步驟a的升溫速度為1?3°C /min,更優(yōu)選為2?3°C /min,更優(yōu)選為2.5^3°C /min ;步驟a的保溫溫度優(yōu)選為26(T270°C，更優(yōu)選為263?268°C，更優(yōu)選為265^2670C ;步驟a的保溫時(shí)間優(yōu)選為25?35min，更優(yōu)選為28?32min，更優(yōu)選為29?31min。
[0027]然后，將步驟a得到的電纜用鋁合金導(dǎo)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(yōu)選為2?3°C /min,更優(yōu)選為2.5^3°C /min ;步驟b的保溫溫度優(yōu)選為33(T350°C，更優(yōu)選為34(T350°C，更優(yōu)選為342?348°C ;步驟b的保溫時(shí)間優(yōu)選為18?23min，更優(yōu)選為19?22min，更優(yōu)選為2(T22min。
[0028]在步驟c中，升溫速度優(yōu)選為2?4 °C /min,更優(yōu)選為3?4 °C /min,更優(yōu)選為
3.5?4°C /min ;步驟c的保溫溫度優(yōu)選為41(T430°C，更優(yōu)選為42(T430°C，更優(yōu)選為421?425°C ;步驟c的保溫時(shí)間優(yōu)選為l(T30min，更優(yōu)選為15?25min，更優(yōu)選為18?21min。
[0029]然后，降溫至29(T320°C保溫6(Tl50min。步驟d的降溫速度優(yōu)選為I?4°C /min,更優(yōu)選為f 2°C /min,更優(yōu)選為1.5^2°C /min ;步驟d的保溫溫度優(yōu)選為31(T320°C，更優(yōu)選為312?316°C，更優(yōu)選為313?315°C ;步驟d的保溫時(shí)間優(yōu)選為3(T80min，更優(yōu)選為40?60min,更優(yōu)選為50?60min。
[0030]從以上方案可以看出，本發(fā)明通過(guò)加入微量合金化元素Fe、Cu、T1、Zr、Sc，控制各個(gè)成分的含量，并且，控制退火過(guò)程中的溫度和時(shí)間，調(diào)整導(dǎo)體材料的微觀組織，提高了電纜用鋁合金導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率和抗拉強(qiáng)度。對(duì)本發(fā)明退火工藝處理后的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料的性能進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，本發(fā)明退火后的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料的導(dǎo)電率為65%IACS (200C )、抗拉強(qiáng)度為 259MPa。
[0031]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例采用的原料和化學(xué)試劑均為市購(gòu)。
[0033]實(shí)施例1
本實(shí)施例退火工藝采用的電纜用鋁合金導(dǎo)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 % ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0034]退火工藝如下:
步驟a)將電纜用鋁合金導(dǎo)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(duì)本實(shí)施例退火處理后的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果顯示:導(dǎo)電率為65% IACS (200C )、抗拉強(qiáng)度為259MPa，延伸率為2.8%。
[0036]實(shí)施例2
本實(shí)施例退火工藝采用的電纜用鋁合金導(dǎo)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 % ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0037]退火工藝如下:
步驟a)將電纜用鋁合金導(dǎo)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(duì)本實(shí)施例退火處理后的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果顯示:導(dǎo)電率為66% IACS (20 0C )、抗拉強(qiáng)度為255MPa，延伸率為2.9%.
[0039]實(shí)施例3
本實(shí)施例退火工藝采用的電纜用鋁合金導(dǎo)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 % ；
余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
[0040]退火工藝如下:
步驟a)將電纜用鋁合金導(dǎo)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(duì)本實(shí)施例退火處理后的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果顯示:導(dǎo)電率為67% IACS (200C )、抗拉強(qiáng)度為258MPa，延伸率為2.8%。
[0042]以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0043]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電纜用鋁合金導(dǎo)體材料，其特征在于，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% ； 余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料，其特征在于，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% ； 余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料，其特征在于，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% ； 余量是招和不可避免的雜質(zhì)。
4.一種權(quán)利要求f 3任意一項(xiàng)所述的電纜用鋁合金導(dǎo)體材料的退火工藝，其特征在于，包括以下步驟: 步驟a)將權(quán)利要求f 3任意一項(xiàng)所述的電纜用鋁合金導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟a)的升溫速度為f3°C/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟a)的保溫溫度為26(T270°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟b)的升溫速度為f3°C/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟b)的保溫溫度為33(T350°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟c)的保溫溫度為41(T430°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的退火工藝，其特征在于，步驟d)的保溫溫度為31(T320°C。
【文檔編號(hào)】C22C21/12GK104233022SQ201410506718
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】劉守明, 史宏偉, 韓愛(ài)芝 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)河南省電力公司周口供電公司