高強(qiáng)度鋁合金桿材的研制

王永海 鮑 軍 王良友（安徽太平洋電纜股份有限公司，安徽 巢湖 238331）

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高強(qiáng)度鋁合金桿材的研制

王永海 鮑 軍 王良友
（安徽太平洋電纜股份有限公司，安徽 巢湖 238331）

摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了高強(qiáng)度鋁合金桿材的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)、設(shè)備配套、鋁合金配方、淬火處理以及過(guò)程控制要點(diǎn)。安徽太平洋電纜股份有限公司具有較強(qiáng)的研發(fā)能力，已投入規(guī)?；a(chǎn)。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度鋁合金桿材；設(shè)備配套；配方；淬火處理；連鑄連軋；產(chǎn)能

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，對(duì)電力的需求也急劇增加。根據(jù)“十二五”電力發(fā)展規(guī)劃，架空線路向大容量、大跨越和合金化的發(fā)展。高強(qiáng)度鋁合金芯鋁絞線具有傳輸容量大、電阻損耗低、弧垂特性好、無(wú)磁滯損耗、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在長(zhǎng)距離高壓輸電線路上具有節(jié)能降耗等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的架空輸電線路新產(chǎn)品。它不僅改善了線路質(zhì)量，延長(zhǎng)導(dǎo)線使用壽命，同時(shí)降低了線路造價(jià)，降低線路損耗，延長(zhǎng)導(dǎo)線使用壽命，增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定，其市場(chǎng)前景十分廣闊，因此我公司決定開(kāi)發(fā)此產(chǎn)品。

1 高強(qiáng)度鋁合金桿材生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)

高強(qiáng)度鋁合金桿材主要用于鋁-鎂-硅系列高強(qiáng)度鋁合金架空導(dǎo)線的生產(chǎn)。那么，高強(qiáng)度鋁合金桿材在熔煉、成分配比、連鑄連軋和淬火方面有哪些控制特點(diǎn)，此文將作分別論述。其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

1.1 鋁合金的熔煉

本公司采用8t/h豎式快速節(jié)能熔鋁爐，能儲(chǔ)存9t以上鋁錠，這樣能更充分地吸收上排煙氣的熱量降低能耗，大口徑能確保成垛鋁錠加入時(shí)不產(chǎn)生卡料情況造成能耗增加；熔鋁爐采用翻斗式加料機(jī)從熔化室豎筒頂部加料，熔化時(shí)高溫的煙氣在上排過(guò)程中被豎筒內(nèi)的大量的鋁錠充分吸收，因而節(jié)能顯著，能滿足連鑄連軋鋁合金桿生產(chǎn)線的需求。

圖1

保溫爐采用圓形液壓傾倒式，由于采用傾倒結(jié)構(gòu)，熔化爐到保溫爐之間的流槽均采用分體結(jié)構(gòu)；保溫爐煙管、吸塵管、風(fēng)管都采用同軸結(jié)構(gòu)，確保在傾動(dòng)時(shí)不泄露，以保障車間良好的操作環(huán)境。每臺(tái)保溫爐上配置激光控流裝置一套，裝滿10t左右鋁水后（靠鋁水深度定位）激光控流發(fā)去警報(bào)提醒操作人員停止向該保溫爐進(jìn)鋁水；這樣可以評(píng)估出每爐鋁水的重量，有利于進(jìn)行鋁合金成分配比、快速分析、精煉和靜置處理。

1.2 高強(qiáng)度鋁合金的配比控制

合適的鋁鎂硅配比，是決定高強(qiáng)度鋁合金桿質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。鋁-鎂-硅系合金沒(méi)有三元化合物，只有兩個(gè)二元化合物，即Mg2Si和Mg2Al3。從強(qiáng)化效果考慮，鋁合金中硅含量應(yīng)過(guò)剩一些。配料時(shí)將合金錠打碎，每塊重量不大于1.5kg，在保溫爐中分散加入。鎂錠加入溫度控制在730℃左右。注意Ti、V、Mn、Cr等微量元素的指標(biāo)，總和大于0.015時(shí)注意硼化處理問(wèn)題。所以，鋁鎂硅合金的關(guān)鍵技術(shù)就是一個(gè)Mg、Si微量元素加入量的配比控制問(wèn)題。

在實(shí)際加工過(guò)程中，可視鑄條的結(jié)晶情況以及桿材的電阻率，適當(dāng)添加Cu、B、Re等微量元素，從而保證高強(qiáng)度鋁合金桿材的加工性能和電性能等。

1.3 鋁合金除氣精煉

除氣精煉是很重要的工藝環(huán)節(jié)，控制好可避免后續(xù)加工工序出現(xiàn)雜質(zhì)、縮孔和開(kāi)裂等現(xiàn)象。同時(shí)，要求保溫爐配置良好的攪拌裝置，本公司選配的底置式永磁攪拌器是利用特殊組合的永磁體感應(yīng)器，來(lái)推動(dòng)熔液做定向移動(dòng)，起到攪拌作用，并使合金元素成分均勻。

采用AFDU-F固定式鑄造除氣裝置安裝于固定位置，用移動(dòng)澆包的方式進(jìn)行工作，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的石墨轉(zhuǎn)子將定量的精煉氣體帶入熔體中。通過(guò)石墨轉(zhuǎn)子與鋁液的相對(duì)高速剪切，產(chǎn)生細(xì)小的氣泡并均勻分布在鋁熔體中。由于氣泡中氫分壓為零，鋁熔體中的氫分壓高，鋁液中的氫漸漸向氣泡中擴(kuò)散。同時(shí)，鋁液中的金屬及非金屬夾雜物被吸附在氣泡表面，氣泡及夾雜物上浮，從而達(dá)到去除鋁液中氫及夾雜物的目的。同時(shí)，扒渣應(yīng)徹底。精煉溫度為740℃～750℃；精煉時(shí)間為10min～15min；靜置時(shí)間為30min～40min；靜置溫度為730℃～750℃。

1.4 連鑄連軋的控制

高強(qiáng)度鋁合金鑄條在澆鑄冷卻時(shí)易產(chǎn)生偏析，澆鑄溫度的控制在720±10℃范圍內(nèi)。本公司采用四輪式連鑄機(jī)由上下澆煲，重力調(diào)流裝置，結(jié)晶輪及傳動(dòng)裝置，壓緊輪裝置，鋼帶涂油裝置，引橋，漲緊裝置，剔錠裝置，內(nèi)外側(cè)冷卻裝置及鋼帶等組成。熔化的鋁液從保溫爐經(jīng)流槽流入上澆煲，重力控制的浮動(dòng)塞頭控制流入下澆煲的鋁液流量，鋁液從下澆煲水平澆鑄到由結(jié)晶輪和封閉鋼帶所形成的模腔內(nèi)，結(jié)晶輪的截面為H型，四面冷卻保證鑄錠結(jié)晶致密且均勻。內(nèi)外冷卻和側(cè)冷卻可方便地從結(jié)晶輪中轉(zhuǎn)出，便于冷卻水調(diào)節(jié)和設(shè)備維護(hù)；所有噴嘴均為不銹鋼，分別設(shè)有冷卻水壓力顯示，鋼帶漲緊為氣動(dòng)漲緊（可調(diào)節(jié)）。結(jié)晶輪的支承軸上裝有內(nèi)冷卻裝置，通過(guò)壓力為0.2MPa～0.5MPa的冷卻水，冷卻水通過(guò)噴嘴射到結(jié)晶輪的內(nèi)表面上，內(nèi)冷卻共分3區(qū)間水冷塊，外冷卻及內(nèi)外側(cè)為3個(gè)區(qū)間，從而使鋁液逐漸冷卻并凝固成為鋁鑄錠。結(jié)晶輪上已凝固了的鑄錠由剔錠器剔出，并沿引橋經(jīng)前牽引送出，壓緊輪裝置將鋼帶緊壓在結(jié)晶輪上，以防鋁金屬液體外泄，導(dǎo)輪裝置用以調(diào)整和改變鋼帶的走向。鋼帶的張力可以通過(guò)漲緊輪裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保持一定的張力。為了便于鋁鑄錠脫模，連鑄機(jī)還備有鋼帶涂油裝置。由于整個(gè)過(guò)程都是連續(xù)進(jìn)行的，因此可以得到大長(zhǎng)度的鑄錠。

軋制高強(qiáng)度合金鑄條時(shí)要求入軋溫度控制在500℃～520℃，盡可能實(shí)現(xiàn)恒溫軋制。為了得到理想的軋制溫度，需要配置倍頻加熱裝置提高鑄條溫度，軋制時(shí)的乳化液溫度為30℃～40℃和用量也要求自動(dòng)控制，而要達(dá)到準(zhǔn)確控制，必須選用精準(zhǔn)耐用的熱工儀表，其測(cè)試誤差應(yīng)在工藝技術(shù)要求范圍內(nèi)。高強(qiáng)度鋁合金較普鋁硬度高、強(qiáng)度大、軋制時(shí)的軋制力也較普鋁大。恒溫軋制、軋制力大是軋制高強(qiáng)度鋁合金桿的一個(gè)顯著特點(diǎn)。在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)密切關(guān)注鑄條飛邊、裂紋等不良現(xiàn)象，以及入軋溫度是否在工藝要求范圍。

表1高強(qiáng)度（LHA1）鋁合金桿的配方

1.5 桿材淬火處理

高強(qiáng)度鋁合金鑄錠經(jīng)軋制成鋁合金桿其溫度必須保持在340℃以上，以滿足連續(xù)淬火處理的需要。同時(shí)淬火后高強(qiáng)度鋁合金桿的成圈溫度必須降到90℃以下，以防自然時(shí)效。我們把原有收線和冷卻方式改為二次曲線水包滾輪式無(wú)油引桿成圈，能夠全程掌握桿材的運(yùn)行軌跡、擺動(dòng)形態(tài)、受力變化以及桿材的表面溫度，從而確保生產(chǎn)低溫桿，改善鋁桿及成圈內(nèi)外強(qiáng)度差異。

由于高強(qiáng)度鋁合金桿生產(chǎn)過(guò)程控制較普鋁或合金桿難度大，必須控制好鋁液精煉、澆鑄溫度、入軋溫度、冷卻水溫度和淬火溫度。每爐鋁水取樣不少于3個(gè)，取樣位置在爐子中心和爐邊，進(jìn)行成分分析。當(dāng)成分不符合時(shí)，進(jìn)行補(bǔ)料或沖淡處理。若Ti、V、Mn、Cr等微量元素指標(biāo)總和大于0.015時(shí)應(yīng)進(jìn)行硼化處理。

2 熱處理

熱處理是決定高強(qiáng)度鋁合金線的關(guān)鍵，其加熱溫度范圍比較窄，故時(shí)效爐溫控制力求加熱均勻，爐內(nèi)各點(diǎn)溫差要求為±3℃。時(shí)效溫度控制在155℃～160℃范圍內(nèi)，時(shí)效時(shí)間為5h～6h。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本公司選配國(guó)內(nèi)一流的連鑄連軋生產(chǎn)線5t/h和10t/h各一條，并配備了國(guó)際先進(jìn)的直讀式光譜儀。同時(shí)選購(gòu)了國(guó)內(nèi)一流的時(shí)效爐、分電機(jī)鋁合金拉絲機(jī)和710型框式絞線機(jī)等生產(chǎn)設(shè)備，具備了較強(qiáng)的鋁合金研發(fā)能力和銷售網(wǎng)絡(luò)，為國(guó)家電力事業(yè)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

［1］王錳.輕金屬材料加工手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

中圖分類號(hào)：TF125

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A