錫盟－南京1 000 kV交流特高壓工程用中強(qiáng)度全鋁合金導(dǎo)線的研制

成 祥， 陸正榮， 周 鋒

(遠(yuǎn)東電纜有限公司，江蘇宜興214257)

0 引言

隨著全國(guó)電力的高速發(fā)展，對(duì)線路輸電能力的要求越來(lái)越高。在國(guó)家提倡建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和新技術(shù)、新材料、新工藝”的“兩型三新”電網(wǎng)建設(shè)方針的指導(dǎo)下，國(guó)內(nèi)各大線纜廠家積極探索新型架空導(dǎo)線。2011年3月，國(guó)家電網(wǎng)公司中國(guó)電力科學(xué)院根據(jù)試點(diǎn)線路工程特點(diǎn)，制訂下發(fā)了錫盟－南京1 000 kV交流特高壓工程用中強(qiáng)度全鋁合金絞線技術(shù)條件。該導(dǎo)線是一種全新型導(dǎo)線，整根導(dǎo)線全部采用中強(qiáng)度鋁合金線同心絞合而成，鋁合金單線同時(shí)起導(dǎo)電和承載抗拉力作用。該產(chǎn)品具有傳輸容量大、拉重比大、電阻損耗低、弧垂性能好、無(wú)磁滯損耗、過(guò)載性能好、工程造價(jià)低和施工方便等優(yōu)點(diǎn)，可用于代替目前線路上所用的鋼芯鋁絞線。

本文結(jié)合我公司根據(jù)導(dǎo)線技術(shù)條件試制中強(qiáng)度鋁合金絞線(以JLHA3－675－61為例)的過(guò)程，介紹該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用及工藝技術(shù)要求。

1 產(chǎn)品主要技術(shù)要求

1.1 導(dǎo)線技術(shù)要求

JLHA3－675－61導(dǎo)線的技術(shù)要求見(jiàn)表1，絞線的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。

表1 JLHA3－675－61導(dǎo)線技術(shù)參數(shù)表

1.2 中強(qiáng)度鋁合金單線技術(shù)要求

中強(qiáng)度鋁合金單線的技術(shù)要求見(jiàn)表2。單線表面應(yīng)光潔且不得有可能影響產(chǎn)品性能的所有缺陷，如裂紋、粗糙、劃痕和夾雜等。成品絞線外層用中強(qiáng)度鋁合金單線不允許有任何種類的接頭。

圖1 JLHA3－675－61結(jié)構(gòu)示意圖

表2 JLHA3－675－61導(dǎo)線鋁合金單線(58.5%IACS)技術(shù)參數(shù)表

2 中強(qiáng)度鋁合金單線和導(dǎo)線的開發(fā)

目前，該類中強(qiáng)度鋁合金單錢和導(dǎo)線尚無(wú)IEC標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)。國(guó)內(nèi)也無(wú)工程應(yīng)用，這給試制工作帶來(lái)一定難度。下面就該產(chǎn)品的開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)分述如下。

2.1 鋁合金配方的設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)表2鋁合金單線性能的分析，并結(jié)合以往生產(chǎn)高強(qiáng)度鋁鎂硅產(chǎn)品和電纜用8000系列鋁合金導(dǎo)體的經(jīng)驗(yàn)，初步設(shè)計(jì)了鋁－鎂、鋁－鎂－銅和非熱處理鋁－鎂－硅型三種合金體系。經(jīng)過(guò)幾爐次的試制，我們發(fā)現(xiàn)根據(jù)以上配方體系制造鋁合金單線，在滿足導(dǎo)電率和抗拉強(qiáng)度時(shí)，伸長(zhǎng)率僅為1.6% ～2.6%，達(dá)不到3%要求。經(jīng)過(guò)大量研究和試驗(yàn)后，最終選用了熱處理型鋁－鎂－硅合金體系配方。

2.2 產(chǎn)品試制關(guān)鍵技術(shù)

為了同時(shí)滿足單線的抗拉強(qiáng)度、電阻率和伸長(zhǎng)率要求，我們采取了調(diào)整合適的化學(xué)成分、徹底地去氣除渣、連鑄連軋工藝控制、恒溫時(shí)效、恒張力絞線等工藝。

(1)合理的化學(xué)配方。由于鎂、硅、銅等元素對(duì)鋁合金線電阻率和抗拉強(qiáng)度影響非常大，通過(guò)多次試驗(yàn)和分析，同時(shí)對(duì)鋁錠和中間合金錠快速熔化，采用直讀光譜進(jìn)行爐前分析和化學(xué)成分調(diào)整，將鋁熔體中各元素含量控制為:硅 0.40% ～0.55%，鎂0.30% ～0.55%，銅 0.02% ～0.04%，保證了 Mg2Si強(qiáng)化相均勻地分布在鋁合金中。同時(shí)為了改善鋁合金線的加工性能和電性能，我們添加了少量的鋁鈦硼進(jìn)行晶粒細(xì)化處理。通過(guò)電磁攪拌均勻和去氣除渣后，我們?cè)诒貭t內(nèi)5點(diǎn)取樣進(jìn)行成分分析，將硅、鎂、銅等化學(xué)成分含量的絕對(duì)誤差控制在0.003%范圍內(nèi)。

(2)徹底去氣除渣。為了避免鋁合金桿和鋁合金線中產(chǎn)生氣孔、疏松和夾渣，我們采用粉狀精煉劑精煉，經(jīng)除氣和除渣后，鋁合金液再通過(guò)雙級(jí)陶瓷過(guò)濾和在線雙轉(zhuǎn)子除氫，進(jìn)一步將鋁合金液徹底清潔干凈，保證了合金熔體質(zhì)量。

(3)連鑄連軋工藝控制。由于鋁合金熔液在澆鑄時(shí)易產(chǎn)生晶枝偏析和區(qū)域偏析，造成不平衡結(jié)晶，因此控制熔液結(jié)晶時(shí)的過(guò)冷度非常重要。通過(guò)調(diào)整冷卻水溫、冷卻方式和鑄錠速度等，保證了鑄錠冷卻均勻，組織均勻。為了防止Mg2Si強(qiáng)化相因溫度降低而過(guò)早析出，影響軋制效果和人工時(shí)效效果，我們?cè)阼T錠入軋前采用工頻感應(yīng)加熱爐對(duì)鑄錠進(jìn)行在線均質(zhì)化處理，使鑄錠在入軋時(shí)Mg2Si強(qiáng)化相分布均勻，同時(shí)也部分地消除了偏析等缺陷。

(4)單線拉制和人工時(shí)效。此次中強(qiáng)度鋁合金桿的拉線是在分電機(jī)非滑動(dòng)式鋁合金大拉絲機(jī)上進(jìn)行的。該拉絲機(jī)采用多電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)，具有自動(dòng)跟蹤功能。通過(guò)合理配模，使鋁合金線在拉絲過(guò)程變形均勻平穩(wěn)，無(wú)扭轉(zhuǎn)無(wú)滑動(dòng)，保證了鋁合金線的電氣和機(jī)械性能。

為了使Mg2Si強(qiáng)化相析出，實(shí)現(xiàn)合金線高的機(jī)械性能和導(dǎo)電率，鋁合金線必須通過(guò)人工恒溫時(shí)效工藝。我公司鋁合金線材時(shí)效爐全長(zhǎng)60 m，線盤在時(shí)效溫度下以固定速率在爐內(nèi)向前移動(dòng)(軍工步進(jìn)式)，這樣鋁合金線可以連續(xù)不斷進(jìn)出爐體進(jìn)行時(shí)效處理。該時(shí)效爐具有七段溫度控制系統(tǒng)，同時(shí)配組織觀察，組織主要形態(tài)為纖維狀的索氏體組織，如圖3所示，這種組織具有良好的抗拉強(qiáng)度和塑性。

表2 成品鋁包鋼線機(jī)械性能

圖3 成品鋁包鋼線金相組織

4 結(jié)束語(yǔ)

高碳鋼絲熱處理效果決定了成品鋁包鋼線的綜合性能，是生產(chǎn)特高強(qiáng)度鋁包鋼線的關(guān)鍵。合理的拉拔工藝和良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，除了可保證拉拔生產(chǎn)的順利進(jìn)行外，還使鋁包鋼線的抗拉強(qiáng)度與塑性指標(biāo)有一個(gè)良好的結(jié)合。

提高鋁包鋼線的抗拉強(qiáng)度必定會(huì)影響鋼絲的塑性指標(biāo)，如何在保證抗拉強(qiáng)度的前提下，進(jìn)一步提高塑性指標(biāo)是今后研究的方向。

［1］莊東漢.材料失效分析［M］.上海:華東理工大學(xué)出版社，2009.

［2］鄢國(guó)強(qiáng).金相檢驗(yàn)［M］.上海:上?？茖W(xué)普及出版社，2003.

［3］王運(yùn)炎.機(jī)械工程材料(第2版)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［4］上海市機(jī)械制造工藝研究所主編.金屬分析技術(shù)［M］.上海:上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1987.