特高強(qiáng)度鋁包鋼線生產(chǎn)工藝研究

宋志良，周建華，孫光進(jìn)，吉鴻志，周曉宏

(江蘇中天科技股份有限公司，江蘇南通226463)

0 引言

鋁包鋼芯鋁絞線是由鋁包鋼線做加強(qiáng)芯和硬鋁線絞合組成的架空導(dǎo)線。鋁包鋼芯鋁絞線和普通鋼芯鋁絞線相比，絞線重量輕、載流量大、弧垂小、電力損耗少，且防腐性能好、使用壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、架設(shè)和維護(hù)方便、傳輸容量大。它廣泛適用于各種電壓等級和要求增大鋁鋼截面比的輸電線路，還可用于沿海地區(qū)、鹽堿灘和三、四級工業(yè)污染區(qū)的輸電線路。目前市場對鋁包鋼線的強(qiáng)度要求越來越高，以導(dǎo)電率為14%IACS的鋁包鋼線為例，部分客戶的要求由原來的1 590 MPa，提高到1 700 MPa以上。一般在接到高強(qiáng)度鋁包鋼線合同時，之前我們在工藝上采用提高總壓縮率的方法，來提高鋁包鋼線的強(qiáng)度。但是這種方法在生產(chǎn)中容易造成鋁包鋼線的脆性，在絞線過程中易斷線，影響鋁包鋼線的合格率。為滿足特高強(qiáng)度鋁包鋼的正常生產(chǎn)，我們在材料上選用82B高碳鋼盤條，使鋁包鋼強(qiáng)度得到很大的提升。通過大量試驗，已經(jīng)基本掌握了82B鋼絲的使用工藝。

1 材料的選擇

高碳鋼盤條中碳的含量對鋼絲強(qiáng)度的提高有很大的作用，我們對比72A鋼絲中的元素，選擇有利于提高強(qiáng)度的82B鋼絲。

碳是決定鋼材性能的最重要元素。當(dāng)鋼中含碳量在0.8%以下時，隨著含碳量的增加，鋼材的強(qiáng)度和硬度提高;當(dāng)碳的含量波動0.01%，盤條的抗拉強(qiáng)度波動10 MPa左右，按照85%總壓縮率計算，鋁包鋼線最終抗拉強(qiáng)度波動20 MPa左右。

國內(nèi)生產(chǎn)的82B鋼絲中錳元素含量大約在0.75%，而72A鋼絲的錳含量在0.50%左右。錳含量有利于提高鋼的強(qiáng)度和硬度。硫在液態(tài)鋼中的溶解度很大，而在固態(tài)中的溶解度小，并隨溫度降低而降低。析出的硫與鐵生成FeS，熔點在1 190℃，F(xiàn)eS和Fe的共晶體溶點在988℃。所以當(dāng)FeS在結(jié)晶時沿初生晶粒界析出，呈網(wǎng)狀時，即會在熱加工時，由于硫化物溶化造成鋼的熱脆。在鋼中加入一定量的錳而形成溶點較高(1 620℃)的硫化錳，硫化錳在1 000℃以下有較高的塑性。

2 生產(chǎn)工藝研究

2.1 鋁包鋼線工藝流程

鋁包鋼線生產(chǎn)工藝流程為:原材料→預(yù)拉→熱處理→酸洗→包覆→雙金屬拉拔→復(fù)繞→檢測→入庫。

決定鋁包鋼線質(zhì)量的關(guān)鍵工序為鋼絲熱處理、包覆及雙金屬拉拔。熱處理工序是最重要的環(huán)節(jié)，其主要目的是得到合理的索氏體化組織。索氏體具有良好的綜合力學(xué)性能，它既有較高的強(qiáng)度，又有良好的沖擊韌性。目前我廠生產(chǎn)的熱處理鋼絲索氏體化率均能達(dá)到90%以上?，F(xiàn)以 6.3mm鋼絲為例，介紹特高強(qiáng)度鋁包鋼線的生產(chǎn)工藝。

2.2 熱處理工藝

根據(jù)熱處理爐性能及鋼絲直徑與速度比值(DV值)的要求，參照72A鋼絲生產(chǎn)數(shù)據(jù)，初步設(shè)定爐溫為980℃，鉛溫550℃，線速度7.5 m/min。在此基礎(chǔ)上再做參數(shù)調(diào)整，比較鋼絲的機(jī)械性能，試驗數(shù)據(jù)見表1。

從試驗結(jié)果看，在這幾組試驗數(shù)據(jù)中，最佳生產(chǎn)方案應(yīng)為爐溫960℃，鋼絲溫度在915℃左右，其鋼絲伸長率、斷面收縮率性能最佳。將7組數(shù)據(jù)進(jìn)行金相組織對比，第6組的索氏體含量較高(能達(dá)到90%以上)，且晶粒度小，無明顯粗大珠光體組織。我們知道材料的屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸倒數(shù)的平方根成正比，晶粒的細(xì)小既能提高強(qiáng)度、塑性，同時顯著提高其力學(xué)性能。所以第6組是適合拉拔的合理組織的樣品(見圖1)。

圖1 鋼絲金相組織

2.3 拉拔工序

起初在進(jìn)行82B鋁包鋼線拉拔試驗時將總壓縮率控制在80%左右，每道壓縮率在20%左右(依據(jù)72A鋼壓縮率工藝)。在生產(chǎn)過程中，發(fā)生多次脆性斷裂現(xiàn)象，斷口呈45°斜口狀，且在復(fù)繞和絞合過程中均出現(xiàn)脆性斷裂。從鋁包鋼線強(qiáng)度上看，已經(jīng)達(dá)到1900MPa以上。經(jīng)過掃描電鏡觀察，斷口附近有與拉拔方向垂直的微裂紋，拉拔存在“拉傷”現(xiàn)象(見圖2)。

圖2 鋁包鋼線脆性斷口

為了確保鋁包鋼絲的強(qiáng)度達(dá)到1700MPa以上，總壓縮率還需控制在80%左右，在原拉拔工藝基礎(chǔ)上增加2個道次。通過10個道次的拉拔使得單道次壓塑率控制在17%以下。工藝改進(jìn)后，鋁包鋼線的強(qiáng)度在1 750～1 800 MPa之間，且在拉拔、復(fù)繞、絞合過程中很少出現(xiàn)斷線現(xiàn)象。

3 成品鋁包鋼線的性能

按照調(diào)整后的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)了兩種規(guī)格的高強(qiáng)度鋁包鋼線，其機(jī)械性能見表2。

另外，我們對特高強(qiáng)度鋁包鋼線做了金相顯微組織觀察，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

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)有一個良好的結(jié)合。

提高鋁包鋼線的抗拉強(qiáng)度必定會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］鄢國強(qiáng).金相檢驗［M］.上海:上?？茖W(xué)普及出版社，2003.

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

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