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        特高強(qiáng)度鋁包鋼線生產(chǎn)工藝研究

        2012-03-26 12:33:10宋志良周建華孫光進(jìn)吉鴻志周曉宏
        電線電纜 2012年5期
        關(guān)鍵詞:索氏體絞線包鋼

        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(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jí)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(jí)工業(yè)污染區(qū)的輸電線路。目前市場(chǎng)對(duì)鋁包鋼線的強(qiáng)度要求越來(lái)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(lái)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(shí),之前我們?cè)诠に嚿喜捎锰岣呖倝嚎s率的方法,來(lái)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(guò)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?cè)诓牧仙线x用82B高碳鋼盤(pán)條,使鋁包鋼強(qiáng)度得到很大的提升。通過(guò)大量試驗(yàn),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(pán)條中碳的含量對(duì)鋼絲強(qiáng)度的提高有很大的作用,我們對(duì)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(shí),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(dòng)0.01%,盤(pán)條的抗拉強(qiáng)度波動(dòng)10 MPa左右,按照85%總壓縮率計(jì)算,鋁包鋼線最終抗拉強(qiáng)度波動(dòng)20 MPa左右。

        國(guó)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(diǎn)在1 190℃,F(xiàn)eS和Fe的共晶體溶點(diǎn)在988℃。所以當(dāng)FeS在結(jié)晶時(shí)沿初生晶粒界析出,呈網(wǎng)狀時(shí),即會(huì)在熱加工時(shí),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(diǎn)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(cè)→入庫(kù)。

        決定鋁包鋼線質(zhì)量的關(guān)鍵工序?yàn)殇摻z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。現(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(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

        從試驗(yàn)結(jié)果看,在這幾組試驗(yàn)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(zhǎng)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(duì)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(wú)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(shí)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(jiàn)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(yàn)時(shí)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(guò)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(gè)道次。通過(guò)10個(gè)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(guò)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(jiàn)表2。

        另外,我們對(duì)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(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:上海科學(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??茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1987.

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