成 祥， 陸正榮， 周 鋒

(遠東電纜有限公司，江蘇宜興214257)

0 引言

隨著全國電力的高速發(fā)展，對線路輸電能力的要求越來越高。在國家提倡建設(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)方針的指導下，國內(nèi)各大線纜廠家積極探索新型架空導線。2011年3月，國家電網(wǎng)公司中國電力科學院根據(jù)試點線路工程特點，制訂下發(fā)了錫盟－南京1 000 kV交流特高壓工程用中強度全鋁合金絞線技術(shù)條件。該導線是一種全新型導線，整根導線全部采用中強度鋁合金線同心絞合而成，鋁合金單線同時起導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、無磁滯損耗、過載性能好、工程造價低和施工方便等優(yōu)點，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)導線技術(shù)條件試制中強度鋁合金絞線(以JLHA3－675－61為例)的過程，介紹該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計、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 導線技術(shù)要求

JLHA3－675－61導線的技術(shù)要求見表1，絞線的結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

表1 JLHA3－675－61導線技術(shù)參數(shù)表

1.2 中強度鋁合金單線技術(shù)要求

中強度鋁合金單線的技術(shù)要求見表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導線鋁合金單線(58.5%IACS)技術(shù)參數(shù)表

2 中強度鋁合金單線和導線的開發(fā)

目前，該類中強度鋁合金單錢和導線尚無IEC標準和國標。國內(nèi)也無工程應(yīng)用，這給試制工作帶來一定難度。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

根據(jù)對表2鋁合金單線性能的分析，并結(jié)合以往生產(chǎn)高強度鋁鎂硅產(chǎn)品和電纜用8000系列鋁合金導體的經(jīng)驗，初步設(shè)計了鋁－鎂、鋁－鎂－銅和非熱處理鋁－鎂－硅型三種合金體系。經(jīng)過幾爐次的試制，我們發(fā)現(xiàn)根據(jù)以上配方體系制造鋁合金單線，在滿足導電率和抗拉強度時，伸長率僅為1.6% ～2.6%，達不到3%要求。經(jīng)過大量研究和試驗后，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)

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

(1)合理的化學配方。由于鎂、硅、銅等元素對鋁合金線電阻率和抗拉強度影響非常大，通過多次試驗和分析，同時對鋁錠和中間合金錠快速熔化，采用直讀光譜進行爐前分析和化學成分調(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強化相均勻地分布在鋁合金中。同時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行晶粒細化處理。通過電磁攪拌均勻和去氣除渣后，我們在保溫爐內(nèi)5點取樣進行成分分析，將硅、鎂、銅等化學成分含量的絕對誤差控制在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，鋁合金液再通過雙級陶瓷過濾和在線雙轉(zhuǎn)子除氫，進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)晶時的過冷度非常重要。通過調(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強化相因溫度降低而過早析出，影響軋制效果和人工時效效果，我們在鑄錠入軋前采用工頻感應(yīng)加熱爐對鑄錠進行在線均質(zhì)化處理，使鑄錠在入軋時Mg2Si強化相分布均勻，同時也部分地消除了偏析等缺陷。

(4)單線拉制和人工時效。此次中強度鋁合金桿的拉線是在分電機非滑動式鋁合金大拉絲機上進行的。該拉絲機采用多電機變頻驅(qū)動，具有自動跟蹤功能。通過合理配模，使鋁合金線在拉絲過程變形均勻平穩(wěn)，無扭轉(zhuǎn)無滑動，保證了鋁合金線的電氣和機械性能。

為了使Mg2Si強化相析出，實現(xiàn)合金線高的機械性能和導電率，鋁合金線必須通過人工恒溫時效工藝。我公司鋁合金線材時效爐全長60 m，線盤在時效溫度下以固定速率在爐內(nèi)向前移動(軍工步進式)，這樣鋁合金線可以連續(xù)不斷進出爐體進行時效處理。該時效爐具有七段溫度控制系統(tǒng)，同時配組織觀察，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度和塑性。

表2 成品鋁包鋼線機械性能

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)的順利進行外，還使鋁包鋼線的抗拉強度與塑性指標有一個良好的結(jié)合。

提高鋁包鋼線的抗拉強度必定會影響鋼絲的塑性指標，如何在保證抗拉強度的前提下，進一步提高塑性指標是今后研究的方向。

［1］莊東漢.材料失效分析［M］.上海:華東理工大學出版社，2009.

［2］鄢國強.金相檢驗［M］.上海:上海科學普及出版社，2003.

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

［4］上海市機械制造工藝研究所主編.金屬分析技術(shù)［M］.上海:上?？茖W技術(shù)文獻出版社，1987.