一种高导电率、高塑性铝镁硅合金单线、制备方法及应用与流程

本发明涉及铝镁硅合金线材，具体涉及一种高导电率、高塑性铝镁硅合金单线、制备方法及应用。

背景技术：

1、铝及铝合金凭借优异的综合性能与经济性，成为架空输电线路的主流导体材料。导电率直接决定输电损耗，材料强度则关系线路在覆冰、强风工况下的运行稳定性，二者是导线材料的关键指标。数据显示，导线导电率每提升0.1%iacs，即可实现显著的节电、降排效果。

2、当前商用铝镁硅合金导线普遍采用高镁高硅成分体系与多工序制备工艺，不仅难以兼顾高导电率与高塑性，力学、电学性能无法协同优化，且生产流程繁琐、成本偏高，无法满足高端输电线路的使用需求。

3、此外，随着我国特高压输电工程的迅速发展，输电导体材料不仅需要具备优异的强度和导电率，还必须满足延伸率的要求。这主要是因为特高压输电线路常常需跨越复杂的地理环境，杆塔之间的高度差异极大，且受强风影响较大，架空输电导线长期承受拉伸载荷。因此，要求导线具有较高的塑性，以防止在服役过程中由于塑性不足导致断裂。

4、铝镁硅合金因其良好的力学和电学性能，已广泛应用于架空输电领域。已有研究主要集中在优化铝镁硅合金的导电率和强度。研究人员普遍采用时效处理的方法，通过将铝镁硅合金中的固溶原子以纳米析出相的形式析出，从而提高合金的导电率和强度。

5、目前行业内主流铝镁硅合金单线，普遍采用偏高含量的镁、硅元素配比，辅以额外微量元素掺杂实现合金强化；制备工艺多采用熔炼、连铸连轧后，依次进行中间规格拉拔、半成品中间退火、二次拉拔成型，再配合短时人工时效的长流程制备路线，依靠晶粒细化与析出强化提升合金抗拉强度，通过时效处理使固溶原子析出，兼顾一定的导电性能，是当前输电用铝镁硅合金单线的常规技术思路。

6、然而，现有铝镁硅合金单线技术还存在明显技术短板：传统高镁、高硅合金成分体系，固溶合金元素含量高，对自由电子产生强烈散射作用，限制导电率进一步提升，同时高合金化形成的析出相易阻碍位错滑移，造成合金塑性偏低，难以实现强度、导电率与延伸塑性三者协同匹配。综上，现有铝镁硅合金单线在成分配比、杂质管控及制备工艺上存在固有局限，无法同时兼顾高导电率与高塑性的适配需求，亟需开发新的合金成分体系及简化制备工艺以解决上述技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高导电率、高塑性铝镁硅合金单线，解决现有传统高镁高硅合金体系难以兼顾导电率、强度与塑性协同匹配的技术问题。

2、本发明的目的是采取下述技术方案来实现的：

3、本发明提供了一种高导电率、高塑性铝镁硅合金单线，所述铝镁硅合金单线包括按质量百分比计的下述组分：

4、mg：0.3%~0.5%；

5、si：0.15%~0.25%；

6、la-ce混合稀土：0.15%~0.25%；

7、fe≤0.12%，zn＜0.02%，cu＜0.005%，cr＜0.003%，mn＜0.002%；

8、余量为al及不可避免的杂质元素。通过限定铝镁硅合金中mg、si、la-ce混合稀土、受控fe及微量杂质元素的质量百分比范围，能够降低固溶原子电子散射、细化晶粒并弥散析出纳米相，实现高导电率与高塑性协同兼顾。

9、可选地，所述铝镁硅合金单线直径为3.0~3.5mm，抗拉强度为242.9~262.1mpa，延伸率为14.6%~15.6%，导电率为59.7%~60.6% iacs。通过限定合金单线直径及对应的抗拉强度、延伸率、导电率参数区间，能够匹配架空输电导线绞合、架设及承载输电工况的力学与电学使用要求。

10、可选地，所述铝镁硅合金单线内部为微米级均匀晶粒组织，均匀晶粒组织中的铝基体内弥散分布纳米级析出相，纳米析出相与铝基体保持共格界面关系。通过限定合金内部微米级均匀晶粒及纳米析出相与铝基体共格的组织结构特征，能够减少晶界与相界面电子散射、提升位错滑移能力，同步保障高导电率和高延伸塑性。

11、基于同一发明构思，本发明还提供了一种高导电率、高塑性铝镁硅合金单线的制备方法，用于制备所述铝镁硅合金单线，包括以下步骤：

12、采用纯度99.7wt.%的工业纯铝锭在730~750℃的熔炼炉中熔化，得到铝液，其中，工业纯铝锭中包含受控残余元素fe；

13、向所述铝液中加入al-si中间合金、la-ce混合稀土及mg并搅拌，得到铝镁硅合金液；

14、对所述铝镁硅合金液进行连铸连轧，得到直径10.0~12.0mm的铝镁硅合金圆杆；

15、对所述铝镁硅合金圆杆进行一次冷拉拔，得到直径3.0~3.5mm的铝镁硅合金线坯；

16、对所述铝镁硅合金线坯在500~520℃进行高温短时热处理，得到高温短时热处理线坯；

17、对所述高温短时热处理线坯在190~210℃进行时效热处理，得到所述铝镁硅合金单线。通过熔炼-连铸连轧-一次冷拉拔-高温短时热处理-长时时效的五步短流程制备工艺，能够省去中间退火与二次拉拔，简化工序并稳定制得高导电高塑性合金单线。

18、可选地，所述向所述铝液中加入al-si中间合金、la-ce混合稀土及mg并搅拌，包括：

19、搅拌时间控制在30~60min。通过控制合金液加料后搅拌时间为30~60min，能够保证合金元素均匀熔混、避免成分偏析，提升合金批次性能一致性。

20、可选地，所述对所述铝镁硅合金液进行连铸连轧，包括：

21、将所述铝镁硅合金液以650~700℃的初始铸造温度倒入结晶轮式铸造机进行铸造，得到铸坯；

22、将所述铸坯放入三辊轧机进行连轧，随后水冷至室温。通过限定合金液650~700℃初始铸造温度及结晶轮铸造+三辊连轧后水冷工艺，能够保证合金液流动性、避免铸造缺陷，同时细化铸轧晶粒、提升圆杆致密度。

23、可选地，所述将所述铸坯放入三辊轧机进行连轧，包括：

24、所述铸坯进入所述三辊轧机的轧机口温度为450~480℃，铸坯经三辊轧机轧制后的温度为400~420℃。通过限定轧机口温度为450~480℃、轧制后温度为400~420℃的温度区间，能够保证铸坯顺利塑性变形不开裂，细化晶粒且避免晶粒粗大劣化性能。

25、可选地，所述对所述铝镁硅合金圆杆进行一次冷拉拔，包括：

26、一次冷拉拔时采用水溶性冷却液对铝镁硅合金圆杆进行冷却，控制铝镁硅合金圆杆在拉拔的过程中温度不超过60℃。通过一次冷拉拔采用水溶性冷却液并控制温度不超过60℃，能够降低拉拔摩擦温升、抑制位错过度累积，保护合金塑性不损伤。

27、可选地，所述对所述铝镁硅合金线坯在500~520℃进行高温短时热处理，包括：

28、将所述铝镁硅合金线坯在500~520℃保温5~10min，之后水冷至室温。通过限定500~520℃高温短时热处理、保温5~10min并水冷，能够实现冷拉拔位错充分回复、同时避免析出相粗化，平衡强度与延伸率。

29、可选地，所述对所述高温短时热处理线坯在190~210℃进行时效热处理，包括：

30、将所述高温短时热处理线坯在190~210℃保温48~72h，之后空冷至室温。通过限定190~210℃时效温度、保温48~72h并空冷，能够适配低镁硅成分析出动力学，调控析出相至近峰时效欠时效共格状态，匹配高导电率与高塑性。

31、基于同一发明构思，本发明还提供了一种镁硅合金单线，所述铝镁硅合金单线由所述制备方法制得。

32、基于同一发明构思，本发明还提供了所述镁硅合金单线的应用，所述镁硅合金单线用于架空输电。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

34、本发明提供的一种高导电率、高塑性铝镁硅合金单线，包括按质量百分比计的下述组分：mg：0.3%~0.5%；si：0.15%~0.25%；la-ce混合稀土：0.15%~0.25%；fe：≤0.12%，zn＜0.02%，cu＜0.005%，cr＜0.003%，mn＜0.002%；余量为al及不可避免的杂质元素。

35、本发明提供的高导电率、高塑性铝镁硅合金单线通过限定低镁硅成分配比，复配la-ce混合稀土，受控限定残余fe，同时严格约束zn、cu、cr、mn有害杂质元素上限，能够降低固溶合金原子对自由电子的散射作用，大幅提升合金导电率；借助la-ce混合稀土净化熔体、细化晶粒并调控纳米析出相均匀弥散分布；规避高含量fe形成粗大富集相及有害杂质生成脆性化合物的问题，减少基体割裂与塑性损伤；使合金内部形成微米级均匀晶粒+纳米析出相与铝基体共格的组织形貌，实现导电率、塑性与抗拉强度三者协同匹配，解决传统高镁高硅铝镁硅合金难以兼顾高导电率与高塑性的技术痛点，适配特高压大跨越、极端覆冰强风输电工况使用需求。

36、本发明提供的高导电率、高塑性铝镁硅合金单线的制备方法通过采用730~750℃精准熔炼并依次加料搅拌、特定温度区间连铸连轧制备合金圆杆、采用一次冷拉拔直接成型至成品、对成品单线进行高温短时热处理水冷、再经长时时效空冷，能够省去传统工艺中间拉拔、半成品退火、二次拉拔的冗长工序，形成短流程制备路线，简化生产工艺、降低能耗与制造成本、提升生产效率；低温一次冷拉拔避免变形热导致的位错过度累积，保护材料塑性；成品态高温短时热处理可实现冷拉拔高密度位错充分回复，同时抑制析出相粗化，平衡延伸率与强度；长时时效适配低镁硅低形核质点的析出动力学特征，精准调控析出相至近峰时效欠时效共格状态，在保证适中抗拉强度的前提下显著提升延伸率与导电率，克服现有技术一次冷拉拔后合金导电率、塑性大幅下降的缺陷，稳定产出高性能铝镁硅合金单线。