第十篇 铝及铝合金线材生产技术及产品标准.pdf

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1、!第十篇铝及铝合金线材的生产加工技术与产品标准第一章铝及铝合金线材的生产加工技术第一节概述一、金属线材的概念先解释几个名词。线材，也称作“丝”，是细而长的必须盘绕起来的成卷或成盘供应的材料。国际标准（!#$%&(）的定义是：“成卷供应的拉制的实心产品”。棒材虽细，但长度有限，以“根”计。成卷拉制的空心产品为“盘管”，有时也叫做线材，如空心导线。金属线材是细而长且盘绕起来的金属材料，常冠以金属名称，如铜线、铝线、钢丝、铁丝等。有色金属线材是细而长且盘绕起来的有色金属材料。金属线材常指直径%)以下的材料。但也有粗的，例如，*+),的电车线相当直径$-.+)。故粗细不是线的唯一标准。金属线材的断面以

2、圆断面最广泛，也有非圆断面的，如扁的、方的以及异形的。一般整个断面为一种金属，但也可由几种金属组成，如铜包钢线等。线制品是以金属线为原料制成的物品。有（$）钉类：如铆钉、销钉、螺丝、顶杆、焊条等。（,）编织物类：如网、筛、窗纱、滤布、屏蔽套管和编织线等。（&）弯型类：如扣件、弹簧等。（）绞制类：如绞线、束线等。（+）其他：如漆包线、塑包线、电镀或热镀的线材等。$第一章铝及铝合金线材的生产加工技术有色金属线材在国民经济中是不可缺少的材料。!#$%!&年间，我国用作电线电缆导体的铜线和铝线，每年分别为&万(和)&万(左右，约占当年铜材和铝材的*&+和&+。!,年，增加到#*万(和*&万(，分别占铜

3、铝产量的一半和三分之一强，另外在电器、仪表、机械、结构、电光源、电真空、电子元件、日用五金、焊接等方面无不使用之。有色金属线材的品种繁多，用途各异。其品种、规格、质量要求、检验方法等均有规定。二、金属线材的生产方法由金属制成线材，常分作三步走：即制成锭坯，制成线杆，和制成线材。将金属在电炉或火焰炉中熔化并精炼后，铸成圆锭或方锭，或平铸成“线锭”，或连铸、半连铸制成锭坯。对于难熔金属（如钨、钼、钽、铌等）常用粉末冶金法压制并烧结成坯条。这都是第一步，制锭坯。第二步制线杆。制线杆的方法较多，早先使用自由锻造工艺，将锭坯逐火拔长而成。轧制工艺出现后，锻造逐渐被淘汰，但个别金属仍保留，如镍和镍合金的线

4、杆，常在轧制前先经锻造开坯。然而孔型轧制是当今制造线杆的主流，它适合于规模大，品种规格单一的工厂。一些装备有挤压机的工厂，用挤压法制线杆，它适合于牌号品种多、批量小的生产方式。跳过制锭坯，直接铸成线杆是一种流程短、投资少、上马快的方法，目前使用比较多的是：上引法（-./01(）和浸涂法（23.4567389）制作铜线杆，与水平连铸法制作黄铜线杆。对难熔金属，常用旋锻（1:09389）法将坯条拔长为线杆，但目前正逐渐被轧制取代。一般线杆直径为$%!&77，以可以柔软地盘绕起来为原则，但也应为成品线留有足够的冷变形量。细的线杆虽可减少后续拉制的工作量，但由锻，轧、或铸得到良好的表面，难度很大，从而

5、影响成品线的质量，故也不追求其过细的线杆。线杆自然越长越好，过去每捆几千克至几十千克的情况下，用对焊将前后两捆线杆的头尾对接，以增大重量和长度。现连铸或连铸连轧杆可以无限长，但限于运输能力和堆放场地，通常每捆重为几吨。第三步是制线。几乎所有的线材都由拉制（260:389）而成。然而铅锡焊丝则由挤压法一次制得。另外断面积较大的非硬态的线材，特别是非圆截面的线材，可以用挤压法直接制得。或将线杆用连续挤压法（/584567）制取。另外用平辊轧制的方法也可将圆线制成扁线。综上所述，制线过程可归纳为下图所示。制线的办法虽多，但具体落实就要考虑金属的加工性质、生产规模、投资额度、生产费用，以及其它条件。同

6、一产品，生产方法不同，其质量、生产指标和效益将都不)*!第十篇铝及铝合金线材的生产加工技术与产品标准同。故需仔细加以论证。图!#!#!线材的生产过程和加工方法三、线材粗细的表示方法线材粗细表示方法有三种：直径表示法，重量表示法和线号表示法。我国自解放以来，就采用直径表示法，以公制为基础，以毫米为计量单位。这是线材粗细极直观的表示方法。在线径很小，螺旋测微尺的精度不够时，使用重量表示法。一般以$%长的线段重量（%&）来计量。表!#!#!线号线径对照表，!%线号()*()+()线号!()*()+()!,-!./!0!/01.$!/1$0/2!./2!.!3-!/423!/!4!/,.$/43.2/

7、1!/1!.-!/330/33,!/10,$./,1./4!/4.,!$-0/$4,02/2.00/4,$3/,!4/,0/,0!2/$,$,2/$.2/4.4$,/3,31/,2/,2!1/.32!1/4$1/4$4/330/3,1/3,1!$4/,3.11/!1/$!3$1/.44/3!1/34!.,/2$1.4/3!4/,10$2/.$!/.14/.,4!3,/!203,/20.4/3,$0/$24/.3,/.!,3/4$!.,/.2,/,22./$,34/.!,/.,!43/!,33/211,/!,4.!/$42/$0,/$,3!1./44323/31!3/,1$.$/$!0/$13/

8、$0!2./$4.43/433/!0!./!102/$,3/$.!0$/043./4,2./1,0.3/!4!/$.3/!12!$/,22$./$,!./33.,/!3$4/$!./!$1.33!第一章铝及铝合金线材的生产加工技术!线号!#$#%#线号!#$#%#!&()*+,(-+.)(*+,).*(&/*(&-)*(&*!&(*00(.+(/.-)/*(&)&*(&/)!&)&(,/.()/(+&),*(&*/*(&0!&+&(./(*)(&*,)-*(*,-/*(&)!&0&(+0*&(,-&(,-+*(*/-*(&!&.&(-*-&(.&(.0&+&*(*/&*(&!&/&(&0*&(

9、+&(+/)+*(*.)*(&*!&,&(*)/&(&-&(+0+)*(*0.+*(*-&!&-*(-&.&(*&.&(*./+*(*0*(*,&*(,&,*(-&+*(,-+0*(*+/*(*/&英、美等国使用线号表示法，又称线规（1234 56754）。按*，&，)数码顺序表示，数码越大，线材越细。线规有多种体系，至今尚未统一，这与其产生、使用和演变的历史有关。)*年前轧制工艺尚未产生，而是使用锤锻生产线杆，测量工具也极粗糙，在这样的条件下，采用拉制的次数作为粗细的标志。*号为线杆的粗细，每拉一道次数码增加一号。因有众多“作坊”，都有各自的工艺，就造成了众多体系。这在交流和贸易中是极不方便

10、的。经过)*年的淘汰，法国以大革命的权威首先改制成功，但英国是“老大”帝国，美国是“自由”国家，都没有改成。现在尚存并使用的是!#（美国线规，也即%3819:$;63&列出了线号与公制直径的对照数据。由线号直径对照表可发现，美国线规!#的线径数列为一等比级数，其公比为&?&)，也即每一档次线材的断面面积相差&?.&倍，或*?/。这数据今后还有用。而别的线规无此规律。在英美等国，有色金属线材的粗细使用!#。第二节圆铝线及其生产输送电力是铝线最主要的用途，有统计近年我国电工用铝每年约+*万 A，占全国用铝量的&B)。除制作电线电缆的导电芯线外，还制作绞线与钢芯绞线，以装备电网。有统计，发电设备每增

11、容&万 C，需使用)*D)*A 铝线。+&第十篇铝及铝合金线材的生产加工技术与产品标准虽然铝的导电率仅为铜的!#左右，但比重只为铜的$%#，单价为铜的!&#(%#。因此在相同的导电率（西门子）下，虽然铝线的截面积要大)!*倍，然而导线的总重量只有铜的一半，因此原料费用仅为铜的+$左右。特别是我国铜资源缺乏，,(年进口金属铜达,%万-，外加,%万-矿砂。在此情况下，以铝代铜制作导电体在经济上是十分合算的，资源利用上也是合理的。但是与铜相比，铝的强度低，性软，接头电阻大，电极电位低，焊接有一定难度，故而在其设计、创造、敷设和使用中要有专门的措施。电工圆铝线、铝绞线和钢芯铝绞线的品种、尺寸、结构和技

12、术要求等见./$,&*，$,&和(,。电工圆铝线大都用连铸连轧制得线杆，再在 0 模或%模积蓄式拉线机上拉到指定直径。然后送绞线机绞制。还有一些非电工用的铝和铝合金线，如铆钉线、焊丝线、真空蒸镀用的高纯铝线等等，用量都不大，其线杆用挤压，轧制，甚至水平连铸的方法制得。一、铝线的导电率作为输电电网用的铝绞线或钢芯铝绞线，要将强大的电力通过它穿越山川和原野输向远方。导电率提高 个百分点，就能节约大量输电损耗。若电阻率由%)%1,%降到%)%101!*!221+2，则每%32 输电线路年节电可几十至%万度，十分可观，如表%4 4 1 所示。表%4 4 1每%32 输电线路的年节电量架空线线路电压（3

13、5）输电容量（67）89:!节电万 37;.?4$%A*&%4$;%.?4*%1%&%;,&$0;!*.?4$%11%&%4&0;%.?4 1*%*&%;,&1&;&%./$,&4 0$对电工用铝线的要求是，软态时1%)%10%!221+2，硬态下1%)%101!*!221+2。它们分别相当于!)&(&#和!)%$,#BC8D。为提高导电率，制造铝线需从选料、精炼、铸造、轧制、拉线和热处理等方面采取措施。二、选料,),#高纯铝的导电率约为!*)!#BC8D，对及格值有三个百分点的裕量。但其强度太低（*&6E=），来源也少，故不选用。按./+F,!4,$对原铝锭的要求列于表%4&*第一章铝及铝合

14、金线材的生产加工技术!。进口铝锭的成分列于表#$!#!%。二者比较，纯度同为&()的原铝锭，国产锭的硅含量$#$)左右，约为进口铝锭的#倍。而分析结果表明，国产铝锭的（*+,-.,/,01）总和，一般都不大于$#)，而进口铝则超过$#)，甚至超过$2)。表#$!#!3450#&6!&重熔铝锭杂质允许含量，)牌号杂质允许含量（不大于），)7891-:3;*&?A$?#2$?$?$A$?$?$?$#A$?#A红色二横=&?$?#A$?#$?$#$?$?$?$2$?2$红色一横=&?($?2$?#$?$#$?$?$?$?$红色一竖=&?6$?2A$?#$?$#$?$?$?$?%$红色二竖=&?A$?

15、$?2A$?$2$?$?$A$?$?A$红色三竖=&?$?A$?%A$?$2$?$A$?$A$?$A#?$红色四竖表#$!#!%进口铝锭化学成分，)=78)91)-:)01BBC/BBC*+BBC-.BBC01,-.,/,*+BBC加拿大&?($?#6$?$%AD$?$%E$?$A%6D%&#$D#2$2$D2#AD2$#D22#法国&?($?#6$?$AE$?$A2($222#A2瑞典&?($?#6D$?#&$?$D$?$6E$?$AA#%(6#2(图#$!#!2铝的电阻率6%#第十篇铝及铝合金线材的生产加工技术与产品标准各种杂质元素对铝电阻的影响，如图!#!#$所示。竖坐标为!$，横坐标为

16、杂质的含量。由图可见其影响皆呈直线关系（个别直线有转折点），各线的起点为%$&()$*)，相当于&+%,-./012。他考察了($种元素的影响，从直线斜率的大小可分作三类，即斜率大于!)$*)34.者，可称为有严重影响的杂质，它们是 56、16、78、9、:;、；斜率处于!?!者，可称为有影响杂质，它们是 7、2;、1A、0 和 BC；其它可称次要杂质，其斜率皆小于!。现将能在铝中出现的杂质项列于表!#!#，由表可见，这些对导电率有严重影响或有影响的杂质，正是$、(、&系铝合金及 0D#E;合金的主成分，和改善组织和性能的掺杂元素。因而若要在铝合金加工厂制造电工铝时，管理和用料务必慎重从事。表

17、!#!#铝电阻率!$F!G#中的!值和 值电阻率!$，)$*)；杂质浓度$，34.；!：截距 H!#$，)$*)；：斜率 H!#+，)$*)34.杂质硬态，!F,I.固溶性!软态，(&J$+K退火固溶性!淬火态，+*J(L水淬固溶性!M不可$N&-!-N,不可$N&(!(N$不可，J$N&I!N1A可$N&-(N-可$N&(N&可，J$N&I$,N-E;可$N&-(I$N(可$N&(&IN可，+J$N&I(&N-7可$N&-&N$可$N&(NI可，+J$N&IN,:;不可$N&-$-N+不可$N&($-N不可，J$N&I$-+N$9不可$N&-(!,N$不可$N&($N&不可，J$N&I(N1

18、6ON(!.$N&-+!,N,ON$,.$N&(+$!NON($.，J$N&I+!+N&PN(!.$N,$,($NPN$,.$N-I&(+NPN($.，J$NI&$I(-!NBCON!&.$N&-NONI.$N&(-NON$!.，J$N&I-NPN!&.$N&-!$N-PNI.$N&-$,N(PN$!.，J$N&I$!N$78ON!.$N&-(!$N+ON,.$N&(&NON!-.，J$N&I$,$N,PN!.$NI,-&$!N,PN,.$NI-(&!&!NPN!-.，J$N-+I!,(N(2;ON!.$N&-+$N&ON!+$N&(!N&ON-!.J$N&I&$N-PN!.$NI$II+N!

19、PN!+$NI$!(N,PN-!，J(N!(!$+N56ON(!.$N&-+$NON(!$N&(+NON(I.，J$N&I+($NPN(!.$NI-$&!(N(PN(!$NI&I-&NIPN(I.J$NI-,!N-可：可固溶；不可：不可固溶在杂质共存时，7#$%&()*等提出了如下计算式：!$F%$&+G NI2;G%IBC G%+（:;G 9 G G 16 G 78）（)$*)）日本轻金属公司也提出：/012 F&+%&#!N!-2;#&%-+BC#$%,$1A G-%$&$M#%I+,+=，.这样在纯铝的牌号系列中设置了电导体专用的所谓 Q1 铝（QDCR46;R 1S8AR4S6）。其纯

20、度或,%.或,%I.，仍属普铝范畴，但其杂质 2;、78、16、9、:;需严加限制。表I+!第一章铝及铝合金线材的生产加工技术!#!#$是%&()!*#*$“变形铝和铝合金化学成分”中两个+,铝（!)-和!).）与相应等级纯铝的对比。表!#!#$%&()!*中导电铝与相应纯铝中杂质允许含量之对比牌号杂质含量（不大于），/其它0123,4565786,9(3单个 合计!.:;-:;:):):#:):)!.=:;-:;:):):):.#:):)!).:;-:!:;:!:;:?(3）:;%:)&:;:;:!-:;-:-:-:-:-:):)!-=:;-:-:-:-:.:-:)!=-:):):-:-:)

21、:)!)-:?(3）:;%:)&:-:):!三、熔炼与铸造硼化处理，当 56、,9、(3 四元素总量超过 A!/时，即应采用硼化处理，以降低电阻。但其含量过高时硼化处理亦无济于事，故标准规定四元素总量不得大于A/，最好不大于 A)/。硼化处理采用纯度不少于*./氟硼酸钾，每吨铝水用;A;-B7 左右。也可用含硼;A-/C)A-/的铝硼合金。在.)C.D并除净浮渣后将其压入铝水，均匀而缓慢地搅动)C-E36，使其反应完全。硼化处理后仍然要用!F和;F熔剂复盖，除气和清渣，硼化处理后最终硬拉铝线的导电率（G=,2），由原不足$!/，提高约 A$C A.个百分点，合格并稍有裕量。稀土处理：稀土处理是

22、提高国产普铝（含硅 A!)/）导电率的重要措施，是我国H 年代的发明，为电线电缆行业大量采用国产普铝解决了难题。所谓稀土处理就是在铝水中加入适量的混合稀土（纯度*H/以上，其中含铈大于-/），或铝#稀土中间合金，亦可使用铝厂提供的稀土铝。稀土处理后的硬态铝线，其导电率可达$!A*/G=,2。比不处理的纯铝硬线（$!A;/）高出 A.个百分点，其所以有如此良好效果，化学成分上的原因在于：稀土与硅优先作用，成为化合物，脱离基体，使固溶于基体中的硅贫化。用!光衍射测得，在稀土处理后，铝的点阵常数增大。这是因为硅的原子比铝小，固溶体中硅的贫化，造成点阵常数增大。用!光衍射还发现，稀土H!第十篇铝及铝合

23、金线材的生产加工技术与产品标准处理后的铝，除原有!#$%（!&#$()）峰和!)&)#$*峰外，新增加三个峰，其中一个已鉴定为+,&%的（)-）面衍射峰，或是+&相的（()-）峰，另二个尚待鉴别。另外，用能谱半定量测出杂质相中的含硅量，由纯铝时的).%(/0).,1/，稀土处理后增加到%.%2/0 3.23/。这些都认为是基体纯化，使导电率提高的证明。精炼，铝线中的夹杂物和气体减少了通过电流的截面积，从而增大电阻。因此，除渣、除气和过滤等作业都是十分重要的。将干燥的氮气通过电磁流槽底部的透气砖渗出上浮，对铝水作在线精炼，而后用玻璃丝布过滤和吸附铝水中的夹杂物和铝灰。这种铝水做成铝线后的导电率如

24、表(-4(4 2 和图(-4(4%所示，因此可见，数据有不同程度的提高或集中。表(-4(4 2精炼对铝线导电率的影响组处理方法铝的成分，/!&（5 6 76+8 6 9:）;#+&/(未处理-.(21-.-*-.-*3(.32通氮处理-.(21-.-*-43(.31)未处理-.(=1-.-2=343(.,%过滤-.(=,-.-2%-43(.2)%未处理-.(=-.-2=143(.*1通氮加过滤-.(=-.-2=-43).-=未处理-.(=-.-*-.-*13(.2)通氮加电磁流槽-.(=-.-*-.-*13(.*,未处理-.(,-.-*-.-*3(.1%通氮、过滤、电磁流槽-.(,-.-*-.

25、-*3).-(图(-4(4%铝水过滤前后的导电率图(-4(4=铝水通氮加过滤前后的导电率*=(第一章铝及铝合金线材的生产加工技术精炼也降低拉制时的断线率，特别是!#$及以下的线。可以想像若在!%$的铝线中有!#$的夹杂物，则铝基体相连的面积只剩下&#，怎能不断！精炼使!(!至!&%$铝线的断线率由#)!次*+降低到#,!-次*+，它们的单长分别为&%#-和!).$*+（实际上因表面质量和其它人为因素断线率为,/-次*+，比#,!-次*+高,&倍）。精炼处理后可见夹杂物的数目见表,#0,0 1。表,#0,0 1精炼去杂物效果处理方法取样个可见夹杂物（个）,2!$!2($未处理!(!,&过滤,%!

26、(未处理)/,通氮,#(#未处理,1(电磁流槽,#未处理(&(!(联合处理,-#四、铝线的强度铝的缺点之一就是强度太低，特硬状态下的普铝也仅!#345 稍过。强度过小就限制了电线支点之间距，作为输电电网用的架空导线，就需要更多更高的铁架塔杆，增大了建设投资。铝的强度与纯度有关，如图,#0,0-所示。即使是)的,#纯铝其软态强度虽有)#345，然而其导电率仅-)6789，达不到标准要求。导电铝采用纯度为)-2)/的普铝，再处理成导电铝，能满足强度和导电的双重要求。图,#0,0-铝的强度与纯度的关系#-&,第十篇铝及铝合金线材的生产加工技术与产品标准目前，提高铝线强度的方法有四：控制铁含量，强冷作

27、硬化，采用铝合金线和使用复合线如钢芯铝绞线，或铝包钢线，或铝包钢绞线。铁能提高铝的强度（幅度较大），但降低导电率（幅度较小）。铁又吸收铝中的硅，形成!#$%#&化合物，可避免铸锭热裂。传统要求!($%)*+,，因此铝中$%高，必将导致!-$%总量的提高，这导致导电率大幅度降低。现在使用稀土处理，铝中硅进入稀土化合物，热裂的敏感性降低，故!($%比可减小，而不受*.,的约束。这样!可专心致力于调节强度。标准规定导电铝中铁含量不允许大于/+01，实际要低些。表*/#*#2 是!0+0344 稀土处理的铝线，铁含量与强度的关系，测得其导电率为 5*+516&7$，而国标要求为 5*16&7$。表*/

28、#*#20+0344 稀土铝线铁含量与强度的关系!，1/./20/.*/.*08/.095!:，;.3*8.0*20.*?,299#,要求 0.0344AB2 状态下的铝线强度应不小于*/;+31，有时感到变形量不足，强度上不去。故标准规定了有 3 种不同硬度状态的铝杆供选用，如表*/#*#*/所示，常用 E3 状态。这就要求线杆的终轧温度在 0/D,0/F之间。图*/#*#*/电工圆铝杆的型号和性能要求（?,293#,）型号状态代号拉拉强度G(440伸长率，1不小于0/，#440(4不大于AH5/D/09/./0899A0E0/D*/03/./089A3E329 D*,/*0/./0/*A5

29、E5*9 D*38/./0/*（0）热效应和温度的影响：变形热效应引起工件升温，这对强度和导电率都有影响。在连续拉制的最后几道次，拉速超过*/4(I，道次变形量在 091 D,/1的情况下，变形速率达到*/,至*/3I#*，超过了通常的轧制和挤压。虽然无法测到温度能冲到多高（可看成绝热过程），但温降速度有快慢，这就影响了线材的性能。冷变形使强度提高和导电率降低，但温升使二者恢复。导电率回升是好事，但过高的温度使铝线再结晶而强度降低，他们发生的前后不同，温降的快慢造成导电回升与强度降低的程度不同，因而要寻求最恰当的工艺，使强度既不降低，而导电率又充分回升。有下面几个例子给予说明。*93*第一章铝

30、及铝合金线材的生产加工技术图!#!#$%&(线退火温度与导电率的关系用 同 一 捆 强 度 为)*)!+,-，直径为!./011 的铝线杆，在同一台十模积蓄式连续拉线机上，用相同的拉速，通过!个 道 次 将 线 杆 拉 成!.211 的线材。按二种方案配模：!./0!3.44!$.2!0.0!/.$!4.32!4.55!5.3!5.4!.)0!.2；!./0!3.5)!$./0!0./!/.!$!4.5)!5.2/!5.43!5.$!.3$!.2，总变形量都是)2./6。第一方案拉了八盘，强度由线杆时的)+,-，逐步增高到最后的!34+,-。第二方案拉了六盘，强度由)!+,-增高到 55+,-

31、。其所以造成这样的差异，是因为第二方案的最后三道，变形量各降低了!个百分点，温升有所减弱。第二个例子是稀土处理的和非处理的).011 线杆各 5/捆，经过相同的 3 个道次以!.20178 的出线速度拉制 5.$11 铝线。其配模为：).0!2.)!$9$/!0.$!/.22!/.0!4.0!5.)/!5.$11，然后分别测导电率，结果如表!#!#!所示。由数据可见：因冷变形造成的导电率损失，稀土未处理和处理的分别为./0 和.$个百分点。后者近乎为，这对于有)5.06变形量的铝线似乎是不相容的。分析其原因，可能变形热效应的温升（测得线温!*!5:）使铝线发生了回复降低了电阻，而稀土铝的基体较

32、纯，因而回复较为完全之故。现有纯铝的退火温度与导电率的变化曲线（图!#!#$），可惜没有找到稀土处理导电铝的相应曲线，故无法对照。表!#!#!线与线杆的导电率，;&6项目未处理的线杆铝线稀土处理的线杆铝线测试平均值$!.$0$!.5$!.)0$!.3)国标要求值：$!.00$!.$!.00$!.温度与时间对铝杆也同样起作用。测得两捆连铸连轧铝杆表里的强度不同，如图!#!#2 所示。显然这与温降快慢和终轧温度有关。为此又做了模拟试验：对终轧温度为 4*45:的).011 铝杆（=/状态），切取试件进行处理，测量处理前后的性能。结果如表!#!#!5 所示。50/!第十篇铝及铝合金线材的生产加工技术

33、与产品标准表!#!#!$处理前后铝杆性能对比号处理条件导电率，%&()前后强度!*，+,-前后延伸率，%前后备注!./0/12/3 水冷4!2564$7!85.7/497/$7$67/$841$.3炉冷4!7994$29!87447/!47/8/78841/3空冷4!74$748557967/!57$57.84183空冷475$4$7.592947/$7$2/841!3空冷47994$2$547/967/!/7!62/4$91$3空冷4!7/!4!766!7/567!97!97/6$81$3空冷4!7$/4!2/9!2!7!$7/!47/9!91$3空冷4!7$4!749!87/597#!/7

34、#粗黑字体者为不及格$第!、$号试件含):75#7!%含;75#7!%其它试 件 含):7!#7!%;7!$#7!4%图!#!#6铝线杆捆内不同部位处的强度，+,-由数据可见，在 8 0 8$1终轧，可得到=.态的铝杆，其强度及格而导电率则处于二可之间，现用 841保温处理以模拟 841终轧后缓冷，结果导电变为合格。但强度却不合格了，再以$9 0!91保温处理模拟 81终轧缓冷，结果二者皆合格。看来紧密缠绕且缓冷的工艺是有好处的。另外，由相图可知):和;在铝中的最大固溶量分别是!24/%和 2/$%，但室温下却几乎是完全不固溶。故让线杆缓冷，使其充分析出，对导电率也是有好处的。有试验：将 55

35、26%的纯铝（):!2!8%;!2!4%（;):）!2$4%），在/.1固溶处理后，导电率为 4!2/6/%&()，再.1时效!/?:，导电率升到最高点 482$6%，若8/1时效则 8?:后导电率稳定在 4$245/%，若$/1时效则需 43 导电率才稳定，为 4$2.46%。证明高温终轧并快冷对导电率是不利的，而轧后缓冷是有利的。以上种种说明，纯铝加工硬化作业中也有许多细节要加注意，变形温度、速度和程度是一个方面，而线捆大小和缠绕松紧都有影响。五、导电铝合金线纯铝线加工硬化的缺点之一是热稳定性问题，即在工作温度下长期运行后线的8/.!第一章铝及铝合金线材的生产加工技术强度降低，如表!#!#

36、!$所示。因此要限制线的温升（即限制通过的电流），为此对输送强大电力的架空输电网，在冬、夏、风、雪、晴、雨等不同气候和散热条件下，有不同的运行方案。而在工作温度下强度逐渐损失的原因，完全在于冷加工使位错密度升高，内能增大使之处于非稳定状态所致，但若对纯铝进行稳定化退火则引起强度的迅速降低些，亦非所愿，合金化能提高金属的强度，于是就有了三种导电铝合金线：%&#(合金线：含镁)*+左右的,号合金。它软态强度!-./0，1!*和 1$*状态可达-/0，它可作稳定化处理（即 1$*状态），但导电率为,-+2%34，控制 45、36、7等杂质含量后，可稍有提高。表!#!#!$铝线在工作温度下的强度损失，

37、+工厂导体直径原强度/08 9!:下-.;!;!;*9!:-.;!;!;处理$)-!?*)?#)?#!)-#!)8#)?#)?#!)83 铝$)-!8!),#!)!#!)!#!)!#!)!#!)!#!)!=处理-),!)#!)!#!)#-)3 铝-),!*!)$#!)!#),#!)!%&#(#45 合金线：如?!和?-!（它们分别含(和 45，),+和),+与)?,+和)?+），我国还有%&#(#45#=A 合金。它们是将(-45 相固溶和沉淀来提高强度的，若!$-:时效!;，强度稳定在$?/0，导电率稍超过,-),+。与 3 纯铝线比，强度由-/0 提高到$?/0，增*+，而导电率由?-),

38、+降到,-),+，减!?+。但把导线截面积增大!?+，则整体电阻不增高，经济上也是合算的，故有铝绞线变为铝合金绞线的趋势，特别在大跨越架空线上使用。图!#!#*锆含量与%&性质的关系%&#BA 系导电铝合金线有*8?（)*BA，)!-(），*!8?（)?,BA）或 4CDA6E=（),BA，),3F）等。它们的特点是导电率达?!+2%34，但强度只有!-G!,/0，但延伸率好，为-,+G$+。他们是依靠第二相金属化合物的氵弥散分布使亚晶结构稳定化来提高强度的。因为BA、3F 等元素在%&中的溶解度小，因此，他们对导电率的降低不多，但又生成许多氵弥散第二相，提高强度。因此，他们应在大变形量之后进

39、行-$:左右的回复处理，此时具有最好的综合性能。这类导线还可作为布电线使用。%&#H6 系导电铝合金线：3 铝线因其热稳定性较差，故规定最高工作温度为:，但用电量的增大常使线路电流超载，就要.,.!第十篇铝及铝合金线材的生产加工技术与产品标准求使用耐热性更好的导线。发现锆能提高铝的软化和再结晶温度（图!#!#$），但又降低导电率不多。通过实验（表!#!#!%）认为它适合于!&以下连续工作，其导电率为()*+,-，故适用于双回路供电中，当某一回路有事故，而另一回路超载运行，此时导线也不致损环。推测常温下锆基本不溶于铝（与./相类似），为不影响导电率，应让其充分析出为好。以铝导电以钢承力的钢0铝复

40、合线，也是提高铝线强度的通用方法。它们有铝包钢单线和钢芯铝绞线两种基本类型。派生的有钢芯铝合金绞线，铝包钢芯铝绞线，钢芯铝包钢绞线等等。表!#!#!%强度降低率)的对比合金温度强度降低率，)&1!121+3#45 硬线!&!$6!72678!67&!7$278!&7(67!(76!87$9,硬线8!&6676!:7&2%7867:!8782:7&7%627:%72注：原始强度：+3#45 线为!$;=；,9 线为!$6;=铝性软，电极电位低，易于氧化，固而作为电线时，其接头性能不好。接头处易电化腐蚀、松弛和氧化，使接头电阻增大，温升而影响安全。冷压接技术对大断面铝线的连接是可靠的，但对于细线的

41、中间及端头连结（包括与电设备的连接）却可靠性较低，因而，目前细铝线的用量还较少。第三节铝包钢丝、绞线及其生产铝包钢丝是以钢丝作为芯线，在外面包覆铝层的一种钢#铝双金属复合新型材料。铝包钢绞线是用多根铝包钢丝按一定规则绞制而成的同心裸导线。铝包钢丝及铝包钢绞线，既具有钢材的良好强度、塑性和弹性性能，又具有铝材良好的耐腐蚀性、导电性、对电磁的屏蔽性及重量轻、散热好等优点，而且在铝包钢丝的热加工生产过程中形成的铝#铁共渗体层，使铝包钢丝具有较好的热稳定性能。从 6 世纪&年代起，世界发达国家开始研制开发和应用铝包钢丝及绞线产品，&%!第一章铝及铝合金线材的生产加工技术由于其优良的性能和具有节材、节能

42、、高效的社会效益优势，现在已被世界各国广泛用于广播通讯、电力输送、电气化铁路、海底电缆、光纤电缆制造和交通、建筑、渔业的围栏制造等国民经济的各个领域，已成为镀锌钢丝、镀锌钢绞线、铜包钢丝等产品在高性能领域应用的一种更新换代产品。我国从!世纪#年代开始研制生产铝包钢丝产品，以后又引进国外的技术装备和技术软件，现在每年生产能力已达$万%，产品质量达到世界当代先进水平，不仅在国内使用，并已销售到国外市场。一、概述（一）铝包钢丝及绞线的分类铝包钢丝（国际上简称&或&(或&)线，中国代号*+,或*+）和铝包钢绞线（国际上简称为&或(-&(，中国代号为*+,.或.*+），按照不同的分类方式可将铝包钢丝和绞

43、线分成许多品种。/0铝包钢丝的分类（/）按断面形状分类。可以分为圆形铝包钢丝和异型断面（如扇形、椭圆形和电车滑道线等）铝包钢丝（图/1/1 2）。图/1/1 2铝包钢丝断面形状/钢丝；!包覆铝层（!）按铝层厚度分类。镀锌钢丝、镀铝钢丝、镀锌 1 铝合金钢丝等镀层钢丝的镀层较薄，一般都在 3/44 以下。铝包钢丝的铝包覆层较厚，铝层愈厚导电性能愈好，防腐蚀能力也愈强。按用户使用时对导电性能要求和对铝包钢丝的物理性能其他要求，可以制造不同包铝的厚度和通过选择钢丝的钢种、规格等做成不同性能的铝包钢丝。铝包钢丝的铝层厚度一般都在 3/5 6 3244 范围。为了规范设计和方便应用，规定了铝包钢丝的导电

44、率（代号 7&(），作为不同规格铝包钢丝的铝层厚度。铝包钢丝导电率是指国际退火铜标准（7&(标准）规定的电阻率对相同单位铝包钢丝电阻率之比乘以/8。如某一单位铝包钢丝的电阻率仅是国际退火铜标准所规定的相同铜丝电阻率的!$8，我们称此铝包钢丝为!$8 7&(导电率，简写作!$&(铝包钢丝。表/1/1/5 列出几组不同导电率铝包钢丝的铝层厚度。95:/第十篇铝及铝合金线材的生产加工技术与产品标准表!#!#!$铝包钢丝的铝层厚度导电率组别公称直径%&铝层平均厚度%&铝及钢在横断面所占大致比例%铝钢()*(+,+!-.+(+(/+(0($0$(.)*(+,+(!.+(+(,/+.0(0)*(+,+(0

45、.+(+./+/!.0,.)*(+,+.(.+(+.1/+/1/.$0.)*(+,+.-.+(+/0/+$1$/)*(+0$+$.+(+,!/+00,(.-（.）按铝包钢丝的钢丝芯线化学成分分类。铝包钢丝的钢丝芯线材质可分为高碳钢丝和低碳钢丝。高碳钢丝的铝包钢丝通常选用含碳量 2,$3 20$的优质碳素结构钢制造；低碳钢铝包钢丝一般选用含碳量在 2(以下碳素结构钢制造。(+铝包钢绞线分类（!）按结构分类。铝包钢绞线的结构有!4.、!4 0、!4!1、!4.0 和!4,!等结构。（(）按捻向分类。铝包钢绞线可采用左捻（5）或右捻（6）。最外层绞向一般为右向捻，内层钢丝的绞向应与相邻外层钢丝的捻向

46、相反。（.）按绞制材料品种分类，见图!#!#!。铝包钢绞线：在绞线中所使用的材料全部是铝包钢丝；铝包钢芯铝绞线：在绞线中所使用材料有铝包钢丝，也有铝丝（或铝合金丝）。0$/!第一章铝及铝合金线材的生产加工技术图!#!#!铝包钢绞线!铝包钢丝；$铝丝（或铝合金丝）（二）铝包钢丝及绞线的性能特点铝包钢综合了钢和铝的性能优点而构成一种新型金属材料，它不仅弥补了钢材耐腐蚀性差和铝材强度低的不足，而且还赋予了这种材料以新的特性。!%耐腐蚀和热稳定性好铝包钢丝采用热挤压包覆工艺生产，在钢丝外层有较厚铝层包覆，这样不仅有铁铝合金层，使钢基具有良好的热稳定性，而且铝在空气中生成的氧化铝表面膜层是一种耐大气腐蚀

47、性能的优良材料，保护钢基免受氧化。铝包钢丝耐大气腐蚀性是厚镀锌层镀锌钢丝的&(倍，还具有优异的耐)*$、+$)、,*和-*$等工业大气腐蚀的性能。铝包钢芯铝绞线比钢芯铝绞线的耐腐蚀性好，除因钢丝表面镀层的铝比锌耐腐性好以外，还因为在钢芯铝绞线中，内层是镀锌钢丝，外层是铝丝，由于锌与铝的电位价不一，在雨露潮湿的大气中，两种金属之间接触会产生微电池作用使锌层腐蚀。如果镀锌层有针状和块状露铁，或者在挂线中受自然振动等机械作用使锌层被损害露铁，由于阴极保护作用，镀锌层更容易在微电池作用下被腐蚀掉，而使钢基暴露，逐步腐蚀，降低钢芯铝绞线使用寿命。而铝包钢芯铝绞线就不同，内外层都是铝金属接触，就没有微电池

48、的电解腐蚀作用。铝包钢丝由于有铁铝合金层，其耐热性能可是普通碳钢的数十倍。试验表明：铝包钢丝加热到./时，其抗拉强度值比在常温时试验值降低.012；在&/时仅降低&03(2，试样冷却后基本可以恢复到常温状态强度（平均只降低 01(2）。这说明铝包钢丝的热稳定性（单丝耐温值）较好。导线的热稳定特性对于野外架空线路比较重要，一是有的地区昼夜和冬夏气温温差大，热稳定性好的导线强度不会有较大变化；二是在线路遇到落雷、故障短路或短时超负荷送电等情况，因相间电流不平衡、电磁感应电流瞬时加大等原因，导线会在短时间升温，这时导线不会因温升而使强度急剧降低发生断线等事故。从实验得知，使用铝包钢绞线，线路即使在短

49、时（几秒钟）升温到&/，强度值变化很小，线路也会是安全的。而镀锌钢绞线一般安全热稳定温度在!1/左右。41.!第十篇铝及铝合金线材的生产加工技术与产品标准!导电性能和高频信号传输性能好铝具有良好的导电性（电阻率!#$%$!&!(），是制造电线、电缆的好材料。铝包钢丝可以作成!$%)*+,$*-./0 的导电率，而镀锌钢丝的导电率仅为 1*-./0，因此铝包钢丝的导电性能可比相同规格镀锌钢丝的导电性能好!+,倍。相同规格的铝包钢芯铝绞线可以比钢芯铝绞线的导电率提高&*+2*。由于铝包钢丝有良好的导电性能，因此用铝包钢绞线代替镀锌钢绞线、钢芯铝绞线作导线、地线，可以大大地降低输电线路的电阻损失，节

50、约能源，提高输电效率。铝包钢丝在用于高频信号传输时（如广播、通讯等），由于钢丝表面包覆着导电性良好的铝层，会产生“集肤效应”，使用频率可扩展到!$345，与使用镀锌钢丝作传输线相比较提高了,倍，高频信号传输衰耗大大减少，一条线路可同时开通!$多个频道。传输效果可以从丙级上升到甲级。因此在同样的通讯条件下，选用铝包钢丝比选用镀锌钢丝可以增加开通频道数量，加长信号传输距离，减少线路中增音站数量，提高通讯质量和经济效益。)电磁屏蔽和散热效果好高压输电线在电流传输时会产生很强的磁场，造成电力线附近通讯线的电力磁场危险影响。输电线路越长，在全线与通讯线路交叉跨越或平行接近传输的情况也会越多，特别是在输电