耐熱鋁合金導線的發展和應用

摘要：介紹了耐熱鋁合金導線的特點，生產工藝及應用情況，同時指出了研發新型耐熱鋁合金導線需注意的技術問題。

關鍵詞：耐熱鋁合金 高強度 高導電率

0 引言

應用研究表明[1，2]，采用耐熱鋁合金導線的新建線路既可以大幅增加線路的輸送容量，同時較普通導線線路可以節省5%～8%的投資。由于耐熱鋁合金導線在超高壓線路和大跨越線路上運行效果良好，因此其已經被廣泛采用。使用較為廣泛的耐熱鋁合金導線按導電率分主要有58%、60%、55%IACS等幾檔[3]。

1 耐熱鋁合金生產工藝

目前，耐熱鋁合金導線的生產主要采用連鑄連軋技術。生產工藝如下：①選料：材料的Al含量應該大于99.5%。②添加合金元素：Zr元素可以細化晶粒，提高合金的抗蠕變性能[4]和力學性能等[5，6]，但會降低導電率；Ti元素可細化晶粒；Fe、Mg、Si等元素可提高合金強度。③澆注工藝：為去除雜質，鋁液在進入澆包前需進行過濾[7]。澆注時需調整冷卻方式和鑄造速度以獲得均勻的組織，防治縮孔、開裂、冷隔等鑄造缺陷[8]。④均勻化處理：為使導線獲得高強度、強耐熱性和高電導率[9]，Zr需以ZrAl3彌散質點均勻的分布在晶粒內部。⑤軋制：通過軋制使金屬的形狀、尺寸和性能發生改變[10]。⑥拉制：軋制鋁合金線材經過模具，使其長度增大、截面積減小的拉伸加工過程[11]。⑦人工時效處理：時效處理可以提高合金的強度和導電率[12]，同時析出適量的第二相，可以有效地增加蠕變裂紋擴展抗力[13]。⑧絞制：通過盤式或籠式絞線機將多根耐熱鋁合金單線與鋼芯（鋼絞線）絞制成鋼芯耐熱鋁合金導線。

2 生產耐熱鋁合金導線的技術問題

2.1 添加Zr對導電率的影響。添加Zr會降低合金的導電率，因此為了提高導電率，應采用適當的熱工藝使使Zr以Al3Zr析出質點的形式存在，減少α（Al）固溶體。

2.2 導線的蠕變。蠕變是通過晶內切變、位錯運動和遷動實現的。在導線的生產工藝中，采用熱處理工藝除了可以提高其強度、導電率、耐熱性外，還可以提高其抗蠕變性能。

2.3 導線運行溫度與弧垂。雖然添加適量的Zr提高了提高導線的耐熱性（運行溫度），但運行溫度越高電阻和導線的弧垂越大，會增加桿塔的高度和數量，會帶來經濟損失。使用高強度的殷鋼做芯線可以降低其弧垂。

2.4 Zr在Al中的存在形式。Zr的添加對耐熱鋁合金導線的導電率、強度和耐熱性等性能都有決定性影響。亞穩B’（Al3Zr）是一種極為有效的強化彌散體和再結晶抑制劑，其與母相失配率只0.8%，因此應對合金進行合適的均勻化處理，使Al3Zr質點分布均勻以提高合金的強度和耐熱性。

3 耐熱鋁合金導線的發展和應用

鋁合金導線于上世紀20年代，率先應用于美國、瑞士的高壓輸電線路。由于鋁合金導線的技術性能優越，運行效果良好，特別是在超高壓線路和大跨越線路上使用效果更好，因而逐漸被世界各國廣泛采用。隨著電力需求的不斷增大，美國、瑞士、法國等發達國家使用廣泛的使用耐熱鋁合金導線進行輸電。日本耐熱鋁合金導線的使用量更是已經達到了輸電線路總長的70%，東南亞地區在近20年來對其使用量增長迅速。

我國耐熱鋁合金導線發展與西方國家相比，應用較遲緩[14]。耐熱鋁合金導線在我國應用只有20余年的歷史。隨著相關國際標準的出臺，2005年已基本淘汰了58%IACS的耐熱鋁合金線，現在國產的60%IACS耐熱鋁合金導線的導電率和耐熱性能技術指標也達到了國際標準。目前，我國220 kV以上的大跨越輸電線路大多采用國產的鋼芯鋁合金導線，僅少數幾條大跨越輸電線路采用了進口的耐熱鋁合金導線。國已具備了一般耐熱導線與金具的研制和生產能力，應大力發展自主研發的具有高性價比的新型耐熱鋁合金導線。

4 結束語

導線還需具有良好的抗熱膨脹性、抗蠕變性、一定的延伸率、較好的耐蝕性等以延長其使用壽命。耐熱鋁合金導線能有效的提高輸電線路的輸電容量，節約大量工程投資，因此得到世界各國的廣泛應用和重視。新型耐熱鋁合金導線的研發需要綜合考慮導電率、強度和弧垂、蠕變等各方面的因素，使導線的綜合性能達到最佳。

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