一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具及其制备方法

1.本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具及其制备方法。


背景技术：

2.随着国民经济的快速增长，电力能源的远距离、高效传输已成为电网发展的硬性指标，因此特高压输变电技术应运而生。该技术不仅能够提升电力传输的距离，而且还能保证电能传输的效率。目前特高压输电线之间的连接金具容易出现失效问题，磨损失效和腐蚀失效是连接金具最常见的失效方式，加之由于特高压线路输送行程远、线路架设高度高、架设区域环境复杂，在如大风、风沙、雨雪等环境下，极易引起电线的摇摆晃动，加速了连接金具的磨损失效和腐蚀失效，导致连接金具的服役寿命不超3个月。因此提升连接金具的抗磨损性和抗腐蚀性是提升金具服役寿命的关键，是实现特高压输电稳定运行的前提。
3.现有的连接金具多为q235、q345r、40cr、35crmo材质，因其自身耐蚀性较差，所以一般采用表面热镀锌技术对上述连接金具进行表面耐腐蚀处理。虽然热浸镀锌技术可以缓解连接金属的腐蚀，但是该处理成本高、能源消耗大且污染环境，生产过程会产生酸雾、so2、no
x
、锌烟等废气，碱液、废酸、废水等废液，污泥等固废，给环保带来巨大压力。同时现有的连接金具还具有磨损量高的问题，尚无有效解决方案。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具及其制备方法。
5.本发明是采用以下技术方案实现的：
6.一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具，包括以下质量百分数的元素：
7.si:2.6％，cu:0.4％～0.6％，p:0.08％～0.1％，al:0.8％～1.0％，c:3.6％，cr:0.01～0.02％，mo:0.01～0.03％，v:0.01％，ni:0.5％～1.0％，mg:0.04％～0.05％，re:0.03％～0.05％，其余为fe以及不可避免的杂质。本发明特高压输电线用连接金具中的c以球状石墨形态析出，其结构为奥铁体结构，同时还包括细密均布的球状石墨。
8.本发明所述耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具的制备方法，包括以下步骤：
9.步骤1，按照所述连接金具用合金材料的元素组成配制原料；
10.步骤2，将步骤1配制的原料放入中频感应炉中加热熔融，得到铁水；
11.步骤3，将所述铁水经过喂线法球化和孕育处理后，进行水平连铸处理，得到棒状或板状型材；
12.步骤4，将所述型材放置于真空加热炉中，真空度要求小于0.1pa，以6-7℃/min的加热速率，将型材样品加热至900～950℃，进行保温处理，保温时间1-3h，然后在350℃～400℃的熔融盐中进行等温淬火处理1.0-1.5h。
13.优选的，所述原料包括废钢、面包铁、高炉铁水、孕育剂、球化剂、铝块、紫铜、磷铁、
硅铁。
14.优选的，步骤3所述型材中石墨球的体积分数为8％～12％，石墨球的密度数大于500个/mm2。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
16.本发明是通过添加si元素使得连接金属中的c能够完全以球状石墨形态析出，球状石墨在材料中均匀分布，石墨球的密度数＞500个/mm2，使连接金具具有自润滑性能，摩擦系数降低至约为0.2。而在材料中添加的cu、p、al等合金元素以提升材料的耐大气腐蚀性(耐候性)，其中al元素的加入可以使材料获得优异的耐腐蚀性能；cu与基体结合牢固，因而具有较好的耐腐蚀性能；p能加速材料的均匀溶解和fe
2+
的氧化速率，有助于在材料表面形成均匀的α-feooh锈层，促进生成非晶态羟基氧化铁feo
x
(oh)
3-2x
致密保护膜，从而增大了电阻，成为腐蚀介质进入基体的保护屏障，使材料内部免遭大气腐蚀，大大提高了耐腐蚀性能。
附图说明
17.图1为本发明实施例1步骤3得到的型材的金相结构；
18.图2为本发明实施例1制备的特高压输电线用连接金具的金相结构；
19.图3为本发明实施例1制备的特高压输电线用连接金具的xrd；
20.图4为本发明实施例1制备的特高压输电线用连接金具的拉伸应力应变曲。
21.具体实施例方式
22.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
23.实施例1
24.一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具的制备方法，步骤如下：
25.步骤1，按照所述连接金具用合金材料的元素组成配制原料，所述原料包括废钢、面包铁、孕育剂、球化剂、铝块、紫铜、磷铁、硅铁；
26.步骤2，将步骤1配制的废钢、面包铁放入中频感应炉中加热熔融，再加入铝块、紫铜、磷铁、硅铁，充分熔融后得到铁水；其中铁水中各元素的质量百分数如下：
27.si：2.6％，cu：0.4％，p：0.08％，al：0.8％，c：3.6％，cr：0.01％，mo：0.01％，v：0.01％，ni：0.5％，mg：0.04％，re(稀土)：0.03％，其余为fe以及不可避免的杂质；
28.步骤3，将所述铁水经过喂线法球化和孕育处理后，进行水平连铸处理，得到直径为150mm的棒状型材，如图1所示。经检测，该型材中石墨球的体积分数为10％左右，石墨球的密度数＞500个/mm2；
29.步骤4，将所述型材放置于真空加热炉中，真空度要求小于0.1pa，以6℃/min的加热速率，将型材样品加热至950℃下进行保温处理，保温时间为3h，然后在380℃的熔融盐中等温淬火处理1.0h，即得到特高压输电线用连接金具材料，如图2-3所示。对该特高压输电线用连接金具进行拉伸性能检测，拉伸应力-应变曲线如图4所示。该实施例制备的连接金具的组织为奥铁体+细密均布的球状石墨，其拉伸强度950mpa。
30.实施例2
31.一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具的制备方法，步骤如下：
32.步骤1，按照所述连接金具用合金材料的元素组成配制原料，所述原料包括废钢、
面包铁、孕育剂、球化剂、铝块、紫铜、磷铁、硅铁；
33.步骤2，将步骤1配制的废钢、面包铁放入中频感应炉中加热熔融，再加入铝块、紫铜、磷铁、硅铁，充分熔融后得到铁水；其中铁水中各元素的质量百分数如下：
34.si：2.6％，cu：0.5％，p：0.09％，al：0.9％，c：3.6％，cr：0.01％，mo：0.02％，v：0.01％，ni：0.7％，mg：0.04％，re(稀土)：0.04％，其余为fe以及不可避免的杂质；
35.步骤3，将所述铁水经过喂线法球化和孕育处理后，进行连铸处理，得到直径为100mm的棒状型材。经检测，该型材中石墨球的体积分数为12％左右，石墨球的密度数＞500个/mm2；
36.步骤4，将所述型材放置于真空加热炉中，真空度要求小于0.1pa，以7℃/min的加热速率，将型材样品加热至900℃下进行保温处理，保温时间为1.5h，然后在400℃的熔融盐中进行等温淬火处理1.5h，即得到特高压输电线用连接金具。该实施例制备的连接金具的组织为奥铁体+细密均布的球状石墨，其拉伸强度850mpa。
37.实施例3
38.一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具的制备方法，步骤如下：
39.步骤1，按照所述连接金具用合金材料的元素组成配制原料，所述原料包括废钢、面包铁、孕育剂、球化剂、铝块、紫铜、磷铁、硅铁；
40.步骤2，将步骤1配制的废钢、面包铁放入中频感应炉中加热熔融，再加入铝块、紫铜、磷铁、硅铁，充分熔融后得到铁水；其中铁水中各元素的质量百分数如下：
41.si：2.6％，cu：0.6％，p：0.1％，al：1％，c：3.6％，cr：0.02％，mo：0.03％，v：0.01％，ni：1.0％，mg：0.05％，re(稀土)：0.05％，其余为fe以及不可避免的杂质；
42.步骤3，将所述铁水经过喂线法球化和孕育处理后，进行连铸处理，得到尺寸100mm*100mm的板状型材。经检测，该型材中石墨球的体积分数为10％左右，石墨球的密度数大于500个/mm2；
43.步骤4，将所述型材放置于真空加热炉中，真空度要求小于0.1pa，以7℃/min的加热速率，将型材样品加热至950℃下进行保温处理，保温时间为3h，然后在350℃的熔融盐中等温处理1.5h，即得到特高压输电线用连接金具。该实施例制备的连接金具的组织为奥铁体+细密均布的球状石墨，其拉伸强度900mpa。
44.需要说明的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例，显然本发明不仅仅限于以上实施例，还可以有其他变形。本领域的技术人员从本发明公开内容直接导出或间接引申的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具，其特征在于，包括以下质量百分数的元素：si:2.6％，cu:0.4％～0.6％，p:0.08％～0.1％，al:0.8％～1.0％，c:3.6％，cr:0.01％～0.02％，mo:0.01％～0.03％，v:0.01％，ni:0.5％～1.0％，mg:0.04％～0.05％，re:0.03％～0.05％，其余为fe以及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，按照所述连接金具用合金材料的元素组成配制原料；步骤2，将步骤1配制的原料放入中频感应炉中加热熔融，得到铁水；步骤3，将所述铁水经过喂线法球化和孕育处理后，进行水平连铸处理，得到棒状或板状型材；步骤4，将所述型材放置于真空加热炉中，真空度要求小于0.1pa，以6-7℃/min的加热速率，将型材样品加热至900～950℃进行保温处理，保温时间1-3h，然后在350℃～400℃的熔融盐中进行等温淬火处理1.0-1.5h。3.根据权利要求2所述一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具的制备方法，其特征在于，所述原料包括废钢、面包铁、高炉铁水、孕育剂、球化剂、铝块、紫铜、磷铁、硅铁。4.根据权利要求2所述一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具的制备方法，其特征在于，步骤3所述型材中石墨球的体积分数为8％～12％，石墨球的密度数大于500个/mm2。

技术总结
本发明公开了一种耐候抗磨损的特高压输电线用连接金具及其制备方法，涉及合金材料技术领域。本发明特高压输电线用连接金具包括以下质量百分数的元素：Si:2.6％，Cu:0.4％～0.6％，P:0.08％～0.1％，Al:0.8％～1.0％，C:3.6％，Cr:0.01％～0.02％，Mo:0.01％～0.03％，V:0.01％，Ni:0.5％～1.0％，Mg:0.04％～0.05％，Re:0.03％～0.05％，其余为Fe以及不可避免的杂质。本发明的特高压输电线用连接金具为奥铁体结构，同时还包括细密均布的球状石墨，显著提高了连接金具的耐腐蚀以及耐磨损的性能。性能。性能。


技术研发人员：杨超 王倩 蒋百灵 刘保建 颜国君 杜玉洲
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2023.07.21
技术公布日：2023/10/11