為解決山區塔材運輸、施工、維護難題探索出一條新路

◎本報記者 李 禾

該項目研發的7A21、7A41質量輕，密度僅為鋼材的1/3，強度高，屈服強度達到440兆帕。采用7A21、7A41制造的高強鋁合金桿塔，實現了降低塔重和免鍍鋅，為解決山區塔材運輸、施工和維護困難，以及降低鍍鋅污染等探索出了一條新路。

輸電桿塔是保證電力供給的重要設備之一。常規的輸電鐵塔由鋼材建造，需要用熱鍍鋅的方式進行防腐。在鍍鋅過程中，會排放廢氣、廢水和鋅渣等，污染環境。而且鋼材密度較大，往往較為粗大笨重，給運輸以及安裝等帶來了不便。

中國電力科學研究院牽頭承擔的國家電網有限公司總部管理科技項目“高強鋁合金輸電桿塔設計加工技術及標準化研究”近日通過專家驗收。中國電力科學研究院開展了國內首基自立式鋁合金桿塔的真型試驗。其試驗塔采用項目研發的7A21和7A41高強鋁合金材料，并采用中國電力科學研究院新研發的新型YT截面型材。試驗結果表明，鋁合金桿塔結構設計合理、加工工藝可靠，新型截面承力性能優秀且兼顧防墜落滑軌功能，成功驗證了鋁合金材料在輸電桿塔中應用的技術可行性。

該項目研發的7A21和7A41，屬于7系鋁合金。根據化學元素成分不同，鋁合金共分為9個系列。1系又稱“純鋁”，含鋁達99%之上，2系是以銅為基本合金元素的鋁合金，3系是以錳為基本合金元素的鋁合金，4系以硅為主、5系以鎂為主、6系以鎂和硅為主，7系以鋅、鎂和銅為主，8系以鋰為主，9系是一種預留合金。

7系鋁合金屬于可熱處理強化合金，固溶處理后有較高的強度和可塑性，并有良好的低溫強度。7系鋁合金早期主要應用于航天航空領域，因此被稱為“航空鋁”。由于其綜合性能優良，如今正逐步應用在高端電子、汽車、軌道交通、工業等領域。

7A21和7A41是我國自主研發的兩個中高強度的7系鋁合金，它們克服了一般的7系鋁合金耐腐蝕性弱等缺點。中國電力科學研究院輸變電工程研究所高級工程師耿景都說，這兩個鋁合金材料的主要創新之處在于，一是通過合金成分的設計和優化，達到可替代鋼材的力學性能強度；二是實現了鋁合金在線熱處理，縮短了生產周期及加工效率，并在一定程度上降低了加工成本；三是開發了鋁合金專用的多級熱處理機制，使材料具有優良的組織結構。

鋁是比較活潑的金屬，能夠和各種氣體發生反應，因此熔煉、淬火和冷卻過程直接影響著鋁合金的質量。傳統的合金淬火工藝主要采用離線淬火方式，但這種方式消耗的能量較多、工藝較為復雜。在線熱處理在機器上連續完成淬火、矯直等工序，不需要重新加熱，在很大程度上減少了生產時間，提升了整體生產效率；而且不需要吊運中間制品等，因而產品長度不易受到吊運和淬火爐等影響，降低了工人勞動強度，減少了廢料等損失。7A21和7A41實現了在線熱處理，這使得其更具有優越性。

該項目研發的7A21、7A41質量輕，密度僅為鋼材的1/3，強度高，屈服強度達到440兆帕，與輸電鐵塔常用的Q420高強鋼的屈服強度屬于同級別。采用7A21、7A41制造的高強鋁合金桿塔，實現了降低塔重和免鍍鋅，為解決山區塔材運輸、施工和維護困難問題，以及降低鍍鋅污染等探索出了一條新路。該鋁合金還可替代鋼材等材料，拓寬7系鋁合金的應用范圍，為新能源汽車、高端電子、電力通訊等行業開辟了新的材料替代方案。

隨著新技術和新工藝的不斷發展，耿景都說，目前，7系鋁合金產品在各領域的應用已越來越廣泛，但應用較廣的7系鋁合金產品主要還是強度在500兆帕以內的中高強7系鋁合金。600兆帕及以上強度的超高強7系鋁合金仍應用得較少。未來，鋁合金的超高強度與耐腐蝕性能之間的矛盾，大規格鑄錠制備、擠壓成型以及熱處理工藝還有待突破。