該項目研發(fā)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(xiàn)了降低塔重和免鍍鋅，為解決山區(qū)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(guī)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(huán)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(wǎng)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(fā)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(fā)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(yōu)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(fā)的7A21和7A41，屬于7系鋁合金。根據(jù)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(yōu)良，如今正逐步應用在高端電子、汽車、軌道交通、工業(yè)等領域。
7A21和7A41是我國自主研發(fā)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(chuàng)新之處在于，一是通過合金成分的設計和優(yōu)化，達到可替代鋼材的力學性能強度；二是實現(xiàn)了鋁合金在線熱處理，縮短了生產(chǎn)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(fā)了鋁合金專用的多級熱處理機制，使材料具有優(yōu)良的組織結構。
鋁是比較活潑的金屬，能夠和各種氣體發(fā)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(tǒng)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(xù)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(chǎn)時間，提升了整體生產(chǎn)效率；而且不需要吊運中間制品等，因而產(chǎn)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(xiàn)了在線熱處理，這使得其更具有優(yōu)越性。
該項目研發(fā)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(xiàn)了降低塔重和免鍍鋅，為解決山區(qū)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(yè)開辟了新的材料替代方案。
隨著新技術和新工藝的不斷發(fā)展，耿景都說，目前，7系鋁合金產(chǎn)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(chǎn)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(guī)格鑄錠制備、擠壓成型以及熱處理工藝還有待突破。
