输电杆塔用上了新型高强铝合金材料
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为解决山区塔材运输、施工、维护难题探索出一条新路
◎本报记者 李 禾
该项目研发的7A21、7A41质量轻，密度仅为钢材的1/3，强度高，屈服强度达到440兆帕。采用7A21、7A41制造的高强铝合金杆塔，实现了降低塔重和免镀锌，为解决山区塔材运输、施工和维护困难，以及降低镀锌污染等探索出了一条新路。
输电杆塔是保证电力供给的重要设备之一。常规的输电铁塔由钢材建造，需要用热镀锌的方式进行防腐。在镀锌过程中，会排放废气、废水和锌渣等，污染环境。而且钢材密度较大，往往较为粗大笨重，给运输以及安装等带来了不便。
中国电力科学研究院牵头承担的国家电网有限公司总部管理科技项目“高强铝合金输电杆塔设计加工技术及标准化研究”近日通过专家验收。中国电力科学研究院开展了国内首基自立式铝合金杆塔的真型试验。其试验塔采用项目研发的7A21和7A41高强铝合金材料，并采用中国电力科学研究院新研发的新型YT截面型材。试验结果表明，铝合金杆塔结构设计合理、加工工艺可靠，新型截面承力性能优秀且兼顾防坠落滑轨功能，成功验证了铝合金材料在输电杆塔中应用的技术可行性。
该项目研发的7A21和7A41，属于7系铝合金。根据化学元素成分不同，铝合金共分为9个系列。1系又称“纯铝”，含铝达99%之上，2系是以铜为基本合金元素的铝合金，3系是以锰为基本合金元素的铝合金，4系以硅为主、5系以镁为主、6系以镁和硅为主，7系以锌、镁和铜为主，8系以锂为主，9系是一种预留合金。
7系铝合金属于可热处理强化合金，固溶处理后有较高的强度和可塑性，并有良好的低温强度。7系铝合金早期主要应用于航天航空领域，因此被称为“航空铝”。由于其综合性能优良，如今正逐步应用在高端电子、汽车、轨道交通、工业等领域。
7A21和7A41是我国自主研发的两个中高强度的7系铝合金，它们克服了一般的7系铝合金耐腐蚀性弱等缺点。中国电力科学研究院输变电工程研究所高级工程师耿景都说，这两个铝合金材料的主要创新之处在于，一是通过合金成分的设计和优化，达到可替代钢材的力学性能强度；二是实现了铝合金在线热处理，缩短了生产周期及加工效率，并在一定程度上降低了加工成本；三是开发了铝合金专用的多级热处理机制，使材料具有优良的组织结构。
铝是比较活泼的金属，能够和各种气体发生反应，因此熔炼、淬火和冷却过程直接影响着铝合金的质量。传统的合金淬火工艺主要采用离线淬火方式，但这种方式消耗的能量较多、工艺较为复杂。在线热处理在机器上连续完成淬火、矫直等工序，不需要重新加热，在很大程度上减少了生产时间，提升了整体生产效率；而且不需要吊运中间制品等，因而产品长度不易受到吊运和淬火炉等影响，降低了工人劳动强度，减少了废料等损失。7A21和7A41实现了在线热处理，这使得其更具有优越性。
该项目研发的7A21、7A41质量轻，密度仅为钢材的1/3，强度高，屈服强度达到440兆帕，与输电铁塔常用的Q420高强钢的屈服强度属于同级别。采用7A21、7A41制造的高强铝合金杆塔，实现了降低塔重和免镀锌，为解决山区塔材运输、施工和维护困难问题，以及降低镀锌污染等探索出了一条新路。该铝合金还可替代钢材等材料，拓宽7系铝合金的应用范围，为新能源汽车、高端电子、电力通讯等行业开辟了新的材料替代方案。
随着新技术和新工艺的不断发展，耿景都说，目前，7系铝合金产品在各领域的应用已越来越广泛，但应用较广的7系铝合金产品主要还是强度在500兆帕以内的中高强7系铝合金。600兆帕及以上强度的超高强7系铝合金仍应用得较少。未来，铝合金的超高强度与耐腐蚀性能之间的矛盾，大规格铸锭制备、挤压成型以及热处理工艺还有待突破。