專利名稱：一種鈦包鋼耐腐蝕接地材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變電站或輸電桿塔的接地材料以及低碳鋼鐵材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高接地網(wǎng)耐腐蝕性能的接地材料,尤其是一種鈦包鋼耐腐蝕接地材料。
背景技術(shù)：
接地是將電氣設(shè)備的某些部位、電力系統(tǒng)的某點(diǎn)與大地相連，提供故障電流及雷電流的泄流通道，穩(wěn)定電位，提供零電位參考點(diǎn)及降低絕緣水平，以確保電力系統(tǒng)、電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，同時(shí)確保電力系統(tǒng)運(yùn)行人員及其他人員的人身安全。接地功能是通過(guò)接地材料或接地系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電力系統(tǒng)的接地可分為兩種:一種是輸電線路桿塔或微波塔的比較簡(jiǎn)單的接地，如水平接地體、垂直接地體、環(huán)形接地體等；另一種接地為使用導(dǎo)電金屬材料作為發(fā)、變電站的接地網(wǎng)。多年來(lái)，我國(guó)由接地問(wèn)題引起的電力系統(tǒng)事故時(shí)有發(fā)生，每次事故造成的直接經(jīng)濟(jì)損失大約在數(shù)十萬(wàn)元到幾百萬(wàn)元之間，由電力系統(tǒng)事故造成的停電所帶來(lái)的間接經(jīng)濟(jì)損失更大。在我國(guó)的接地工程中，鍍鋅鋼一直是主要的接地材料。很多地區(qū)，由于土壤的腐蝕性強(qiáng)，使得鋼接地網(wǎng)出現(xiàn)腐蝕甚至斷裂，接地電阻升高，在短路故障或雷擊時(shí)，容易造成電氣設(shè)備的損壞或危機(jī)人身安全。在腐蝕性較強(qiáng)的土壤中，接地網(wǎng)的3-5年就有可能損壞。因此在這些地區(qū)，防腐蝕已成為接地網(wǎng)建設(shè)的首要問(wèn)題。采用鍍鋅鋼存在一些不足:一是為了防止腐蝕引起的事故，鍍鋅鋼加大截面積是一種常用的方法，但是存在浪費(fèi)材料嚴(yán)重，又增加了施工難度，并且在強(qiáng)腐蝕地區(qū)無(wú)法防止局部腐蝕引起的斷裂；二是，針對(duì)鍍鋅鋼耐腐蝕性差的問(wèn)題，有關(guān)規(guī)范要求接地網(wǎng)需要定期開(kāi)挖檢查，或者定期改造、重建，這既影響了發(fā)變電站的正常運(yùn)行，又大大增加了工程投入，而且很多接地網(wǎng)建于建筑物下面，造成地網(wǎng)開(kāi)挖、改造的巨大困難。國(guó)際上普遍采用銅接地網(wǎng)或銅接地裝置，基本沒(méi)有接地網(wǎng)的腐蝕問(wèn)題。實(shí)際應(yīng)用中反應(yīng)出一些問(wèn)題:如銅材料價(jià)格昂貴，難以被廣泛使用，僅在一些重點(diǎn)工程或特殊工程中應(yīng)用；由于昂貴，經(jīng)常發(fā)生被偷盜事故，可能引發(fā)更大的接地事故發(fā)生；對(duì)土壤和地下水存在污染；還有在酸性環(huán)境下耐蝕性較差。近年來(lái)為了克服鍍鋅鋼和銅接地材料的弊端，銅包鋼材料應(yīng)運(yùn)而生。但是由于鋼的導(dǎo)電性僅為銅的七分之一，因此應(yīng)用于接地時(shí)其截面積較大，使用的包覆銅層量大價(jià)高，并且由于鋼的強(qiáng)度大、截面積大，施工也較為困難；多數(shù)生產(chǎn)廠為了節(jié)約成本，通常包覆的銅層厚度為相關(guān)規(guī)定所規(guī)定的下限，僅為0.25_，極易在外力或長(zhǎng)期土壤腐蝕環(huán)境下導(dǎo)致局部破損，在土壤中發(fā)生“小陽(yáng)極大陰極”的加速腐蝕現(xiàn)象，引起接地?cái)嗔?。申?qǐng)?zhí)?01120303548.5的實(shí)用新型公開(kāi)了一種耐腐蝕接地裝置，接地裝置包括有鋼芯和沿鋼芯長(zhǎng)度方向包覆在鋼芯外周的不銹鋼層，其中鋼芯的徑向厚度為5_-30_，包覆在鋼芯外的不銹鋼層厚度均勻且在0.1mm以上，外層不銹鋼層與內(nèi)層鋼芯緊密貼合。存在的不足是:(I)外層不銹鋼能應(yīng)對(duì)大多數(shù)土壤環(huán)境下的全面腐蝕問(wèn)題，但局部腐蝕不能完全避免。在使用一定年限后經(jīng)常會(huì)發(fā)生腐蝕穿孔或者在外力作用下穿孔，此時(shí)土壤介質(zhì)將對(duì)內(nèi)層鋼芯將產(chǎn)生“小陽(yáng)極大陰極”的加速腐蝕現(xiàn)象。由于鐵的腐蝕產(chǎn)物非常疏松，導(dǎo)致基體鋼芯在短期內(nèi)腐蝕斷裂，將發(fā)生嚴(yán)重事故；(2)為了防止局部穿孔而全面加厚不銹鋼外層時(shí)，會(huì)導(dǎo)致不銹鋼用量加大，即造成材料的浪費(fèi)，又使造價(jià)昂貴，降低實(shí)用價(jià)值。申請(qǐng)?zhí)枮?01020510152.3實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有材料保護(hù)性能的接地體，包括有銅芯和沿銅芯長(zhǎng)度方向包覆在銅芯外周的鋅層，其中銅芯的直徑為6_-30_，包覆在銅芯外的鋅層厚度在Imm以上，外層鋅層材料通過(guò)加熱壓覆方式與內(nèi)層銅芯緊密貼合。存在的問(wèn)題是銅芯的耐蝕作用遠(yuǎn)大于包覆在銅芯外周的鋅層，即使沒(méi)有鋅層的保護(hù)也不會(huì)影響到銅芯的使用壽命。上述接地材料在適當(dāng)?shù)臈l件下對(duì)于延長(zhǎng)接地裝置的使用壽命有積極的作用，針對(duì)其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在的不足，本發(fā)明專利提出一種耐腐蝕接地材料，其特征在于，由內(nèi)層耐蝕低碳鋼和外層鈦包覆層組成的雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，該材料經(jīng)機(jī)械包覆或擠壓成型制造而成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種鈦包鋼耐腐蝕接地材料，該材料采用內(nèi)層耐蝕低碳鋼和外層鈦包覆層組成的雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，通過(guò)對(duì)碳鋼內(nèi)所含其他成份及其量的控制，使內(nèi)層耐蝕低碳鋼除要求一定的強(qiáng)度外，還使其具有良好的耐蝕性能與良好的導(dǎo)電性能。并且通過(guò)在耐蝕低碳鋼外層通過(guò)合理匹配鈦層，使其在接地腐蝕大電流下保持高的耐蝕性。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的:這種鈦包鋼耐腐蝕接地材料，由內(nèi)層耐蝕低碳鋼和外層鈦包覆層組成的雙層結(jié)構(gòu)；以質(zhì)量百分比計(jì)，所述內(nèi)層耐蝕低碳鋼中含有:0.01 0.25%的C，0.01-0.60%的Si,0.10-1.60%的Mn,0.010-0.025%的P,以及含量小于或等于0.010%的S，同時(shí)內(nèi)層耐蝕低碳鋼中還包含有0.05-2.0%的Cu,0.01-0.20%的Sn和0.01-0.20%的Sb中的一種或多種；所述外層包裹鈦的厚度為0.1-lmm。進(jìn)一步的，上述鈦包鋼耐腐蝕接地材料的截面為圓形，直徑為l_40mm。上述外層鈦包覆層是通過(guò)鈦帶包覆連續(xù)焊接法完成。本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明的鈦包鋼耐腐蝕接地材料與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果如下:本發(fā)明最內(nèi)層的低碳鋼導(dǎo)電性良好，經(jīng)濟(jì)性高，耐蝕性好，即使在外層局部破壞的條件下還具有良好的耐蝕性能，為接地裝置提供了良好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電通路；最外層的鈦包覆層具有良好的耐蝕性，能應(yīng)對(duì)絕大多數(shù)的強(qiáng)腐蝕性土壤介質(zhì)引起的腐蝕。


圖1是本發(fā)明專利的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I為內(nèi)層耐蝕低碳鋼，2為外層鈦包覆層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的鈦包鋼耐腐蝕接地材料的截面為圓形，由內(nèi)層耐蝕低碳鋼I和外層鈦包覆層2組成的雙層結(jié)構(gòu)。其中，以質(zhì)量百分比計(jì)，本發(fā)明的內(nèi)層耐蝕低碳鋼I中含有:0.01 0.25% 的 C，0.01-0.60% 的 Si,0.10-1.60% 的 Mn,0.010-0.025% 的 P,以及含量小于或等于0.010%的S，同時(shí)內(nèi)層耐蝕低碳鋼I中還包含有0.05-2.0%的Cu,0.01-0.20%的Sn和0.01-0.20%的Sb中的一種或多種；其余為Fe。本發(fā)明的外層鈦包覆層2的厚度為0.1-lmm。本發(fā)明耐蝕接地材料的加工工藝為機(jī)械包覆，即外層鈦包覆層2是通過(guò)鈦帶包覆連續(xù)焊接法完成。也可為擠壓成型。在本發(fā)明的最佳方案中，該鈦包鋼耐腐蝕接地材料的截面直徑為l_40mm。本發(fā)明內(nèi)層耐蝕低碳鋼的成分設(shè)計(jì)理由如下:內(nèi)層耐蝕低碳鋼除要求一定的強(qiáng)度外，還要求良好的耐蝕性能與良好的導(dǎo)電性能。其中碳含量0.01%可以保證材料一定的強(qiáng)度，超過(guò)0.25%則碳鋼的耐蝕性能和導(dǎo)電性能顯著下降，本發(fā)明控制內(nèi)層耐蝕低碳鋼中碳含量0.01 0.25% ；內(nèi)層耐蝕鋼中Si含量0.01%可以保證材料一定的強(qiáng)度，超過(guò)0.60%則碳鋼的耐蝕性能和導(dǎo)電性能顯著下降，本發(fā)明控制內(nèi)層耐蝕低碳鋼中Si含量0.01%-0.60% ；內(nèi)層耐蝕鋼中Mn含量0.10%可以保證材料一定的強(qiáng)度，超過(guò)1.60%則碳鋼的耐蝕性能和導(dǎo)電性能顯著下降，本發(fā)明控制內(nèi)層耐蝕低碳鋼中Mn含量0.10%-1.60% ；內(nèi)層耐蝕低碳鋼中S元素會(huì)顯著的降低低碳鋼的耐蝕性，特別是S含量超過(guò)0.01%時(shí)，且導(dǎo)致鋼的耐局部腐蝕性能以及和鈦包覆層的腐蝕匹配性能降低，所以S的含量應(yīng)在
0.01%以下，本發(fā)明控制內(nèi)層耐蝕低碳鋼的S含量彡0.010%內(nèi)層耐蝕低碳鋼中的P是雜質(zhì)元素，但具有稍微提高鋼在接地網(wǎng)環(huán)境下耐均勻腐蝕以及耐點(diǎn)蝕的作用，其在腐蝕過(guò)程中形成P043-，起到陰極性緩蝕劑的作用。但是，當(dāng)P含量高于0.025%時(shí)，會(huì)使鋼的焊接性能顯著降低，因此P含量應(yīng)該在0.025%以下。另一方面，當(dāng)P含量低于0.010%時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋼的成本增加，優(yōu)先選擇的下限為0.010%。本發(fā)明控制內(nèi)層低碳鋼的P含量0.010-0.025% ；內(nèi)層耐蝕低碳鋼中Cu是提高鋼耐均勻腐蝕的元素，其在鋼的表面形成致密的硫化物薄膜，使基體與腐蝕環(huán)境隔離，從而抑制了腐蝕的進(jìn)行。為了達(dá)到保護(hù)效果，Cu含量應(yīng)高于0.05%。但當(dāng)Cu含量超過(guò)2.0%以后，會(huì)使鋼的加工性能和焊接性惡化。本發(fā)明控制內(nèi)層耐蝕低碳鋼的Cu含量0.05-2.0%。內(nèi)層耐蝕低碳鋼中Sn，Sb通過(guò)在鋼的表面形成對(duì)應(yīng)的氧化物，致密地覆蓋在鋼的表面，抑制腐蝕渣的生成，顯著提高鋼的耐均勻腐蝕性，為了獲得更顯著的添加效果，其含量在0.01%以上，但當(dāng)含量超過(guò)0.3%以后，上述的效果會(huì)達(dá)到飽和，所以Sn，Sb的含量范圍是 0.01-0.3%ο本發(fā)明耐蝕接地材料外層包括鈦的厚度應(yīng)充分考慮與鋼的腐蝕匹配，低于0.1mm時(shí)無(wú)法有效在接地腐蝕大電流下保持高的耐蝕性能，鈦的厚度高于Imm時(shí)經(jīng)濟(jì)性較差。因此，本發(fā)明外層包裹鈦的 厚度為0.1-1mm ；本發(fā)明耐蝕接地材料采用鈦帶包覆連續(xù)焊接工藝。主要應(yīng)用于接地網(wǎng)工作環(huán)境，截面尺寸為圓形時(shí)可有利的保證電流均勻的經(jīng)過(guò)接地網(wǎng)流入地下，同時(shí)為保證泄流效果，最小直徑為1_。直徑超過(guò)40_時(shí)接地網(wǎng)的建造施工性能變差，經(jīng)濟(jì)性變差；以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)發(fā)明做進(jìn)一步的描述。這些實(shí)施例僅用于解釋的目的，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例中。以大港材料土壤腐蝕實(shí)驗(yàn)站所取土壤為例，取樣深度約為lm，具有較高的含水量和含鹽量，其主要陰離子含量及PH值如下表所示，其電導(dǎo)率為3.84m Ω 1.cm 1。土壤經(jīng)自然干燥，粉碎后過(guò)20目篩，然后在105°C (6h)烘干備用。試驗(yàn)時(shí)通過(guò)加入離子水混合均勻，配置成含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為20%的土壤介質(zhì)，試驗(yàn)溫度20°C。大港土主要陰離子含量及pH值
權(quán)利要求
1.一種鈦包鋼耐腐蝕接地材料，其特征在于，由內(nèi)層耐蝕低碳鋼和外層鈦包覆層組成的雙層結(jié)構(gòu)； 以質(zhì)量百分比計(jì)，所述內(nèi)層耐蝕低碳鋼中含有:0.01 0.25%的C,0.01-0.60%的Si，0.10-1.60%的Mn，0.010-0.025%的P，以及含量小于或等于0.010%的S，同時(shí)內(nèi)層耐蝕低碳鋼中還包含有0.05-2.0%的Cu,0.01-0.20%的Sn和0.01-0.20%的Sb中的一種或多種；所述外層包裹鈦的厚度為0.1-lmm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦包鋼耐腐蝕接地材料,其特征在于,該鈦包鋼耐腐蝕接地材料的截面為圓形，直徑為l_40mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦包鋼耐腐蝕接地材料，其特征在于，所述外層鈦包覆層是通過(guò)鈦帶包覆連續(xù)焊接法完成。
全文摘要
一種鈦包鋼耐腐蝕接地材料，其由內(nèi)層耐蝕低碳鋼和外層包覆鈦組成的雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。內(nèi)層耐蝕低碳鋼中合金成分以質(zhì)量百分比計(jì)C0.01～0.25%，Si0.01-0.60%，Mn0.10-1.60%，S含量≤0.010%，P0.010-0.025%，同時(shí)還包含Cu:0.05-2.0%,Sn0.01-0.20%、Sb0.01-0.20%中的一種或多種；該發(fā)明耐蝕接地材料的截面為圓形，外層包裹鈦的厚度為0.1-1mm。加工工藝為鈦帶包覆或擠壓成型后熱處理。本發(fā)明具有在接地網(wǎng)條件下耐蝕的作用，而且導(dǎo)電性良好，施工方便，能應(yīng)對(duì)強(qiáng)腐蝕性的土壤介質(zhì)引起的腐蝕。
文檔編號(hào)H01B1/02GK103165993SQ201310071808
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者閆愛(ài)軍, 蘇航, 郭安祥, 柴鋒, 王森, 李志忠, 馬海燕 申請(qǐng)人:陜西電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司