[发明专利]作为用于电缆的铠装钢丝的非磁性不锈钢丝

说明书

技术领域

本发明涉及一种非磁性不锈钢丝以及它的用途，例如用作用于三相海底电缆的铠装钢丝，该三相海底电缆用于传输电力。

背景技术

电是现代生活的基本部分。电力传输是电能从发电厂至位于需求中心附近的分电站的大量传递。传输线大部分使用高电压三相交流电(AC)。电在高电压(110kV或更高)下传输，以便降低在长距离传输中的能量损失。电力通常通过高架电线来传输。地下电传输具有明显更高的成本和更大的操作限制，但是有时用于市区或敏感位置。最近，海底电缆提供了向小岛或海上生产平台(它们自身没有电力生产)供电的可能性。另一方面，海底电缆也提供了用于将海上生产(风、波浪、洋流……)的海滨电送至大陆的可能性。

这些电缆通常为钢丝铠装电缆。钢丝铠装电缆10的典型结构在图1中表示。导体12通常由普通绞合铜线来制造。绝缘体14(例如由交联聚乙烯(XLPE)制造)具有良好的防水性和优良的绝缘特性。在电缆中的绝缘体14保证导体和其它金属物质并不相互接触。衬垫16(例如由聚氯乙烯(PVC)来制造)用于提供在电缆的内部层和外部层之间的保护边界。铠装18(例如由钢丝制造)提供了机械保护，特别是提供了抵抗外部冲击的保护。另外，铠装钢丝18能够在安装时减轻张力，因此防止铜导体拉长。可选的鞘19(例如由黑PVC制造)将电缆的所有部件保持在一起，并提供附加保护以防止外部应力。

专利申请CN101950619A公开了一种用于高电压海底电缆的铠装结构。该铠装结构是呈环形形状的混合铠装层，由圆铜线和非磁性不锈钢丝来制造。圆铜线和非磁性不锈钢丝交替地布置。不过，由于应用两种材料，生产工艺变得复杂。而且，铜的使用使得这种铠装结构相当昂贵。

替代地，可以只使用钢丝来构成电缆的铠装结构。因为这些电缆的应用环境包含水汽，因此希望对这些电缆进行特定的防腐，且不锈钢用作铠装钢丝。不过，当应用环境有非常大的腐蚀性时，特别是用于海底电缆时，因为电缆(芯)加热且传统的不锈钢合金在海水中的抗腐蚀性随着温度升高而剧烈地降低，因此电缆的抗腐蚀性变得很关键。因此，考虑使用具有镀锌层(作为抗腐蚀层)的不锈钢丝作为铠装钢丝，特别是用于海底电缆。

不过，通过普通的镀锌工艺，涂覆的镀锌层通常并不牢固粘附在不锈钢丝上。因此，镀锌层容易分层，并在外力作用下从铠装钢丝上剥离。因此，发生了腐蚀保护的失效，并限制了电缆的寿命。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术的问题。

本发明的另一目的是生产一种非磁性不锈钢丝，它与上面的抗腐蚀涂层有良好的粘附。

本发明的又一目的是将这种具有粘附的抗腐蚀涂层的非磁性不锈钢丝应用于电缆的铠装结构中。

本发明的又一目的是提供一种非磁性钢丝铠装结构，以便使电缆的磁损失最小。

不锈钢与碳钢的区别在于存在的铬的量。无保护的碳钢在暴露于空气和水汽中时很容易生锈。不锈钢包含足够量的铬(最少为10.5wt％)，以便形成富铬氧化物的钝化膜，该钝化膜防止进一步的表面腐蚀，并阻止腐蚀扩散至金属的内部结构。不锈钢的基本分类具有“铁素体”结构，且为磁性的。它通过加铬而形成，并能够通过加碳而硬化(使它们形成“马氏体”)。不过，本发明涉及非磁性不锈钢，它是“奥氏体”。非磁性不锈钢有预期的铬含量，还另外添加镍、锰以及其它合金元素。“奥氏体成形”元素(Ni、Mn、……)的添加改变了钢的微结构，并使它非磁性。非磁性不锈钢还包含其它组分，这些组分使得奥氏体不锈钢有用于不同用途的优良特性。

尽管不锈钢由于瞬间形成的氧化铬而具有腐蚀保护，但是对于在苛刻环境中的一些用途来说这还不够，例如海底用途。因此，抗腐蚀层(特别是镀锌层)施加在不锈钢丝上，以便进一步加强它的腐蚀保护。

根据本发明的第一方面，提供了一种非磁性不锈钢丝，它包括在其表面上的抗腐蚀涂层。对非磁性不锈钢的表面进行预处理，以便充分消除氧化物，并因此形成与上面的抗腐蚀涂层的良好粘附。