CN104805319A - 一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，涉及铝合金加工技术领域。该方法包括备料、熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤。本发明从熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造等多方面进行改进，提供一种改善铸锭质量、提高生产效率的方法，使铸锭组织细小、成分均匀、无其他冶金缺陷，规格达到Φ900～Φ1340mm，晶粒度可达一级、氢含量≤0.10ml/100gAl，成品率达到90%以上。

Description

一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其是一种2ΧΧΧ系超大规格铝合金圆锭的制 造方法。

背景技术

[0002] 2219铝合金属于铝铜锰系中高强铝合金，其具有良好的高低温力学性能、焊接性、 断裂韧性、耐腐蚀性能及易于加工成形等特点，属于典型的可热处理强化锻造铝合金。产品 以不同形式和热处理状态用于航空、航天等领域。大规格圆锭主要用于制作锻环，其工艺路 线为：锻造开坯-冲孔-热环轧-淬火-冷轧-人工时效等。而随着国内熔炼、除气、铸造 等技术的进步及客户对产品的规格、性能的不断提高，对2219合金圆锭的规格要求越来越 大，传统的中等规格已不能满足需要，迫切需要超大规格的圆锭。而超大规格圆锭锻坯的生 产关键在于铸造成型和内部冶金质量的控制，但是随着铸锭规格的增大，其铸造时容易产 生偏析、粗大晶粒、疏松、裂纹、粗大金属化合物、光亮晶、羽毛晶等冶金缺陷，铸造成型及冶 金质量都难以保证。因此迫切需要研宄超大规格2219圆锭的制备方法以满足市场需要。

[0003] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题就是克服目前熔炼铸造技术的不足，从原材 料选用、熔炼、炉内除气、在线除气、在线过滤、铸造等多方面进行改进，提供一种改善铸锭 质量、提高生产效率的方法，从而能够稳定生产超大规格2219圆锭。

发明内容

[0004] 本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种2ΧΧΧ系超大规格铝合 金圆锭的制造方法，本发明从熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化 热处理等多方面进行改进，提供一种改善铸锭质量、提高生产效率的方法，使铸锭组织细 小、成分均匀、无其他组织缺陷，规格达到Φ900~Φ 1340mm，晶粒度可达一级、氢含量 < 10ml/100gAl，成品率达到90%以上。

[0005] 本发明采用的技术方案如下：

[0006] -种2XXX系超大规格铝合金圆锭的制造方法，包括备料、熔炼、炉内精炼、在线精 炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤，具体步骤如下：

[0007] (1)备料：按照铝合金圆锭的配方成份进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、 铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金 作为原料；

[0008] (2)熔炼：将步骤⑴中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外，投入熔炼炉内 熔炼，采用高温快速熔化，熔炼温度控制在750~800°C，炉料部分融化后开启电磁搅拌加 速熔化，炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要 求，如有必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合 金、铝铍中间合金进行成分微调得到铝熔体；

[0009] (3)炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼；

[0010] (4)在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体 氩气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；铝熔体除气精炼后通过30~ 50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除澄，清除尺寸在15 μ m以上的杂质；错恪体在保温 炉内停留的总时间不超过6h ;

[0011] (5)在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 Φ9. 5mm规格的Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为 160cm/min ~220cm/min ;

[0012] (6)半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽 注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所 述引锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为〇. 02~0. 08MPa，冷却水流量55~80m3/ h ;铸造长度小于800mm时，铸造速度为13~20mm/min ;铸造长度大于800mm后，铸造速度 为 10 ~15mm/min ；

[0013] (7)均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在520~540°C条件下均热30~60h，然后 在冷却室内用强风或喷水冷至室温；

[0014] (8)机械加工和超声探伤：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格 后进行机械加工至成品规格，最后进行超声探伤，合格后包装入库或发货。

[0015] 所述备料依据的铝合金圆锭的配方为：按照重量百分比计，Cu彡6.8%， Mn ^ 0. 40 %, Si ^ 0. 20 %, Fe ^ 0. 30 %, V 0. 05-0. 15 %, Zr 0. 10-0. 16 %, Ti 0· 02-0. 10%，Be 0· 0002-0. 0010%，Zn 彡 0· 1%，Mg 彡 0· 02%，，余量为 Al 和不可避免的 杂质元素，其中每种不可避免的杂质元素含量小于等于0.05%且总量小于等于0. 15%。

[0016] 2xxx系铝合金中的主要合金元素为Cu，形成了合金的主要强化相Al2Cu相。但Cu 含量超过其在合金中最大固溶极限后所形成的过剩相，对材料的塑性及断裂韧性有不利的 影响，Cu含量不能过低，否则降低固溶强化效果。

[0017] Mn是提高合金耐热性的主要元素，它可降低溶质原子的扩散系数和固溶体的分解 速度，同时析出的T相（Al2tlCu 2Mn3)在高温时较稳定，可延迟和减弱合金的人工时效过程，抑 制再结晶，提高合金的耐热性和强度。在发明中Mn的含量优选为Mn < 0. 4%，若是Mn含量 过低，则强化效果有限；若Mn含量过高，则形成粗大的T (Al2tlCu2Mn3)相，造成材料性能的下 降。

[0018] Zr在合金中所起的作用与Mn类似，但Zr的强化效果要更高。Zr的含量不宜低于 0. 10%，否则大部分Zr固溶在组织中，难以在均匀化退火过程中形成二次Al3Zr相，对材料 性能不利；同时Zr的含量不宜高于0. 16%，否则容易在铸造过程中形成一次粗大Al3Zr相， 降低材料的铸造性能、加工性能以及断裂韧性。

[0019] V加入铝合金中生成Al11V高熔点的化合物，在铸造过程中可细化晶粒。与加入Zr 的作用类似，其可通过提高再结晶温度，阻碍再结晶，细化最终产品的晶粒组织，提高合金 强度。

[0020] Ti是起微合金化作用的元素，可以控制加工和热处理时的晶粒结构。Ti在合金中 以不超过0. 10%为宜。若是Ti含量过高，则容易在组织中形成粗大的含Ti相，降低材料的 断裂韧性。Zn, Fe和Si元素为材料中的杂质元素，需分别控制在0. 1%，0. 30%和0. 20%以 下。

[0021] 本发明通过合理调整2xxx系铝合金中Cu的含量，以控制组织中过剩相的含量， 并保证主要强化相Al 2Cu的含量，从而使材料具有较好的强度和塑性；同时优化微量元素含 量，细化晶粒结构，进一步提尚材料的强度。

[0022] 本发明还从熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造等多方面进行改进， 从而达到生产质量合格的超大规格铝合金圆锭的目的。

[0023] 首先，采用高温快速熔化原料的方式，控制熔炼温度在750~800°C，优选控制熔 炼温度在760~790°C，采用高温快速熔化可以减少铝液氧化，减少渣的产生，同时提高生 产效率。

[0024] 其次，本发明通过炉内精炼、在线除气精炼和泡沫陶瓷过滤板在线过滤除渣，加强 熔体净化处理。铝合金在熔炼过程中，熔体中存在气体，在铸锭拉应力区形成气孔、夹渣等， 易引起应力集中的缺陷，会使铸锭产生裂纹。因此浇注前对熔体进行除气除渣处理，可以减 少裂纹产生的机会。

[0025] 在炉内精炼过程中，熔体温度控制在720~750 °C，优选控制熔体温度在720~ 740°C，控制氯气流量为0. 025~I. 5m3/h，氩气流量0. 5~15m3/h，精炼时间15~30min， 静置时间20~30min。

[0026] 在步骤（4)的在线除气过程中，旋转喷头的转速为200~500rpm，氯气流量 0· 01~0· 5m3/h，氩气流量0· 5~6m3/h，除气时铝液温度为720~750°C。

[0027] 为了增加熔体净化效果，所述铝合金熔体至少经过两级在线精炼除气处理后再进 行在线过滤操作。采取30-50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除渣后，可清除掉大部分 尺寸在15 μ m以上的杂质。

[0028] 通过上述熔体净化后，可以将2xxx系铝合金大规格铸锭中的H含量控制在 0.1 OmVlOOgAl以下，碱金属Na含量控制在2ppm以下，除气和除钠均达到较好的效果，确保 了铝合金的高纯洁度，能够满足未来航空航天用铝合金质量要求。

[0029] 再次，本发明通过晶粒细化处理，提高合金强度和韧性，减少铸锭热裂倾向。由于 在含Zr的铝合金中，Zr原子团会在Al-Ti-B丝内起晶粒细化作用的TiB 2S子表面形成一 层2池2或Zr的包覆层，从而抑制了 TiB 2粒子的细化晶粒特性。此外Zr还会与TiAl 3粒子 反应，改变其晶格常数和形核特性，使晶粒粗化。本发明针对因 Zr元素引起的晶粒细化剂 "中毒"现象，在使用TiB2、TiAl3颗粒尺寸符合要求的Al-5Ti-lB晶粒细化剂的基础上，将 Φ9. 5mm规格的Al_5Ti_lB丝的喂丝速度增加至160cm/min-220cm/min，加大晶粒细化剂投 放量，保证晶粒细化效果。

[0030] 再次，本发明在半连续铸造的过程中，还在引锭头上覆盖有垫片，降低了铸锭底部 的冷却强度，达到防止底部开裂的目的。

[0031] 最后，本发明研宄确定了圆锭均匀化处理的温度为520~540°C，保温时间为30~ 60h，可以使初生相充分回溶，二次析出相更均匀、细小。

[0032] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

[0033] 1、本发明通过以上方案可以克服大规格2xxx系铝合金圆铸锭容易出现的内部冶 金质量问题，实现制造规格更大的2 XXX系铝合金圆锭的目的，本发明制备的圆锭规格可达 Φ900~Φ 1340mm，铸锭车皮后经超声探伤检测无明显内部缺陷，晶粒细小均匀，无其他冶 金缺陷，表面平整，可以减少车皮量，提高成品率。

[0034] 2、本发明制备的超大规格2XXX系圆锭具有较好的综合力学性能，可以用于制造 航空航天和国防工程需要的高性能锻造产品，更好地满足航空业的使用要求，应用前景非 常看好。

附图说明

[0035] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

[0036] 图1是实施例1中®915mm规格圆锭的低倍组织照片。

具体实施方式

[0037] 以下通过具体实施例对本发明作进一步详述。

[0038] 实施例1

[0039] 铸造规格为Φ915_Χ6000_的大规格铝合金圆锭，其生产过程包括备料、熔炼、 炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤， 具体如下：

[0040] (1)备料：按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为：Cu 6. 8%，Mn 0. 4%， V 0. 10%, Zr 0. 15%, Ti 0. 08%, Be 0. 0005%, Zn ^ 0. 1%, Mg ^ 0. 01%, Si ^ 0. 10%, Fe < 0. 20%，余量为Al和不可避免的杂质进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中 间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原 料；

[0041] ⑵熔炼：将步骤⑴中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外，投入熔炼炉内 熔炼，采用高温快速熔化，熔炼温度控制在750°C，炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化， 炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要求，如有 必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中 间合金进行成分微调得到铝熔体；

[0042] (3)炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼；熔 体温度控制在720°C，控制氯气流量0. 025m3/h，氩气流量10m3/h，精炼时间15min，静置时间 20min〇

[0043] (4)在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体 氩气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；旋转喷头的转速为200rpm， 氯气流量〇. 5m3/h，氩气流量4m3/h，除气时铝液温度为720~750°C ;铝熔体除气精炼后通 过30ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除澄，清除尺寸在15 μ m以上的杂质。

[0044] 铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h，使用ABB公司的Alscan在线测氢仪测 定铝熔体中的液态氢含量，其结果如表1所示。

[0045] (5)在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为160cm/min ;

[0046] (6)半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽 注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所 述引锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为〇. 〇2MPa，冷却水流量55m3/h ;铸造速度为 15mm/min ；

[0047] (7)均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在520°C条件下均热30h，然后在冷却室内 用强风或喷水冷至室温；

[0048] (8)机械加工和超声探伤：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格 后进行机械加工至成品规格，最后进行超声探伤，合格后包装入库或发货。本实施例中的检 测结果如表1所示，低倍检测结果如图1所示。

[0049] 实施例2

[0050] 铸造规格为〇1220mmX 6000mm的超大规格铝合金圆锭，其生产过程包括备料、熔 炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步 骤，具体如下：

[0051] (1)备料：按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为：按照铝合金圆锭中各 化学成份的质量百分比为：Cu 6.1%，Mn 0.25%，V 0.06%，Zr 0.16%，Ti 0.09%，Be 0· 0006%，Zn 彡 0· 1%，Mg 彡 0· 02%，Si 彡 0· 10%，Fe 彡 0· 20%，余量为 Al 和不可避免 的杂质进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合 金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原料；

[0052] (2)熔炼：将步骤（1)中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外，投入熔炼炉内 熔炼，采用高温快速熔化，熔炼温度控制在760°C，炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化， 炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要求，如有 必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中 间合金进行成分微调得到铝熔体；

[0053] (3)炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼；熔 体温度控制在740°C，控制氯气流量为0. 8m3/h，氩气流量0. 5m3/h，精炼时间30min，静置时 间 30min。

[0054] (4)在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体 氩气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；旋转喷头的转速为500rpm， 氯气流量〇. 〇lm3/h，氩气流量0. 5m3/h，除气时铝液温度为740°C ;对铝合金熔体做两级在 线精炼除气处理，铝熔体除气精炼后通过50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除渣，清 除尺寸在15 μ m以上的杂质。铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h，使用ABB公司的 Alscan在线测氢仪测定铝熔体中的液态氢含量，其结果如表1所示。

[0055] (5)在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为180cm/min ;

[0056] (6)半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽 注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所 述引锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为〇. 〇8MPa，冷却水流量80m3/h ;铸造速度为 10mm/mi η ；

[0057] (7)均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在540°C条件下均热60h，然后在冷却室内 用强风或喷水冷至室温；

[0058] (8)机械加工：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格后进行机械 加工至成品规格，最后进行超声探伤，合格后包装入库或发货。本实施例中的检测结果如表 1所示。

[0059] 实施例3

[0060] 铸造规格为®1050mmX 6500mm的超大规格铝合金圆锭，其生产过程包括备料、熔 炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步 骤，具体如下：

[0061] (1)备料：按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为Cu 5. 9%，Mn 0. 35%， V 0. 15%, Zr 0. 15%, Ti 0. 08%, Be 0. 0010%, Zn ^ 0. 1 %, Mg ^ 0. 01 %, Si ^ 0. 20%, Fe < 0. 30%，余量为Al和不可避免的杂质进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中 间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原 料；

[0062] (2)熔炼：将步骤（1)中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外，投入熔炼炉内 熔炼，采用高温快速熔化，熔炼温度控制在800°C，炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化， 炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要求，如有 必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中 间合金进行成分微调得到铝熔体；

[0063] (3)炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼；熔 体温度控制在750°C，控制氯气流量为I. 5m3/h，氩气流量15m3/h，精炼时间30min，静置时间 30min〇

[0064] (4)在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体 氩气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；旋转喷头的转速为300rpm， 氯气流量〇. 〇12m3/h，氩气流量6m3/h，除气时铝液温度为750°C ;铝熔体除气精炼后通过 40ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除澄，清除尺寸在15 μ m以上的杂质。

[0065] 铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h，使用ABB公司的Alscan在线测氢仪测 定铝熔体中的液态氢含量，其结果如表1所示。

[0066] (5)在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为220cm/min ;

[0067] (6)半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽 注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所 述引锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为〇. 〇6MPa，冷却水流量60m3/h ;铸造速度为 15mm/min ；

[0068] (7)均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在530°C条件下均热50h，然后在冷却室内 用强风或喷水冷至室温；

[0069] (8)机械加工和超声探伤：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格 后进行机械加工至成品规格，最后进行超声探伤，检测有无内部裂纹，合格后包装入库或发 货。本实施例中的检测结果如表1所示。

[0070] 实施例4

[0071] 铸造规格为〇1320mmX 6500mm的超大规格铝合金圆锭，其生产过程包括备料、熔 炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步 骤，具体如下：

[0072] (1)备料：按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为：Cu 6. 3%，Mn 0. 3%， Zn ^ 0.1 %, Mg ^ 0. 01%, V 0.07%, Zr 0.13%, Ti 0.08%, Si 0.04%, Fe 0.08%, Be0.00 09%，余量为Al进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中间合金、铝钛中间 合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原料；

[0073] (2)熔炼：将步骤⑴中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外，投入熔炼炉内 熔炼，采用高温快速熔化，熔炼温度控制在790°C，炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化， 炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要求，如有 必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中 间合金进行成分微调得到铝熔体；

[0074] (3)炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼；熔 体温度控制在730°C，控制氯气流量为0. 5m3/h，氩气流量8m3/h，精炼时间25min，静置时间 25min〇

[0075] (4)在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体 氩气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；旋转喷头的转速为400rpm， 氯气流量〇. 〇8m3/h，氩气流量lm3/h，除气时铝液温度为730°C ;铝熔体除气精炼后通过 50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除澄，清除尺寸在15 μ m以上的杂质。

[0076] 铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h，使用ABB公司的Alscan在线测氢仪测 定铝熔体中的液态氢含量，其结果如表1所示。

[0077] (5)在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为200cm/min ;

[0078] (6)半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽 注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所 述引锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为〇. 〇5MPa，冷却水流量70m3/h ;铸造速度为 12mm/mi η ；

[0079] (7)均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在525°C条件下均热50h，然后在冷却室内 用强风或喷水冷至室温；

[0080] (8)机械加工和超声探伤：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格 后进行机械加工至成品规格，最后进行超声探伤，检测有无内部裂纹，合格后包装入库或发 货。本实施例中的检测结果如表1所示。

[0081] 表1实施例1-4中圆锭的质量检测结果

[0082]

[0083] 注：本表中晶粒度检测依据为国家标准GB/T 3246. 2 (铝及铝合金制品组织检验 方法第2部分：低倍组织检验方法）。

[0084] 本发明制备的圆锭典型低倍组织如图1所示，其规格可达Φ900~Φ 1340mm，组织 细小均匀，晶粒度可达一级，氢含量< 〇. 10ml/100gAl，无其他冶金缺陷和裂纹存在，成品率 达到90%以上。开坯锻造和环轧后成功制备出外径达8700mm的锻环，锻环经热处理后（T6 态）力学性能：抗拉强度彡450MPa，屈服强度彡330MPa，延伸率彡4%，完全满足航空航天 和国防工程所需的高性能锻造产品的需要。

[0085] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1. 一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在于包括备料、熔炼、炉内精 炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤，具体步 骤如下： (1)备料：按照铝合金圆锭的配方成份进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜 中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为 原料； ⑵熔炼：将步骤⑴中的原料除铝钛中间合金、错铍中间合金外，投入熔炼炉内熔炼， 采用高温快速熔化，熔炼温度控制在750~800 °C，炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔 化，炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要求， 如有必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合金、铝 铍中间合金进行成分微调得到铝熔体； (3) 炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼； (4) 在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体氩 气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；铝熔体除气精炼后通过30~ 50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除澄，清除尺寸在15 ym以上的杂质；错恪体在保温 炉内停留的总时间不超过6h ; (5) 在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 (69. 5mm规格的Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为 160cm/min ~220cm/min ; (6) 半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽注入 结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所述引 锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为〇. 02~0. 08MPa，冷却水流量55~80m3/h ; 铸造长度小于800mm时，铸造速度为13~20mm/min ;铸造长度大于800mm后，铸造速度为 10 ~15mm/min ； (7) 均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在520~540°C条件下均热30~60h，然后在冷 却室内用强风或喷水冷至室温； (8) 机械加工和超声探伤：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格后进 行机械加工至成品规格，最后进行超声探伤，合格后包装入库或发货。

2. 根据权利要求1所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在 于：所述备料依据的铝合金圆锭的配方为：按照重量百分比计，Cu彡6. 8%，Mn彡0. 40%， Si ^ 0. 20 %, Fe ^ 0. 30 %, V 0. 05-0. 15 %, Zr 0. 10-0. 16 %, Ti 0. 02-0. 10 %, Be 0. 0002-0. 0010%，Zn彡0. 1%，Mg彡0. 02%，，余量为Al和不可避免的杂质元素，其中每 种不可避免的杂质元素含量小于等于0. 05%且总量小于等于0. 15%。

3. 根据权利要求1或2所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在 于：在所述步骤（2)熔炼过程中，熔炼温度控制在760~790°C。

4. 根据权利要求3所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在于： 在所述步骤（3)精炼过程中，熔体温度控制在720~750°C。

5. 根据权利要求3所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在于： 在所述步骤（3)精炼过程中，熔体温度控制在720~740°C，氯气流量0. 025~I. 5m3/h，氩 气流量o. 5~15m3/h，精炼时间15~30min，静置时间20~30min。

6. 根据权利要求5所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在于： 在步骤（4)的在线除气过程中，旋转喷头的转速为200~500rpm，氯气流量0. 01~0. 5m3/ h，氩气流量0. 5~6m3/h，除气时铝液温度为720~750°C。

7. 根据权利要求5所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在于： 为了增加熔体净化效果，所述铝合金熔体至少经过两级在线精炼除气处理后再进行在线过 滤操作。