CN105861893A - 一种耐海水腐蚀铝合金及其制造方法 - Google Patents

一种耐海水腐蚀铝合金及其制造方法 Download PDF

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韩念梅
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周玉立
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Abstract

一种耐海水腐蚀铝合金及其制造方法，该铝合金的成分为：Mg：2.6～3.0wt%，Si≤0.1wt%，Fe≤0.2wt%，Cr≤0.05wt%，其余为Al以及难以避免的杂质元素。其材制造方法包括以下步骤：将铝合金按上述配比熔炼铸造，然后进行均匀化处理，均匀化处理温度为420℃～480℃，保温8～12h；接着进行车皮和挤压；之后进行冷拨；最后进行稳定化退火，退火温度为180～240℃，退火时间为2～4h。本发明所述的耐海水腐蚀铝合金及其制造方法，制造出的合金在具有良好的力学性能的基础上拥有良好的耐海水腐蚀性能，可满足海洋工程，尤其是海水淡化使用要求。

Description

一种耐海水腐蚀铝合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种耐海水腐蚀铝合金及其制造方法，属于合金材料技术领域。
背景技术
近几年铜合金价格增长过快，极大地增加了海水淡化的成本。与铜合金相比，铝合金的密度较低(为铜合金的1/3)，价格相对便宜(为铜合金的1/3)，同时具有较好的耐腐蚀性能和散热性能，以铝合金取代铜合金制造换热器具有技术可行性，而且可明显降低海水淡化设备造价和制水成本。普通铝合金在海水淡化工况下的腐蚀问题是限制铝合金使用的最重要因素。
专利(ZL201010551917.2)公开了一种耐海水腐蚀的铝合金材料，该铝合金含有：0.4～1.8wt％Mg，＜0.08wt％Si，＜0.15wt％Fe，＜0.005wt％Cu，＜0.005wt％Zn，0.003～0.008wt％RE，其余为Al。
专利(ZL01110677.8)公开了一种耐海水腐蚀铝合金及其制造工艺，合金含有：2.0～2.2wt％Mg，0.1～0.35wt％Cr，0.05～0.2wt％Mn，0.001wt％Sb，0.05～0.01wt％Ti，0.001wt％B，0.05～0.1wt％RE，其余为Al。上述合金在720～730℃铸造成圆锭，再加热到350～450℃进行挤压，经拉伸矫直(1～3％)进行冷拔，最终进行稳定化退火(在200℃保温1～2h，出炉风冷)。
上述专利公开的合金含有一定量的RE或Sb元素，这些合金元素价格远高于铝合金，会明显增加材料的成本，不符合海水淡化低成本化发展要求。而且，未见上述专利技术的实际应用报道，因此还需要进一步进行合金研究开发，以满足国内海水淡化行业发展要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种延耐海水腐蚀铝合金及其制造方法，具有良好的力学性能的基础上拥有良好的耐海水腐蚀性能，可满足海洋工程使用要求。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种耐海水腐蚀铝合金，该铝合金的成分为：Mg：2.6～3.0wt％，Si≤0.1wt％，Fe≤0.2wt％，Cr≤0.05wt％，其余为Al以及难以避免的杂质元素。
前述耐海水腐蚀铝合金的制造方法，包括以下步骤：
①将铝合金按所述配比熔炼铸造成铸锭；
②将经步骤①处理后的铝合金铸锭进行均匀化处理，即将铝合金置于温度为420℃～480℃的均匀化处理炉内，并在此温度下恒温保持8～12h后，使其冷却至室温；
③将经步骤②处理后的铝合金铸锭进行车皮和挤压，此过程中，对铝合金铸锭进行加热，加热温度为400～500℃，并保温2h以上；
④将经步骤③处理后的铝合金管坯进行冷拨；
⑤将经步骤④处理后的铝合金管进行稳定化退火，退火温度控制在180～240℃之间，退火时间为2～4h。
进一步地，上述耐海水腐蚀铝合金的制造方法，其中，所述步骤①中，具体步骤为：首先将工业纯铝锭以710～770℃熔化，并加入铝铁中间合金、铝硅中间合金、纯镁锭等，之后熔融净化、除气后铸造成型。
进一步地，上述耐海水腐蚀铝合金的制造方法，其中，所述步骤④中，经冷拨后的铝合金总变形量控制在1.2～1.8。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：本发明所述的耐海水腐蚀铝合金及其制造方法，制造出的合金在具有良好的力学性能的基础上拥有良好的耐海水腐蚀性能，可满足海洋工程，尤其是海水淡化使用要求；且，其成分不含RE或Sb元素，材料成本明显降低，符合海水淡化低成本化发展要求。
具体实施方式
本发明发明人在探索耐海水腐蚀铝合金制造过程中，发现耐海水腐蚀铝合金中各成分含量对该合金的制造和质量有一定的影响。具体如下：
Mg：Mg是耐海水腐蚀铝合金的主要强化元素，主要以固溶强化的方式提高合金的强度。Mg含量低于2.6％，合金强度太低。Mg含量高于3.0％，一是材料加工难度增加，导致制造成本增加；二是易在晶界连续析出β相，增加合金晶间腐蚀敏感性，不利于合金的耐海水腐蚀性能。因此，Mg含量应严格控制在2.6～3.0％。
Fe:Fe元素对耐海水腐蚀铝合金来说是有害的，会对合金板材的延伸率产生不利影响；形成的AlFe或AlFeSi化合物还降低合金的耐腐蚀性能，因此应尽量少。
Si:Si元素对耐海水腐蚀铝合金来说是有害的，会对合金板材的延伸率产生不利影响；Si含量增加会降低Mg的固溶，形成的Mg2Si相强化作用不大，但降低合金的塑性，且不利于耐腐蚀性。因此应尽量少。
Cr：可以一定程度提高基体强度，但会降低塑性，且Cr为重金属对坏境有害，因此限制其含量≤0.05wt％。
因此，发明人经过研究，提出一种耐海水腐蚀铝合金，所使用的合金成分如下：Mg：2.6～3.0wt％，Si≤0.1wt％，Fe≤0.2wt％，Cr≤0.05wt％，其余为Al以及难以避免的杂质元素。耐海水腐蚀铝合金内化合物主要为AlMg相且不连续分布，合金内其余化合物总和不超过合金内所有化合物面积总数的5％
应用上述铝合金各成分的配比，本发明按照以下方法制造耐海水腐蚀铝合金，按所述成分进行熔炼铸造、均匀化处理、车皮和挤压、冷拔、和稳定化退火，具体步骤如下：
(1)熔炼铸造：首先将工业纯铝锭以710～770℃熔化，并加入铝铁中间合金、铝硅中间合金、纯镁锭等，之后熔融净化、除气后铸造成型；
(2)均匀化处理：对经步骤(1)处理后的铝合金置于温度为420℃～480℃的均匀化处理炉内，并在此温度下恒温保持8～12h后，使其冷却至室温；
(3)车皮和挤压：对经过步骤(2)处理后的铝合金铸锭进行车皮和挤压，此过程中，对铝合金铸锭进行加热，加热温度为400～500℃，并保温2h以上；
(4)冷拨：对经步骤(3)处理后的铝合金管坯进行冷拨，冷拨过程中铝合金管坯总变形量控制在1.2～1.8；
(5)稳定化退火：退火温度控制在180～240℃之间，退火时间为2～4h。
本发明对铸锭升温到400～500℃保温8～20h进行均匀化处理，可以减少成分偏析，使得化合物充分转变，有利于后续加工并保证合金性能。温度过高，会造成Mg的烧损或低熔点共晶相的过烧；温度偏低或保温时间短，元素扩散或化合物转变不充分，不利于合金的力学性能和耐腐蚀性能。优选范围为：在420～480℃保温8～12h。
将挤压管坯进行冷拉拔到需要的尺寸规格，总变形量控制为1.2～1.8，即能满足加工要求，又能满足后续状态要求。总变形量过大，合金冷拔变形抗力增加明显，需要增加中间退火，会造成制造成本增加。为获得H32态，总变形量优选范围为1.4～1.7。
对获得的合金管材进行稳定化退火，即在180～240℃保温1h以上，退火后空冷，加热或降温时的速率不高于100℃/h。温度偏低或偏高容易使β相沿晶界连续析出，不利于合金的耐腐蚀性能，及难以达到要求的力学性能。因此，优选范围为：在180～220℃保温2～4h。
以下，对比地说明本发明的实施例和比较例，根据这些实施例和比较例可以进一步印证本发明的技术效果。但是，所列举的实施例仅为本发明优选的实施方式，不应将其理解为本发明上述主题的范围仅限于此，凡基于本发明技术构思所形成的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
下面结合具体实施例对本发明实施方式做进一步描述：
熔铸出表1所给合金成分的圆铸锭(直径φ94mm)，将圆锭在480℃均匀化处理后空冷，车皮切断成φ89mm×250mm的圆棒；将圆棒加热到450℃并保温4h挤压到φ27mm×1.75mm管坯，再冷拉拔到φ25mm×1.5mm；对获得的管材进行稳定化退火后空冷，加热速率为50℃/h。工艺试验方案如表2所列。
表3给出了几种实施例和比较例合金成品态管材的性能。其中，耐腐蚀性能为试样按GB/T 10124进行测试，测试条件为在70℃、7％NaCl溶液浸泡1500h。
表1
表2
表3
由表1～表3可以比较出，本发明通过控制合金成分和制备方法，使合金在具有良好的力学性能的基础上拥有良好的耐海水腐蚀性能。

Claims (4)

1.一种耐海水腐蚀铝合金，其特征在于：该铝合金的成分为：Mg：2.6～3.0wt%，Si≤0.1wt%，Fe≤0.2wt%，Cr≤0.05wt%，其余为Al以及难以避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述耐海水腐蚀铝合金的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
将铝合金按所述配比熔炼铸造成铸锭；
将经步骤处理后的铝合金铸锭进行均匀化处理，即将铝合金置于温度为420℃～480℃的均匀化处理炉内，并在此温度下恒温保持8～12h后，使其冷却至室温；
将经步骤处理后的铝合金铸锭进行车皮和挤压，此过程中，对铝合金铸锭进行加热，加热温度为400～500℃，并保温2h以上；
将经步骤处理后的铝合金管坯进行冷拨；
将经步骤处理后的铝合金管进行稳定化退火，退火温度控制在180～240℃之间，退火时间为2～4h。
3.根据权利要求2所述的耐海水腐蚀铝合金的制造方法，其特征在于：所述步骤中，具体步骤为：首先将工业纯铝锭以710～770℃熔化，并加入铝铁中间合金、铝硅中间合金、纯镁锭等，之后熔融净化、除气后铸造成型。
4.根据权利要求2所述的耐海水腐蚀铝合金的制造方法，其特征在于：所述步骤中，经冷拨后的铝合金总变形量控制在1.2～1.8。
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