CN105970037A

CN105970037A - 人行天桥用铝合金及其制备方法

Info

Publication number: CN105970037A
Application number: CN201610559069.7A
Authority: CN
Inventors: 雷素萍; 李彬; 李永弟; 秦龙飞; 杨婷婷; 罗金凤
Original assignee: ALNAN ALUMINIUM Co Ltd
Current assignee: ALNAN ALUMINIUM Co Ltd
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: CN105970037B

Abstract

本发明涉及一种人行天桥用铝合金及其制备方法,其特征在于，其化学组分按质量百分比为：Mg:0.55‑1.0％、Si:0.55‑0.8％、Mn:0.18‑0.55％、Cr:0.1‑0.2％、Ta:0.05‑0.2％、Ni:0.10‑0.3％、V:0.10‑0.50％、Cu:0.1‑0.3％、Zn≤0.05％、Fe≤0.20％、Ti≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al；该铝合金的制备方法是经熔炼、精炼、铸造和均匀化得到。本发明通过优化合金成分进行调整，添加微量Ta、Ni和V元素，能显著提高铝合金的强度、韧性、抗疲劳、耐腐蚀性能以及加工性能。

Description

人行天桥用铝合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金的加工技术领域，具体涉及一种适用于人行天桥的铝合金及其制备方法。

背景技术

人行天桥不仅能更好地缓解交通压力，也是实现人车分离的最佳途径。未来，随着城镇化进程的推进和和城市建设需要，建设人行天桥的项目将会越来越多，据匡算，全国每年将有几百座人行天桥需要建设。目前，人行天桥主要采用钢结构，钢结构天桥优越性比较明显，但钢质人行天桥自重比较大，承载能力低，且钢质材料易锈蚀，锈蚀后的钢质车厢残值较低，也普遍面临着锈蚀而导致的耐久性问题和维护成本高问题。而且在我国南方地区，由于全年雨季过长以及酸雨对桥面腐蚀程度严重，大大的增加了天桥的维护成本，同时也缩短了天桥使用寿命。因此，寻找一种与钢材强度相当、耐久性好、景观效果好的新型材料，对城市人行天桥的发展具有重要意义。

铝合金具有高的比强度、比模量、断裂韧度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，同时还具有良好的成形工艺性和良好的焊接性，因此，成为航空、航天、船舶、汽车、列车、化工、军事等领域应用最广泛的一类有色金属结构材料。例如，飞船的指挥舱与登月舱、运载火箭贮箱、卫星贮箱、战术导弹壳体、船用壳体、高速列车与地铁列车铝合金车厢、化工容器等都由铝合金结构材料焊接而成。随着社会的进步、科技的发展，应用新材料、新技术已成为桥梁工程发展的一个大趋势。铝合金作为一种新兴材料已越来越多的被应用于桥梁结构中，在国内外，全铝合金桥梁也慢慢步入人们的生活圈，成为一道亮丽的风景。铝合金天桥优势：1、轻量化。在同等性能条件下，铝天桥比钢筋水泥结构轻30％以上。2、铝合金天桥可以在厂内生产、加工、拼装整座天桥，仅仅利用一个晚上时间将拼装好的铝合金天桥吊装到现场。避免了传统的钢筋水泥结构的天桥为搭建天桥封路施工10天以上，造成交通不便。3、铝合金结构天桥易保养。4、铝合金天桥拆装简易，因城市改建拆卸方便，材料可回炉。因天桥大小规格不同，一座大型天桥用铝量大概在200吨左右，小型天桥大约每座用铝量在50吨左右。若每座天桥均采用铝合金材料，按年建200座天桥计算，仅铝天桥一项每年将消耗近几万吨或是几十万吨铝合金材料。所以，铝合金天桥的推广应用对铝应用市场也不可小觑，值得推广。

人行天桥需要有良好的强度、韧性、抗疲劳及耐腐蚀性能。而氧化物等非金属夹杂物的存在会破坏铝合金基体的连续性，降低铝合金的塑性行、韧性、抗疲劳和耐蚀性，使铝合金的工艺性能和表面质量更差。溶解于铝合金中的氢会使铸锭产生气孔、疏松，进而使加工产品起泡及分层，甚至使铝合金产品产生氢脆。因此，对铝合金熔体进行净化处理，降低金属熔体中非金属夹杂物和去除溶解于铝熔体中的气体，特别是氢，获得高纯洁度的铝合金熔体，为铸造出高品质的铸锭创造条件，是铝合金熔炼的一个重要目的，也是生产人行天桥铝合金材料的关键步骤。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种具有良好的强度、韧性、抗疲劳、耐腐蚀性能以及良好的加工性能的人行天桥用铝合金及其制备方法。

本发明是这样实现的：

一种人行天桥用铝合金,其特征在于，其化学组分按质量百分比为：Mg:0.55-1.0％、Si:0.55-0.8％、Mn:0.18-0.55％、Cr:0.1-0.2％、Ta:0.05-0.2％、Ni:0.10-0.3％、V:0.10-0.50％、Cu:0.1-0.3％、Zn≤0.05％、Fe≤0.20％、Ti≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

本发明人行天桥用铝合金的制备方法，包括熔炼、精炼、铸造和均匀化，步骤如下：

(1)熔炼：将铝锭及中间合金投入熔炼炉在进行熔炼，按铝合金总量的0.05-0.1％往熔炼炉内加入精炼剂，铝液温度达到700℃以上时，投入打渣剂，然后用扒渣车对熔炼炉内的铝液夹渣进行扒渣，打渣剂投入量为铝合金总量的0.01-0.1％，扒渣后再加入镁锭，镁锭采用铁笼投放入熔炼炉中，在熔炼过程中用电磁搅拌加速熔炼速度，当铝液温度达到730-750℃时转入保温炉；

(2)精炼：经过熔炼的铝液转至保温炉进行炉内精炼，将旋转喷吹除气装置的吹头伸入至保温炉的铝液中，由旋转吹头向铝液通入氯气和氩气进行精炼，精炼时采用在线测氢仪测定铝液的液态氢含量，精炼完成后将铝液静置5-10min后过滤除渣，除渣后的铝液直接进行浇铸；

(3)铸造：采用半连续铸造生产铝合金铸锭，将铝液浇铸成棒状铝合金铸坯，对铝合金铸坯表面进行喷水冷却至120℃以下，然后空气自然冷却至室温；

(4)均匀化：将铝合金铸坯送入热处理炉中进行二级均匀化退火处理，先将铝合金铸坯在440-450℃温度下保温15-20h，然后在450-500℃温度下保温5-10h。

进一步优选，所述铁笼投放镁锭为将镁锭整齐叠放于铁笼内，采用叉车及支撑杆将铁笼吊起送入熔炼炉，并在熔炼炉炉体内缓慢移动，直到镁锭完全融化。

进一步优选，所述精炼剂包括以下重量分数的原料：KCl 35-50份、LiCl 20-25份、Na₃AlF₆10-15份、Mg₃N₂ 5-10份、膨润土5-10份、Na₂CO₃ 2-5份、C₂Cl₆ 2-5份。

进一步优选，所述打渣剂包括以下重量分数的原料：NaCl 50-60份、Na₃AlF₆ 10-20份、Na₂SO₄ 5-10份、CaF₂ 5-10份、铝灰3-5份。

进一步优选，所述旋转喷吹除气装置吹头旋转速度为500-650r/min，氩气流量为0.2-0.6m³/h，氩气压力200-350Kpa，氯气流量为0.05-0.2m³/h，氯气压力为50-150Kpa，精炼时间为5-10min。

进一步优选，所述除渣采用三级除渣，第一级除渣采用的是泡沫陶瓷过滤板除渣，第二级除渣采用的是电磁分离除渣，经过两级过滤后的铝液再进入管式过滤箱进行第三级过滤除渣。电磁分离除渣是利用铝液与非金属夹杂之间的导电性差异，在强大的电磁场下将它们分离的净化技术，可快速去除铝熔体中小于40μm的微细夹杂物。

进一步优选，所述铸造的工艺参数为:浇铸温度为700-730℃，铸造速度为30-100mm/min，冷却水水压为0.02-0.10MPa。

本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：

1、本发明通过优化合金成分进行调整，添加微量Ta、Ni和V元素，能够显著提高铝合金的强度、结构稳定性、焊接性能和抗腐蚀性能，并可避免高温下长期工作时易产生的脆化现象；提高其使用寿命，降低人行天桥的制作成本。使本发铝合金的耐腐蚀性能优异，高温力学性能好，综合性能满足要求。

2、本发明采用旋转喷吹除气装置和三级除渣装置清除铝液中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质，使得铸锭中的H含量控制在0.05ml/100gAl以下，能够显著提高除气效率和除气质量，减少铝合金铸锭的裂纹、疏松、针状气孔、夹杂等铸造缺陷，使铸锭成品率达到96％以上。

3、本发明在熔炼过程中采用铁笼投放镁锭的方式，使得镁锭烧损率降低至6％-7％，极大节约了镁锭的使用量；并且铝合金成分的均匀性得到较大的改善；温度均匀性得到改善，解决了扒渣之后，熔体温度大幅度下降的现象；减少了员工在高温区操作时间，降低劳动强度；节约能源，避免铝渣带走过多热量。

4、采用本发明的铝合金制作的人行天桥具有自重轻、耐腐蚀、易加工、容易回收再利用、景观效果好、不带磁性、无毒等诸多优点，与传统的钢桥、混凝土桥梁相比，不但施工方便，而且可以减小下部结构的规模，同时具有维护简单以及便于拆建等优势。

具体实施方式

实施例1

本发明铝合金的化学组分按质量百分比为：

Mg:0.55％、Si:0.55％、Mn:0.18％、Cr:0.1％、Ta:0.05％、Ni:0.10％、V:0.10％、Cu:0.1％、Zn≤0.05％、Fe≤0.20％、Ti≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

实施例2

本发明铝合金的化学组分按质量百分比为：

Mg:1.0％、Si:0.8％、Mn:0.55％、Cr:0.2％、Ta:0.2％、Ni:0.3％、V:0.50％、Cu:0.3％、Zn≤0.05％、Fe≤0.20％、Ti≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

实施例3

本发明铝合金的化学组分按质量百分比为：

Mg:0.65％、Si:0.65％、Mn:0.28％、Cr:0.15％、Ta:0.1％、Ni:0.15％、V:0.2％、Cu:0.15％、Zn≤0.05％、Fe≤0.20％、Ti≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

实施例4

本发明铝合金的化学组分按质量百分比为：

Mg:0.85％、Si:0.75％、Mn:0.48％、Cr:0.18％、Ta:0.15％、Ni:0.20％、V:0.40％、Cu:0.25％、Zn≤0.05％、Fe≤0.20％、Ti≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

上述实施例1-4的制备方法为：

(1)熔炼：将铝锭及中间合金投入熔炼炉在进行熔炼，按铝合金总量的0.05-0.1％往熔炼炉内加入精炼剂，铝液温度达到700℃以上时，投入打渣剂，然后用扒渣车对熔炼炉内的铝液夹渣进行扒渣，打渣剂投入量为铝合金总量的0.01-0.1％，扒渣后再加入镁锭，镁锭采用铁笼投放入熔炼炉中，在熔炼过程中用电磁搅拌加速熔炼速度，当铝液温度达到730-750℃时转入保温炉；所述铁笼投放镁锭为将镁锭整齐叠放于铁笼内，采用叉车及支撑杆将铁笼吊起送入熔炼炉，并在熔炼炉炉体内缓慢移动，直到镁锭完全融化；

所述旋转喷吹除气装置吹头旋转速度为500-650r/min，氩气流量为0.2-0.6m³/h，氩气压力200-350Kpa，氯气流量为0.05-0.2m³/h，氯气压力为50-150Kpa，精炼时间为5-10min。

所述除渣采用三级除渣，第一级级除渣采用的是泡沫陶瓷过滤板除渣，第二级除渣采用的是电磁分离除渣，经过两级过滤后的铝液再进入管式过滤箱进行第三级过滤除渣。

所述铸造的工艺参数为:浇铸温度为700-730℃，铸造速度为30-100mm/min，冷却水水压为0.02-0.10MPa。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种人行天桥用铝合金,其特征在于，其化学组分按质量百分比为：Mg:0.55-1.0％、Si:0.55-0.8％、Mn:0.18-0.55％、Cr:0.1-0.2％、Ta:0.05-0.2％、Ni:0.10-0.3％、V:0.10-0.50％、Cu:0.1-0.3％、Zn≤0.05％、Fe≤0.20％、Ti≤0.05％，其它杂质元素单个含量≤0.05％，其它杂质元素总含量≤0.15％，余量为Al。

2.如权利要求1所述的人行天桥用铝合金的制备方法，其特征在于：包括熔炼、精炼、铸造和均匀化，步骤如下：

3.根据权利要求2所述的人行天桥用铝合金的制备方法，其特征在于：所述铁笼投放镁锭为将镁锭整齐叠放于铁笼内，采用叉车及支撑杆将铁笼吊起送入熔炼炉，并在熔炼炉炉体内缓慢移动，直到镁锭完全融化。

4.根据权利要求2所述的人行天桥用铝合金的制备方法，其特征在于：所述精炼剂包括以下重量分数的原料：KCl 35-50份、LiCl 20-25份、Na₃AlF₆ 10-15份、Mg₃N₂ 5-10份、膨润土5-10份、Na₂CO₃ 2-5份、C₂Cl₆ 2-5份。

5.根据权利要求2所述的人行天桥用铝合金的制备方法，其特征在于：所述打渣剂包括以下重量分数的原料：NaCl 50-60份、Na₃AlF₆ 10-20份、Na₂SO₄ 5-10份、CaF₂ 5-10份、铝灰3-5份。

6.根据权利要求2所述的人行天桥用铝合金的制备方法，其特征在于：所述旋转喷吹除气装置吹头旋转速度为500-650r/min，氩气流量为0.2-0.6m³/h，氩气压力200-350Kpa，氯气流量为0.05-0.2m³/h，氯气压力为50-150Kpa，精炼时间为5-10min。

7.根据权利要求2所述的人行天桥用铝合金的制备方法，其特征在于：所述除渣采用三级除渣，第一级除渣采用的是泡沫陶瓷过滤板除渣，第二级除渣采用的是电磁分离除渣，经过两级过滤后的铝液再进入管式过滤箱进行第三级过滤除渣。

8.根据权利要求2所述的人行天桥用铝合金的制备方法，其特征在于：所述铸造的工艺参数为:浇铸温度为700-730℃，铸造速度为30-100mm/min，冷却水水压为0.02-0.10MPa。