CN106119630A - 一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金，其特征在于由如下质量百分数的元素组成：Si：0～0.05％；Fe：0～0.12％；Cu：0～0.004％；Mg：2.2～2.4％；Zn：0～0.004％；Ti：0.01～0.02％；Re：0.1～0.2％；余量为Al。本发明制备得到的铝合金具有质量轻、比强度高、使用寿命长、热效率高、耐腐蚀性好等优点。

Description

一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其是涉及一种适用于海水淡化热交换系统领域的耐海水腐蚀管材的铝合金及其制备方法。
背景技术
耐海水腐蚀铝合金管材是热交换系统重要零件之一，主要在低温多效蒸馏海水淡化交换系统中使用，同传统的铜管、钛管、钢管相比，其质量轻、比强度高、热效率高、耐海水腐蚀性能好，使用寿命长、易于加工等优良性能得到广泛的应用。
目前，在与海水接触的装备中所使用的铝合金管中的硅、铁、铜、锌等元素含量较高，在与海水接触的环境下，极易产生点腐蚀，使得这种铝合金管的耐海水腐蚀性能较低。又由于这种铝合金管的原料中含有铬，虽然利用铬能使铝合金中的镁相沉淀均匀、提高铝合金管的抗面腐蚀性能，但铬元素与铁元素间会形成金属间化合物在晶间析出，从而降低了铝合金管的抗晶间腐蚀性能。其次，由于这种铝合金管的原料中镁元素的含量较高，虽然镁元素的含量高会使铝合金管的强度增加，但会降低其冷变形加工性能，而且这种铝合金易沿晶界、亚晶界析出第二相β(Mg2Al3)。而β相相对铝基体来说是阳极，会优先发生腐蚀，使铝合金具有很大的晶间腐蚀敏感性和应力腐蚀敏感性。由此可见，上述铝合金管在海水接触环境下的耐海水腐蚀性能较差，使用寿命短。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金及其制备方法。本发明制备得到的铝合金具有质量轻、比强度高、使用寿命长、热效率高、耐腐蚀性好等优点。
本发明的技术方案如下：
一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金，由如下质量百分数的元素组成：
Si：0～0.05％；Fe：0～0.12％；Cu：0～0.004％；Mg：2.2～2.4％；Zn：0～0.004％；Ti：0.01～0.02％；Re：0.1～0.2％；余量为Al。
优选的，一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金，由如下质量百分数的元素组成：
Si：0.03％；Fe：0.08％；Cu：0.002％；Mg：2.3％；Zn：0.002％；Ti：0.015％；Re：0.5％；余量为Al。
一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)把含有硅、铁、铜、锌杂质的量控制在所需用量的范围内的高纯铝锭投炉进行熔化；熔化温度控制在720～760℃；熔化时间3～4小时，铝锭的纯度直接影响后续产品的腐蚀性；
(2)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.15～0.2％的精炼剂，用压力0.06～0.12Mpa的氩气对铝液进行第一次次精炼20～30分钟，然后进行扒渣，把表面的浮渣扒干净；
(3)然后把铝液的温度加温到720～760℃时，加入所需用量一半的Re合金进行变质，使铝液得到细小的晶粒，然后用加镁器把镁加入准备好的正方体笼子中，然后用叉车把加镁器浸泡在铝液中进行镁锭的溶解，防止镁锭上浮损耗过大；
(4)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.3～0.4％的精炼剂，用压力0.06～0.12Mpa的氩气对铝液进行第二次次精炼30～40分钟，然后进行扒渣；
(5)镁锭完全熔化后，加入覆盖剂对铝液进行保温，对铝液进行精炼40～60分钟，使铝液中杂、氢气进行上浮，
(6)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.05～0.15％的精炼剂，用压力0.06～0.12Mpa的氩气对铝液进行第二次次精炼30～40分钟，然后进行扒渣；
(7)扒渣后，加入剩余的Re合金和铝钛合金AlTi10进行变质细化和稀土合金化，达到细化晶粒效果，准备铸造；
(8)铸造前，把炉内温度控制在740～750℃时，铝液从流槽中经过在线钛线细化，速度220～230mm/min；然后经过双转子除气箱进行二级除气和除渣，用测氢仪检测铝液的氢含量控制在0.07～0.08ml/100g；经过放置的过滤袋进行初级过滤；后经过双级60目过滤板对铝液杂质进行过滤，铸造出高品质，杂质含量少的棒料；
(9)铸造完成后对棒料进行均质化处理，均质温度500～515℃；保温18～22小时，自然冷却到室温；
(10)切割成定尺短棒，公差控制在+3MM内的短棒；切割后对棒料加热到440～450℃；挤压成管坯进行冷拔准备；
(11)管坯进行轧制处理，轧制变形量控制在45～55％；轧制后进行冷拔，变形量控制25～35％；
(12)进行时效处理，温度控制在170～180℃；时效时间4～8小时。
Si、Fe、Cu、Zn都是Al锭中自带的杂质元素，选择高纯铝锭主要是为了控制铝锭中杂质元素Si、Fe、Cu、Zn的含量。
本发明有益的技术效果在于：
本发明通过优化铝合金的元素配比和热处理、变形工艺，制备得到的铝合金质量优于铜管、钛管、钢管，并且优良的比强度、热效率、耐海水腐蚀等优点。把铜管、钛管、钢管更换成本发明制备得到的耐腐蚀铝合金铝管，具有质量轻、使用寿命长、易于加工等特点。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行具体描述。
实施例1
一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金，由如下质量百分数的元素组成：
Si：0.01％；Fe：0.03％；Cu：0.001％；Mg：2.2％；Zn：0.002％；Ti：0.01％；Re：0.1；余量为Al。
其制备方法包括以下步骤：
(1)把含有硅、铁、铜、锌杂质的量控制在所需用量的范围内的高纯铝锭投炉进行熔化；熔化温度控制在720℃；熔化时间4小时，铝锭的纯度直接影响后续产品的腐蚀性；
(2)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.15％的精炼剂，用压力0.06Mpa的氩气对铝液进行第一次次精炼30分钟，然后进行扒渣，把表面的浮渣扒干净；
(3)然后把铝液的温度加温到720℃时，加入所需用量一半的Re合金进行变质，使铝液得到细小的晶粒，然后用加镁器把镁加入准备好的正方体笼子中，然后用叉车把加镁器浸泡在铝液中进行镁锭的溶解，防止镁锭上浮损耗过大；
(4)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.3％的精炼剂，用压力0.06Mpa的氩气对铝液进行第二次次精炼40分钟，然后进行扒渣；
(5)镁锭完全熔化后，加入覆盖剂对铝液进行保温，对铝液进行精炼60分钟，使铝液中杂、氢气进行上浮，
(6)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.05％的精炼剂，用压力0.06Mpa的氩气对铝液进行第二次次精炼40分钟，然后进行扒渣；
(7)扒渣后，加入剩余的Re合金和铝钛合金AlTi10进行变质细化和稀土合金化，达到细化晶粒效果，准备铸造；
(8)铸造前，把炉内温度控制在740℃时，铝液从流槽中经过在线钛线细化，速度230mm/min；然后经过双转子除气箱进行二级除气和除渣，用测氢仪检测铝液的氢含量控制在0.07ml/100g；经过放置的过滤袋进行初级过滤；后经过双级60目过滤板对铝液杂质进行过滤，铸造出高品质，杂质含量少的棒料；
(9)铸造完成后对棒料进行均质化处理，均质温度500℃；保温22小时，自然冷却到室温；
(10)切割成定尺短棒，公差控制在+3MM内的短棒；切割后对棒料加热到440℃；挤压成管坯进行冷拔准备；
(11)管坯进行轧制处理，轧制变形量控制在45％；轧制后进行冷拔，变形量控制25％；
(12)进行时效处理，温度控制在170℃；时效时间8小时。
实施例2
一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金，由如下质量百分数的元素组成：
Si：0.03％；Fe：0.08％；Cu：0.002％；Mg：2.3％；Zn：0.002％；Ti：0.015％；Re：0.5％；余量为Al。
其制备方法包括以下步骤：
(1)把含有硅、铁、铜、锌杂质的量控制在所需用量的范围内的高纯铝锭投炉进行熔化；熔化温度控制在740℃；熔化时间3.5小时，铝锭的纯度直接影响后续产品的腐蚀性；
(2)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.18％的精炼剂，用压力0.06～0.12Mpa的氩气对铝液进行第一次次精炼25分钟，然后进行扒渣，把表面的浮渣扒干净；
(3)然后把铝液的温度加温到740℃时，加入所需用量一半的Re合金进行变质，使铝液得到细小的晶粒，然后用加镁器把镁加入准备好的正方体笼子中，然后用叉车把加镁器浸泡在铝液中进行镁锭的溶解，防止镁锭上浮损耗过大；
(4)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.35％的精炼剂，用压力0.08Mpa的氩气对铝液进行第二次次精炼35分钟，然后进行扒渣；
(5)镁锭完全熔化后，加入覆盖剂对铝液进行保温，对铝液进行精炼50分钟，使铝液中杂、氢气进行上浮，
(6)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.1％的精炼剂，用压力0.08Mpa的氩气对铝液进行第二次次精炼35分钟，然后进行扒渣；
(7)扒渣后，加入剩余的Re合金和铝钛合金AlTi10进行变质细化和稀土合金化，达到细化晶粒效果，准备铸造；
(8)铸造前，把炉内温度控制在745℃时，铝液从流槽中经过在线钛线细化，速度225mm/min；然后经过双转子除气箱进行二级除气和除渣，用测氢仪检测铝液的氢含量控制在0.07ml/100g；经过放置的过滤袋进行初级过滤；后经过双级60目过滤板对铝液杂质进行过滤，铸造出高品质，杂质含量少的棒料；
(9)铸造完成后对棒料进行均质化处理，均质温度510℃；保温20小时，自然冷却到室温；
(10)切割成定尺短棒，公差控制在+3MM内的短棒；切割后对棒料加热到445℃；挤压成管坯进行冷拔准备；
(11)管坯进行轧制处理，轧制变形量控制在50％；轧制后进行冷拔，变形量控制30％；
(12)进行时效处理，温度控制在175℃；时效时间6小时。
实施例3
一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金，由如下质量百分数的元素组成：
Si：0.05％；Fe：0.12％；Cu：0.004％；Mg：2.4％；Zn：0.004％；Ti：0.02％；Re：0.2％；余量为Al。
其制备方法包括以下步骤：
(1)把含有硅、铁、铜、锌杂质的量控制在所需用量的范围内的高纯铝锭投炉进行熔化；熔化温度控制在760℃；熔化时间3小时，铝锭的纯度直接影响后续产品的腐蚀性；
(2)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.15％的精炼剂，用压力0.12Mpa的氩气对铝液进行第一次次精炼20分钟，然后进行扒渣，把表面的浮渣扒干净；
(3)然后把铝液的温度加温到760℃时，加入所需用量一半的Re合金进行变质，使铝液得到细小的晶粒，然后用加镁器把镁加入准备好的正方体笼子中，然后用叉车把加镁器浸泡在铝液中进行镁锭的溶解，防止镁锭上浮损耗过大；
(4)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.4％的精炼剂，用压力0.12Mpa的氩气对铝液进行第二次次精炼30分钟，然后进行扒渣；
(5)镁锭完全熔化后，加入覆盖剂对铝液进行保温，对铝液进行精炼40分钟，使铝液中杂、氢气进行上浮，
(6)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.15％的精炼剂，用压力0.12Mpa的氩气对铝液进行第二次次精炼30分钟，然后进行扒渣；
(7)扒渣后，加入剩余的Re合金和铝钛合金AlTi10进行变质细化和稀土合金化，达到细化晶粒效果，准备铸造；
(8)铸造前，把炉内温度控制在750℃时，铝液从流槽中经过在线钛线细化，速度220mm/min；然后经过双转子除气箱进行二级除气和除渣，用测氢仪检测铝液的氢含量控制在0.08ml/100g；经过放置的过滤袋进行初级过滤；后经过双级60目过滤板对铝液杂质进行过滤，铸造出高品质，杂质含量少的棒料；
(9)铸造完成后对棒料进行均质化处理，均质温度515℃；保温18小时，自然冷却到室温；
(10)切割成定尺短棒，公差控制在+3MM内的短棒；切割后对棒料加热到450℃；挤压成管坯进行冷拔准备；
(11)管坯进行轧制处理，轧制变形量控制在55％；轧制后进行冷拔，变形量控制35％；
(12)进行时效处理，温度控制在180℃；时效时间4小时。
实施例1～3所用的精炼剂等添加剂均为市售常规原料。
测试例：
对实施例1～3制备得到的铝合金进行常温性能测试，测试数据如表1所示。
表1
注：表1种的点腐蚀、面腐蚀是指在海水中浸泡2000小时的情况。
从表1的数据可以看到，本发明制备得到的铝合金具有强度高、韧性好、耐腐蚀性强等优点。

Claims (3)

1.一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金，其特征在于由如下质量百分数的元素组成：
Si：0～0.05％；Fe：0～0.12％；Cu：0～0.004％；Mg：2.2～2.4％；Zn：0～0.004％；Ti：0.01～0.02％；Re：0.1～0.2％；余量为Al。
2.一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金，其特征在于由如下质量百分数的元素组成：
Si：0.03％；Fe：0.08％；Cu：0.002％；Mg：2.3％；Zn：0.002％；Ti：0.015％；Re：0.5％；余量为Al。
3.一种用于耐海水腐蚀管材的铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)把含有硅、铁、铜、锌杂质的量控制在所需用量的范围内的高纯铝锭投炉进行熔化；熔化温度控制在720～760℃；熔化时间3～4小时，铝锭的纯度直接影响后续产品的腐蚀性；
(2)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.15～0.2％的精炼剂，用压力0.06～0.12Mpa的氩气对铝液进行第一次次精炼20～30分钟，然后进行扒渣，把表面的浮渣扒干净；
(3)然后把铝液的温度加温到720～760℃时，加入所需用量一半的Re合金进行变质，使铝液得到细小的晶粒，然后用加镁器把镁加入准备好的正方体笼子中，然后用叉车把加镁器浸泡在铝液中进行镁锭的溶解，防止镁锭上浮损耗过大；
(4)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.3～0.4％的精炼剂，用压力0.06～0.12Mpa的氩气对铝液进行第二次次精炼30～40分钟，然后进行扒渣；
(5)镁锭完全熔化后，加入覆盖剂对铝液进行保温，对铝液进行精炼40～60分钟，使铝液中杂、氢气进行上浮，
(6)然后加入重量为所要制备的铝合金质量0.05～0.15％的精炼剂，用压力0.06～0.12Mpa的氩气对铝液进行第二次次精炼30～40分钟，然后进行扒渣；
(7)扒渣后，加入剩余的Re合金和铝钛合金AlTi10进行变质细化和稀土合金化，达到细化晶粒效果，准备铸造；
(8)铸造前，把炉内温度控制在740～750℃时，铝液从流槽中经过在线钛线细化，速度220～230mm/min；然后经过双转子除气箱进行二级除气和除渣，用测氢仪检测铝液的氢含量控制在0.07～0.08ml/100g；经过放置的过滤袋进行初级过滤；后经过双级60目过滤板对铝液杂质进行过滤，铸造出高品质，杂质含量少的棒料；
(9)铸造完成后对棒料进行均质化处理，均质温度500～515℃；保温18～22小时，自然冷却到室温；
(10)切割成定尺短棒，公差控制在+3MM内的短棒；切割后对棒料加热到440～450℃；挤压成管坯进行冷拔准备；
(11)管坯进行轧制处理，轧制变形量控制在45～55％；轧制后进行冷拔，变形量控制25～35％；
(12)进行时效处理，温度控制在170～180℃；时效时间4～8小时。
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