CN106244861B - 一种zl114a焊丝线杆的连铸连轧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铸造铝合金技术工艺领域，具体涉及一种ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法。所述方法包括：原材料称重、配制；铝合金熔炼，在线除气、除渣；变质处理；晶粒细化；合金坯连铸；铸坯感应加热；铸坯热连轧；线材固溶处理；绕卷收线。本发明所述方法克服了现有技术的不足，所生产的铝合金线坯化学成分能实现在线检测和精确控制，合金内部含氢量小，夹杂少，几乎不存在偏析，在使用过程中焊丝的焊接工艺性好，无飞溅和掉屑，焊接电弧稳定，焊接接头内部质量和机械性能高。

Description

一种ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法
技术领域
本发明属于铸造铝合金技术工艺领域，具体涉及一种ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法。
背景技术
铝硅系铸造铝合金由于加入了大量的Si而具有良好的铸造性能，此外气密性也好，经过变质处理和热处理后，具有优良的力学性能、物理性能和加工性能。ZL114A铝合金是航天领域应用最为广泛的一种Al-Si系铸造合金材料。其具有较高的力学性能、良好的铸造工艺性能和抗腐蚀性能等一系列优点，广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
随着连铸连轧技术的发展，连铸连轧技术已经广泛应用到了4043、5052、8176等变形铝合金盘条的生产，而中国国内ZL114A铝合金焊丝坯料仍普遍采用铸锭挤压生产方式生产，加工工艺是先铸成直径约为100mm的锭，再均匀化退火，然后经过挤压机挤成直径10mm左右的棒坯，挤压速度慢，生产出的盘条单根净重仅有5Kg左右，生产效率低，后续加工成本高。如果能够实现ZL114A铝合金盘条的连铸连轧生产，将实现液态金属一次加工成材，不仅生产效率高，而且大大降低后续加工成本。因此，实现铝合金盘条连铸连轧成为材料制备领域研究的热点。
此外，由于一些产品仅按专业技术标准验收是远远不够且决不允许的，如导弹壳体是要求很严的军品，不允许存在直径大于1mm以上的缺陷。因此目前要想解决这些问题，只能用焊接的方法进行修复。用焊接的方法进行修复具有如下优点：(1)ZL114A连铸连轧生产工艺能用于ZL114A铝合金盘条连铸连轧生产。焊接试验结果表明，ZL114A连铸连轧盘条可以用于生产铝合金焊丝。(2)连续铸造过程中，由于铸锭边部过冷度比心部的过冷度大，连续铸造后铸锭边界晶粒比心部晶粒细小。(3)在连续轧制过程中，由于变形温度越来越低，累积变形量越来越大，因此随着轧制道次增加，线材横截面心部晶粒逐渐细化。(4)横截面金相组织表明：第二相主要以粒状形式分布于晶界处，随着变形量增加，这种相沿晶界分布的特征逐步减弱。由纵截面金相组织图中可以看到，随着轧制的进行，第二相由初始沿晶界分布变为沿变形方向分布。
因此，亟需一种能够满足上述需要，且能够克服现有铸造铝合金工艺中的偏析、夹渣、气孔、裂纹等缺陷的ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能够实现在线检测和精确控制、焊接工艺性好、不存在偏析等问题的ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法。
本发明解决问题的技术方案是：一种ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法，包括如下步骤：
(1)原材料称重，并按如下质量百分比配制ZL114A合金：Si：6.5％～7.5％；Mg：0.45％～0.6％；Ti：0.1％～0.2％；Be：0.04％～0.07％；Al：余量；Fe：0.1％～0.2％；Mn：≤0.1％；Ti：≤0.1％；Ti+Zr：≤0.2％；Sn：≤0.01％；Pb：≤0.03％；其中Mn、Ti、Zr、Sn、Pb为杂质，所述杂质的总和≤0.75％；
(2)铝合金熔炼，在线除气、除渣：
(2.1)炉内精炼：采用纯氮气与粉状打渣剂精炼两次，每次精炼的时间均为30分钟，精炼后使用熔体覆盖剂迅速覆盖铝合金熔体表面，以防止熔体二次吸氢；
(2.2)炉外连续净化处理：采用除气保温箱进行在线除气，所述除气保温箱中带有旋转喷头，通过旋转喷头通入纯氮气，气体压力为0.25MPa，气体流量为2m3/h，转速为300r/min，除气时间为7min～9min，除气保温箱的温度控制在710℃～750℃；经过在线除气后的铝合金熔体流入双级陶瓷过滤装置进行熔体除渣；
(3)变质处理：采用Al-Sr变质剂对铝合金熔体进行变质处理，Sr的添加量为铝合金熔体质量的0.03％～0.04％；Al-Sr变质剂是一种长效变质剂，能够反复重熔，无腐蚀作用，根据ZL114A铸锭挤压杆变质工艺，当Al-Sr变质剂Sr添加量为熔体质量的0.03％～0.04％时，变质效果最佳；
(4)晶粒细化：在铝合金熔体中加入Al-5Ti-1B晶粒细化剂，Al-5Ti-1B的添加量为铝合金熔体的重量的0.3％～0.4％；
(5)合金坯连铸：精炼后的合金铝液流入中间浇包进入结晶轮，进行合金坯连铸，在此，铝液受到结晶轮壁极强的冷却作用，进入结晶轮的铝液表面形成一层坚固的外壳，这时已开始凝固结晶的那部分铝液在结晶轮上随轮回转180°后，以铸锭形式不断地离开结晶轮，在720℃左右的铝液迅速变为500℃左右铸锭的过程中，铝液释放出大量的潜热，热量迅速地由喷射在结晶轮和包覆结晶轮钢带上的冷却水带走；铸造工艺参数包括：铸造温度为700±5℃～710±5℃、铸造速度为2r/min～3r/min、模腔温度为60±5℃、冷却强度为0.35MPa～0.45MPa；
(6)铸坯感应加热：热轧温度控制在480℃～520℃；由于金属与合金的状态图能够初步给出热轧温度范围，是确定热轧温度的一个重要依据。通常热轧温度的上限取固相线温度的85％～90％倍左右，但应考虑低熔点相的影响。热轧温度过高，容易出现晶粒粗大，或晶间低熔点相的熔化，导致加热时铸锭过热或过烧，热轧时开裂。塑性图是金属或合金的塑性在高温下随变形状态和加载方式而变化的综合曲线图。金属或合金的塑性图能够给出金属或合金的最高塑性的温度范围，它是确定热轧温度的主要依据，因此，根据塑性图选择了塑性最高、强度最小的热轧温度范围480℃～520℃；
(7)铸坯热连轧：铸坯的轧制速度为13m/min；ZL114A轧制过程中使用的乳化液的强度为0.2MPa～0.3MPa，温度小于50℃；ZL114A铸坯的入轧温度控制为480℃～520℃，出轧温度控制为220℃～240℃；
(8)线材固溶处理：固溶处理温度为535±5℃，处理时间为10h～14h；然后进行时效处理：室温，不少于8h；
(9)绕卷收线：对固溶处理过的线材通过拉线机、收线机进行绕卷收线。
进一步地，所述步骤(2)中，所述铝合金的熔炼温度控制在710℃～750℃。由于铝合金熔炼温度和保温时间会影响铸造晶粒大小，熔体温度过高不仅会加剧合金元素烧损，增加吸气量，还会导致晶粒粗大。铝合金的熔炼温度在710℃～750℃时效果最佳。
进一步地，所述步骤(2)中，所述双级陶瓷过滤装置的双级陶瓷过滤板的孔数为30ppi或50ppi。
进一步地，所述步骤(4)中，所述Al-5Ti-1B晶粒细化剂为块状或棒状，块状在调整好铝熔体成分后加入，而棒状在铸造流槽中加入，细化效果显著提高。
根据本发明所述方法制得的焊丝线杆的抗拉强度σb≥290MPa，伸长率δ：≥2％，硬度≥85(5/250/30)HBS。
本发明的有益效果为：
1.由于铝合金焊丝线坯的生产均采用先进的熔炼、精炼和连铸连轧技术，生产的铝合金线坯化学成分能实现在线检测和精确控制；
2.除气除渣工艺先进，再加上各种搅拌和过滤技术的应用，使得合金内部含氢量小，夹杂少，几乎不存在偏析；
3.在使用过程中焊丝的焊接工艺性好，无飞溅和掉屑，焊接电弧稳定，焊接接头内部质量和机械性能高。
附图说明
图1是本发明所述ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1所示，一种ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法，包括如下步骤：
(1)原材料称重，并按如下质量百分比配制ZL114A合金：Si：6.8％；Mg：0.5％；Ti：0.15％；Be：0.05％；Al：余量；Fe：0.13％；Mn：≤0.1％；Ti：≤0.1％；Ti+Zr：≤0.2％；Sn：≤0.01％；Pb：≤0.03％；其中Mn、Ti、Zr、Sn、Pb为杂质，所述杂质的总和≤0.75％；
(2)铝合金熔炼，在线除气、除渣：
(2.1)炉内精炼：采用纯氮气与粉状打渣剂精炼两次，每次精炼的时间均为30分钟，精炼后使用熔体覆盖剂迅速覆盖铝合金熔体表面；
(2.2)炉外连续净化处理：采用除气保温箱进行在线除气，所述除气保温箱中带有旋转喷头，通过旋转喷头通入纯氮气，气体压力为0.25MPa，气体流量为2m3/h，转速为300r/min，除气时间为7min～9min，除气保温箱的温度控制在720℃；经过在线除气后的铝合金熔体流入双级陶瓷过滤装置进行熔体除渣，所述双级陶瓷过滤装置的双级陶瓷过滤板的孔数为30ppi或50ppi；
所述铝合金的熔炼温度控制在710℃；
(3)变质处理：采用Al-Sr变质剂对铝合金熔体进行变质处理，Sr的添加量为铝合金熔体质量的0.03％～0.04％；
(4)晶粒细化：在铝合金熔体中加入Al-5Ti-1B晶粒细化剂，Al-5Ti-1B的添加量为铝合金熔体的重量的0.3％；所述Al-5Ti-1B晶粒细化剂为块状或棒状；
(5)合金坯连铸：精炼后的合金铝液流入中间浇包进入结晶轮，进行合金坯连铸，铸造工艺参数包括：铸造温度为700℃、铸造速度为2r/min～3r/min、模腔温度为55℃、冷却强度为0.35MPa；
(6)铸坯感应加热：根据金属与合金的状态图、塑性图选择热轧温度为480℃；
(7)铸坯热连轧：铸坯的轧制速度为13m/min；ZL114A轧制过程中使用的乳化液的强度为0.2MPa，温度小于50℃；ZL114A铸坯的出轧温度控制为220℃；
(8)线材固溶处理：固溶处理温度为530℃，处理时间为10h；然后进行时效处理：室温，不少于8h；
(9)绕卷收线：对固溶处理过的线材通过拉线机、收线机进行绕卷收线。
本实施例制得的焊丝线杆的抗拉强度σb＝290MPa，伸长率δ＝2％，硬度≥85(5/250/30)HBS。
实施例二
如图1所示，一种ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法，包括如下步骤：
(1)原材料称重，并按如下质量百分比配制ZL114A合金：Si：7.0％；Mg：0.55％；Ti：0.15％；Be：0.05％；Al：余量；Fe：0.13％；Mn：≤0.1％；Ti：≤0.1％；Ti+Zr：≤0.2％；Sn：≤0.01％；Pb：≤0.03％；其中Mn、Ti、Zr、Sn、Pb为杂质，所述杂质的总和≤0.75％；
(2)铝合金熔炼，在线除气、除渣：
(2.1)炉内精炼：采用纯氮气与粉状打渣剂精炼两次，每次精炼的时间均为30分钟，精炼后使用熔体覆盖剂迅速覆盖铝合金熔体表面；
(2.2)炉外连续净化处理：采用除气保温箱进行在线除气，所述除气保温箱中带有旋转喷头，通过旋转喷头通入纯氮气，气体压力为0.25MPa，气体流量为2m3/h，转速为300r/min，除气时间为8min，除气保温箱的温度控制在725℃；经过在线除气后的铝合金熔体流入双级陶瓷过滤装置进行熔体除渣，所述双级陶瓷过滤装置的双级陶瓷过滤板的孔数为30ppi或50ppi；
所述铝合金的熔炼温度控制在为730℃；
(3)变质处理：采用Al-Sr变质剂对铝合金熔体进行变质处理，Sr的添加量为铝合金熔体质量的0.035％；
(4)晶粒细化：在铝合金熔体中加入Al-5Ti-1B晶粒细化剂，Al-5Ti-1B的添加量为铝合金熔体的重量的0.35％；所述Al-5Ti-1B晶粒细化剂为块状或棒状；
(5)合金坯连铸：精炼后的合金铝液流入中间浇包进入结晶轮，进行合金坯连铸，铸造工艺参数包括：铸造温度为705℃、铸造速度为2.5r/min、模腔温度为60℃、冷却强度为0.4MPa；
(6)铸坯感应加热：根据金属与合金的状态图、塑性图选择热轧温度为500℃；
(7)铸坯热连轧：铸坯的轧制速度为13m/min；ZL114A轧制过程中使用的乳化液的强度为0.25MPa，温度小于50℃；ZL114A铸坯的出轧温度控制为230℃；
(8)线材固溶处理：固溶处理温度为540℃，处理时间为12h；然后进行时效处理：室温，不少于8h；
(9)绕卷收线：对固溶处理过的线材通过拉线机、收线机进行绕卷收线。
本实施例制得的焊丝线杆的抗拉强度σb≥290MPa，伸长率δ≥2％，硬度≥85(5/250/30)HBS。
实施例三
如图1所示，一种ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法，包括如下步骤：
(1)原材料称重，并按如下质量百分比配制ZL114A合金：Si：7.2％；Mg：0.5％；Ti：0.15％；Be：0.05％；Al：余量；Fe：0.13％；Mn：≤0.1％；Ti：≤0.1％；Ti+Zr：≤0.2％；Sn：≤0.01％；Pb：≤0.03％；其中Mn、Ti、Zr、Sn、Pb为杂质，所述杂质的总和≤0.75％；
(2)铝合金熔炼，在线除气、除渣：
(2.1)炉内精炼：采用纯氮气与粉状打渣剂精炼两次，每次精炼的时间均为30分钟，精炼后使用熔体覆盖剂迅速覆盖铝合金熔体表面；
(2.2)炉外连续净化处理：采用除气保温箱进行在线除气，所述除气保温箱中带有旋转喷头，通过旋转喷头通入纯氮气，气体压力为0.25MPa，气体流量为2m3/h，转速为300r/min，除气时间为9min，除气保温箱的温度控制在735℃；经过在线除气后的铝合金熔体流入双级陶瓷过滤装置进行熔体除渣，所述双级陶瓷过滤装置的双级陶瓷过滤板的孔数为30ppi或50ppi；
所述铝合金的熔炼温度控制在为750℃；
(3)变质处理：采用Al-Sr变质剂对铝合金熔体进行变质处理，Sr的添加量为铝合金熔体质量的0.04％；
(4)晶粒细化：在铝合金熔体中加入Al-5Ti-1B晶粒细化剂，Al-5Ti-1B的添加量为铝合金熔体的重量的0.4％；所述Al-5Ti-1B晶粒细化剂为块状或棒状；
(5)合金坯连铸：精炼后的合金铝液流入中间浇包进入结晶轮，进行合金坯连铸，铸造工艺参数包括：铸造温度为715℃、铸造速度为3r/min、模腔温度为65℃、冷却强度为0.45MPa；
(6)铸坯感应加热：根据金属与合金的状态图、塑性图选择热轧温度为520℃；
(7)铸坯热连轧：铸坯的轧制速度为13m/min；ZL114A轧制过程中使用的乳化液的强度为0.30MPa，温度小于50℃；ZL114A铸坯的出轧温度控制为240℃；
(8)线材固溶处理：固溶处理温度为535℃，处理时间为14h；然后进行时效处理：室温，不少于8h；
(9)绕卷收线：对固溶处理过的线材通过拉线机、收线机进行绕卷收线。
本实施例制得的焊丝线杆的抗拉强度σb≥290MPa，伸长率δ≥2％，硬度≥85(5/250/30)HBS。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)原材料称重，并按如下质量百分比配制ZL114A合金：Si：6.5％～7.5％；Mg：0.45％～0.6％；Ti：0.1％～0.2％；Be：0.04％～0.07％；Al：余量；Fe：0.1％～0.2％；Mn：≤0.1％；Ti：≤0.1％；Ti+Zr：≤0.2％；Sn：≤0.01％；Pb：≤0.03％；其中Mn、Ti、Zr、Sn、Pb为杂质，所述杂质的总和≤0.75％；
(2)铝合金熔炼，在线除气、除渣：
(2.1)炉内精炼：采用纯氮气与粉状打渣剂精炼两次，每次精炼的时间均为30分钟，精炼后使用熔体覆盖剂迅速覆盖铝合金熔体表面；
(2.2)炉外连续净化处理：采用除气保温箱进行在线除气，所述除气保温箱中带有旋转喷头，通过旋转喷头通入纯氮气，气体压力为0.25MPa，气体流量为2m3/h，转速为300r/min，除气时间为7min～9min，除气保温箱的温度控制在710℃～750℃；经过在线除气后的铝合金熔体流入双级陶瓷过滤装置进行熔体除渣；
(3)变质处理：采用Al-Sr变质剂对铝合金熔体进行变质处理，Sr的添加量为铝合金熔体质量的0.03％～0.04％；
(4)晶粒细化：在铝合金熔体中加入Al-5Ti-1B晶粒细化剂，Al-5Ti-1B的添加量为铝合金熔体的重量的0.3％～0.4％；
(5)合金坯连铸：精炼后的合金铝液流入中间浇包进入结晶轮，进行合金坯连铸，铸造工艺参数包括：铸造温度为700±5℃～710±5℃、铸造速度为2r/min～3r/min、模腔温度为60±5℃、冷却强度为0.35MPa～0.45MPa；
(6)铸坯感应加热；
(7)铸坯热连轧：铸坯的轧制速度为13m/min；ZL114A轧制过程中使用的乳化液的强度为0.2MPa～0.3MPa，温度小于50℃；ZL114A铸坯的入轧温度控制为480℃～520℃，出轧温度控制为220℃～240℃；
(8)线材固溶处理：固溶处理温度为535±5℃，处理时间为10h～14h；然后进行时效处理：室温，不少于8h；
(9)绕卷收线：对固溶处理过的线材通过拉线机、收线机进行绕卷收线。
2.根据权利要求1所述的ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述铝合金的熔炼温度控制在710℃～750℃。
3.根据权利要求1所述的ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述双级陶瓷过滤装置的双级陶瓷过滤板的孔数为30ppi或50ppi。
4.根据权利要求1所述的ZL114A焊丝线杆的连铸连轧方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述Al-5Ti-1B晶粒细化剂为块状或棒状。
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