CN106756310A - 海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及其制备方法 - Google Patents

海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及其制备方法，其特征是所述的铝合金主要由铝（Al）、锰（Mn）、镁（Mg）、锌（Zn）和锆（Zr）组成，其中，锰（Mn）的质量百分比为0.753~1.48%，镁（Mg）的质量百分比为3.39~3.56%，锌（Zn）的质量百分比为0.0019~0.761%，锆（Zr）的质量百分比为0.203~0.391%，余量为铝和少量杂质元素。所述的制备方法依次包括：（1）熔铸；（2）均质化退火（420℃´2h+460℃´2h+500℃´2h+520℃´10h）；（3）热塑性变形（温度520℃、变形量60%）和冷塑性变形（室温、变形量50%）。本发明合金板材具有耐腐蚀性好、强度高的特点,能完全满足海洋电缆敷设装置的需要。

Description

海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及 其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金及其制备方法，尤其是一种新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及其制备方法，具体地说是一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金及其制备方法。
背景技术
Al-Mn系铝合金，具有优异的耐蚀性能和塑性加工成型性能，并且具有密度小、焊接性能好、延展性好、表面光洁等优良的综合性能，在海洋工程、航空航天、汽车等领域中的应用越来越广泛。但是Al-Mn系铝合金属于热处理不可强化的变形铝合金，强度相对较低，限制了应用。
合金化是调控合金组织性能的有效手段。在Al-Mn系铝合金中添加Mg元素，可以有效提高合金的强度，但当Mg含量过高时，合金晶界上会析出腐蚀电位(−1.085V)比铝基体α(Al)的腐蚀电位(−0.812V)低的β(Al3Mg2)相，合金晶间腐蚀敏感性提高。在Al-Mn系铝合金添加Mg元素的基础上进一步添加Zn元素，可使合金晶界形成τ(Mg32(Al, Zn)49)相来抑制β(Al3Mg2)相的生成。由于τ(Mg32(Al, Zn)49)的腐蚀电位(−0.813V)比β(Al3Mg2)相的腐蚀电位(−1.085V)高并且与铝基体α(Al)的腐蚀电位(−0.812V)相近，因此，Zn元素的合金化可以提高合金的抗腐蚀性能。另外，Zr元素可使合金内部析出ZrAl3质点，细化合金组织，抑制再结晶，进一步提高合金的强度和抗腐蚀性能。
到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金可供使用，这一定程度上制约了我国海洋电缆敷设装置等工业的发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有的海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金成份较为简单，不能同时满足高强和防腐要求的问题，发明一种通过添加Mg、Zn、Zr元素发明一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金，来从根本上解决现有海洋电缆敷设装置铝合金的抗腐蚀性、强度、塑性成形性难以兼顾的问题，同时提供一种相应的制备方法。
本发明的技术方案之一是：
一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金，其特征在于：它主要由铝（Al）、锰（Mn）、镁（Mg）、锌（Zn）和锆（Zr）组成，其中，锰（Mn）的质量百分比为0.753~1.48%，镁（Mg）的质量百分比为3.39~3.56%，锌（Zn）的质量百分比为0.0019~0.761%，锆（Zr）的质量百分比为0.203~0.391%，余量为铝和少量杂质元素。
本发明的技术方案之二是：
一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金的制备方法，其特征在于：
首先，将纯Al熔化后依次加入Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金，待所有中间合金熔化后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，然后再依次加入纯Zn和纯Mg，待所有金属熔化后再次加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温10~ 20min后去渣并浇铸成锭；
其次，对浇铸成锭的合金进行成分均匀化的扩散退火处理；
最后，对经过成分均匀化扩散退火处理的合金进行热塑性变形和冷塑性变形加工，即可获得海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金。
所述的Al-Mn中间合金中Mn的质量百分比为10.02%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%。
所述的对浇铸成锭的成分均匀化的扩散退火处理其最佳工艺为420±10℃´2h+460±10℃´2h+500±10℃´2h+520±10℃´10h。
所述的热塑性变形加工的温度为520±10℃，变形量为60±5%；所述的冷塑性变形加工温度为室温，变形量为50±5%。
本发明的有益效果：
（1）本发明获得了一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度高塑性成形性的铝合金的成分设计与制备方法。合金铸锭经成分均匀化的扩散退火处理（420℃´2h+460℃´2h+500℃´2h+520℃´10h）、热塑性变形（温度520℃、变形量60%）和冷塑性变形（室温、变形量50%）后，抗拉强度为372.697~422.843MPa，延伸率为12~14.4%；按国标GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为29.81~71.39mm。
（2）本发明公开了一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金的制备方法，一定程度上打破了国外对高性能铝合金的技术封锁，可满足我国海洋工程、航空航天、武器装备等领域的需求。
（3）本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法，尤其是通过采用按次序加入各中间合金及纯金属的方法来控制各组份含量，按本发明的工艺能容易地得到符合要求的铝合金材料。
附图说明
图1是用本发明实施例一新型高抗腐蚀高强度铝锰合金制造的海洋电缆敷设装置板材晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图2是用本发明实施例二新型高抗腐蚀高强度铝锰合金制造的海洋电缆敷设装置板材晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图3是用本发明实施例三新型高抗腐蚀高强度铝锰合金制造的海洋电缆敷设装置板材晶间腐蚀试验后横截面金相图。
图4是用本发明实施例四新型高抗腐蚀高强度铝锰合金制造的海洋电缆敷设装置板材晶间腐蚀试验后横截面金相图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1所示。
一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金，其制备方法为（以100kg合金计）：
先将79.47kg A00等级纯Al（成分：99.79%Al, 0.14%Fe, 0.04%Si，本发明所有组份均采用质量百分比表示，下同，凡组份相加不足100%的部分均为杂质）熔化后依次加入7.515kg Al-Mn (89.73Al, 10.02Mn, 0.19Fe, 0.06Si )中间合金、9.513kg Al-Zr中间合金 (95.69%Al, 4.11%Zr,0.20%Fe, 0.10%Si )，待所有中间合金熔化后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，然后加入0.0025kg纯Zn和3.5kg纯Mg，待所有金属熔化后再次加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温10~20 min后去渣并浇铸成锭。所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制。对熔铸成锭的合金进行420±10℃´2h+460±10℃´2h+500±10℃´2h+520±10℃´10h的成分均匀化的扩散退火处理，并进行温度为520℃、变形量为60±5%的热塑性变形和温度为室温、变形量为50±5%的冷塑性变形；即获得海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金。
本实施例的铝合金经光谱实际测量成分为：0.753%Mn, 3.5%Mg, 0.0025%Zn,0.391%Zr, 余量为铝和杂质元素。
本实施例铝合金板材的抗拉强度、延伸率分别为372.697 MPa、12%；按GB/T 7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为29.81 mm（附图1）。
实施例二
如图2所示。
一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金，其制备方法与实施例一类同。所不同的是调整中间合金Al-Mn、Al-Zr及纯金属Zn、Mg的加入量，得到的铝合金经光谱实际测量成分为：0.774%Mn, 3.39%Mg, 0.0019%Zn, 0.292%Zr, 余量为铝和杂质元素。
本实施例铝合金板材的抗拉强度、延伸率分别为395.191 MPa、14.3%；按GB/T7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为52.17 mm（附图2）。
实施例三
如图3所示。
一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金，其制备方法与实施例一类同。所不同的是调整中间合金Al-Mn、Al-Zr及纯金属Zn、Mg的加入量，得到的铝合金经光谱实际测量成分为：1.48%Mn, 3.56%Mg, 0.739%Zn, 0.203%Zr, 余量为铝和杂质元素。
本实施例铝合金板材的抗拉强度、延伸率分别为422.843 MPa、14.4%；按GB/T7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为51.9 mm（附图3）。
实施例四。
如图4所示。
一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金，其制备方法与实施例一类同。所不同的是调整中间合金Al-Mn、Al-Zr及纯金属Zn、Mg的加入量，得到的铝合金经光谱实际测量成分为：1.48%Mn, 3.43%Mg, 0.761%Zn, 0.365%Zr, 余量为铝和杂质元素。
本实施例铝合金板材的抗拉强度、延伸率分别为417.032 MPa、13.7%；按GB/T7998-2005（铝合金晶间腐蚀测定方法）中5000系铝合金测试标准其晶间腐蚀的最大腐蚀深度为71.39 mm（附图4）。
以上仅列出了几个常见配比的铝合金的配比及制造方法，本领域的技术人员可以根据上述实例适当地调整各组份的配比并严格按上述步骤进行制造即可获得理想的海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金，其特征在于：它主要由铝（Al）、锰（Mn）、镁（Mg）、锌（Zn）和锆（Zr）组成，其中，锰（Mn）的质量百分比为0.753~1.48%，镁（Mg）的质量百分比为3.39~3.56%，锌（Zn）的质量百分比为0.0019~0.761%，锆（Zr）的质量百分比为0.203~0.391%，余量为铝和少量杂质元素。
2.一种权利要求1所述的海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金的制备方法，其特征在于：
首先，将纯Al熔化后依次加入Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金，待所有中间合金熔化后加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，然后再依次加入纯Zn和纯Mg，待所有金属熔化后再次加入六氯乙烷精炼除气直至没有气体逸出，静置保温10~ 20min后去渣并浇铸成锭；
其次，对浇铸成锭的合金进行成分均匀化的扩散退火处理；
最后，对经过成分均匀化扩散退火处理的合金进行热塑性变形和冷塑性变形加工，即可获得海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金。
3.根据权利要求2所述的海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金的制备方法，其特征在于：所述的Al-Mn中间合金中Mn的质量百分比为10.02%，Al-Zr中间合金中Zr的质量百分比为4.11%。
4.根据权利要求2所述的海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金的制备方法，其特征在于：所述的对浇铸成锭的成分均匀化的扩散退火处理其最佳工艺为420±10℃´2h+460±10℃´2h+500±10℃´2h+520±10℃´10h。
5.根据权利要求2所述的海洋电缆敷设装置板材专用新型高抗腐蚀高强度铝锰合金的制备方法，其特征是所述的热塑性变形加工的温度为520±10℃，变形量为60±5%；所述的冷塑性变形加工温度为室温，变形量为50±5%。
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