CN107299262A - 一种Si含量高的3XXX系铝合金及其制造方法 - Google Patents

一种Si含量高的3XXX系铝合金及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Si含量高的3XXX系铝合金，所述铝合金按质量百分比由以下成分组成：Si：0.62％‑0.78％，Fe：0.51％‑0.61％，Cu：0.10％‑0.16％，Mn：1.07％‑1.33％，Mg：1.09％‑1.22％，Zn：0.14％‑0.20％，Ti：0.03％‑0.08％，其他单个杂质≤0.05％，其他杂质合计≤0.15％，Al余量。该Si含量高的3XXX系铝合金(3D04铝合金)与标准的3104铝合金性能一致，能满足生产易拉罐罐体、铝合金百叶窗等的使用要求，本发明的铝合金可利用Si含量高的铝合金废料作为原料，代替高纯度的电解铝锭，从而达到降低生产成本及节能降耗的目的。

Description

一种Si含量高的3XXX系铝合金及其制造方法
技术领域
本发明涉及铝合金领域，具体涉及一种3XXX系铝合金及其制造方法。
背景技术
3104铝合金是世界上单一产量最大的压延铝合金，其具有强度高、韧性好及深冲性能好等的优点，主要用于制作易拉罐的罐体。目前，百叶窗用铝合金常采用5052、3104等牌号的铝合金，由于易拉罐生产中3104铝合金罐体料的普及，百叶窗行业也大量使用3104铝合金。国际标准规定3104牌号铝合金的成分如下(按质量百分比)：Si≤0.6％，Fe≤0.8％，Cu0.05％-0.25％，Mn 0.8％-1.4％，Mg 0.8％-1.3％，Zn≤0.25％，Ti≤0.1，其他单个杂质≤0.05％，其他杂质合计≤0.15％，Al余量。
有研究表明，增加Si含量可以增加铸态合金中α相的比例，但随着Si含量的增加，Mn在Al中的溶解度会降低，从而降低固溶强化效果，增大第二相金属化合物的尺寸，并在均匀化退火过程中使析出相粗化，最终降低3104铝合金材料的强度。因此在行业实际生产中，一般将3104铝合金的Si含量控制在0.2wt％左右。然而，为了生产这种Si含量较低的3104铝合金，往往需采用高纯度的电解铝锭进行熔炼铸造，因此会造成生产成本的升高，不利于整个铝材产业链的节能降耗。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种Si含量高的3XXX系铝合金及其制造方法，可利用Si含量高的铝合金废料作为原料，代替高纯度的电解铝锭，从而达到降低生产成本及节能降耗的目的。根据GB T 16474-2011《变形铝及铝合金牌号表示方法》，将该Si含量高的3XXX系铝合金的牌号标识定为“3D04”。
本发明采用的技术方案为：
一种Si含量高的3XXX系铝合金，所述铝合金按质量百分比由以下成分组成：
Si：0.62％-0.78％，Fe：0.51％-0.61％，Cu：0.10％-0.16％，Mn：1.07％-1.33％，Mg：1.09％-1.22％，Zn：0.14％-0.20％，Ti：0.03％-0.08％，其他单个杂质≤0.05％，其他杂质合计≤0.15％，Al余量。
进一步，所述铝合金中，Fe与Si的质量比为0.71-0.82。一般来说，在3104铝合金中，对w(Fe)/w(Si)值要求严格，国内生产易拉罐用途的3104铝合金的w(Fe)/w(Si)值控制在2.0左右，才能保证其中α相的比例，使铝合金满足使用性能。本发明提高了Si含量，将w(Fe)/w(Si)值控制在1.0以下的一定范围内，也能得到性能符合使用要求的铝合金。
优选地，所述铝合金按质量百分比由以下成分组成：Si：0.70％，Fe：0.55％，Cu：0.11％，Mn：1.25％，Mg：1.09％，Zn：0.17％，Ti：0.05％，其他单个杂质≤0.05％，其他杂质合计≤0.15％，Al余量。
本发明还提供该Si含量高的3XXX系铝合金的制造方法，依次包括以下步骤：
(1)按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过精炼、除渣、搅拌、分析和调整成分后，再进入静置炉中进行静置、精炼、除气和除渣；
(2)在铝液中加入细化剂后，铝液进入铸造机中铸造成铸锭；
(3)对铸锭的表面进行铣削，去除铸锭表面的粗晶粒层；
(4)对铣削后的铸锭进行均热处理，减少晶内元素偏析，使溶质状态更均匀，提高合金的塑性；
(5)将均热后的铸锭热轧为热轧坯料；
(6)对热轧坯料进行冷轧；
(7)冷轧后的材料进行中间退火，消除材料形变强化效应，改善塑性；
(8)将中间退火后的材料冷轧或箔轧为成品，成品的规格视其生产用途而定，可为片材、带材、板材等。
具体地，步骤(4)中，均热温度为570-600℃，保温时间为10-18h。
具体地，步骤(5)中，热轧的开轧温度为520-560℃，终轧温度为280-330℃。
具体地，步骤(7)中，退火温度为330-360℃，保温时间为1-4h。
具体地，步骤(5)将均热后的铸锭热轧轧至3.5-4.5mm厚度的热轧坯料。
具体地，步骤(2)中加入的细化剂为铝钛硼、铝钛碳等常用的晶粒细化剂，优选Al-5Ti-1B丝。
具体地，步骤(6)将热轧坯料冷轧轧至1.6mm的厚度。
相对于现有技术，本发明通过调整原料配比或生产工艺，克服了Si含量提高对铝合金的组织结构及性能造成的负面影响，使所述Si含量高的3XXX系铝合金(3D04铝合金)与标准的3104铝合金性能一致，能满足生产易拉罐罐体、铝合金百叶窗等的使用要求。再者，由于本发明提供的铝合金含Si量高，其原料可选用Si含量高的4XXX系铝合金、复合铝合金或其他铝合金废料，大大地消化了铝产业中的各种废料，降低了纯度高的电解铝锭的使用量，因此不仅降低了生产成本，还促进了整个产业的节能降耗，创造出具有前景的经济效益。
为了更好地理解和实施，下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种Si含量高的3XXX系铝合金，其组成如表1。
表1 实施例1铝合金的成分及含量
所述铝合金的制造方法依次包括以下步骤：
(1)按表1的配比计算并准备好原料，将原料到加入熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过精炼、除渣、搅拌、分析和调整成分后，再进入静置炉中进行静置、精炼、除气、除渣。
(2)在铝液中加入细化剂Al-5Ti-1B丝后，铝液进入铸造机中铸造成铸锭。
(3)对铸锭的表面进行铣削。
(4)对铣削后的铸锭进行均热处理，均热温度为595℃，保温时间为14h。
(5)将均热后的铸锭热轧轧至4.5mm厚度的热轧坯料，热轧的开轧温度为540℃，终轧温度为295℃。
(6)将热轧坯料冷轧轧至1.6mm的厚度。
(7)冷轧后的材料进行中间退火，退火温度为340℃，保温时间为2h。
(8)将中间退火后的材料冷轧或箔轧为0.146mm厚度的成品。
实施例2
本实施例提供一种Si含量高的3XXX系铝合金，其组成如表2。
表2 实施例2铝合金的成分及含量
所述铝合金的制造方法依次包括以下步骤：
(1)按表2的配比计算并准备好原料，将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过精炼、除渣、搅拌、分析和调整成分后，再进入静置炉中进行静置、精炼、除气、除渣。
(2)在铝液中加入细化剂Al-5Ti-1B丝后，铝液进入铸造机中铸造成铸锭。
(3)对铸锭的表面进行铣削。
(4)对铣削后的铸锭进行均热处理，均热温度为570℃，保温时间为16h。
(5)将均热后的铸锭热轧轧至4.0mm厚度的热轧坯料，热轧的开轧温度为550℃，终轧温度为320℃。
(6)将热轧坯料冷轧轧至1.6mm的厚度。
(7)冷轧后的材料进行中间退火，退火温度为350℃，保温时间为3h。
(8)将中间退火后的材料冷轧或箔轧为0.146mm厚度的成品。
实施例3
本实施例提供一种Si含量高的3XXX系铝合金，其组成如表3。
表3 实施例3铝合金的成分及含量
所述铝合金的制造方法依次包括以下步骤：
(1)按表3的配比计算并准备好原料，将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过精炼、除渣、搅拌、分析和调整成分后，再进入静置炉中进行静置、精炼、除气、除渣。
(2)在铝液中加入细化剂Al-5Ti-1B丝后，铝液进入铸造机中铸造成铸锭。
(3)对铸锭的表面进行铣削。
(4)对铣削后的铸锭进行均热处理，均热温度为580℃，保温时间为15h。
(5)将均热后的铸锭热轧轧至3.5mm厚度的热轧坯料，热轧的开轧温度为540℃，终轧温度为310℃。
(6)将热轧坯料冷轧轧至1.6mm的厚度。
(7)冷轧后的材料进行中间退火，退火温度为360℃，保温时间为3h。
(8)将中间退火后的材料冷轧或箔轧为0.146mm厚度的成品。
对比例1
本对比例提供一种3104铝合金，其组成符合国际标准，具体如表4。
表4 对比例1铝合金的成分及含量
所述铝合金的制造方法依次包括以下步骤：
(1)按表4的配比计算并准备好原料，将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过精炼、除渣、搅拌、分析和调整成分后，再进入静置炉中进行静置、精炼、除气、除渣。
(2)在铝液中加入细化剂Al-5Ti-1B丝后，铝液进入铸造机中铸造成铸锭。
(3)对铸锭的表面进行铣削。
(4)对铣削后的铸锭进行均热处理，均热温度为605℃，保温时间为12h。
(5)将均热后的铸锭热轧轧至6.5mm厚度的热轧坯料，热轧的开轧温度为540℃，终轧温度为290℃。
(6)将热轧坯料冷轧轧至1.6mm的厚度。
(7)冷轧后的材料进行中间退火，退火温度为320℃，保温时间为3h。
(8)将中间退火后的材料冷轧或箔轧为0.146mm厚度的成品。
对比例2
本对比例提供一种3104铝合金，其组成符合国际标准，具体如表5。
表5 对比例2铝合金的成分及含量
所述铝合金的制造方法依次包括以下步骤：
(1)按表5的配比计算并准备好原料，将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过精炼、除渣、搅拌、分析和调整成分后，再进入静置炉中进行静置、精炼、除气、除渣。
(2)在铝液中加入细化剂Al-5Ti-1B丝后，铝液进入铸造机中铸造成铸锭。
(3)对铸锭的表面进行铣削。
(4)对铣削后的铸锭进行均热处理，均热温度为600℃，保温时间为14h。
(5)将均热后的铸锭热轧轧至4.5mm厚度的热轧坯料，热轧的开轧温度为530℃，终轧温度为300℃。
(6)将热轧坯料冷轧轧至1.6mm的厚度。
(7)冷轧后的材料进行中间退火，退火温度为320℃，保温时间为3h。
(8)将中间退火后的材料冷轧或箔轧为0.146mm厚度的成品。
实施例与对比例在熔铸投料时的废料使用比例、最终成品性能的对比见表6：
表6 实施例与对比例的废料使用比例、最终成品性能的对比
表6中的废料使用比例指的是，熔铸投料时，铝废料占原料总量的质量百分比。铝废料指的是原料中除电解铝锭外，所选用的4XXX系铝合金、复合铝合金或其他铝合金废料。
由表6可看出，本发明的Si含量高的3XXX系铝合金(3D04铝合金)能达到标准的3104铝合金、5052铝合金的材料性能，可满足生产易拉罐罐体、铝合金百叶窗等的使用要求。此外，本发明大大消化了铝废料，降低了生产成本，从而促进了整个产业的节能降耗，创造出具有前景的经济效益。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种Si含量高的3XXX系铝合金，所述铝合金按质量百分比由以下成分组成：
Si：0.62％-0.78％，Fe：0.51％-0.61％，Cu：0.10％-0.16％，Mn：1.07％-1.33％，Mg：1.09％-1.22％，Zn：0.14％-0.20％，Ti：0.03％-0.08％，其他单个杂质≤0.05％，其他杂质合计≤0.15％，Al余量。
2.根据权利要求1所述的Si含量高的3XXX系铝合金，其特征在于：所述铝合金中，Fe与Si的质量比为0.71-0.82。
3.根据权利要求1所述的Si含量高的3XXX系铝合金，其特征在于：所述铝合金按质量百分比由以下成分组成：Si：0.70％，Fe：0.55％，Cu：0.11％，Mn：1.25％，Mg：1.09％，Zn：0.17％，Ti：0.05％，其他单个杂质≤0.05％，其他杂质合计≤0.15％，Al余量。
4.权利要求1-3任一项所述的Si含量高的3XXX系铝合金的制造方法，依次包括以下步骤：
(1)按配比将原料加入到熔炼炉中熔化为铝液，铝液经过精炼、除渣、搅拌、分析和调整成分后，再进入静置炉中进行静置、精炼、除气和除渣；
(2)在铝液中加入细化剂后，铝液进入铸造机中铸造成铸锭；
(3)对铸锭的表面进行铣削；
(4)对铣削后的铸锭进行均热处理；
(5)将均热后的铸锭热轧为热轧坯料；
(6)对热轧坯料进行冷轧；
(7)冷轧后的材料进行中间退火；
(8)将中间退火后的材料冷轧或箔轧为成品。
5.根据权利要求4所述的Si含量高的3XXX系铝合金的制造方法，其特征在于：步骤(4)中，均热温度为570-600℃，保温时间为10-18h。
6.根据权利要求5所述的Si含量高的3XXX系铝合金的制造方法，其特征在于：步骤(5)中，热轧的开轧温度为520-560℃，终轧温度为280-330℃。
7.根据权利要求6所述的Si含量高的3XXX系铝合金的制造方法，其特征在于：步骤(7)中，退火温度为330-360℃，保温时间为1-4h。
8.根据权利要求7所述的Si含量高的3XXX系铝合金的制造方法，其特征在于：步骤(5)将均热后的铸锭热轧轧至3.5-4.5mm厚度的热轧坯料。
9.根据权利要求4-8任一项所述的Si含量高的3XXX系铝合金的制造方法，其特征在于：步骤(2)中加入的细化剂为Al-5Ti-1B丝。
10.根据权利要求4所述的Si含量高的3XXX系铝合金的制造方法，其特征在于：步骤(6)将热轧坯料冷轧轧至1.6mm的厚度。
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