CN107385295B - 一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材及其制造方法。本发明涉及一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材及其制造方法。产品：按质量分数由0.10％～0.4％的Cu、0.25％～0.55％的Mn、1.5％～2.0％的Mg、5.0％～5.6％的Zn、0.15％～0.45％的Er和余量的Al组成。方法：一、称取原料；二、制备铝合金熔体；三、半连续铸造；四、退火；五、轧制；六、淬火；七、矫直；八、时效。本发明的板材表面质量良好，综合力学性能优良，焊接系数达到了77％，焊接系数高于现有常规可热处理强化铝合金。抗拉强度不小于443MPa，断后伸长率不小于3％。且焊接、加工成型性能好，利于后期加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材及其制造方法。
背景技术
当前，沥青、甲醇、乙二醇等危化品运输使用的箱罐车，其罐体材质均为6mm钢板，自重约4t。因国家对运输车辆总重有明确规定，从而限制了钢质箱罐车的装载量并导致运输成本增加。
使用铝合金材料制作该罐体，可减轻重量50％以上，亦即可增加装料量约2t，使运输成本显著下降。在选用铝合金时，现有的常规可焊铝合金焊接后强度较低，有限元模拟后，减重效果并不明显。市场对于焊接后仍具有一定的强度，且具有一定的耐腐蚀性的铝合金板材的需求越发旺盛。
发明内容
本发明为了解决铝合金板材力学强度、焊接性能和耐蚀性能不高的问题，而提供一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材及其制造方法。
本发明的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材按质量分数由0.10％～0.4％的Cu、0.25％～0.55％的Mn、1.5％～2.0％的Mg、5.0％～5.6％的Zn、0.15％～0.45％的Er和余量的Al组成。
本发明的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造方法按以下步骤进行：
一、称取原料：按箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材中各元素的质量分数：0.10％～0.4％的Cu、0.25％～0.55％的Mn、1.5％～2.0％的Mg、5.0％～5.6％的Zn、0.15％～0.45％的Er和余量的Al称取铝铜中间合金、铝锰中间合金、金属镁、金属锌、铝铒中间合金和铝锭备用；
二、制备铝合金熔体：将步骤一称取的铝锭加入到电阻反射炉内，然后加入铝锰中间合金和铝铜中间合金，加熔剂Ⅰ覆盖，熔剂Ⅰ加入量以铝锰中间合金和铝铜中间合金的总质量计每吨加2kg熔剂，加热至温度为750℃～800℃后向电阻反射炉内加入铝铒中间合金，加入铝铒中间合金后每隔10min～30min搅拌一次，每次搅拌10min，共搅拌1～5次，搅拌期间保持熔体温度在770℃～810℃，然后加入金属镁和金属锌，搅拌5min～10min，采用Ar-Cl2混合气体精炼5min～10min，得到铝合金熔体，加熔剂Ⅱ覆盖，熔剂Ⅱ加入量以铝合金熔体计每吨加入2kg熔剂；
三、半连续铸造：在温度为730℃～760℃的条件下，将步骤二得到的铝合金熔体导入电阻反射炉的静置炉中，通入Ar-Cl2混合气体，精炼9min～15min后静置10min～30min，加熔剂Ⅲ覆盖，熔剂Ⅲ加入量以铝合金熔体计每吨加入2kg熔剂，在铸造速度为40mm/min～50mm/min、铸造温度为710℃～740℃、铸造冷却水压为0.03MPa～0.08MPa和铸造冷却水温度为15℃～19℃的条件下进行半连续铸造，得到铝合金扁铸锭；
四、退火：将步骤三得到的铝合金扁铸锭进行分级退火，先在温度为480℃～500℃的条件下保温5h～8h，然后在温度为440℃～450℃的条件下保温46h～50h；
五、轧制：将步骤四后的铝合金扁铸锭进行铣面，锯切，加热至温度为350℃～420℃，然后在温度为350℃～420℃的条件下轧制成板材，轧制变形率大于等于75％；
六、淬火：将步骤五后的板材加热至温度为450℃～470℃，并在温度为450℃～470℃的条件下保温30min～50min，然后在1s～40s内浸入温度为15℃～30℃的水中进行淬火；
七、矫直：将步骤六后的板材在变形率为1％～3％的条件下进行矫直，得到平面度≤2.5mm/m的板材；
八、时效：将步骤七得到的平面度≤2.5mm/m的板材加热至温度为150℃～180℃，并在温度为150℃～180℃的条件下保温11h～13h进行时效处理，得到箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材。
本发明的有益效果
1、本发明通过优化合金成分，采用多级均匀化退火，优化热处理工艺，使得板材的常规力学性能及焊接性能均优于原型合金，达到了用户的使用需求。制备的铝合金铸锭成型性良好，制备的板材表面质量良好，综合力学性能优良，焊接系数达到了77％，焊接系数高于现有常规可热处理强化铝合金。
2、通过GB/T17432《变形铝及铝合金化学成分分析取样方法》试验抗拉强度不小于443MPa，断后伸长率不小于3％，经过搅拌摩擦焊后的抗拉强度不小于340MPa，焊缝位置按1.5t半径折弯90°未见开裂。
3、通过GB/T22639《铝合金加工产品的剥落腐蚀试验方法》规定的方法进行剥落腐蚀检测，结果为EA级。力学性能及耐腐蚀性能适合于生产危化品运输用箱罐车。
4、本发明制备的铝合金板材减重明显，因铝的重量仅为钢的1/3，通过结构设计，采用增加一定的厚度弥补强度后，仍能有效的实现减重50％以上，节约能耗，增加载重量。
5、本发明制备的铝合金板材的焊接、加工成型性能好，利于后期加工。
6、本发明制备的铝合金板材的铝废料易于回收，可以循环使用，同时，不燃烧，遇火安全。
具体实施方式
本发明的技术方案不局限于以下具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材按质量分数由0.10％～0.4％的Cu、0.25％～0.55％的Mn、1.5％～2.0％的Mg、5.0％～5.6％的Zn、0.15％～0.45％的Er和余量的Al组成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材按质量分数由0.23％的Cu、0.38％的Mn、1.7％的Mg、5.3％的Zn、0.2％的Er和余量的Al组成。其它步骤与参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造方法按以下步骤进行：
一、称取原料：按箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材中各元素的质量分数：0.10％～0.4％的Cu、0.25％～0.55％的Mn、1.5％～2.0％的Mg、5.0％～5.6％的Zn、0.15％～0.45％的Er和余量的Al称取铝铜中间合金、铝锰中间合金、金属镁、金属锌、铝铒中间合金和铝锭备用；
二、制备铝合金熔体：将步骤一称取的铝锭加入到电阻反射炉内，然后加入铝锰中间合金和铝铜中间合金，加熔剂Ⅰ覆盖，熔剂Ⅰ加入量以铝锰中间合金和铝铜中间合金的总质量计每吨加2kg熔剂，加热至温度为750℃～800℃后向电阻反射炉内加入铝铒中间合金，加入铝铒中间合金后每隔10min～30min搅拌一次，每次搅拌10min，共搅拌1～5次，搅拌期间保持熔体温度在770℃～810℃，然后加入金属镁和金属锌，搅拌5min～10min，采用Ar-Cl2混合气体精炼5min～10min，得到铝合金熔体，加熔剂Ⅱ覆盖，熔剂Ⅱ加入量以铝合金熔体计每吨加入2kg熔剂；
三、半连续铸造：在温度为730℃～760℃的条件下，将步骤二得到的铝合金熔体导入电阻反射炉的静置炉中，通入Ar-Cl2混合气体，精炼9min～15min后静置10min～30min，加熔剂Ⅲ覆盖，熔剂Ⅲ加入量以铝合金熔体计每吨加入2kg熔剂，在铸造速度为40mm/min～50mm/min、铸造温度为710℃～740℃、铸造冷却水压为0.03MPa～0.08MPa和铸造冷却水温度为15℃～19℃的条件下进行半连续铸造，得到铝合金扁铸锭；
四、退火：将步骤三得到的铝合金扁铸锭进行分级退火，先在温度为480℃～500℃的条件下保温5h～8h，然后在温度为440℃～450℃的条件下保温46h～50h；
五、轧制：将步骤四后的铝合金扁铸锭进行铣面，锯切，加热至温度为350℃～420℃，然后在温度为350℃～420℃的条件下轧制成板材，轧制变形率大于等于75％；
六、淬火：将步骤五后的板材加热至温度为450℃～470℃，并在温度为450℃～470℃的条件下保温30min～50min，然后在1s～40s内浸入温度为15℃～30℃的水中进行淬火；
七、矫直：将步骤六后的板材在变形率为1％～3％的条件下进行矫直，得到平面度≤2.5mm/m的板材；
八、时效：将步骤七得到的平面度≤2.5mm/m的板材加热至温度为150℃～180℃，并在温度为150℃～180℃的条件下保温11h～13h进行时效处理，得到箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材。
本发明得到的箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材中杂质Si、Fe质量分数小于0.4％，杂质Zr质量分数小于0.2％，其余杂质质量分数合计小于0.15％。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤一中按箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材中各元素的质量分数：0.23％的Cu、0.38％的Mn、1.7％的Mg、5.3％的Zn、0.2％的Er和余量的Al称取铝铜中间合金、铝锰中间合金、金属镁、金属锌、铝铒中间合金和铝锭备用其它步骤与参数与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是：步骤二中所述熔剂Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ为同一种物质，均是按质量分数由45％的KCl、30％的NaCl和25％的Na3AlF6组成的。其它步骤与参数与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是：步骤二中加热至温度为780℃后向电阻反射炉内加入铝铒中间合金，加入铝铒中间合金后每20min搅拌一次，共搅拌3次，搅拌期间保持熔体温度在780℃。其它步骤与参数与具体实施方式三至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：步骤三中通入Ar-Cl2混合气体的通入速率为0.15m3/min，通入时间为15min。其它步骤与参数与具体实施方式三至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一之一不同的是：步骤三中铸造速度为45mm/min、铸造温度为720℃、铸造冷却水压为0.05MPa和铸造冷却水温度为17℃的条件下进行半连续铸造。其它步骤与参数与具体实施方式三至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同的是：步骤四中先在温度为480℃的条件下保温6h，然后在温度为450℃的条件下保温48h。其它步骤与参数与具体实施方式三至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是：步骤五中加热至温度为410℃，然后在温度为410℃的条件下轧制成板材，轧制变形率为97％～98.9％。其它步骤与参数与具体实施方式三至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式三至十之一不同的是：步骤六中将步骤五后的板材加热至温度为465℃，并在温度为465℃的条件下保温40min。其它步骤与参数与具体实施方式三至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式三至十一之一不同的是：步骤七中将步骤六后的板材在变形率为2％的条件下进行矫直。其它步骤与参数与具体实施方式三至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式三至十二之一不同的是：步骤八中将步骤七得到的平面度≤2.5mm/m的板材加热至温度为170℃，并在温度为170℃的条件下保温12h进行时效处理。其它步骤与参数与具体实施方式三至十一二之一相同。
用以下试验验证本发明的有益效果：
试验一、本试验的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材按质量分数由0.23％的Cu、0.38％的Mn、1.7％的Mg、5.3％的Zn、0.2％的Er和余量的Al组成。
试验二、制造如试验一所述的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的方法，其特征在于一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造方法按以下步骤进行：
一、称取原料：按箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材中各元素的质量分数：0.23％的Cu、0.38％的Mn、1.7％的Mg、5.3％的Zn、0.2％的Er和余量的Al称取铝铜中间合金、铝锰中间合金、金属镁、金属锌、铝铒中间合金和铝锭备用；
二、制备铝合金熔体：将步骤一称取的铝锭加入到电阻反射炉内，然后加入铝锰中间合金和铝铜中间合金，加熔剂Ⅰ覆盖，熔剂Ⅰ加入量以铝锰中间合金和铝铜中间合金的总质量计每吨加2kg熔剂，加热至温度为780℃后向电阻反射炉内加入铝铒中间合金，加入铝铒中间合金后每隔20min搅拌一次，每次搅拌10min，共搅拌3次，搅拌期间保持熔体温度在780℃，然后加入金属镁和金属锌，搅拌10min，采用Ar-Cl2混合气体精炼10min，得到铝合金熔体，加熔剂Ⅱ覆盖，熔剂Ⅱ加入量以铝合金熔体计每吨加入2kg熔剂；
步骤二中所述熔剂是按质量分数由45％的KCl、30％的NaCl和25％的Na3AlF6组成；
三、半连续铸造：在温度为750℃的条件下，将步骤二得到的铝合金熔体导入电阻反射炉的静置炉中，通入Ar-Cl2混合气体，精炼15min后静置30min，加熔剂Ⅲ覆盖，熔剂Ⅲ加入量以铝合金熔体计每吨加入2kg熔剂，在铸造速度为45mm/min、铸造温度为725℃、铸造冷却水压为0.05MPa和铸造冷却水温度为17℃的条件下进行半连续铸造，得到铝合金扁铸锭；
步骤三中通入Ar-Cl2混合气体的通入速率为0.15m3/min、通入时间为15min；
四、退火：将步骤三得到的铝合金扁铸锭进行分级退火，先在温度为480℃的条件下保温56h，然后在温度为450℃的条件下保温48h；
五、轧制：将步骤四后的铝合金扁铸锭进行铣面，锯切，加热至温度为410℃，然后在温度为410℃的条件下轧制成板材，轧制变形率为98％；
六、淬火：将步骤五后的板材加热至温度为465℃，并在温度为465℃的条件下保温40min，然后在1s～40s内浸入温度为15℃的水中进行淬火；
七、矫直：将步骤六后的板材在变形率为2％的条件下进行矫直，得到平面度≤2.5mm/m的板材；
八、时效：将步骤七得到的平面度≤2.5mm/m的板材加热至温度为170℃，并在温度为170℃的条件下保温12h进行时效处理，得到箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材。
本实验制备的箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材表面质量良好，工业生产中成形良好。
本实验制备的箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材抗剥落腐蚀性能为EA级，焊接后焊缝位置按1.5t半径折弯90°未见开裂。
本实验制备的箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材焊接前抗拉强度为437MPa～478MPa，焊接后抗拉强度为340MPa～357MPa。适合制作箱罐车用铝合金板材。
Claims (8)
1.一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造 方法，其特征在于一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造方法按以下步骤进行：
一、称取原料：按箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材中各元素的质量分数：0.10％～0.4％的Cu、0.25％～0.55％的Mn、1.5％～2.0％的Mg、5.0％～5.6％的Zn、0.15％～0.45％的Er和余量的Al称取铝铜中间合金、铝锰中间合金、金属镁、金属锌、铝铒中间合金和铝锭备用；
二、制备铝合金熔体：将步骤一称取的铝锭加入到电阻反射炉内，然后加入铝锰中间合金和铝铜中间合金，加熔剂Ⅰ覆盖，熔剂Ⅰ加入量以铝锰中间合金和铝铜中间合金的总质量计每吨加2kg熔剂，加热至温度为750℃～800℃后向电阻反射炉内加入铝铒中间合金，加入铝铒中间合金后每隔10min～30min搅拌一次，每次搅拌10min，共搅拌1～5次，搅拌期间保持熔体温度在770℃～810℃，然后加入金属镁和金属锌，搅拌5min～10min，采用Ar-Cl2混合气体精炼5min～10min，得到铝合金熔体，加熔剂Ⅱ覆盖，熔剂Ⅱ加入量以铝合金熔体计每吨加入2kg熔剂；
三、半连续铸造：在温度为730℃～760℃的条件下，将步骤二得到的铝合金熔体导入电阻反射炉的静置炉中，通入Ar-Cl2混合气体，精炼9min～15min后静置10min～30min，加熔剂Ⅲ覆盖，熔剂Ⅲ加入量以铝合金熔体计每吨加入2kg熔剂，在铸造速度为40mm/min～50mm/min、铸造温度为710℃～740℃、铸造冷却水压为0.03MPa～0.08MPa和铸造冷却水温度为15℃～19℃的条件下进行半连续铸造，得到铝合金扁铸锭；
四、退火：将步骤三得到的铝合金扁铸锭进行分级退火，先在温度为480℃～500℃的条件下保温5h～8h，然后在温度为440℃～450℃的条件下保温46h～50h；
五、轧制：将步骤四后的铝合金扁铸锭进行铣面，锯切，加热至温度为350℃～420℃，然后在温度为350℃～420℃的条件下轧制成板材，轧制变形率大于等于75％；
六、淬火：将步骤五后的板材加热至温度为450℃～470℃，并在温度为450℃～470℃的条件下保温30min～50min，然后在1s～40s内浸入温度为15℃～30℃的水中进行淬火；
七、矫直：将步骤六后的板材在变形率为1％～3％的条件下进行矫直，得到平面度≤2.5mm/m的板材；
八、时效：将步骤七得到的平面度≤2.5mm/m的板材加热至温度为150℃～180℃，并在温度为150℃～180℃的条件下保温11h～13h进行时效处理，得到箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材。
2.根据权利要求1所述的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤二中所述熔剂Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ为同一种物质，均是按质量分数由45％的KCl、30％的NaCl 和25％的Na3AlF6组成的。
3.根据权利要求1所述的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤二中加热至温度为780℃后向电阻反射炉内加入铝铒中间合金，加入铝铒中间合金后每20min搅拌一次，共搅拌3次，搅拌期间保持熔体温度在780℃。
4.根据权利要求1所述的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤三中铸造速度为45mm/min、铸造温度为720℃、铸造冷却水压为0.05MPa和铸造冷却水温度为17℃的条件下进行半连续铸造。
5.根据权利要求1所述的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤五中加热至温度为410℃，然后在温度为410℃的条件下轧制成板材，轧制变形率为97％～98.9％。
6.根据权利要求1所述的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤六中将步骤五后的板材加热至温度为465℃，并在温度为465℃的条件下保温40min。
7.根据权利要求1所述的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤七中将步骤六后的板材在变形率为2％的条件下进行矫直。
8.根据权利要求1所述的一种箱罐车用耐蚀可焊铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤八中将步骤七得到的平面度≤2.5mm/m的板材加热至温度为170℃，并在温度为170℃的条件下保温12h进行时效处理。
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2017
- 2017-08-02 CN CN201710654847.5A patent/CN107385295B/zh active Active
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|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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