CN107937769A - 一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金，包括以下重量百分比的各组分：镁2.4～2.8％、铜＜0.002％、硅＜0.05％、铁＜0.15％、锰＜0.1％、铬＜0.15％、锌＜0.008％，余量为铝。其制备方法，包括熔化、扒渣、配合金、精炼、静置、铸造、均质化、挤压、拉拔坯管和时效处理。本发明严格控制合金中Cu、Zn等杂质元素含量、优化调整镁的元素含量，精炼细化材料晶粒组织，增加和控制主要强化相的数量和分布，改变强化相化学活性和腐蚀点位，改善合金组织耐腐蚀性能，通过冷拉拔强化铝管的机械强度，最终采用低温稳定化处理消除材料内应力，减少材料应力腐蚀。最终材料抗拉强度可达240Mpa以上，材料在人造海水中面腐蚀率小于0.01毫米/年。

Description

一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料领域，具体为一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金及其制备方法。
背景技术
铝及铝合金因具有较低的密度、良好的力学性能、加工性能、导热性、导电性以及耐蚀性，在船舶及船用设备中作为结构件和功能件而广泛应用，对减轻船体结构质量、提高航行速度和耐海水腐蚀能力、减少能耗等方面有着重要作用。
船舶用材料要求具有较高的拉伸强度、伸长率和抗冲击等力学性能，同时具有高的耐腐蚀性能，现有的铝合金在海水环境下的耐腐蚀性能不足，影响服役的寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的合金在海水环境下的耐腐蚀性能不足，影响服役的寿命的缺陷，提供一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金，包括以下重量百分比的各组分：镁2.4～2.8％、铜＜0.002％、硅＜0.05％、铁＜0.15％、锰＜0.1％、铬＜0.15％、锌＜0.008％，余量为铝。
一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔化：选用GB/T 1196-2008标准中的AL99.90牌号的铝锭，投入炉内加温至720～760℃熔化；
2)、扒渣：在735±25℃下将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌5-10分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；优选的，打渣剂的加入量为0.2～0.5KG/吨；
3)、配合金：在730～760℃下加入镁锭，镁锭符合国家标准GB/T 3499-2003标准，镁≥99.80％，加入合金后搅拌10～15分钟；
4)、精炼：在720～740℃下采用氩气喷粉精炼40～45分钟，精炼完后将液面浮渣扒除；优选的，氩气纯度在99.7％以上，喷粉精炼剂要求Na:<0.5wt％，用量为1.5～2公斤/吨铝；
5)、静置：精炼后熔体静置20分钟；
6)、铸造：将熔体在720～760℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中加入Al5Ti1B铝钛硼线对铸锭晶粒细化，优选的，加入速度为2m/min-3m/min；在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上；最后采用30PPi和50PPi双层陶瓷过滤板过滤，进一步净化熔体，得到铸锭；
7)、均质化：将以上得到的铸锭加温到470～485℃，保温6～8小时，后进入冷却室采用喷雾冷却，得到均质后铸锭；
8)、挤压：将挤压模具加热至470℃～490℃，挤压筒预热至390℃～440℃，铸锭加热至460℃～500℃，然后将铸锭加入挤压筒挤压，从挤压模具挤出坯管；优选的，挤压筒模具挤出外径为30mm-50mm，壁厚2.5mm～4mm的坯管；
9)、拉拔坯管经过2～4次拉拔后将坯管外径尺寸拉拔至15mm-25mm之间，壁厚尺寸拉拔至1mm-1.75mm之间；
10)、将拉拔所得的铝管进入时效炉内，炉温控制在150-190℃之间，进行3-5小时的稳定化处理，最终得到成品。
本发明严格控制合金中Cu、Zn等杂质元素含量、优化调整镁的元素含量，精炼细化材料晶粒组织，增加和控制主要强化相的数量和分布，改变强化相化学活性和腐蚀点位，改善合金组织耐腐蚀性能，通过冷拉拔强化铝管的机械强度，最终采用低温稳定化处理消除材料内应力，减少材料应力腐蚀。最终材料抗拉强度可达240Mpa以上，材料在人造海水中面腐蚀率小于0.01毫米/年。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金，包括以下重量百分比的各组分：镁2.4％、铜＜0.002％、硅＜0.05％、铁＜0.15％、锰＜0.1％、铬＜0.15％、锌＜0.008％，余量为铝。
一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔化：选用GB/T 1196-2008标准中的AL99.90牌号的铝锭，投入炉内加温至720℃熔化；
2)、扒渣：在715℃下将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌10分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；优选的，打渣剂的加入量为0.5KG/吨；
3)、配合金：在730℃下加入镁锭，镁锭符合国家标准GB/T 3499-2003标准，镁≥99.80％，加入合金后搅拌15分钟；
4)、精炼：在720℃下采用氩气喷粉精炼45分钟，精炼完后将液面浮渣扒除；优选的，氩气纯度在99.7％以上，喷粉精炼剂要求Na:<0.5wt％，用量为2公斤/吨铝；
5)、静置：精炼后熔体静置20分钟；
6)、铸造：将熔体在720℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中加入Al5Ti1B铝钛硼线对铸锭晶粒细化，加入速度为2m/min；在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上；最后采用30PPi和50PPi双层陶瓷过滤板过滤，进一步净化熔体，得到铸锭；
7)、均质化：将以上得到的铸锭加温到470℃，保温8小时，后进入冷却室采用喷雾冷却，得到均质后铸锭；
8)、挤压：将挤压模具加热至470℃，挤压筒预热至390℃，铸锭加热至500℃，然后将铸锭加入挤压筒挤压，从挤压模具挤出坯管；挤压筒模具挤出外径为30mm-50mm，壁厚2.5mm～4mm的坯管；
9)、拉拔坯管经过2～4次拉拔后将坯管外径尺寸拉拔至15mm-25mm之间，壁厚尺寸拉拔至1mm-1.75mm之间；
10)、将拉拔所得的铝管进入时效炉内，炉温控制在150-160℃之间，进行5小时的稳定化处理，最终得到成品。
实施例2
一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金，包括以下重量百分比的各组分：镁2.8％、铜＜0.002％、硅＜0.05％、铁＜0.15％、锰＜0.1％、铬＜0.15％、锌＜0.008％，余量为铝。
一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔化：选用GB/T 1196-2008标准中的AL99.90牌号的铝锭，投入炉内加温至760℃熔化；
2)、扒渣：在760℃下将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌5分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；优选的，打渣剂的加入量为0.2KG/吨；
3)、配合金：在760℃下加入镁锭，镁锭符合国家标准GB/T 3499-2003标准，镁≥99.80％，加入合金后搅拌10分钟；
4)、精炼：在740℃下采用氩气喷粉精炼40分钟，精炼完后将液面浮渣扒除；氩气纯度在99.7％以上，喷粉精炼剂要求Na:<0.5wt％，用量为1.5公斤/吨铝；
5)、静置：精炼后熔体静置20分钟；
6)、铸造：将熔体在760℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中加入Al5Ti1B铝钛硼线对铸锭晶粒细化，优选的，加入速度为3m/min；在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上；最后采用30PPi和50PPi双层陶瓷过滤板过滤，进一步净化熔体，得到铸锭；
7)、均质化：将以上得到的铸锭加温到485℃，保温6小时，后进入冷却室采用喷雾冷却，得到均质后铸锭；
8)、挤压：将挤压模具加热至490℃，挤压筒预热至440℃，铸锭加热至460℃，然后将铸锭加入挤压筒挤压，从挤压模具挤出坯管；挤压筒模具挤出外径为30mm-50mm，壁厚2.5mm～4mm的坯管；
9)、拉拔坯管经过2～4次拉拔后将坯管外径尺寸拉拔至15mm-25mm之间，壁厚尺寸拉拔至1mm-1.75mm之间；
10)、将拉拔所得的铝管进入时效炉内，炉温控制在190℃之间，进行3小时的稳定化处理，最终得到成品。
实施例3
一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金，包括以下重量百分比的各组分：镁2.6％、铜＜0.002％、硅＜0.05％、铁＜0.15％、锰＜0.1％、铬＜0.15％、锌＜0.008％，余量为铝。
一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金的制备方法，包括以下步骤：
1)、熔化：选用GB/T 1196-2008标准中的AL99.90牌号的铝锭，投入炉内加温至740℃左右熔化；
2)、扒渣：在735℃下将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌8分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；优选的，打渣剂的加入量为0.4KG/吨；
3)、配合金：在750℃下加入镁锭，镁锭符合国家标准GB/T 3499-2003标准，镁≥99.80％，加入合金后搅拌12分钟；
4)、精炼：在730℃下采用氩气喷粉精炼40～45分钟，精炼完后将液面浮渣扒除；优选的，氩气纯度在99.7％以上，喷粉精炼剂要求Na:<0.5wt％，用量为1.8公斤/吨铝；
5)、静置：精炼后熔体静置20分钟；
6)、铸造：将熔体在740℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中加入Al5Ti1B铝钛硼线对铸锭晶粒细化，加入速度为2.5m/min；在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上；最后采用30PPi和50PPi双层陶瓷过滤板过滤，进一步净化熔体，得到铸锭；
7)、均质化：将以上得到的铸锭加温到478℃，保温6～8小时，后进入冷却室采用喷雾冷却，得到均质后铸锭；
8)、挤压：将挤压模具加热至480℃，挤压筒预热至420℃，铸锭加热至480℃，然后将铸锭加入挤压筒挤压，从挤压模具挤出坯管；挤压筒模具挤出外径为30mm-50mm，壁厚2.5mm～4mm的坯管；
9)、拉拔坯管经过2～4次拉拔后将坯管外径尺寸拉拔至15mm-25mm之间，壁厚尺寸拉拔至1mm-1.75mm之间；
10)、将拉拔所得的铝管进入时效炉内，炉温控制在170℃左右，进行4小时的稳定化处理，最终得到成品。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有高强度耐海水腐蚀的铝合金，其特征在于，包括以下重量百分比的各组分：镁2.4～2.8％、铜＜0.002％、硅＜0.05％、铁＜0.15％、锰＜0.1％、铬＜0.15％、锌＜0.008％，余量为铝。
2.权利要求1所述的具有高强度耐海水腐蚀的铝合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、熔化：选用GB/T 1196-2008标准中的AL99.90牌号的铝锭，投入炉内加温至720～760℃熔化；
2)、扒渣：在735±25℃下将打渣剂均匀的洒入炉内并充分搅拌5-10分钟，用耙子将铝液表面浮渣扒除；
3)、配合金：在730～760℃下加入镁锭，镁锭符合国家标准GB/T 3499-2003标准，镁≥99.80％，加入合金后搅拌10～15分钟；
4)、精炼：在720～740℃下采用氩气喷粉精炼40～45分钟，精炼完后将液面浮渣扒除；
5)、静置：精炼后熔体静置20分钟；
6)、铸造：将熔体在720～760℃时浇铸成铸锭备用，浇铸过程中加入Al5Ti1B铝钛硼线对铸锭晶粒细化，在浇铸流槽上在线精炼，精炼时通入高纯氩气，氩气含量99.7％以上；最后采用30PPi和50PPi双层陶瓷过滤板过滤，得到铸锭；
7)、均质化：将以上得到的铸锭加温到470～485℃，保温6～8小时，后进入冷却室采用喷雾冷却，得到均质后铸锭；
8)、挤压：将挤压模具加热至470℃～490℃，挤压筒预热至390℃～440℃，铸锭加热至460℃～500℃，然后将铸锭加入挤压筒挤压，从挤压模具挤出坯管；
9)、拉拔坯管经过2～4次拉拔后将坯管外径尺寸拉拔至15mm-25mm之间，壁厚尺寸拉拔至1mm-1.75mm之间；
10)、将拉拔所得的铝管进入时效炉内，炉温控制在150-190℃之间，进行3-5小时的稳定化处理，最终得到成品。
3.如权利要求2所述的具有高强度耐海水腐蚀的铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中打渣剂的加入量为0.2～0.5KG/吨。
4.如权利要求2所述的具有高强度耐海水腐蚀的铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4)氩气纯度在99.7％以上，喷粉精炼剂要求Na:<0.5wt％，用量为1.5～2公斤/吨铝。
5.如权利要求2所述的具有高强度耐海水腐蚀的铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤6)中Al5Ti1B铝钛硼线的加入速度为2m/min-3m/min。
6.如权利要求1-5任一项所述的具有高强度耐海水腐蚀的铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤8)中挤压筒模具挤出外径为30mm-50mm，壁厚2.5mm～4mm的坯管。
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