CN108707791A - 一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法 - Google Patents

一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，包括：配料；熔炼；保温，初级精炼，控制氩气流量；在线除气精炼，控制转子转速和氩气流量；铸造；均热处理。通过本发明可以有效降低铝合金含氢量、碱金属含量，降低铸锭出现裂纹的几率，提高生产合格率。

Description

一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法
技术领域
本发明涉及Mg铝合金圆锭制造技术领域，尤其涉及一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法。
背景技术
高Mg铝合金产品目前已被广泛应用于航空航天、船舶、交通运输、计算机及通讯等领域。与钢相比，高Mg铝合金的优势表现在：低密度、耐腐蚀、无磁、低温环境性能好。因此许多国家将其视为21世纪的重要战略物资，随着材料技术的不断发展，铝镁合金材料必定会有更加广阔的应用前景和实用价值。
镁铝合金圆锭典型生产工艺流程如下：配料→熔炼→精炼→在线除气/过滤→铸造→均匀化退火，上述典型的生产工艺在用于高质量超大规格高Mg铝合金铸锭生产时，往往存在以下缺点：（1）铸锭容易出现裂纹；（2）铝合金铸锭质量差，含氢量高、碱金属含量高。而铸锭上述缺点往往导致生产合格率低下，生产成本居高不下。
发明内容
本发明公开了一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，可以有效降低铝合金含氢量、碱金属含量，降低铸锭出现裂纹的几率，提高生产合格率。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，包括以下步骤：
S1.按以下重量百分比的合金成分进行配料：Mg4.0%~5.5% 、Mn0.40%~1.0% 、Cr 0.05%~0.25%、Be 0.0005%~0.0015%、Ti≤0.15% 、Zn≤0.25%、Cu≤0.10% 、Fe≤0.40% 、Si≤0.40% ；其他为Al和一些不可避免的杂质元素；
S2.熔炼；
S3.熔炼完成后将铝液转入保温炉中保温，保温完成后进行初级精炼，初级精炼过程中氩气流量小于100L/min，且保持搅拌，清理浮渣；
S4.初级精炼完成的铝液流入除气装置进行在线除气精炼，在线除气精炼过程中，转子速度小于800rpm，氩气流量小于50L/min；
S5.将在线除气精炼完成的铝液过滤，进入到热顶，采用半连续铸造法铸造得直径大于500mm的圆锭，铸造温度控制在675~715℃，铸造速度为10~70mm/min，冷却水流量10~300m3/h；
S6.将步骤S5获得的圆锭在400~550℃温度范围进行均热处理保温1~48小时，冷却至室温。
进一步的，所述步骤S2中，熔炼过程中，先将重熔铝锭、返回料、镁锭装入熔炼炉中，待化料完成，扒渣后再加入包括铝锰及铝铬中间合金在内的添加剂；熔炼温度为710~760℃，熔炼时间小于10h。
进一步的，所述步骤S3中，保温过程中，保温温度为700~760℃，保温时间小于5小时；保温完成后先加入剩余铝锰中间合金、铝铬中间合金、纯镁锭进行成分调整，再添加铝铍中间合金和晶粒细化剂铝钛合金调整成分；成分调整完成后进行初级精炼。
进一步的，所述步骤S4中，在除气完成后，在线加入晶粒细化剂铝钛硼丝，待晶粒细化剂熔融后进入步骤S5。
进一步的，所述步骤S5中，过滤所用的过滤板为30~40ppi。
进一步的，所述步骤S5中，铝液过滤后，进入到热顶，铸造速度为15mm/min ~60mm/min。
进一步的，所述步骤S5中，在铸造前先开冷却水冷却，冷却水流量为20~150m3/h，铸造过程中保持冷却水开启，停止铸造后，关闭冷却水，移开结晶器平台，用吊具将圆锭从铸井中吊出。
进一步的，所述步骤S6中，均热处理的过程分为加热和保温阶段，加热时间为6~10h，保温时间为24~48h，保温温度设定为480~500℃。
进一步的，所述步骤S3中，初级精炼过程中氩气流量为50~100L/min。
进一步的，所述步骤S4中，初在线除气精炼过程中，转子速度300 ~500rpm，氩气流量为10~50L/min。
以上所述的超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，具有以下优点：
（1）本发明通过调整合金成分，控制Mn 、Mg 和Cr的质量百分比来优化铝合金铸锭的性能，Mg、Mn可以提高铝合金锭的强度，Cr能提高合金的强度，还能改善合金的韧性，并降低应力，提高铸锭抗开裂的性能。
（2）本发明通过控制初级精炼阶段和在线除气精炼阶段的氩气流量，提高精炼除气的效果，从而有效降低铝液中的含氢量以及碱金属含量。
（3）本发明通过选择合适的过滤板，使得铝液中多余的杂质及夹杂物被过滤掉，从而提高了铝液的品质，进而有利于提高铸锭的成品质量。
（4）本发明通过适宜的均热时间和温度控制，更进一步提高了铝合金锭的抗拉强度和屈服强度，并更好的降低了铸锭开裂的几率。
（5）本发明通过合金成分、熔炼、铸造、精炼、均热各工艺的合理配合，使得铸造出来的超大规格高镁铝合金圆锭抗拉强度大于230MPa，屈服强度大于100MPa，延伸率大于10%，含氢量≤0.12ml/100g Al，Na含量小于5ppm，并满足超声波A级探伤，大大提高了生产合格率，降低了生产成本。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。
实施例1
一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，包括以下步骤：
S1.按以下重量百分比的合金成分进行配料：Mg4.5% 、Mn0.6% 、Cr 0.1%、Be 0.0005%、Ti0.1% 、Zn≤0.2%、Cu≤0.10% 、Fe≤0.30% 、Si≤0.25% ；其他为Al和一些不可避免的杂质元素。
S2.熔炼：按配料计算所得结果，开始投料，先加入重熔铝锭、5xxx铝合金返回料、镁锭装入熔炼炉中，待化料完成，扒渣后再加入AlMn75、AlCr75中间合金；熔炼炉中加热至炉料熔化，搅拌50min，熔炼温度为730℃，熔炼时间为8h。
S3.熔炼完成后将铝液转入保温炉中保温，保温炉温度控制在720℃，保温时间为4h，然后检测保温炉内的铝合金成分，根据检测结果加入剩余AlMn10、AlCr5中间合金、纯镁锭进行成分调整，再添加铝铍中间合金AlBe5和晶粒细化剂AlTi6合金调整成分，成分调整完成后进行初级精炼，初级精炼过程中氩气流量为70L/min，且保持搅拌，清理浮渣。
S4.初级精炼完成的铝液流入除气装置进行在线除气精炼，在线除气精炼过程中，转子速度为500rpm，氩气流量为30L/min，将铝钛硼丝晶粒细化剂在线加入到完成除气精炼的铝液中进行晶粒细化，加入量为1.5kg/t。
S5. 将在线除气精炼完成的铝液用30ppi 等级的过滤板过滤，进入到热顶，采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为700℃，铸造速度为50mm/min，在铸造前先开冷却水冷却，冷却水流量60m3/h，铸造得直径582mm的圆锭，铸造完成后，关闭冷却水，移开结晶器平台，用专用吊具将圆锭从铸井中吊出。
S6.对步骤S5获得的圆锭进行均热处理，均热处理的过程分为加热和保温阶段，加热时间为8h，保温时间为36h，保温温度设定为490℃，保温完成后冷却至室温。
S7. 冷却后用头尾锯对铸锭进行机加工，然后转去车皮机车掉铸锭的偏析过渡层。
实施例2
实施例2
一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，包括以下步骤：
S1.按以下重量百分比的合金成分进行配料：Mg4.9% 、Mn0.8% 、Cr 0.2%、Be 0.0015%、Ti0.1% 、Zn≤0.2%、Cu≤0.10% 、Fe≤0.30% 、Si≤0.25% ；其他为Al和一些不可避免的杂质元素。
S2.熔炼：按配料计算所得结果，开始投料，先加入重熔铝锭、5xxx铝合金返回料、镁锭装入熔炼炉中，待化料完成，扒渣后再加入AlMn75、AlCr75中间合金；熔炼炉中加热至炉料熔化，搅拌60min，熔炼温度为750℃，熔炼时间为8h。
S3.熔炼完成后将铝液转入保温炉中保温，保温炉温度控制在730℃，保温时间为4h，然后检测保温炉内的铝合金成分，根据检测结果加入剩余AlMn10、AlCr5中间合金、纯镁锭进行成分调整，再添加铝铍中间合金AlBe5和晶粒细化剂AlTi6合金调整成分，成分调整完成后进行初级精炼，初级精炼过程中氩气流量为80L/min，且保持搅拌，清理浮渣。
S4.初级精炼完成的铝液流入除气装置进行在线除气精炼，在线除气精炼过程中，转子速度为400rpm，氩气流量为50L/min，将铝钛硼丝晶粒细化剂在线加入到完成除气精炼的铝液中进行晶粒细化，加入量为1.0kg/t。
S5. 将在线除气精炼完成的铝液用30ppi 等级的过滤板过滤，进入到热顶，采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为695℃，铸造速度为40mm/min，在铸造前先开冷却水冷却，冷却水流量70m3/h，铸造得直径582mm的圆锭，铸造完成后，关闭冷却水，移开结晶器平台，用专用吊具将圆锭从铸井中吊出。
S6.对步骤S5获得的圆锭进行均热处理，均热处理的过程分为加热和保温阶段，加热时间为8h，保温时间为36h，保温温度设定为490℃，保温完成后冷却至室温。
S7. 冷却后用头尾锯对铸锭进行机加工，然后转去车皮机车掉铸锭的偏析过渡层。
实施例3
一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，包括以下步骤：
S1.按以下重量百分比的合金成分进行配料：Mg4.0% 、Mn1.0% 、Cr 0.05%、Be0.0015%、Ti0.15% 、Zn≤0.25%、Cu≤0.10% 、Fe≤0.40% 、Si≤0.40% ；其他为Al和一些不可避免的杂质元素。
S2.熔炼：按配料计算所得结果，开始投料，先加入重熔铝锭及5xxx铝合金返回料、镁锭装入熔炼炉中，待化料完成，扒渣后再加入AlMn75、AlCr75中间合金；熔炼炉中加热至炉料熔化，搅拌60min，熔炼温度为710℃，熔炼时间为6h。
S3.熔炼完成后将铝液转入保温炉中保温，保温炉温度控制在700℃，保温时间为3h，然后检测保温炉内的铝合金成分，根据检测结果加入剩余AlMn10、AlCr5中间合金、纯镁锭进行成分调整，再添加铝铍中间合金AlBe5和晶粒细化剂AlTi6合金调整成分，成分调整完成后进行初级精炼，初级精炼过程中氩气流量为50L/min，且保持搅拌，清理浮渣。
S4.初级精炼完成的铝液流入除气装置进行在线除气精炼，在线除气精炼过程中，转子速度为300rpm，氩气流量为10L/min，将铝钛硼丝晶粒细化剂在线加入到完成除气精炼的铝液中进行晶粒细化，加入量为0.5kg/t。
S5. 将在线除气精炼完成的铝液用40ppi 等级的过滤板过滤，进入到热顶，采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为675℃，铸造速度为60mm/min，在铸造前先开冷却水冷却，冷却水流量150m3/h，铸造得直径582mm的圆锭，铸造完成后，关闭冷却水，移开结晶器平台，用专用吊具将圆锭从铸井中吊出。
S6.对步骤S5获得的圆锭进行均热处理，均热处理的过程分为加热和保温阶段，加热时间为6h，保温时间为24h，保温温度设定为480℃，保温完成后冷却至室温。
S7. 冷却后用头尾锯对铸锭进行机加工，然后转去车皮机车掉铸锭的偏析过渡层。
实施例4
一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，包括以下步骤：
S1.按以下重量百分比的合金成分进行配料：Mg5.5% 、Mn0.40% 、Cr 0.25%、Be0.0005%、Ti0.10% 、Zn≤0.25%、Cu≤0.10% 、Fe≤0.40% 、Si≤0.40% ；其他为Al和一些不可避免的杂质元素。
S2.熔炼：按配料计算所得结果，开始投料，先加入重熔铝锭、5xxx铝合金返回料、镁锭装入熔炼炉中，待化料完成，扒渣后再加入AlMn75、AlCr75中间合金；熔炼炉中加热至炉料熔化，搅拌60min，熔炼温度为770℃，熔炼时间为10h。
S3.熔炼完成后将铝液转入保温炉中保温，保温炉温度控制在760℃，保温时间为5h，然后检测保温炉内的铝合金成分，根据检测结果加入剩余AlMn10、AlCr5中间合金、纯镁锭进行成分调整，再添加铝铍中间合金AlBe5和晶粒细化剂AlTi6合金调整成分，成分调整完成后进行初级精炼，初级精炼过程中氩气流量为100L/min，且保持搅拌，清理浮渣。
S4.初级精炼完成的铝液流入除气装置进行在线除气精炼，在线除气精炼过程中，转子速度为500rpm，氩气流量为50L/min，将铝钛硼丝晶粒细化剂在线加入到完成除气精炼的铝液中进行晶粒细化，加入量为2.5kg/t。
S5. 将在线除气精炼完成的铝液用30ppi 等级的过滤板过滤，进入到热顶，采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为715℃，铸造速度为15mm/min，在铸造前先开冷却水冷却，冷却水流量20m3/h，铸造得直径582mm的圆锭，铸造完成后，关闭冷却水，移开结晶器平台，用专用吊具将圆锭从铸井中吊出。
S6.对步骤S5获得的圆锭进行均热处理，均热处理的过程分为加热和保温阶段，加热时间为10h，保温时间为48h，保温温度设定为500℃，保温完成后冷却至室温。
S7. 冷却后用头尾锯对铸锭进行机加工，然后转去车皮机车掉铸锭的偏析过渡层。
实施例5
一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，包括以下步骤：
S1.按以下重量百分比的合金成分进行配料：Mg4.8% 、Mn0.8% 、Cr 0.19%、Be0.0015%、Ti0.1% 、Zn≤0.2%、Cu≤0.10% 、Fe≤0.30% 、Si≤0.25% ；其他为Al和一些不可避免的杂质元素。
S2.熔炼：按配料计算所得结果，开始投料，先加入重熔铝锭、5xxx铝合金返回料、镁锭装入熔炼炉中，待化料完成，扒渣后再加入AlMn75、AlCr75中间合金；熔炼炉中加热至炉料熔化，搅拌60min，熔炼温度为750℃，熔炼时间为8h。
S3.熔炼完成后将铝液转入保温炉中保温，保温炉温度控制在730℃，保温时间为4h，然后检测保温炉内的铝合金成分，根据检测结果加入剩余AlMn10、AlCr5中间合金、纯镁锭进行成分调整，再添加铝铍中间合金AlBe5和晶粒细化剂AlTi6合金调整成分，成分调整完成后进行初级精炼，初级精炼过程中氩气流量为30L/min，且保持搅拌，清理浮渣。
S4.初级精炼完成的铝液流入除气装置进行在线除气精炼，在线除气精炼过程中，转子速度为280rpm，氩气流量为9L/min，将铝钛硼丝晶粒细化剂在线加入到完成除气精炼的铝液中进行晶粒细化，加入量为1.0kg/t。
S5. 将在线除气精炼完成的铝液用30ppi 等级的过滤板过滤，进入到热顶，采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为695℃，铸造速度为10mm/min，在铸造前先开冷却水冷却，冷却水流量10m3/h，铸造得直径582mm的圆锭，铸造完成后，关闭冷却水，移开结晶器平台，用专用吊具将圆锭从铸井中吊出。
S6.对步骤S5获得的圆锭进行均热处理，均热处理的过程分为加热和保温阶段，加热时间为8h，保温时间为36h，保温温度设定为490℃，保温完成后冷却至室温。
S7. 冷却后用头尾锯对铸锭进行机加工，然后转去车皮机车掉铸锭的偏析过渡层。
实施例6
一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，包括以下步骤：
S1.按以下重量百分比的合金成分进行配料：Mg5.1% 、Mn0.9% 、Cr 0.09%、Be0.0012%、Ti0.12% 、Zn≤0.2%、Cu≤0.10% 、Fe≤0.30% 、Si≤0.25% ；其他为Al和一些不可避免的杂质元素。
S2.熔炼：按配料计算所得结果，开始投料，先加入重熔铝锭、5xxx铝合金返回料、镁锭装入熔炼炉中，待化料完成，扒渣后再加入AlMn75、AlCr75中间合金；熔炼炉中加热至炉料熔化，搅拌60min，熔炼温度为750℃，熔炼时间为8h。
S3.熔炼完成后将铝液转入保温炉中保温，保温炉温度控制在730℃，保温时间为4h，然后检测保温炉内的铝合金成分，根据检测结果加入剩余AlMn10、AlCr5中间合金、纯镁锭进行成分调整，再添加铝铍中间合金AlBe5和晶粒细化剂AlTi6合金调整成分，成分调整完成后进行初级精炼，初级精炼过程中氩气流量为45L/min，且保持搅拌，清理浮渣。
S4.初级精炼完成的铝液流入除气装置进行在线除气精炼，在线除气精炼过程中，转子速度为280rpm，氩气流量为9L/min，将铝钛硼丝晶粒细化剂在线加入到完成除气精炼的铝液中进行晶粒细化，加入量为1.5kg/t。
S5. 将在线除气精炼完成的铝液用30ppi 等级的过滤板过滤，进入到热顶，采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为695℃，铸造速度为70mm/min，在铸造前先开冷却水冷却，冷却水流量300m3/h，铸造得直径582mm的圆锭，铸造完成后，关闭冷却水，移开结晶器平台，用专用吊具将圆锭从铸井中吊出。
S6.对步骤S5获得的圆锭进行均热处理，均热处理的过程分为加热和保温阶段，加热时间为8h，保温时间为40h，保温温度设定为480℃，保温完成后冷却至室温。
S7. 冷却后用头尾锯对铸锭进行机加工，然后转去车皮机车掉铸锭的偏析过渡层。
高Mg铝合金圆锭的检测结果见表1。
表1

Claims (10)

1.一种超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.按以下重量百分比的合金成分进行配料：Mg4.0%~5.5% 、Mn0.40%~1.0% 、Cr 0.05%~0.25%、Be 0.0005%~0.0015%、Ti≤0.15% 、Zn≤0.25%、Cu≤0.10% 、Fe≤0.40% 、Si≤0.40% ；其他为Al和一些不可避免的杂质元素；
S2.熔炼；
S3.熔炼完成后将铝液转入保温炉中保温，保温完成后进行初级精炼，初级精炼过程中氩气流量小于100L/min，且保持搅拌，清理浮渣；
S4.初级精炼完成的铝液流入除气装置进行在线除气精炼，在线除气精炼过程中，转子速度小于800rpm，氩气流量小于50L/min；
S5.将在线除气精炼完成的铝液过滤，进入到热顶，采用半连续铸造法铸造得直径大于500mm的圆锭，铸造温度控制在675~715℃，铸造速度为10~70mm/min，冷却水流量10~300m3/h；
S6.将步骤S5获得的圆锭在400~550℃温度范围进行均热处理保温1~48小时，冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，其特征在于：
所述步骤S2中，熔炼过程中，先将重熔铝锭、返回料、镁锭装入熔炼炉中，待化料完成，扒渣后再加入包括铝锰及铝铬中间合金在内的添加剂；熔炼温度为710~770℃，熔炼时间小于10h。
3.根据权利要求2所述的超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，其特征在于：
所述步骤S3中，保温过程中，保温温度为700~760℃，保温时间小于5小时；保温完成后先加入剩余铝锰中间合金、铝铬中间合金、纯镁锭进行成分调整，再添加铝铍中间合金和晶粒细化剂铝钛合金调整成分；成分调整完成后进行初级精炼。
4.根据权利要求3所述的超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，其特征在于：
所述步骤S4中，在除气完成后，在线加入晶粒细化剂铝钛硼丝，待晶粒细化剂熔融后进入步骤S5。
5.根据权利要求1所述的超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，其特征在于：
所述步骤S5中，过滤所用的过滤板为30~40ppi。
6.根据权利要求1所述的超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，其特征在于：
所述步骤S5中，铝液过滤后，进入到热顶，铸造速度为15mm/min ~60mm/min。
7.根据权利要求1或6所述的超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，其特征在于：
所述步骤S5中，在铸造前先开冷却水冷却，冷却水流量为20~150m3/h，铸造过程中保持冷却水开启，停止铸造后，关闭冷却水，移开结晶器平台，用吊具将圆锭从铸井中吊出。
8.根据权利要求1所述的超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，其特征在于：
所述步骤S6中，均热处理的过程分为加热和保温阶段，加热时间为6~10h，保温时间为24~48h，保温温度设定为480~500℃。
9.根据权利要求1所述的超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，其特征在于：
所述步骤S3中，初级精炼过程中氩气流量为50~100L/min。
10.根据权利要求1所述的超大规格高Mg铝合金圆锭制备方法，其特征在于：
所述步骤S4中，初在线除气精炼过程中，转子速度300 ~500rpm，氩气流量为10~50L/min。
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