CN108823440A - 一种亚共晶铝硅合金板坯的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝合金板带材加工技术领域，具体涉及一种亚共晶铝硅合金板坯的制备方法及应用。本发明制备亚共晶铝硅合金板坯的方法具体如下：采用工业纯铝锭、铝硅中间合金及其他合金元素添加剂配制该合金，在熔炉进行融化后，分别加入打渣剂、精炼剂后，进行精炼处理；将得到金属熔体导入静置炉，加入变质剂、精炼剂进行再次精炼处理后，加入钛丝，导入除气箱与过滤箱；将得到铝合金液体导入前箱，铸轧处理后得到铝硅合金铸轧坯料；均匀化退火处理，得到亚共晶铝硅合金铸轧板坯。本发明通过提高熔体处理质量和效率改变并优化工艺参数，提高了成品率，降低了生产成本；同时，本发明制备的板坯材料塑性加工性增强，有望广泛用于加工冷轧板带材。
Description
技术领域
本发明属于铝合金板带材加工技术领域，具体涉及一种亚共晶铝硅合金板坯的制备方法及应用。
背景技术
亚共晶铝硅合金由于具有低熔点、高延展性、熔体填充性能好等优点，可以作为钎焊焊料使用，采用铝硅合金加工而成的钎焊板带材被广泛的应用于汽车、空调等散热器部件的生产上。亚共晶铝硅合金组织中由于共晶硅偏析和可能析出的初晶硅存在，材料的脆裂性较大，在变形加工方面有一定的困难。
目前，工业上通常采用铸锭热轧法生产亚共晶铝硅合金板坯材料，设备投资高，能源消耗大，导致生产成本较高。采用连续铸轧方式生产与传统的热轧方法相比拥有很多优点，其中主要优点有：(1)由于直接完成铸造与轧制两个工序，所以能够很大程度上降低能源消耗，一般可节省40％左右；(2)生产速度快，生产流程少，能够很大程度上缩短生产周期短；(3)原材料利用率高，减少废料产生，且废料易于回收；(4)设备投资小。
但是，连续铸轧技术目前仍有非常多的缺点，如铸造组织残留多，化学成分在板坯材料内部的分布不均匀，晶粒粗大，产品在力学性能方面表现较差等问题。而铝硅合金在硅含量较高时，更加容易产生共晶硅中心偏析和反偏析，且连续铸轧方式生产出的板坯材料共晶硅组织为层片状，偏析处析出的初晶硅多为较大的角块状，在后续加工过程中会割裂铝合金基体，增加材料脆断性，严重影响后续的加工。所以如何通过工艺因素的改变，达到细化铸轧组织和晶粒、减少共晶硅偏析和消除反偏析，并节能、高效的生产高质量铝硅合金是非常有实际意义的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，如：偏析、组织粗大、力学性能不利于轧制等，本发明提供一种亚共晶铝硅合金铸轧板坯的制备方法。
具体的，本发明是通过下列技术方案来实现的：
(1)本发明的亚共晶铝硅合金铸轧板坯的化学成分按质量百分数计算，如表1所示：
表1亚共晶铝硅合金铸轧板坯的化学成分 单位：％
(2)熔炼：
按步骤(1)中铝硅合金的成分，在熔炼炉中先加入工业铝锭和铝硅中间合金，将铝硅中间合金埋在铝锭的中间，加热熔炼，同时控制熔体中氢含量；待铝锭全部熔化后开始搅拌并清除熔渣，进行熔前成分检测；之后根据成分检测结果，加入铜剂、铁剂、铝锰中间合金、Zn锭与Mg锭，熔化后搅拌并再次清除熔渣，得到熔体；清除熔渣后采样检测熔体成分，熔体成分符合要求后，加入打渣剂打渣，清除熔渣后，将精炼剂以喷粉模式加入熔炼炉，进行精炼处理，清除熔渣，得到金属熔体；所述熔体成分符合要求是指满足步骤(1)中铝硅合金的成分要求；
将金属熔体全部导入静置炉后，加入变质剂铝锶中间合金、精炼剂，搅拌，在静置炉中保温静置进行再次精炼处理；加入钛丝，导入除气箱与过滤箱进行除气除渣后，得到铝合金液体；
(3)铸轧：
将步骤(2)得到的铝合金液体，导入前箱，经过铸轧生产后得到铝硅合金铸轧坯料；
(4)铸轧坯料均匀化退火：
将步骤(3)得到的铝硅合金铸轧坯料，进行均匀化退火处理，最终得到亚共晶铝硅合金铸轧板坯。
步骤(2)中，熔炼温度为720～780℃；所述工业铝锭为99.70wt.％，熔体中氢含量控制在0.15mL/100gAl以内；铝锶中间合金的类型为Al-10wt.％Sr，Sr在最终铝硅合金中的质量百分比为0.02％～0.05％；静置炉的温度为740℃，保温静止时间为1-2h；打渣剂的成分包括44-50wt.％NaCl、26-34wt.％KCl和16-30wt.％NaF，打渣剂的添加量为1kg/t金属熔体；精炼剂的成分包括22-36wt.％NaCl、42-54wt.％KCl和10-36wt.％NaF，两次精炼剂的添加量均为1-1.5kg/t金属熔体；钛丝的添加量为1.5kg/t金属熔体；
步骤(3)中，铸轧参数具体为：前箱温度660～680℃，铸轧区控制在40～60mm，铸轧速度控制在650～900mm/min；铝硅合金铸轧坯料的规格为6.0～7.5mm×930mm×Lmm；
步骤(4)中，均匀化退火的工艺为：炉气温度控制在500℃，退火金属温度在480～560℃之间，退火时间以确保组织均匀化完全彻底为止。
本发明还提供了一种亚共晶铝硅合金板坯的用途，所述亚共晶铝硅合金板坯用于加工冷轧板带材。
与现有技术相比较，本发明的有益效果体现如下：
(1)本发明制备的亚共晶铝硅合金铸轧板坯，与现有技术相关的板材相比，通过提高熔体处理质量和效率改变并优化工艺参数，克服了现有铸轧技术中严重的中间线偏析，晶粒粗大，并通过改变共晶硅的形貌和尺度，提高了成品率，降低了生产成本。
(2)与现有技术中制备相关的铸轧板坯的制备相比，本发明通过改变熔炼及熔体处理质量以及铸轧工艺参数，板坯的抗拉强度降为154MPa左右，屈服强度降为82MPa左右，延伸率提升至28％左右，板坯材料塑性加工性加强，避免了在后续冷轧加工过程中出现裂纹与断口。
附图说明
图1为本发明无进行均匀化处理(a)、实施例1(b)、实施例2(c)与实施例3(d)制备的亚共晶铝硅合金铸轧板坯的微观组织。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
实施例1：
(1)本实施例的亚共晶铝硅合金铸轧板坯的化学成分按质量百分数计算，如表2所示：
表2亚共晶铝硅合金铸轧板坯的化学成分表 单位：％
(2)熔炼：
按步骤(1)中铝合金的成分，配置满足20t容量的铝合金熔炼炉的炉料，化学成分按调整后的4343铝合金化学成分范围；
在熔炼炉中先加入工业铝锭(99.70wt.％)和铝硅中间合金，将铝硅中间合金埋在铝锭的中间，加热熔炼，熔炼温度控制在720℃；同时利用在线测氢仪将熔体中氢含量控制在0.15mL/100gAl以内；待铝锭全部熔化后开始搅拌并采用扒渣方式清除熔渣，进行熔前成分检测；之后根据成分检测结果，加入相对应量的铜剂、铁剂、铝锰中间合金、Zn锭与Mg锭，熔化后搅拌并再次清除熔渣，得到熔体；清除熔渣后采样检测熔体成分，熔体成分符合要求后，加入1kg/t金属熔体的打渣剂(成分包括44wt.％NaCl、26wt.％KCl和30wt.％NaF)打渣，清除熔渣后，将1kg/t金属熔体的精炼剂(成分包括22wt.％NaCl、42wt.％KCl和36wt.％NaF)以喷粉模式加入熔炼炉，进行精炼处理，清除熔渣，得到金属熔体；若主要合金成分(如Si含量)不合格，则加入铝锭进行冲淡处理，保证所有合金成分合格；所述熔体成分符合要求是指满足步骤(1)中铝硅合金的成分要求；
将金属熔体全部导入静置炉后，加入变质剂铝锶中间合金(Al-10wt.％Sr)、1kg/t金属熔体精炼剂(成分包括22wt.％NaCl、42wt.％KCl和36wt.％NaF)，使Sr在最终铝硅合金中的质量百分比为0.02％，搅拌，在静置炉中740℃保温静置1h进行再次精炼处理；加入1.5kg/t金属熔体的钛丝，导入除气箱与过滤箱进行除气除渣后，得到铝合金液体。
(3)铸轧：
将步骤(2)得到的铝合金液体，导入前箱，经过铸轧选择在Ф680×1200mm规格的水平式铸轧机上生产，得到6.0mm×930mm×Lmm的铝硅合金铸轧坯料；其中前箱温度控制在660±3℃，铸轧区控制在40mm，铸轧速度控制在650mm/min；上述铝硅合金铸轧坯料制备过程中，控制坯料表面无隐条、横波、龟裂等缺陷，晶粒度控制在一级，不允许表面有偏析。
(4)铸轧坯料均匀化退火：
将步骤(3)得到的铝硅合金铸轧坯料，转入20t箱式退火炉中进行均匀化退火，其中均匀化退火工艺为：炉气温度控制在500℃，退火金属温度控制在480℃，退火时间以确保组织均匀化完全彻底为止；铝硅合金铸轧坯料温度均匀后取出进行空冷，最终得到亚共晶铝硅合金铸轧板坯。退火时需带套筒上架退火，以防止中间退火后因高温导致铝卷粘连。
实施例2：
(1)本实施例的亚共晶铝硅合金铸轧板坯的化学成分按质量百分数计算，如表3所示：
表3亚共晶铝硅合金铸轧板坯的化学成分表 单位：％
(2)熔炼：
按步骤(1)中铝合金的成分，配置满足20t容量的铝合金熔炼炉的炉料，化学成分按调整后的4343铝合金化学成分范围；
在熔炼炉中先加入工业铝锭(99.70wt.％)和铝硅中间合金，将铝硅中间合金埋在铝锭的中间，加热熔炼，熔炼温度控制在750℃；同时利用在线测氢仪将熔体中氢含量控制在0.15mL/100gAl以内；待铝锭全部熔化后开始搅拌并采用扒渣方式清除熔渣，进行熔前成分检测；之后根据成分检测结果，加入相对应量的铜剂、铁剂、铝锰中间合金与Zn锭，熔化后搅拌并再次清除熔渣，得到熔体；清除熔渣后采样检测熔体成分，熔体成分符合要求后，加入1kg/t金属熔体的打渣剂(成分包括50wt.％NaCl、34wt.％KCl和16wt.％NaF)打渣，清除熔渣后，将1.2kg/t金属熔体的精炼剂(成分包括36wt.％NaCl、54wt.％KCl和10wt.％NaF)以喷粉模式加入熔炼炉，进行精炼处理，清除熔渣，得到金属熔体；若主要合金成分(如Si含量)不合格，则加入铝锭进行冲淡处理，保证所有合金成分合格；所述熔体成分符合要求是指满足步骤(1)中铝硅合金的成分要求；
将金属熔体全部导入静置炉后，加入变质剂铝锶中间合金(Al-10wt.％Sr)、1.2kg/t金属熔体的精炼剂(成分包括36wt.％NaCl、54wt.％KCl和10wt.％NaF)，使Sr在最终铝硅合金中的质量百分比为0.03％，搅拌，在静置炉中740℃保温静置1.5h进行再次精炼处理；加入1.5kg/t金属熔体的钛丝，导入除气箱与过滤箱进行除气除渣后，得到铝合金液体。
(3)铸轧：
将步骤(2)得到的铝合金液体，导入前箱，经过铸轧选择在Ф680×1200mm规格的水平式铸轧机上生产，立板时上下嘴辊间隙要控制恰当，得到7.0mm×930mm×Lmm的铝硅合金铸轧坯料；其中前箱温度控制在670±3℃，铸轧区控制在50mm，铸轧速度控制在800mm/min；上述铝硅合金铸轧坯料制备过程中，控制坯料表面无隐条、横波、龟裂等缺陷，晶粒度控制在一级，不允许表面有偏析。
(4)铸轧坯料均匀化退火：
将步骤(3)得到的铝硅合金铸轧坯料，转入20t箱式退火炉中进行均匀化退火，其中均匀化退火工艺为：炉气温度控制在500℃，退火金属温度控制在520℃，退火时间以确保组织均匀化完全彻底为止；铝硅合金铸轧坯料温度均匀后取出进行空冷，最终得到亚共晶铝硅合金铸轧板坯。退火时需带套筒上架退火，以防止中间退火后因高温导致铝卷粘连。
实施例3：
(1)本实施例的亚共晶铝硅合金铸轧板坯的化学成分按质量百分数计算，如表4所示：
表4亚共晶铝硅合金铸轧板坯的化学成分表 单位：％
(2)熔炼：
按步骤(1)中铝合金的成分，配置满足20t容量的铝合金熔炼炉的炉料，化学成分按调整后的4343铝合金化学成分范围；
在熔炼炉中先加入工业铝锭(99.70wt.％)和铝硅中间合金，将铝硅中间合金埋在铝锭的中间，加热熔炼，熔炼温度控制在780℃；同时利用在线测氢仪将熔体中氢含量控制在0.15mL/100gAl以内；待铝锭全部熔化后开始搅拌并采用扒渣方式清除熔渣，进行熔前成分检测；之后根据成分检测结果，加入相对应量的铜剂、铁剂、铝锰中间合金与Zn锭，熔化后搅拌并再次清除熔渣，得到熔体；清除熔渣后采样检测熔体成分，熔体成分符合要求后，加入1kg/t金属熔体的打渣剂(成分包括45wt.％NaCl、30wt.％KCl和25wt.％NaF)打渣，清除熔渣后，将1.5kg/t金属熔体的精炼剂(成分包括30wt.％NaCl、50wt.％KCl和20wt.％NaF)以喷粉模式加入熔炼炉，进行精炼处理，清除熔渣，得到金属熔体；若主要合金成分(如Si含量)不合格，则加入铝锭进行冲淡处理，保证所有合金成分合格；所述熔体成分符合要求是指满足步骤(1)中铝硅合金的成分要求；
将金属熔体全部导入静置炉后，加入变质剂铝锶中间合金(Al-10wt.％Sr)、1.5kg/t金属熔体的精炼剂(成分包括30wt.％NaCl、50wt.％KCl和20wt.％NaF)，使Sr在最终铝硅合金中的质量百分比为0.05％，搅拌，在静置炉中740℃保温静置2h进行再次精炼处理；加入1.5kg/t金属熔体的钛丝，导入除气箱与过滤箱进行除气除渣后，得到铝合金液体。
(3)铸轧：
将步骤(2)得到的铝合金液体，导入前箱，经过铸轧选择在Ф680×1200mm规格的水平式铸轧机上生产，立板时上下嘴辊间隙要控制恰当，得到7.5mm×930mm×Lmm的铝硅合金铸轧坯料；其中前箱温度控制在680±3℃，铸轧区控制在60mm，铸轧速度控制在900mm/min；上述铝硅合金铸轧坯料制备过程中，控制坯料表面无隐条、横波、龟裂等缺陷，晶粒度控制在一级，不允许表面有偏析。
(4)铸轧坯料均匀化退火：
将步骤(3)得到的铝硅合金铸轧坯料，转入20t箱式退火炉中进行均匀化退火，其中均匀化退火工艺为：炉气温度控制在500℃，退火金属温度控制在560℃，退火时间以确保组织均匀化完全彻底为止；铝硅合金铸轧坯料温度均匀后取出进行空冷，最终得到亚共晶铝硅合金铸轧板坯。退火时需带套筒上架退火，以防止中间退火后因高温导致铝卷粘连。
本发明实施例1-3中，制备亚共晶铝硅合金铸轧板坯过程中，添加的打渣剂、精炼剂均会以气体的形式于除气箱中排出，打渣剂、精炼剂的加入不会影响金属熔体中各化学成分的含量。另外，加入的铝锶中间合金添加量较小，只需确保Sr在最终铝硅合金中的质量百分比在0.02-0.05％之间，故而，铝锶中间合金的添加不会影响亚共晶铝硅合金铸轧板坯中各化学成分的含量。
力学性能测试：
对实施例1-3制备的亚共晶铝硅合金铸轧板坯进行力学性能检测，结果如下：
表5实施例1-3制备的亚共晶铝硅合金铸轧板坯的力学性能
由表5可以看出，实施例1-3制备的亚共晶铝硅合金铸轧板坯的屈服强度、抗拉强度分别控制在82-91MPa、154-158MPa，与现有技术生产的铝硅合金铸轧板坯相比，本发明的亚共晶铝硅合金铸轧板坯的屈服强度、抗拉强度有所降低；与此同时，延伸率控制在25-28％，与现有技术生产的铝硅合金铸轧板坯相比，本发明的亚共晶铝硅合金铸轧板坯的延伸率有所提升；相比实施例1和2，实施例3的亚共晶铝硅合金铸轧板坯的屈服强度、抗拉强度最低，延伸率最大，可知，实施例3制备的硅合金铸轧板坯的力学性能较佳。
上述本发明实施例1-3的铝硅合金铸轧板坯的屈服强度、抗拉强度、延伸率的改进，使得铝硅合金板坯材料塑性、加工性增强，避免了在后续冷轧加工过程中出现裂纹与断口，有利于后续加工冷轧板带材。
图1为本发明无进行均匀化退火处理(a)、实施例1(b)、实施例2(c)与实施例3(d)制备的亚共晶铝硅合金铸轧板坯的微观组织。由图1(a)可以看出，无进行均匀化退火处理制备得到的亚共晶铝硅合金铸轧板坯，铝硅合金的成分分布不均匀，共晶硅的偏析现象严重。由图1(b)可以看出，实施例1制备得到的亚共晶铝硅合金铸轧板坯，与图1(a)相比，铝硅合金的成分分布不均匀，但有所改善；共晶硅的偏析现象严重但同样有所改善。由图1(c)、图1(d)可以看出，实施例2和3制备得到的亚共晶铝硅合金铸轧板坯，铝硅合金的成分分布不均匀的现象有明显改善，成分分布相对均匀；共晶硅的偏析现象同样有明显改善，共晶硅的偏析减少。与实施例2相比，实施例3的铝硅合金铸轧板坯，铝硅合金的成分分布更均匀，共晶硅的偏析最少，明显改善了共晶硅相的形貌。因此，由1可以得出，均匀化退火处理工艺，尤其是均匀化退火温度，对亚共晶铝硅合金铸轧板坯的微观组织形态有较大的影响。
以上实施例结果表明，通过对铝硅合金成分及铸轧过程工艺优化，以及均匀化退火处理工艺，能够改善铝硅合金组织与性能，使得成分分布更加均匀，在铝硅合金上表现为共晶硅的偏析减少，并且能够改善共晶硅相的形貌。通过添加镁元素，改善钎焊时接头的质量。以上结果满足冷轧板带材的加工要求。
本发明制备的亚共晶铝硅合金铸轧板坯可广泛用于加工冷轧板带材。
Claims (10)
1.一种亚共晶铝硅合金板坯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）熔炼：
在熔炼炉中先加入工业铝锭和铝硅中间合金，将铝硅中间合金埋在铝锭的中间，加热熔炼，同时控制熔体中氢含量；待铝锭全部熔化后开始搅拌并清除熔渣，进行熔前成分检测；之后根据成分检测结果，加入铜剂、铁剂、铝锰中间合金、Zn锭与Mg锭，熔化后搅拌并再次清除熔渣，得到熔体；清除熔渣后采样检测熔体成分，熔体成分符合亚共晶铝硅合金板坯的化学成分要求后，加入打渣剂打渣，清除熔渣后，将精炼剂以喷粉模式加入熔炼炉，进行精炼处理，清除熔渣，得到金属熔体；
将金属熔体全部导入静置炉后，加入变质剂铝锶中间合金、精炼剂，搅拌，在静置炉中保温静置进行再次精炼处理；加入钛丝，导入除气箱与过滤箱进行除气除渣后，得到铝合金液体；
（2）铸轧：
将步骤（1）得到的铝合金液体，导入前箱，经过铸轧生产后得到铝硅合金铸轧坯料；
（3）铸轧坯料均匀化退火：
将步骤（2）得到的铝硅合金铸轧坯料，进行均匀化退火处理，最终得到亚共晶铝硅合金铸轧板坯。
2. 根据权利要求1所述的亚共晶铝硅合金板坯的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述金属熔体的化学成分，按照质量分数计，Si 7.0~9.0%，Fe 0.2~0.3%，Cu 0.1%，Mn0.1%，Mg 0~0.1%，Zn 0.1%，Ti 0.02%，Al为余量。
3.根据权利要求1所述的亚共晶铝硅合金板坯的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述熔炼温度为720～780℃。
4.根据权利要求1所述的亚共晶铝硅合金板坯的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述工业铝锭为99.70wt.%；熔体中氢含量控制在0.15mL/100gAl以内；铝锶中间合金的类型为Al-10wt.%Sr，Sr在最终铝硅合金中的质量百分比为0.02%～0.05%。
5.根据权利要求1所述的亚共晶铝硅合金板坯的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，静置炉的温度为740℃，保温静止时间为1-2h。
6.根据权利要求1所述的亚共晶铝硅合金板坯的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，打渣剂的成分包括44-50wt.%NaCl、26-34wt.%KCl和16-30wt.%NaF，打渣剂的添加量为1kg/t金属熔体；精炼剂的成分包括22-36wt.%NaCl、42-54wt.%KCl和10-36wt.%NaF，两次精炼剂的添加量均为1-1.5kg/t金属熔体；钛丝的添加量为1.5kg/t金属熔体。
7.根据权利要求1所述的亚共晶铝硅合金板坯的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，铸轧参数具体为：前箱温度660～680℃，铸轧区控制在40～60mm，铸轧速度控制在650～900mm/min；铝硅合金铸轧坯料的规格为6.0～7.5mm×930mm×Lmm。
8.根据权利要求1所述的亚共晶铝硅合金板坯的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，均匀化退火的工艺为：炉气温度控制在500℃，退火金属温度在480～560℃之间，退火时间以确保组织均匀化完全彻底为止。
9. 如权利要求1-9任意一项所述的方法制备的亚共晶铝硅合金板坯，其特征在于，所述亚共晶铝硅合金板坯的化学成分，按照质量分数计，Si 7.0~9.0%，Fe 0.2~0.3%，Cu0.1%，Mn 0.1%，Mg 0~0.1%，Zn 0.1%，Ti 0.02%，Sr 0.02%~0.05%，Al为余量。
10.根据权利要求9所述的亚共晶铝硅合金板坯用于加工冷轧板带材。
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