CN109022956B

CN109022956B - 5a12铝合金铸锭及其生产方法与应用

Info

Publication number: CN109022956B
Application number: CN201810998936.6A
Authority: CN
Inventors: 李国锋
Original assignee: HENAN MINGTAI ALUMINUM INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: HENAN MINGTAI ALUMINUM INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-01-21
Anticipated expiration: 2038-08-30
Also published as: CN109022956A

Abstract

本发明公开了一种5A12铝合金铸锭及其生产方法与应用，涉及合金加工技术领域。所述5A12铝合金铸锭包含以下质量百分含量的合金元素：Si≤0.15％，Fe 0.1‑0.2％，Cu≤0.05％，Mn 0.5‑0.6％，Mg 8.8‑9.3％，Cr≤0.1％，Ni≤0.1％，Zn≤0.1％，Ti 0.07‑0.09％，Be 0.001‑0.002％，Sb 0.01‑0.02％，其他杂质元素＜0.05％，余量为Al。其生产方法包括铝合金废料和重熔用铝锭的熔炼、配料、精炼、静置和铸造，铸造后得到宽度为1200‑1700mm的大规格5A12铝合金铸锭。通过本发明改善了现有技术中生产大规格5A12铝合金铸锭对设备技术要求高、宽幅铸造技术复杂，且仅能生产圆形铸棒的技术难题。

Description

5A12铝合金铸锭及其生产方法与应用

一、技术领域：

本发明涉及合金加工技术领域，具体而言，涉及一种5A12铝合金铸锭及其生产方法与应用。

二、背景技术：

近年来中国铝工业发展迅猛，随着合金材料应用的大型化以及采用整体加工成型技术的日益成熟，高性能铝合金厚板、超厚板的重要性越来越突出，对加工用铸锭坯料的尺寸要求也越来越大。生产高镁、大规格扁锭对设备、技术要求很高，铸造成的铸锭毛坯质量直接影响铝板带箔产品质量。镁元素含量越高，Al-Mg合金熔体粘度越大，流动性越差，使铸造过程中除气、除渣效果差，同时由于其粘稠性大，铸造过程中熔体流动缓慢，易堵塞过滤板、产生褶皱，极易出现热裂，特别是大规格、宽厚比大的铝镁合金扁锭。

在铝加工行业，高强度铝合金锻造、轧制铝制品上，国内熔铸、铸造装备和技术普遍落后，导致每年需要高额资金购买国外大规格扁锭。目前国内生产5系高镁合金牌号为5A06产品(Mg含量5.8～6.8％)，但生产更高Mg含量产品的厂家少之又少。此外对于更高Mg含量的5A12铝合金(Mg含量8.8-9.3％)的生产也仅能生产铝合金圆形铸棒，无法完全满足军工、航空航天、交通运输铝合金板带材生产。

三、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种5A12铝合金铸锭及其生产方法与应用。利用本发明技术方案生产的5A12铝合金铸锭，能够有效改善现有技术中生产大规格5A12铝合金铸锭对设备、技术要求高、宽幅铸造技术复杂等技术问题，并且能够解决仅能生产铝合金圆棒的技术问题。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种5A12铝合金铸锭，所述5A12铝合金铸锭包含以下质量百分含量的合金元素：Si≤0.15％，Fe 0.1-0.2％，Cu≤0.05％，Mn 0.5-0.6％，Mg 8.8-9.3％，Cr≤0.1％，Ni≤0.1％，Zn≤0.1％，Ti 0.07-0.09％，Be 0.001-0.002％，Sb 0.01-0.02％，其他杂质元素＜0.05％，余量为Al。

另外，提供一种上述5A12铝合金铸锭的生产方法，包括熔炼、配料、精炼、静置和铸造，其中：

a、熔炼过程中以铝合金废料和重熔用铝锭为原料，铝合金废料和重熔用铝锭二者之间的重量比例为1:1，熔炼过程中控制熔体温度达到720-740℃时开始进行配料，配料完成后搅拌5-10min，扒净表面浮渣；

b、将步骤a配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼，控制精炼温度为705-730℃，精炼时间为40-50min；

c、精炼完成后，扒净表面浮渣并静置30-40min，熔体温度控制在710-720℃；

d、将步骤c静置后的熔体依次通过一级过滤系统、送丝机、四转子连续除气装置和二级过滤系统进行处理，处理后浇注至铸造结晶器进行铸造，得到5A12铝合金铸锭；

所述一级过滤系统采用20PPi的陶瓷过滤板，二级过滤系统采用30PPi的陶瓷过滤板；四转子连续除气装置中的转子转速为400-500转/min；铸造结晶器采用液面自动控制系统，液面控制在40-60mm，铸造温度为685-695℃，铸造速度控制在45-55mm/min，冷却水流量控制在50-80m³/h，水温为25-35℃。

根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法，步骤a中所述铝合金废料中各化学成分质量百分含量为：Si＜0.15％，Fe＜0.15％，Cu＜0.05％，Mn≤0.8％，Mg≤6.8％，Cr≤0.1％，Zn≤0.1％，Ti≤0.05％，其它杂质元素≤0.001％，余量为Al；

所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92％。

根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法，步骤b中进行精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣作业，精炼所用气体为99.99％纯氩气。

根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法，步骤d中采用送丝机对熔体进行连续晶粒细化，所述连续晶粒细化过程中采用的晶粒细化剂是铝钛碳晶粒细化剂。

根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法，所述铝钛碳晶粒细化剂为Al-5Ti-0.2C丝，通过控制Al-5Ti-0.2C的加入量，使熔体中的Ti质量百分含量控制在0.07-0.09％。

根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法，所述得到的铝合金铸锭的宽度为1200-1700mm。

根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法，所述得到的铝合金铸锭的宽度为1300-1700mm。

上述5A12铝合金铸锭在铝合金加工中的应用。

本发明的积极有益效果：

1、本发明技术方案将铝合金废料和重熔用铝锭进行熔炼、配料、精炼、静置和铸造，得到宽度为1200-1700mm的超大规格5A12铝合金铸锭。镁元素熔点低密度轻(金属镁密度：1.738g/cm³；金属镁熔点：650℃)且加入至铝中极其困难，其中针对5A12合金当中Mg含量高达8.8-9.3％，铸造过程铝业流动缓慢、易堵塞过滤板、铸造过程中稍有偏差就会造成铸造失败。另外5A12开裂倾向性大，结晶器液面高低、水压、温度都会造成铸锭开裂。针对高镁铝合金成型困难，本发明加入金属元素Be、Sb，同时严格控制杂质元素Fe、Si元素质量含量，提高铸锭成型，同时能优化其中结构组织，得到表面质量优良、内部组织结构良好的铸锭产品。

2、本发明铸造过程中采用双级过滤系统，一方面能够有效过滤大量杂质，完全避免了来自炉内的二次污染，且在铸造除气过程中采用四转子连续除气装置，此装置具有通过流量大、除气效果好等优势，四转子除气装置的除气率较常规的双转子除气装置的除气率提高50％。采用送丝机将晶粒细化剂Al-5Ti-0.2C丝连续加到熔体中，Al-5Ti-0.2C中的碳在熔体内不产生有害物质，不但能得到良好的≤1级的晶粒组织，且铝合金板带材成品塑性良好，利于冲压、折弯等用途。而目前国内厂家采用的铝钛硼丝进行在线细化，只能生成较为粗大的TiB₂相，从而导致晶粒粗化，影响成品塑性。

3、通过本发明技术方案得到的产品5A12铝合金铸锭其宽度可高达1700mm，从而有效改善了现有技术中生产超大规格5A12铝合金铸锭对设备、技术要求高、宽幅铸造技术复杂，且仅能生产铝合金圆锭的技术问题。表1为本发明产品5A12铝合金铸锭的相关性能参数。

表1本发明产品5A12铝合金铸锭的相关技术性能指标

4、通过本发明技术方案所得到的产品5A12铝合金铸锭的宽度可达1200-1700mm，该超大规格的5A12铝合金铸锭一方面能够满足航空航天、交通运输用铝板带铝合金使用需求；另一方面采用大规格宽幅变形作为毛坯，可降低生产成本、提高生产效率和成品率，减少能源消耗，具有显著的经济效益和社会效益。

5、鉴于本发明所具有的多种优势，使其在铝合金加工技术领域具有良好的应用，为大规格5A12铝合金铸锭的工业化生产提供依据。

四、具体实施方式：

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

实施例1：

本发明5A12铝合金铸锭，该5A12铝合金铸锭中各合金元素的质量百分含量为：Si≤0.15％，Fe 0.15％，Cu≤0.05％，Mn 0.55％，Mg 9.0％，Cr≤0.1％，Ni≤0.1％，Zn≤0.1％，Ti 0.08％，Be 0.0015％，Sb 0.02％，其他杂质元素＜0.05％，余量为Al；

实施例2：

本发明5A12铝合金铸锭，该5A12铝合金铸锭中各合金元素的质量百分含量为：Si≤0.15％，Fe 0.2％，Cu≤0.05％，Mn 0.6％，Mg 9.3％，Cr≤0.1％，Ni≤0.1％，Zn≤0.1％，Ti 0.07％，Be 0.002％，Sb 0.015％，其他杂质元素＜0.05％，余量为Al；

实施例3：

本发明5A12铝合金铸锭，该5A12铝合金铸锭中各合金元素的质量百分含量为：Si≤0.15％，Fe 0.1％，Cu≤0.05％，Mn 0.5％，Mg 8.8％，Cr≤0.1％，Ni≤0.1％，Zn≤0.1％，Ti 0.09％，Be 0.001％，Sb 0.01％，其他杂质元素＜0.05％，余量为Al；

实施例4：

本发明5A12铝合金铸锭，该5A12铝合金铸锭中各合金元素的质量百分含量为：Si≤0.15％，Fe 0.13％，Cu≤0.05％，Mn 0.5％，Mg 8.9％，Cr≤0.1％，Ni≤0.1％，Zn≤0.1％，Ti 0.09％，Be 0.0015％，Sb 0.015％，其他杂质元素＜0.05％，余量为Al；

实施例5：

本发明实施例1所述的5A12铝合金铸锭的生产方法，详细步骤如下：

a、熔炼：将铝合金废料和重熔用铝锭原料装入熔炼炉进行熔炼作业，两种原料之间的重量比例为1:1，熔炼过程中控制熔体温度达到720℃时开始进行配料；

所述铝合金废料中各化学成分质量百分含量为：Si＜0.15％，Fe＜0.15％，Cu＜0.05％，Mn≤0.8％，Mg≤6.8％，Cr≤0.1％，Zn≤0.1％，Ti≤0.05％，其它杂质元素≤0.001％，余量为Al；

所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92％；

b、配料：将金属Mn(Mn的质量含量为75％)、纯Mg(Mg纯度为99.99％)、Al-Be合金(合金中Be的质量含量为5％，余为Al)和Al-Sb合金(合金中Sb的质量含量为5％，余为Al)加入熔体中进行配料，使所得熔体中除Ti质量百分含量以外各种化学成分的含量要求符合实施例1所述5A12铝合金铸锭中各化学元素的质量百分含量要求(Ti以Al-5Ti-0.2C的形式在铸造过程中加入)，配料完成后搅拌5min，扒净表面浮渣；

c、精炼：将步骤b配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼，控制精炼温度为705℃，精炼时间为50min；精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣作业，精炼所用气体为99.99％纯氩气；

d、静置：精炼完成后，扒净表面浮渣并静置30min，熔体温度控制在710℃；

e、铸造：将步骤d静置后的熔体依次通过一级过滤系统、送丝机、四转子连续除气装置和二级过滤系统进行处理，处理后浇注至铸造结晶器进行铸造；

所述一级过滤系统采用20PPi的陶瓷过滤板，采用流量为40吨/h箱式过滤装置；二级过滤系统采用30PPi的陶瓷过滤板，采用流量为35吨/h箱式过滤装置；所述送丝机将晶粒细化剂Al-5Ti-0.2C丝连续送入熔体进行晶粒细化，控制熔体中的Ti质量百分含量在0.08％；四转子连续除气装置中的转子转速为450转/min；铸造结晶器为多功能数控结晶器，采用液面自动控制系统，液面控制在50mm，铸造温度为690℃，铸造速度控制在50mm/min，冷却水流量控制在60m³/h，水温为30℃；

通过上述生产方法制备出宽幅为1700mm的5A12铝合金铸锭，5A12铝合金铸锭的尺寸(厚度×宽度×长度)为670mm×1700mm×6200mm。

实施例6：

本发明实施例2所述5A12铝合金铸锭的生产方法，详细步骤如下：

a、熔炼：将铝合金废料和重熔用铝锭原料装入熔炼炉进行熔炼作业，两种原料之间的重量比例为1:1，熔炼过程中控制熔体温度达到740℃时开始进行配料；

所述铝合金废料中各化学成分质量百分含量为：Si＜0.15％，Fe＜0.15％，Cu＜0.05％，Mn≤0.8％，Mg≤6.8％，Cr≤0.1％，Zn≤0.1％，Ti≤0.05％,其它杂质元素≤0.001％，余量为Al；

所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92％；

b、配料：将金属Mn(Mn的质量含量为75％)、纯Mg(Mg纯度为99.99％)、Al-Be合金(合金中Be的质量含量为5％，余为Al)和Al-Sb合金(合金中Sb质量含量为5％，余为Al)加入熔体中进行配料，使所得熔体中除Ti质量百分含量以外各种化学成分的含量要求符合实施例2所述5A12铝合金铸锭中各化学元素的质量百分含量要求(Ti以Al-5Ti-0.2C的形式在铸造过程中加入)，配料完成后搅拌10min，扒净表面浮渣；

c、精炼：将步骤b配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼，控制精炼温度为730℃，精炼时间为40min；精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣作业，精炼所用气体为99.99％纯氩气；

d、静置：精炼完成后，扒净表面浮渣并静置40min，熔体温度控制在720℃；

所述一级过滤系统采用20PPi的陶瓷过滤板，采用流量为40吨/h箱式过滤装置，二级过滤系统采用30PPi的陶瓷过滤板，采用流量为35吨/h箱式过滤装置；所述送丝机将晶粒细化剂Al-5Ti-0.2C丝连续送入熔体进行晶粒细化，控制熔体中的Ti质量百分含量在0.07％；四转子连续除气装置中的转子转速为500转/min；铸造结晶器为多功能数控结晶器，采用液面自动控制系统，液面控制在60mm，铸造温度为695℃，铸造速度控制在55mm/min，冷却水流量控制在80m³/h，水温为35℃；

通过上述生产方法制备出宽幅为1300mm的5A12铝合金铸锭，5A12铝合金铸锭的尺寸(厚度×宽度×长度)为670mm×1300mm×6200mm。

实施例7：

本发明实施例3所述5A12铝合金铸锭的生产方法，详细步骤如下：

a、熔炼：将铝合金废料和重熔用铝锭原料装入熔炼炉进行熔炼作业，两种原料之间的重量比例为1:1，熔炼过程中控制熔体温度达到730℃时开始进行配料；

所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92％；

b、配料：将金属Mn(Mn的质量含量为75％)、纯Mg(Mg的纯度为99.99％)、Al-Be合金(合金中Be的质量含量为5％，余为Al)和Al-Sb合金(合金中Sb的质量含量为5％，余为Al)加入熔体中进行配料，使所得熔体中除Ti质量百分含量以外各种化学成分的含量要求符合实施例3所述5A12铝合金铸锭中各化学元素的质量百分含量要求(Ti以Al-5Ti-0.2C的形式在铸造过程中加入)，配料完成后搅拌7min，扒净表面浮渣；

c、精炼：将步骤b配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼，控制精炼温度为720℃，精炼时间为45min；精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣作业，精炼所用气体为99.99％纯氩气；

d、静置：精炼完成后，扒净表面浮渣并静置35min，熔体温度控制在715℃；

所述一级过滤系统采用20PPi的陶瓷过滤板，采用流量为40吨/h箱式过滤装置，二级过滤系统采用30PPi的陶瓷过滤板，采用流量为35吨/h箱式过滤装置；所述送丝机将晶粒细化剂Al-5Ti-0.2C丝连续送入熔体进行晶粒细化，控制熔体中的Ti质量百分含量在0.09％；四转子连续除气装置中的转子转速为400转/min；铸造结晶器为多功能数控结晶器，采用液面自动控制系统，液面控制在40mm，铸造温度为685℃，铸造速度控制在45mm/min，冷却水流量控制在50m³/h，水温为25℃；

通过上述生产方法制备出宽幅为1200mm的5A12铝合金铸锭，5A12铝合金铸锭的尺寸(厚度×宽度×长度)为670mm×1200mm×6200mm。

实施例8：

本发明实施例4所述5A12铝合金铸锭的生产方法，详细步骤如下：

a、熔炼：将铝合金废料和重熔用铝锭原料装入熔炼炉进行熔炼作业，两种原料之间的重量比例为1:1，熔炼过程中控制熔体温度达到725℃时开始进行配料；

所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92％；

b、配料：将金属Mn(Mn的质量含量为75％)、纯Mg(Mg的纯度为99.99％)、Al-Be合金(合金中Be的质量含量为5％，余为Al)和Al-Sb合金(合金中Sb的质量含量为5％，余为Al)加入熔体中进行配料，使所得熔体中除Ti质量百分含量以外各种化学成分的含量要求符合实施例4所述5A12铝合金铸锭中各化学元素的质量百分含量要求(Ti以Al-5Ti-0.2C的形式在铸造过程中加入)，配料完成后搅拌8min，扒净表面浮渣；

c、精炼：将步骤b配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼，控制精炼温度为725℃，精炼时间为45min；精炼过程中对熔体进行除气、除渣作业，精炼所用气体为99.99％纯氩气；

d、静置：精炼完成后，扒净表面浮渣并静置35min，熔体温度控制在720℃；

所述一级过滤系统采用20PPi的陶瓷过滤板，采用流量为40吨/h箱式过滤装置，二级过滤系统采用30PPi的陶瓷过滤板，采用流量为35吨/h箱式过滤装置；所述送丝机将晶粒细化剂Al-5Ti-0.2C丝连续送入熔体进行晶粒细化，控制熔体中的Ti质量百分含量在0.09％；四转子连续除气装置中的转子转速为420转/min；铸造结晶器为多功能数控结晶器，采用液面自动控制系统，液面控制在40mm，铸造温度为685℃，铸造速度控制在45mm/min，冷却水流量控制在50m³/h，水温为25℃；

通过上述生产方法制备出宽幅为1500mm的5A12铝合金铸锭，5A12铝合金铸锭的尺寸(厚度×宽度×长度)为670mm×1500mm×6200mm。

Claims

1.一种5A12 铝合金铸锭的生产方法，包括熔炼、配料、精炼、静置和铸造，其特征在于：

a、所述5A12 铝合金铸锭包含以下质量百分含量的合金元素：Si ≤0.15%，Fe 0.1-0.2%，Cu ≤0.05%，Mn 0.5-0.6%，Mg 8.8-9.3%，Cr ≤0.1%，Ni ≤0.1%，Zn ≤0.1%，Ti0.07-0.09%，Be 0.001-0.002%，Sb 0.01-0.02%，其它杂质元素＜0.05%，余量为Al；

b、熔炼过程中以铝合金废料和重熔用铝锭为原料，铝合金废料和重熔用铝锭二者之间的重量比例为1:1，熔炼过程中控制熔体温度达到720-740℃时开始进行配料，配料完成后搅拌5-10min，扒净表面浮渣；

c、将步骤b配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼，控制精炼温度为705-730℃，精炼时间为40-50min；

d、精炼完成后，扒净表面浮渣并静置30-40min，熔体温度控制在710-720℃；

e、将步骤d静置后的熔体依次通过一级过滤系统、送丝机、四转子连续除气装置和二级过滤系统进行处理，处理后浇注至铸造结晶器进行铸造，得到5A12 铝合金铸锭，得到的铝合金铸锭的宽度为1200-1700mm；

采用送丝机对熔体进行连续晶粒细化，所述连续晶粒细化过程中采用的晶粒细化剂是Al-5Ti-0.2C 丝，通过控制Al-5Ti-0.2C 的加入量，使熔体中的Ti 质量百分含量控制在0.07-0.09%；

所述一级过滤系统采用20PPi 的陶瓷过滤板，二级过滤系统采用30PPi的陶瓷过滤板；四转子连续除气装置中的转子转速为400-500 转/min；铸造结晶器采用液面自动控制系统，液面控制在40-60mm，铸造温度为685-695℃，铸造速度控制在45-55mm/min，冷却水流量控制在 50-80m³/h，水温为25-35℃。

2.根据权利要求1所述的5A12 铝合金铸锭的生产方法，其特征在于，步骤b 中所述铝合金废料中各化学成分质量百分含量为：Si＜0.15%，Fe＜0.15%，Cu＜0.05%，Mn≤0.8%，Mg≤6.8%，Cr≤0.1%，Zn≤0.1%，Ti≤0.05%，其它杂质元素≤0.001%，余量为Al；

所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92%。

3.根据权利要求1 所述的5A12 铝合金铸锭的生产方法，其特征在于，步骤c 中进行精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣作业，精炼所用气体为99.99%纯氩气。

4.根据权利要求 1 所述的5A12 铝合金铸锭的生产方法，其特征在于，所述得到的铝合金铸锭的宽度为1300-1700mm。

5.一种权利要求1 所述的生产方法生产的5A12 铝合金铸锭在铝合金加工中的应用。