CN109609800A - 内生双相5052铝合金扁锭的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种内生双相5052铝合金扁锭的生产方法，涉及铝合金技术领域，其生产步骤包括熔化、精炼及静置、铸造、锯切铣面，还包括内生反应步骤和除杂步骤；内生反应步骤是在熔化步骤后，向在熔化步骤中得到的熔体内加入粉末中间坯料，进行间隔性电磁搅拌至内生反应结束，清除表面浮渣后获得内生TiB2和Al2O3的铝合金熔体，粉末中间坯料加入量为铝合金熔体质量的0.1～1%；与现有技术相比，本发明可以解决使用Al‑Ti‑B丝集中添加细化介质后介质与铝熔体的润湿性差、易发生团聚沉淀造成铸造缺陷，使后续轧制生产中板材质量降低的问题。

Description

内生双相5052铝合金扁锭的生产方法
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域，尤其是一种内生双相5052铝合金扁锭的生产方法。
背景技术
在国民经济持续快速增长的拉动下，我国铝板带的消费量不断上升，成为全球第二大铝轧制消费国。铝轧制产品广泛应用于交通运输、建筑装饰、电子通讯、日用铝材等领域。但铝合金由于其强度较低、弹性模量有限、耐高温性能差以及成形性能不佳，制约了其向高端应用发展。将氧化铝颗粒、稀土等加入铝合金，可在不降低铝合金延展性的前提下通过降低屈服前度与抗拉强度比例，进而明显提高成形性能。
目前铝合金扁锭制备过程晶粒细化主要通过向铝合金熔体添加铝钛硼丝、钛铝锭等。但这些方法存在集中添加细化介质后介质与铝熔体润湿性差、易团聚沉淀等问题，特别是细化介质团聚沉淀后扁锭在轧制时表面易形成白条缺陷，严重制约高端铝板带产品开发及应用。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种内生双相5052铝合金扁锭的生产方法，它可以解决使用Al-Ti-B丝集中添加细化介质后介质与铝熔体的润湿性差、易发生团聚沉淀造成铸造缺陷，使后续轧制生产中板材屈服强度、抗拉强度比例大，进而成型性能差。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：其生产步骤包括熔化、精炼及静置、铸造、锯切铣面，还包括内生反应步骤和除杂步骤；内生反应步骤是在熔化步骤后，向在熔化步骤中得到的熔体内加入粉末中间坯料，进行间隔性电磁搅拌至内生反应结束，清除表面浮渣后获得内生TiB2和Al2O3的铝合金熔体，粉末中间坯料加入量为铝合金熔体质量的0.1～1%；所述粉末中间坯料为将粒度为100～300目的TiO2粉末、KBF4粉末和Al-Ce稀土粉末按照（1～2）:（2～4）:（0.01～0.02）比例混合均匀并压制而成；除杂步骤是在完成内生反应步骤后，向得到的熔体中添加除杂剂并搅拌静置。
上述技术方案中，更具体的方案还可以是：在熔化步骤中，将5052铝合金扁锭原料在炉内熔炼时炉气温度为1000～1200℃，熔平后熔体温度为720～750℃，熔炼时间为3～12h；在除杂步骤中，向熔体中添加除杂剂后搅拌10～15min，静置后除去浮渣；在精炼及静置步骤中，在保温炉内对除杂步骤中得到的熔体进行搅拌精炼和人工精炼，精炼温度为710～730℃，精炼时间为45～60min，精炼气体采用氯气占比为5～10%的氮氯混合气体，精炼后静置0.5～1h；在铸造步骤中，将精炼及静置步骤中中获得熔体进行在线除气、过滤后通过分配流槽至全自动润滑结晶器进行铸造，铸造温度为670～690℃，单块铸锭冷却水流量600～1500 L/min，铸造速度40～60mm/min；在锯切铣面步骤中，对铸造步骤中获得的扁锭切除头部50～150mm，尾部150～300mm，大面铣面量5～15mm，侧面铣面量5～10mm。
进一步的：所述粉末中间坯料的制备过程中，TiO2粉末、KBF4和Al-X稀土粉末在惰性气体下混料2～5h，在真空干燥箱内100～300℃干燥2～4h，粉末中间坯压制压力为50～200MPa。
进一步的：所述除杂剂为KCl、NaCl、Na3AlF6、MgCl2的混合粉末，各成分质量比为KCl：NaCl：Na3AlF6：MgCl2=（16~20）：（3~6）：（5~12）：（18~21），加入量为每吨熔体加入0.2~1kg除杂剂。
进一步的：在内生反应步骤中，中间隔电磁搅拌为每间隔20～25min搅拌2～5min。
进一步的：在铸造步骤中，铸造冷却水温度为10～40℃。
由于本发明采用了上述技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、具有高强度、高弹性模量、耐高温性能优异、成形性能佳的效果：本发明采用内生法制备5052铝合金扁锭，扁锭内TiB2和Al2O3呈圆润颗粒状弥散分布与基体晶界，内生第二相具有尺寸细小、表面圆润、与基体结合良好等特征，该类扁锭经轧制后板带材可广泛应用于汽车、轨道交通、海洋运输、航空航天等高端领域。
2.本发明可有效改善细化介质与铝熔体润湿性差、易团聚沉淀等问题。不同于现有扁锭制备工艺在熔炼炉内直接扒渣的现状，本发明中因内生第二相的产生需要粉剂坯料与铝熔体进行相关反应，易在熔体内产生炉渣并引入碱金属，因此在完成内生反应后在熔炼炉内额外增加除杂步骤并延长保温炉内精炼时间，确保熔体纯净程度，降低夹渣缺陷产生的几率。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详述，但本发明的技术范围不受这些实施例限定。
实施例1：
将粒度为200目的TiO2粉末、KBF4粉末和Al-Ce粉末在惰性气体保护下球磨混合，2h后采用真空干燥箱在100℃下干燥2h，粉末按照1:2:0.01比例混合均匀并在50MPa下压制成粉末中间坯；将5052铝合金扁锭原料装炉，在炉气温度为1000℃下进行熔炼，熔平后熔体温度为720℃，熔炼时间为3h；向熔平的铝熔体中加入粉末中间坯料，每间隔20min进行电磁搅拌2min直至反应内生反应结束，清除表面浮渣后获得内生TiB2和Al2O3的铝合金熔体，粉末中间坯加入量为铝合金熔体质量的0.1%；完成内生反应后按每吨Al熔体加入0.2 kg 质量比为KCl：NaCl：Na3AlF6：MgCl2=16：3：5：18的除杂剂并进行10min搅拌，搅拌后静置0.5h，除去浮渣并调节温度后通过流槽转入保温炉；在保温炉内对熔体进行搅拌精炼和人工精炼，精炼温度为710℃，精炼时间为45min，精炼气体采用氯气占比为5%的氮氯混合气体，精炼后静置0.5h，调节温度至铸造温度后进行起铸；将保温炉内熔体经过在线除气、过滤后通过分配流槽至全自动润滑结晶器进行铸造，铸造温度为670℃，单块铸锭冷却水流量600L/min，铸造速度40mm/min，铸造冷却水温度为10℃；对获得的铸锭切除头部50mm，尾部150mm，大面铣面量5mm，侧面铣面量5mm，最终获得5052铝合金扁锭。
所得扁锭经后续热轧、冷轧及完全再结晶退火后获得2mm厚5052-O板材，取样进行样品的机械性能、深冲性能及表面阳极氧化测试，阳极腐蚀深度为0.01～0.03mm，所得结果如表1所示。
实施例2：
将粒度为100目的TiO2粉末、KBF4粉末和Al-Ce粉末在惰性气体保护下球磨混合5h后采用真空干燥箱在300℃下干燥4h，粉末按照2:4:0.02比例混合均匀并在200MPa下压制成粉末中间坯；将5052铝合金扁锭原料装炉，在炉气温度为1200℃下进行熔炼，保证熔平后熔体温度为750℃，熔炼时间为12h；向熔平的铝熔体中加入粉末中间坯料，每间隔25min进行电磁搅拌5min直至反应内生反应结束，清除表面浮渣后获得内生TiB2和Al2O3的铝合金熔体，粉末中间坯加入量为铝合金熔体质量的1%；完成内生反应后按每吨Al熔体加入1 kg质量比为KCl：NaCl：Na3AlF6：MgCl2=20：6：12：21的除杂剂进行15min搅拌，搅拌后静置1h，除去浮渣并调节温度后通过流槽转入保温炉；在保温炉内对熔体进行搅拌精炼和人工精炼，精炼温度为730℃，精炼时间为50min，精炼气体采用氯气占比为10%的氮氯混合气体，精炼后静置3h，调节温度至铸造温度后进行起铸；将保温炉内熔体经过在线除气、过滤后通过分配流槽至全自动润滑结晶器进行铸造，铸造温度为690℃，单块铸锭冷却水流量1500L/min，铸造速度60mm/min，铸造冷却水温度为40℃；对获得的铸锭切除头部150mm，尾部300mm，大面铣面量15mm，侧面铣面量10mm，最终获得5052铝合金扁锭。
所得扁锭经后续热轧、冷轧及完全再结晶退火后获得2mm厚5052-O板材，取样并进行样品的机械性能、深冲性能及表面阳极氧化测试，阳极腐蚀深度为0.01～0.03mm，所得结果如表1所示。
实施例3：
将粒度为200目的TiO2粉末、KBF4粉末和Al-Ce粉末在惰性气体保护下球磨混合4h后采用真空干燥箱在100～300℃下干燥3h，粉末按照1.2:3:0.015比例混合均匀并在100MPa下压制成粉末中间坯，将5052铝合金扁锭原料装炉，在炉气温度为1100℃下进行熔炼，保证熔平后熔体温度为740℃，熔炼时间为8h；向熔平的铝熔体中加入粉末中间坯料，每间隔22min进行电磁搅拌4min，直至反应内生反应结束，清除表面浮渣后获得内生TiB2和Al2O3的铝合金熔体，粉末中间坯加入量为铝合金熔体质量的0.7%；完成内生反应后按每吨Al熔体加入0.5 kg 质量比为KCl：NaCl：Na3AlF6：MgCl2=17：4：10：20的除杂剂并进行13min搅拌，搅拌后静置0.7h，除去浮渣并调节温度后通过流槽转入保温炉；在保温炉内对熔体进行搅拌精炼和人工精炼，精炼温度为720℃精炼时间为40min，精炼气体采用氯气占比为7%的氮氯混合气体，精炼后静置2h，调节温度至铸造温度后进行起铸；将保温炉内熔体经过在线除气、过滤后通过分配流槽至全自动润滑结晶器进行铸造，铸造温度为680℃，单块铸锭冷却水流量1000L/min，铸造速度50mm/min，铸造冷却水温度为30℃；对获得的铸锭切除头部100mm，尾部200mm，大面铣面量10mm，侧面铣面量8mm，最终获得5052铝合金扁锭。
所得扁锭经后续热轧、冷轧及完全再结晶退火后获得2mm厚5052-O板材，取样并进行样品的机械性能、深冲性能及表面阳极氧化测试，阳极腐蚀深度为0.01～0.03mm，所得结果如表1所示。
对比例：
将5052铝合金扁锭原料装炉，在炉气温度为1000℃下进行熔炼，保证熔平后熔体温度为720℃，熔炼时间为3h；除去浮渣并调节温度后通过流槽转入保温炉。在保温炉内对熔体进行搅拌精炼和人工精炼，精炼温度为710℃，精炼时间为30min，精炼气体采用氯气占比为5%的氮氯混合气体，精炼后静置0.5h，调节温度至铸造温度后进行起铸；将保温炉内熔体进行在线除气、过滤后通过分配流槽至全自动润滑结晶器进行铸造，铸造温度为670℃，单块铸锭冷却水流量600L/min，铸造速度40mm/min，铸造冷却水温度为10℃；对获得的铸锭切除头部50mm，尾部150mm，大面铣面量5mm，侧面铣面量5mm，最终获得成品680*2080*6950mm的5052铝合金扁锭。
表1为所述对比例及实施例1-3检测结果。结果表明采用本发明生产扁锭在经过热轧、冷轧后相比对比例，屈服强度与抗拉强度比例（简称“屈强比”）有效降低，深冲性能得到明显提高，板材阳极氧化后表面细腻，未观察到黑线、表面发灰、失光等缺陷。
表1性能测试结果
。

Claims (6)

1.一种内生双相5052铝合金扁锭的生产方法，其生产步骤包括熔化、精炼及静置、铸造、锯切铣面，其特征在于：还包括内生反应步骤和除杂步骤；内生反应步骤是在熔化步骤后，向在熔化步骤中得到的熔体内加入粉末中间坯料，进行间隔性电磁搅拌至内生反应结束，清除表面浮渣后获得内生TiB2和Al2O3的铝合金熔体，粉末中间坯料加入量为铝合金熔体质量的0.1～1%；所述粉末中间坯料为将粒度为100～300目的TiO2粉末、KBF4粉末和Al-Ce稀土粉末按照（1～2）:（2～4）:（0.01～0.02）比例混合均匀并压制而成；除杂步骤是在完成内生反应步骤后，向得到的熔体中添加除杂剂并搅拌静置。
2.根据权利要求1所述的内生双相5052铝合金扁锭的生产方法，其特征在于：
在熔化步骤中，将5052铝合金扁锭原料在炉内熔炼时炉气温度为1000～1200℃，熔平后熔体温度为720～750℃，熔炼时间为3～12h；在除杂步骤中，向熔体中添加除杂剂后搅拌10～15min，静置后除去浮渣；在精炼及静置步骤中，在保温炉内对除杂步骤中得到的熔体进行搅拌精炼和人工精炼，精炼温度为710～730℃，精炼时间为45～60min，精炼气体采用氯气占比为5～10%的氮氯混合气体，精炼后静置0.5～1h；在铸造步骤中，将精炼及静置步骤中获得熔体进行在线除气、过滤后通过分配流槽至全自动润滑结晶器进行铸造，铸造温度为670～690℃，单块铸锭冷却水流量600～1500 L/min，铸造速度40～60mm/min；在锯切铣面步骤中，对铸造步骤中获得的扁锭切除头部50～150mm，尾部150～300mm，大面铣面量5～15mm，侧面铣面量5～10mm。
3.根据权利要求1或2所述的内生双相5052铝合金扁锭的生产方法，其特征在于：所述粉末中间坯料的制备过程中，TiO2粉末、KBF4和Al-Ce稀土粉末在惰性气体下混料2～5h，在真空干燥箱内100～300℃干燥2～4h，粉末中间坯压制压力为50～200MPa。
4.根据权利要求3所述的内生双相5052铝合金扁锭的生产方法，其特征在于：所述除杂剂为KCl、NaCl、Na3AlF6、MgCl2的混合粉末，各成分质量比为KCl：NaCl：Na3AlF6：MgCl2=（16~20）：（3~6）：（5~12）：（18~21），加入量为每吨熔体加入0.2~1kg除杂剂。
5.根据权利要求4所述的内生双相5052铝合金扁锭的生产方法，其特征在于：在内生反应步骤中，中间隔电磁搅拌为每间隔20～25min搅拌2～5min。
6.根据权利要求5所述的内生双相5052铝合金扁锭的生产方法，其特征在于：在铸造步骤中，铸造冷却水温度为10～40℃。
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