CN109865805B - 一种用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法 - Google Patents

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本发明公开了一种用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法,包括以下步骤:软起料的准备;硬铝合金熔液的准备;使用宽度可调的结晶器铸造铝合金扁锭;铸造完成后进行应力消除。通过本发明能根据需求铸造不同规格的硬铝合金扁铸锭,且能有效避免硬铝合金的起铸开裂、冷隔等缺陷。

Description

一种用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法
技术领域
本发明涉及铝合金铸锭铸造技术领域,尤其是一种用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法。
背景技术
硬铝合金具有强度高、抗剥落腐蚀、应力腐蚀开裂能力强、断裂韧性与抗疲劳性能优良等一系列突出优点,在航空航天、军工项目中具有重要的应用价值。但硬铝合金裂纹倾向性大,在铸造过程中极易产生裂纹废品,甚至造成整根开裂,铸造成品率极低。为了保证铸造成功率,国内外所有厂家都采用固定结晶器来铸造硬铝合金。
然而铝合金扁铸锭在根据生产合同进行轧制过程中,由于目前产品种类较多,需生产不同规格的扁铸锭毛坯材料进行轧制,固定式铝合金铸造结晶器生产的产品规格尺寸单一,设备利用率低,综合成材率低,且极大的增加生产成本。
采用宽度可调的结晶器,不但有效降低生产成本,还可以较大程度提高生产效率。因此利用宽度可调的结晶器铸造硬铝合金扁锭是本领域技术人员待解决的技术难题。
发明内容
本发明公开了一种用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法,能根据需求铸造不同规格的硬铝合金扁铸锭,且能有效避免硬铝合金的起铸开裂、冷隔等缺陷。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:
一种用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法,包括以下步骤:
S1.软起料的准备:按照以下重量百分比进行配料:Mg=0.5%~2.0%、Cu=0.5%~2.0%和余量的铝;分别称取铝锭、纯镁锭、纯铜和铝铜中间合金,将称取的原料加入到软起炉中熔化,熔化完成后向软起炉中的铝合金熔体通入气体进行精炼,精炼完成后得到软起料;
S2.硬铝合金熔液的准备:按硬铝合金成分要求进行配料熔炼,熔炼完成后转保温炉,向保温炉中的铝合金熔体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼,精炼完成后进行在线除气、过滤,得到硬铝合金熔液;
S3.铸造:
S3-1.使用宽度可调的结晶器,将宽度可调的结晶器及引锭头的宽度调节至铸锭成品要求宽度+20~40mm;调整好结晶器宽度后锁紧结晶器大小面;将结晶器大面边角水孔堵塞0~10个,将结晶器小面边角水孔堵塞0~6个;
S3-2.将软起料持续流入过滤装置并浇注到所述宽度可调的结晶器内,在铸造速度为20~40mm/min、铸造温度为675~710℃、冷却水温度为25~35℃、冷却水流量为20~40m3/h的条件下,进行起铸,铸造长度至50~300mm时,软起料停止流入,将步骤S2得到的硬铝合金熔体引入宽度可调的结晶器内进行铸造,铸造速度为30~60mm/min,铸造温度为675~710℃,冷却水温度为25~35℃,冷却水流量为30~80m3/h,得到硬铝合金扁锭半成品;
S4.对硬铝合金扁锭半成品进行去应力处理,得到铝合金扁锭成品。
优选的,所述步骤S1中,通入气体为氩气,精炼的时间为20~30min。
优选的,所述步骤S2中,氩气与氯气流量的体积比为40~60:1,精炼时间为20~120min。
优选的,所述步骤S3中,所述宽度可调的结晶器,大小面圆弧半径为70~100mm。
优选的,所述步骤S3-1中,结晶器大面边角水孔和结晶器小面边角水孔至少加和堵塞2个。
优选的,所述步骤S2中,铝合金熔体经在线除气、过滤后,还加入晶粒细化剂进行晶粒细化处理,得硬铝合金熔液。
优选的,所述步骤S4中,对硬铝合金扁锭半成品进行去应力处理在铸造结束后30min内进行,温度为380~400℃,时间为5~10h。更优选的,去应力处理的温度为390℃。
以上所述的方法,可制备出硬铝合金扁铸锭,厚度范围为350~650mm、宽度范围为1100-2700mm、长度范围为4000~8000mm,且由于堵塞了结晶器边角的部分水孔,即控制了铸锭边角的冷却速度,还使用了软起料起铸工艺,降低了铸造过程中的应力,使得最终制造的硬铝合金扁铸锭无裂纹、无冷隔等缺陷。
本发明首次使用宽度可调的结晶器铸造硬铝合金扁锭,解决固定式铝合金铸造结晶器生产的产品规格尺寸单一、设备利用率低、综合成材率低问题,有效的降低了生产成本,节约了生产能源。
使用本发明可生产大规格的硬铝合金铸锭,宽度大于2080mm,将其用于生产宽幅板材,无需宽展直接纵向轧制,从而减少了宽展轧制道次,保证轧制过程中铸锭温降,增加轧制成功率,提高产品成品率,有利于下游厂家降低生产成本。
附图说明
图1是实施例1制备的成品图。
图2是实施例3制备的成品图。
图3是可调结晶器拐角图。
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,但本实施例的保护范围不限于以下实施例。
实施例1
利用宽度可调的结晶器550mm×2300~2700mm×6400mm铸造硬铝合金扁锭,其生产过程步骤具体如下:
S1.软起料的准备:按质量百分含量Mg1.5%、Cu2.0%和余量的铝,称取99.70%及以上铝锭、纯Cu板、纯Mg锭和Al-Cu中间合金;然后将称取的原料加入到软起炉中熔化,取样分析化学成分,化学成分合格后,向软起炉中的铝合金熔体通入Ar气体进行精炼,精炼时间为30分钟,得到软起料;
S2.硬铝合金熔液的准备:按质量百分含量Si≤0.12%、Fe≤0.15%、Cu=2.0~2.6%、Mn≤0.1%、Mg=1.9~2.6%、Cr≤0.04%、Zn=5.7~6.7%、Ti≤0.06%、Zr=0.09%~0.14%,余量为铝和不可避免的杂质元素,进行配料熔炼,取样分析化学成分,化学成分合格后,向保温炉中的铝合金熔体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼,氩气与氯气通入流量的体积比为60:1,精炼时间为120分钟,精炼完成后进行在线除气、过滤,得到硬铝合金熔液。
S3.铸造:
S3-1.使用宽度可调的结晶器,结晶器大小面圆弧半径为100mm;目前成品宽度2520mm,将宽度可调的结晶器及引锭头的宽度调节至2550mm;调整好结晶器宽度后锁紧结晶器大小面;将结晶器大面边角水孔堵塞8个,将结晶器小面边角水孔堵塞4个。
S3-2.将步骤S1中得到的软起料持续流入过滤装置并浇注到上述宽度可调的结晶器内,在铸造速度为20~30mm/min、铸造温度为675~690℃、冷却水温度为25~35℃、冷却水流量为20~25m3/h的条件下,进行起铸,铸造长度至300mm时,软起料停止流入,将步骤S2得到的硬铝合金熔体引入宽度可调的结晶器内进行铸造,铸造速度为40~50mm/min,铸造温度为675~690℃,冷却水温度为25~35℃,冷却水流量为60~70m3/h,得到所述硬铝合金扁锭半成品。
S4.去应力:铸造结束后30min内对硬铝合金扁锭半成品进行去应力处理,去应力制度为380℃×10h。
本方法制备的硬铝扁铸锭的厚度为550mm、宽度为2520mm、长度为6400mm,无裂纹、夹渣等缺陷。
实施例2
利用宽度可调的结晶器650mm×2270~2670mm×7200mm铸造硬铝合金扁锭,其生产过程步骤具体如下:
S1.按质量百分含量Mg2.0%、Cu1.5%和余量的铝,称取99.70%及以上铝锭、纯Cu板、纯Mg锭和Al-Cu中间合金;然后将称取的原料加入到软起炉中熔化,取样分析化学成分,化学成分合格后,向软起炉中的铝合金熔体通入Ar气体进行精炼,精炼时间为25分钟,得到软起料;
S2.按质量百分含量Si<0.50%、Fe<0.50%、Cu=3.8~4.9%、Mn=0.30~0.90%、Mg=1.2~1.8%、Cr<0.10%、Zn<0.25%、Ti<0.15%、Be=0.0005%~0.0050%、Na<0.0001%、余量为Al和不可避免的杂质元素,进行配料熔炼,取样分析化学成分,化学成分合格后,向保温炉中的铝合金熔体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼,氩气与氯气通入流量的体积比为50:1,精炼时间为100分钟,精炼完成后进行在线除气、过滤,得到硬铝合金熔液。
S3.铸造:
S3-1. 使用宽度可调的结晶器,结晶器大小面圆弧半径为80mm;目前成品宽度2600mm,将宽度可调的结晶器及引锭头宽度调节至2635mm;调整好结晶器宽度后锁紧结晶器大小面;将结晶器大面边角水孔堵塞6个,将结晶器小面边角水孔堵塞4个。
S3-2.将步骤S1中得到的软起料持续流入过滤装置并浇注到上述宽度可调的结晶器内,在铸造速度为25~30mm/min、铸造温度为685~700℃、冷却水温度为25~35℃、冷却水流量为25~30m3/h的条件下,进行起铸,铸造长度至200mm时,软起料停止流入,将步骤S2得到的硬铝合金熔体引入宽度可调的结晶器内进行铸造,铸造速度为45~52mm/min,铸造温度为685~700℃,冷却水温度为25~35℃,冷却水流量为70~80m3/h,得到硬铝合金扁锭半成品。
S4.去应力:铸造结束后30min内对硬铝合金扁锭半成品进行去应力处理,去应力制度为400℃×10h。
本方法制备的硬铝扁铸锭的厚度为650mm、宽度为2670mm、长度为7200mm,无裂纹、夹渣等缺陷。
实施例3
利用宽度可调的结晶器550mm×2300~2700mm×5500mm铸造硬铝合金扁锭,其生产过程步骤具体如下:
S1.按质量百分含量Mg1.0%、Cu2.0%和余量的铝,称取99.70%及以上铝锭、纯Cu板、纯Mg锭和Al-Cu中间合金;然后将称取的原料加入到软起炉中熔化,取样分析化学成分,化学成分合格后,向软起炉中的铝合金熔体通入Ar气体进行精炼,精炼时间为20分钟,得到软起料;
S2.按照质量百分含量Si≤0.4%、Fe≤0.5%、Cu=1.2~2.0%、Mn≤0.3%、Mg=2.1~2.9%、Cr=0.18~0.28%、Zn=5.1~6.1%、Ti≤0.2%、余量为铝,进行配料熔炼,取样分析化学成分,化学成分合格后,向保温炉中的铝合金熔体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼,氩气与氯气通入流量的体积比为45:1,精炼时间为30分钟,精炼完成后进行在线除气、过滤,得到硬铝合金熔液。
S3.铸造:
S3-1. 使用宽度可调的结晶器,结晶器大小面圆弧半径为100mm;目前成品宽度2470mm,将宽度可调的结晶器及引锭头宽度调节至2510mm;调整好结晶器宽度后锁紧结晶器大小面;将结晶器大面边角水孔堵塞6个,将结晶器小面边角水孔堵塞4个。
S3-3.将步骤S1中得到的软起料持续流入过滤装置并浇注到上述宽度可调的结晶器内,在铸造速度为30~35mm/min、铸造温度为685~700℃、冷却水温度为25~35℃、冷却水流量为30~40m3/h的条件下,进行起铸,铸造长度至180mm时,软起料停止流入,将步骤S2得到的硬铝合金熔体引入宽度可调的结晶器内进行铸造,铸造速度为40~45mm/min,铸造温度为685~700℃,冷却水温度为25~35℃,冷却水流量为60~65m3/h,得到硬铝合金扁锭半成品。
S4.去应力:铸造结束后30min内对硬铝合金扁锭半成品进行去应力处理,去应力制度为390℃×5h。
本方法制备的硬铝扁铸锭的厚度为550mm、宽度为2470mm、长度为5504mm,无裂纹、夹渣等缺陷。
实施例4
利用宽度可调的结晶器520mm×1810~2210mm×7800mm铸造硬铝合金扁锭,其生产过程步骤具体如下:
S1.按质量百分含量Mg0.5%、Cu2.0%和余量的铝,称取99.70%及以上铝锭、纯Cu板、纯Mg锭、和Al-Cu中间合金;然后将称取的原料加入到软起炉中熔化,取样分析化学成分,化学成分合格后,向软起炉中的铝合金熔体通入Ar气体进行精炼,精炼时间为10分钟,得到软起料;
S2.按照质量百分含量Si≤0.2%、Fe≤0.3%、Cu=5.8~6.8%、Mn=0.2~0.4%、Mg≤0.2%、V 0.05~0.15%、Zr=0.1%~0.25%、Zn≤0.1%、Ti=0.02~0.10%,余量为铝,进行配料熔炼,取样分析化学成分,化学成分合格后,向保温炉中的铝合金熔体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼,氩气与氯气通入流量的体积比为40:1,精炼完成后进行在线除气、过滤,精炼时间为30分钟,得到硬铝合金熔液。
S3.铸造:
S3-1. 使用宽度可调的结晶器,结晶器大小面圆弧半径为70mm;目前成品宽度2050mm,将宽度可调的结晶器及引锭头宽度调节至2075mm;调整好结晶器宽度后锁紧结晶器大小面;将结晶器大面边角水孔堵塞4个,将结晶器小面边角水孔堵塞2个。
S3-2.将步骤S1中得到的软起料持续流入过滤装置并浇注到上述宽度可调的结晶器内,在铸造速度为25~35mm/min、铸造温度为695~710℃、冷却水温度为25~35℃、冷却水流量为35~40m3/h的条件下,进行起铸,铸造长度至50mm时,软起料停止流入,将步骤S2得到的硬铝合金熔体引入宽度可调的结晶器内进行铸造,铸造速度为50~55mm/min,铸造温度为695~710℃,冷却水温度为25~35℃,冷却水流量为65~75m3/h,得到硬铝合金扁锭半成品。
S4.去应力:铸造结束后30min内对硬铝合金扁锭半成品进行去应力处理,去应力制度为390℃×5h。
本方法制备的硬铝扁铸锭的厚度为520mm、宽度为2050mm、长度为7800mm,无裂纹、夹渣等缺陷。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法,其特征在于包括以下步骤:
S1.软起料的准备:按照以下重量百分比进行配料:Mg=0.5%~2.0%、Cu=0.5%~2.0%和余量的铝;分别称取铝锭、纯镁锭、纯铜和铝铜中间合金,将称取的原料加入到软起炉中熔化,熔化完成后向软起炉中的铝合金熔体通入气体进行精炼,精炼完成后得到软起料;
S2.硬铝合金熔液的准备:按硬铝合金成分要求进行配料熔炼,熔炼完成后转保温炉,向保温炉中的铝合金熔体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼,精炼完成后进行在线除气、过滤,得到硬铝合金熔液;
S3.铸造:
S3-1.使用宽度可调的结晶器,将宽度可调的结晶器及引锭头的宽度调节至铸锭成品要求宽度+20~40mm;调整好结晶器宽度后锁紧结晶器大小面;将结晶器大面边角水孔堵塞0~10个,将结晶器小面边角水孔堵塞0~6个;
S3-2.将软起料持续流入过滤装置并浇注到所述宽度可调的结晶器内,在铸造速度为20~40mm/min、铸造温度为675~710℃、冷却水温度为25~35℃、冷却水流量为20~40m3/h的条件下,进行起铸,铸造长度至50~300mm时,软起料停止流入,将步骤S2得到的硬铝合金熔体引入宽度可调的结晶器内进行铸造,铸造速度为30~60mm/min,铸造温度为675~710℃,冷却水温度为25~35℃,冷却水流量为30~80m3/h,得到硬铝合金扁锭半成品;
S4.对硬铝合金扁锭半成品进行去应力处理,得到铝合金扁锭成品。
2.根据权利要求1所述的用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法,其特征在于:
所述步骤S1中,通入气体为氩气,精炼的时间为20~30min。
3.根据权利要求1所述的用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法,其特征在于:
所述步骤S2中,氩气与氯气流量的体积比为40~60:1,精炼时间为20~120min。
4.根据权利要求1所述的用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法,其特征在于:
所述步骤S3中,所述宽度可调的结晶器,大小面圆弧半径为70~100mm。
5.根据权利要求1所述的用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法,其特征在于:
所述步骤S3-1中,结晶器大面边角水孔和结晶器小面边角水孔至少加和堵塞2个。
6.根据权利要求1所述的用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法,其特征在于:
所述步骤S2中,铝合金熔体经在线除气、过滤后,还加入晶粒细化剂进行晶粒细化处理,得硬铝合金熔液。
7.根据权利要求1所述的用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法,其特征在于:
所述步骤S4中,对硬铝合金扁锭半成品进行去应力处理在铸造结束后30min内进行,温度为380~400℃,时间为5~10h。
8.根据权利要求7所述的用可调结晶器铸造硬铝合金扁锭的方法,其特征在于:
去应力处理的温度为390℃。
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