CN110184511A - 一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，包括配料、熔铸、均匀化、锯切铣面、铸锭加热、热粗轧、热精轧，其合金成分为：Si≤0.10％、Fe≤0.12％、Cu≤0.03％、Mn≤0.05％、Mg：2.60～2.65％、Cr≤0.03％，Zn≤0.10％，Ti≤0.01％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al，将热粗轧后的中间坯进行热精轧，终轧温度控制在270～290℃，随后卷曲成卷，制得的铝合金卷材电导率≥40％IACS，抗拉强度≥210MPa，屈服强度为130～150MPa，延伸率超过25％，能够满足高压螺旋焊管使用要求。

Description

一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法
技术领域
本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法。
背景技术
高压螺旋焊管的应用领域非常广泛，主要应用于低温环境、气体绝缘设备、高压输电线及气体处理设备等。由于铝合金螺旋焊管具有耐腐蚀、密度小以及强度较高等优点，因此，相较于钢制材料，近年来对于特高压电缆输送领域，铝合金材质的高压螺旋焊管需求量大幅度增加。
电导率是表征物体传导电流的能力，高压螺旋焊管用铝合金对电导率有着重要的要求，此外，由于螺旋焊管的工作环境需要承受一定的压力，因此铝合金本身要具有一定的强度。由于铝合金高压螺旋焊管采用卷曲螺旋焊接的方法，焊缝的强度一般比直缝焊管高，焊接整体变形较小，因此对铝合金本身的延展性要求较高。
当前工业上生产的螺旋焊管用铝合金的电导率较低，不能满足高压螺旋焊管的使用要求，对于高压螺旋焊管而言，电导率越高，后续的管材使用可持续时间越长，此外，铝合金强度越高，后续焊缝的强度也就越高，但是要保持一定的韧性，否则焊管在卷曲焊接时容易出现未焊透等缺陷，因此有必要寻求一种工序简单、生产效率高、综合性能满足使用要求的高压螺旋焊管铝合金卷材的制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有技术生产的螺旋焊管电导率不能满足高压电缆使用要求，强度和韧性不能同时匹配使用要求，后期卷曲焊接后的螺旋焊管容易出现焊接缺陷的问题，提供一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，包括以下步骤：
A、配料：将制备高压螺旋焊管用的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si≤0.10％、Fe≤0.12％、Cu≤0.03％、Mn≤0.05％、Mg：2.60～2.65％、Cr≤0.03％，Zn≤0.10％，Ti≤0.01％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，熔炼温度730～750℃，精炼温度720～740℃，铸造温度670～690℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；
E、铸锭加热：锯切铣面后的铝合金铸锭置于加热炉中加热，加热温度控制在450～500℃，保温时间为2～6h；
F、热粗轧：将加热后的铸锭出炉进行热粗轧，粗轧后中间坯厚度35～40mm，中间坯温度360～400℃；
G、热精轧：将热粗轧后的中间坯进行热精轧，终轧温度控制在270～290℃，随后卷曲成卷。
进一步，步骤B采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭。
进一步，步骤B精炼过程中加入Al-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m3/h，氯气流量为0～0.05m3/h，转子转速为400～700r/min，过滤采用双层过滤板过滤。
进一步，步骤C中均匀化处理的温度为520±5℃，保温时间为18～22h，出炉后的铝合金铸锭强风冷却至室温。
进一步，步骤E中加热炉为推进式加热炉。
进一步，步骤G热精轧后铝合金卷材厚度为10mm。
本发明的有益效果在于：
1、对于铝合金而言，合金成分的配比是影响电导率的主要因素，通过本发明提供的合金元素配比，能够使得成品合金在保证较高韧性的同时达到40％IACS的电导率要求。
2.本发明采用较厚的中间坯厚度与较低的终轧温度，保证铝合金板材轧制时的加工硬化效应足够大，从而使得成品铝合金的力学性能得到提升。
3.本发明制得的铝合金卷材，抗拉强度≥210MPa，延伸率超过25％，铝合金卷材的强度和韧性能够同时匹配，这种条件下，一方面保证了卷材后续焊接的卷曲可焊性，另一方面保证了后续焊缝的强度。本发明采用的工艺流程简单，生产效率高，适合工业上进行大规模生产。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，包括以下步骤：
A、配料：计算制备高压螺旋焊管用的各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.046 0.109 0.002 0.004 2.603 0.024 0.006 0.009 0.15 余量
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，熔炼温度730～750℃，精炼温度720～740℃，铸造温度670～690℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；
E、铸锭加热：锯切铣面后的铝合金铸锭置于加热炉中加热，加热温度控制在500℃，保温时间为4h；
F、热粗轧：将加热后的铸锭出炉进行热粗轧，粗轧后中间坯厚度35mm，中间坯温度375℃；
G、热精轧：将热粗轧后的中间坯进行热精轧，终轧温度控制在273℃，随后卷曲成卷。
实施例2
一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，包括以下步骤：
A、配料：计算制备高压螺旋焊管用的各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.036 0.119 0.003 0.001 2.613 0.023 0.006 0.009 0.15 余量
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，熔炼温度730～750℃，精炼温度720～740℃，铸造温度670～690℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；
E、铸锭加热：锯切铣面后的铝合金铸锭置于加热炉中加热，加热温度控制在500℃，保温时间为4h；
F、热粗轧：将加热后的铸锭出炉进行热粗轧，粗轧后中间坯厚度38mm，中间坯温度382℃；
G、热精轧：将热粗轧后的中间坯进行热精轧，终轧温度控制在280℃，随后卷曲成卷。
实施例3
一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，包括以下步骤：
A、配料：计算制备高压螺旋焊管用的各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.046 0.089 0.002 0.004 2.643 0.025 0.006 0.009 0.15 余量
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，熔炼温度730～750℃，精炼温度720～740℃，铸造温度670～690℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；
E、铸锭加热：锯切铣面后的铝合金铸锭置于加热炉中加热，加热温度控制在500℃，保温时间为4h；
F、热粗轧：将加热后的铸锭出炉进行热粗轧，粗轧后中间坯厚度40mm，中间坯温度385℃；
G、热精轧：将热粗轧后的中间坯进行热精轧，终轧温度控制在285℃，随后卷曲成卷。
对比例1
一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，包括以下步骤：
A、配料：计算制备高压螺旋焊管用的各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.054 0.153 0.002 0.002 2.758 0.165 0.006 0.008 0.15 余量
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，熔炼温度730～750℃，精炼温度720～740℃，铸造温度670～690℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；
E、铸锭加热：锯切铣面后的铝合金铸锭置于加热炉中加热，加热温度控制在500℃，保温时间为4h；
F、热粗轧：将加热后的铸锭出炉进行热粗轧，粗轧后中间坯厚度30mm，中间坯温度395℃；
G、热精轧：将热粗轧后的中间坯进行热精轧，终轧温度控制在285℃，随后卷曲成卷。
对比例2
一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，包括以下步骤：
A、配料：计算制备高压螺旋焊管用的各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.043 0.125 0.002 0.153 2.646 0.012 0.006 0.011 0.15 余量
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，熔炼温度730～750℃，精炼温度720～740℃，铸造温度670～690℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；
E、铸锭加热：锯切铣面后的铝合金铸锭置于加热炉中加热，加热温度控制在500℃，保温时间为4h；
F、热粗轧：将加热后的铸锭出炉进行热粗轧，粗轧后中间坯厚度32mm，中间坯温度391℃：
G、热精轧：将热粗轧后的中间坯进行热精轧，终轧温度控制在272℃，随后卷曲成卷。
对比例3
一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，包括以下步骤：
A、配料：计算制备高压螺旋焊管用的各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，熔炼温度730～750℃，精炼温度720～740℃，铸造温度670～690℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；
E、铸锭加热：锯切铣面后的铝合金铸锭置于加热炉中加热，加热温度控制在500℃，保温时间为4h；
F、热粗轧：将加热后的铸锭出炉进行热粗轧，热粗轧后中间坯的厚度为42mm，中间坯温度为391℃；
G、热精轧：将热粗轧后的中间坯进行热精轧，终轧温度控制在320℃，随后卷曲成卷。
将实施例1-3和对比例1-3中的铝合金进行力学性能和电导率性能测试，测试结果如表一所示。
表一
编号 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/％ 电导率/％IACS
实施例1 218 133 26.7 40.1
实施例2 225 146 26.3 40.5
实施例3 222 139 25.8 41
对比例1 219 136 25 34
对比例2 235 137 25.6 36.2
对比例3 204 86 33 40
由表一可以看出，采用本专利制备方法获得的铝合金卷材力学性能和电导率性能能够得到很好的匹配，各项指标均符合高压螺旋焊管的使用要求。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、配料：将制备高压螺旋焊管用的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si≤0.10％、Fe≤0.12％、Cu≤0.03％、Mn≤0.05％、Mg：2.60～2.65％、Cr≤0.03％，Zn≤0.10％，Ti≤0.01％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，熔炼温度730～750℃，精炼温度720～740℃，铸造温度670～690℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；
E、铸锭加热：锯切铣面后的铝合金铸锭置于加热炉中加热，加热温度控制在450～500℃，保温时间为2～6h；
F、热粗轧：将加热后的铸锭出炉进行热粗轧，粗轧后中间坯厚度30～40mm，中间坯温度360～400℃；
G、热精轧：将热粗轧后的中间坯进行热精轧，终轧温度控制在270～290℃，随后卷曲成卷。
2.如权利要求1所述高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，其特征在于，步骤B采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭。
3.如权利要求2所述高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，其特征在于，步骤B精炼过程中加入Al-5Ti-B丝精炼剂，在线除气采用双转子，氩气流量为3.2～7.1m3/h，氯气流量为0～0.05m3/h，转子转速为400～700r/min，过滤采用双层过滤板过滤。
4.如权利要求3所述高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，其特征在于，步骤C中均匀化处理的温度为520±5℃，保温时间为18～22h，出炉后的铝合金铸锭强风冷却至室温。
5.如权利要求4所述高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，其特征在于，步骤E中加热炉为推进式加热炉。
6.如权利要求5所述高压螺旋焊管用铝合金卷材的制备方法，其特征在于，步骤G热精轧后铝合金卷材厚度为10mm。
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