CN110923521A - 一种铝合金车辆专用绞股焊丝及其制备工艺 - Google Patents

一种铝合金车辆专用绞股焊丝及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金车辆专用绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：镁：5.1‑5.8％，锰：0.42‑0.88％，钛：0.15‑0.25％，锌：0.15‑0.25％，钒：0.02‑0.18％，锆：0.12‑0.2％，铁：0.12‑0.18％，硅：0.06‑0.12％，铜：0.001‑0.004％，铍：0.001‑0.006％，其他杂质元素≤0.002％，余量为铝。本发明公开了上述绞股焊丝制备工艺，包括：将原料熔炼后得到铸锭，二次熔炼，降温，扒渣，精炼，铸造得到铸坯；将铸坯热轧得到盘条，粗拉；将粗拉后的盘条退火，冷却后精拉，洗涤，干燥，钝化，绞制，绕盘得到铝合金车辆专用绞股焊丝。

Description

一种铝合金车辆专用绞股焊丝及其制备工艺
技术领域
本发明涉及绞股焊丝技术领域，尤其涉及一种铝合金车辆专用绞股焊丝及其制备工艺。
背景技术
随着我国铁路的不断提速，列车车体构造的改进已势在必行，采用铝合金制造的车体来代替原来用的钢制车厢是最佳的办法。轨道列车车体用铝合金焊接结构的性能，在基材一定的情况下，主要取决于焊丝的合金成分、组织结构，这直接影响其焊接性能，影响着焊缝金属成分、组织、液固相线温度、热裂性。由于应用领域特殊，对安全性能的要求很高，轨道车辆铝合金车体在选择焊接材料时，要考虑焊缝要求的力学性能及抗裂性因素，目前这些因素制约着我国轨道列车轻量化的发展。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种铝合金车辆专用绞股焊丝及其制备工艺。
一种铝合金车辆专用绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：镁：5.1-5.8％，锰：0.42-0.88％，钛：0.15-0.25％，锌：0.15-0.25％，钒：0.02-0.18％，锆：0.12-0.2％，铁：0.12-0.18％，硅：0.06-0.12％，铜：0.001-0.004％，铍：0.001-0.006％，其他杂质元素≤0.002％，余量为铝。
优选地，镁元素在铝合金车辆专用绞股焊丝所占质量百分比与钛元素在铝合金车辆专用绞股焊丝所占质量百分比之比为26-27：1。
优选地，所述铝合金车辆专用绞股焊丝中氢含量小于0.10mL/100g。
优选地，硅元素、铜元素、铍元素、钒元素、锆元素在铝合金车辆专用绞股焊丝所占质量百分比之比为8-10：0.2-0.3：0.2-0.5：0.06-0.14：14-18。
优选地，其组分按质量百分比包括：镁：4.68-5.67％，锰：0.57-0.73％，钛：0.18-0.21％，锌：0.18-0.22％，钒：0.06-0.14％，锆：0.14-0.18％，铁：0.14-0.16％，硅：0.08-0.10％，铜：0.002-0.003％，铍：0.002-0.005％，其他杂质元素≤0.002％，余量为铝。
上述铝合金车辆专用绞股焊丝工艺，包括如下步骤：
S1、将原料经真空熔炼后进行脱硫、脱氧及脱磷得到铸锭，然后二次熔炼，降温，静置，扒渣，经过精炼后进行铸造得到直径为120-150mm铸坯；
S2、将铸坯热轧得到直径为5-7mm的盘条，经过5次粗拉后烘干，每次粗拉后的盘条直径依次为4.2-4.6mm、4-4.2mm、3.4-3.8mm、2.8-3.1mm、2.2-2.5mm；
S3、将粗拉后的盘条退火，冷却后经过3次精拉，每次精拉后直径依次为1.9-2.1mm、1.4-1.6mm、1-1.2mm，洗涤，干燥，钝化，绞制，绕盘得到铝合金车辆专用绞股焊丝。
优选地，S1中，二次熔炼温度为900-1100℃，二次熔炼时间为20-40min，降温至680-720℃，静置10-20min。
优选地，S1中，铸造温度为710-720℃，铸造速度为65-72mm/min，冷却水流量为6-8m3/h，冷却水温度为10-16℃。
优选地，S3中，退火时间为1-2h，退火温度为320-340℃。
优选地，S3中，钝化过程所用钝化剂水溶液包括：氟锆酸5-10g/L，氢氟酸5-10g/L，丙三醇10-20g/L，偏磷酸钠5-15g/L。
本发明的技术效果：
(1)本发明铝合金车辆专用绞股焊丝，其焊缝组织细密，抗拉强度与韧性相比普通焊丝有显著的提高；
(2)本发明通过对焊丝成分进行调整，添加微量硅、铜、铍、钒、锆元素，可显著增加焊丝润湿性和铺展性，有效减少焊接漏点发生率，提高焊接接头抗拉强度；
(3)本发明中，镁元素可以与铝基体形成固溶体基体，镁元素是铝合金焊丝中起到主要的强化作用，在铝基体含量一定的前提下，通过控制镁元素和钛元素的质量比为26-27：1，镁元素在铝基体中形成Al8Mg5粒子，而钛元素可显著细化形成的Al8Mg5粒子，而钛元素形成的TiAl3粒子与Al8Mg5粒子复配，可有效防止焊缝裂纹，起强韧化作用，并可提高合金的可焊性，降低焊接裂纹倾向，增强铝合金的机械性能；
(4)本发明在制备过程中，经多次粗、细拉拔，并采用钝化剂水溶液对焊丝表面进行钝化，浸泡后的铝合金焊丝表现致密均匀、光泽度好，焊丝机械强度高。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种铝合金车辆专用绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：镁：5.1％，锰：0.88％，钛：0.15％，锌：0.25％，钒：0.02％，锆：0.2％，铁：0.12％，硅：0.12％，铜：0.001％，铍：0.006％，其他杂质元素0.001％，余量为铝。
上述铝合金车辆专用绞股焊丝工艺，包括如下步骤：
S1、将原料经真空熔炼后进行脱硫、脱氧及脱磷得到铸锭，然后900℃二次熔炼40min，降温至680℃，静置20min，扒渣，经过精炼后进行铸造，铸造温度为710℃，铸造速度为72mm/min，冷却水流量为6m3/h，冷却水温度为16℃，得到直径为120mm铸坯；
S2、将铸坯热轧得到直径为5mm的盘条，经过5次粗拉后烘干，每次粗拉后的盘条直径依次为4.2mm、4mm、3.4mm、2.8mm、2.2mm；
S3、将粗拉后的盘条退火2h，退火温度为320℃，冷却后经过3次精拉，每次精拉后直径依次为1.9mm、1.4mm、1mm，洗涤，干燥，钝化，绞制，绕盘得到铝合金车辆专用绞股焊丝。
钝化过程所用钝化剂水溶液包括：氟锆酸10g/L，氢氟酸5g/L，丙三醇20g/L，偏磷酸钠15g/L。
实施例2
一种铝合金车辆专用绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：镁：5.8％，锰：0.42％，钛：0.25％，锌：0.15％，钒：0.18％，锆：0.12％，铁：0.18％，硅：0.06％，铜：0.004％，铍：0.001％，其他杂质元素0.002％，余量为铝。
上述铝合金车辆专用绞股焊丝工艺，包括如下步骤：
S1、将原料经真空熔炼后进行脱硫、脱氧及脱磷得到铸锭，然后1100℃二次熔炼20min，降温至720℃，静置10min，扒渣，经过精炼后进行铸造，铸造温度为720℃，铸造速度为65mm/min，冷却水流量为8m3/h，冷却水温度为10℃，得到直径为150mm铸坯；
S2、将铸坯热轧得到直径为7mm的盘条，经过5次粗拉后烘干，每次粗拉后的盘条直径依次为4.6mm、4.2mm、3.8mm、3.1mm、2.5mm；
S3、将粗拉后的盘条退火1h，退火温度为340℃，冷却后经过3次精拉，每次精拉后直径依次为2.1mm、1.6mm、1.2mm，洗涤，干燥，钝化，绞制，绕盘得到铝合金车辆专用绞股焊丝。
钝化过程所用钝化剂水溶液包括：氟锆酸5g/L，氢氟酸10g/L，丙三醇10g/L，偏磷酸钠5g/L。
实施例3
一种铝合金车辆专用绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：镁：5.46％，锰：0.57％，钛：0.21％，锌：0.18％，钒：0.14％，锆：0.14％，铁：0.16％，硅：0.08％，铜：0.003％，铍：0.002％，其他杂质元素0.002％，余量为铝。
上述铝合金车辆专用绞股焊丝工艺，包括如下步骤：
S1、将原料经真空熔炼后进行脱硫、脱氧及脱磷得到铸锭，然后950℃二次熔炼35min，降温至690℃，静置18min，扒渣，经过精炼后进行铸造，铸造温度为712℃，铸造速度为70mm/min，冷却水流量为6.5m3/h，冷却水温度为14℃，得到直径为130mm铸坯；
S2、将铸坯热轧得到直径为6.5mm的盘条，经过5次粗拉后烘干，每次粗拉后的盘条直径依次为4.5mm、4.1mm、3.7mm、3.0mm、2.4mm；
S3、将粗拉后的盘条退火1.7h，退火温度为325℃，冷却后经过3次精拉，每次精拉后直径依次为2.0mm、1.5mm、1.1mm，洗涤，干燥，钝化，绞制，绕盘得到铝合金车辆专用绞股焊丝。
钝化过程所用钝化剂水溶液包括：氟锆酸8g/L，氢氟酸6g/L，丙三醇17g/L，偏磷酸钠8g/L。
实施例4
一种铝合金车辆专用绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：镁：4.86％，锰：0.73％，钛：0.18％，锌：0.22％，钒：0.06％，锆：0.18％，铁：0.14％，硅：0.10％，铜：0.002％，铍：0.005％，其他杂质元素0.001％，余量为铝。
上述铝合金车辆专用绞股焊丝工艺，包括如下步骤：
S1、将原料经真空熔炼后进行脱硫、脱氧及脱磷得到铸锭，然后1050℃二次熔炼25min，降温至710℃，静置12min，扒渣，经过精炼后进行铸造，铸造温度为718℃，铸造速度为68mm/min，冷却水流量为7.5m3/h，冷却水温度为12℃，直径为140mm铸坯；
S2、将铸坯热轧得到直径为5.5mm的盘条，经过5次粗拉后烘干，每次粗拉后的盘条直径依次为4.3mm、4.1mm、3.5mm、2.9mm、2.3mm；
S3、将粗拉后的盘条退火1.3h，退火温度为335℃，冷却后经过3次精拉，每次精拉后直径依次为2.0mm、1.5mm、1.1mm，洗涤，干燥，钝化，绞制，绕盘得到铝合金车辆专用绞股焊丝。
钝化过程所用钝化剂水溶液包括：氟锆酸6g/L，氢氟酸8g/L，丙三醇13g/L，偏磷酸钠12g/L。
实施例5
一种铝合金车辆专用绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：镁：5.3％，锰：0.65％，钛：0.2％，锌：0.2％，钒：0.1％，锆：0.16％，铁：0.15％，硅：0.09％，铜：0.0025％，铍：0.0035％，其他杂质元素0.001％，余量为铝。
上述铝合金车辆专用绞股焊丝工艺，包括如下步骤：
S1、将原料经真空熔炼后进行脱硫、脱氧及脱磷得到铸锭，然后1000℃二次熔炼30min，降温至700℃，静置15min，扒渣，经过精炼后进行铸造，铸造温度为715℃，铸造速度为69mm/min，冷却水流量为7m3/h，冷却水温度为13℃，得到直径为135mm铸坯；
S2、将铸坯热轧得到直径为6mm的盘条，经过5次粗拉后烘干，每次粗拉后的盘条直径依次为4.4mm、4.1mm、3.6mm、3.0mm、2.3mm；
S3、将粗拉后的盘条退火1.5h，退火温度为330℃，冷却后经过3次精拉，每次精拉后直径依次为2.0mm、1.5mm、1.1mm，洗涤，干燥，钝化，绞制，绕盘得到铝合金车辆专用绞股焊丝。
钝化过程所用钝化剂水溶液包括：氟锆酸7g/L，氢氟酸7g/L，丙三醇15g/L，偏磷酸钠10g/L。
对比例1
采用市售ER5356焊丝。
对比例2
一种绞股焊丝，其组分按质量百分比包括：镁：5.0％，锰：0.65％，钛：0.2％，锌：0.2％，钒：0.1％，锆：0.16％，铁：0.15％，硅：0.09％，铜：0.0025％，铍：0.0035％，其他杂质元素0.001％，余量为铝。
上述绞股焊丝工艺，包括如下步骤：
S1、将原料经真空熔炼后进行脱硫、脱氧及脱磷得到铸锭，然后1000℃二次熔炼30min，降温至700℃，静置15min，扒渣，经过精炼后进行铸造，铸造温度为715℃，铸造速度为69mm/min，冷却水流量为7m3/h，冷却水温度为13℃，得到直径为135mm铸坯；
S2、将铸坯热轧得到直径为6mm的盘条，经过5次粗拉后烘干，每次粗拉后的盘条直径依次为4.4mm、4.1mm、3.6mm、3.0mm、2.3mm；
S3、将粗拉后的盘条退火1.5h，退火温度为330℃，冷却后经过3次精拉，每次精拉后直径依次为2.0mm、1.5mm、1.1mm，洗涤，干燥，钝化，绞制，绕盘得到绞股焊丝。
钝化过程所用钝化剂水溶液包括：氟锆酸7g/L，氢氟酸7g/L，丙三醇15g/L，偏磷酸钠10g/L。
分别采用实施例5所得铝合金车辆专用绞股焊丝、对比例1所用ER5356焊丝和对比例2所得绞股焊丝对厚度为10mm的5083铝合金试板进行焊接，焊接电流为280A，焊接电压为24V，焊接速度为20m/h，焊接氩气气体流量为22L/min，采用MIG自动焊对接单道焊接；对所得焊缝进行测试，其结果如下：
实施例5 对比例1 对比例2
抗拉强度，Mpa 358 270 304
延伸率，％ 17 18 15
成材率，％ 96 74 79
接头被弯实验 不开裂 不开裂 不开裂
由上表可知：本发明所得铝合金车辆专用绞股焊丝，其焊缝组织细密，抗拉强度与韧性相比普通焊丝有显著提高，提高焊接接头抗拉强度，降低焊接裂纹倾向。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金车辆专用绞股焊丝，其特征在于，其组分按质量百分比包括：镁：5.1-5.8％，锰：0.42-0.88％，钛：0.15-0.25％，锌：0.15-0.25％，钒：0.02-0.18％，锆：0.12-0.2％，铁：0.12-0.18％，硅：0.06-0.12％，铜：0.001-0.004％，铍：0.001-0.006％，其他杂质元素≤0.002％，余量为铝。
2.根据权利要求1所述铝合金车辆专用绞股焊丝，其特征在于，镁元素在铝合金车辆专用绞股焊丝所占质量百分比与钛元素在铝合金车辆专用绞股焊丝所占质量百分比之比为26-27：1。
3.根据权利要求1所述铝合金车辆专用绞股焊丝，其特征在于，所述铝合金车辆专用绞股焊丝中氢含量小于0.10mL/100g。
4.根据权利要求1所述铝合金车辆专用绞股焊丝，其特征在于，硅元素、铜元素、铍元素、钒元素、锆元素在铝合金车辆专用绞股焊丝所占质量百分比之比为8-10：0.2-0.3：0.2-0.5：0.06-0.14：14-18。
5.根据权利要求1所述铝合金车辆专用绞股焊丝，其特征在于，其组分按质量百分比包括：镁：4.68-5.67％，锰：0.57-0.73％，钛：0.18-0.21％，锌：0.18-0.22％，钒：0.06-0.14％，锆：0.14-0.18％，铁：0.14-0.16％，硅：0.08-0.10％，铜：0.002-0.003％，铍：0.002-0.005％，其他杂质元素≤0.002％，余量为铝。
6.一种如权利要求1-5任一项所述铝合金车辆专用绞股焊丝工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将原料经真空熔炼后进行脱硫、脱氧及脱磷得到铸锭，然后二次熔炼，降温，静置，扒渣，经过精炼后进行铸造得到直径为120-150mm铸坯；
S2、将铸坯热轧得到直径为5-7mm的盘条，经过5次粗拉后烘干，每次粗拉后的盘条直径依次为：4.2-4.6mm、4-4.2mm、3.4-3.8mm、2.8-3.1mm、2.2-2.5mm；
S3、将粗拉后的盘条退火，冷却后经过3次精拉，每次精拉后直径依次为1.9-2.1mm、1.4-1.6mm、1-1.2mm，洗涤，干燥，钝化，绞制，绕盘得到铝合金车辆专用绞股焊丝。
7.根据权利要求6所述铝合金车辆专用绞股焊丝工艺，其特征在于，S1中，二次熔炼温度为900-1100℃，二次熔炼时间为20-40min，降温至680-720℃，静置10-20min。
8.根据权利要求6所述铝合金车辆专用绞股焊丝工艺，其特征在于，S1中，铸造温度为710-720℃，铸造速度为65-72mm/min，冷却水流量为6-8m3/h，冷却水温度为10-16℃。
9.根据权利要求6所述铝合金车辆专用绞股焊丝工艺，其特征在于，S3中，退火时间为1-2h，退火温度为320-340℃。
10.根据权利要求6所述铝合金车辆专用绞股焊丝工艺，其特征在于，S3中，钝化过程所用钝化剂包括：氟锆酸5-10g/L，氢氟酸5-10g/L，丙三醇10-20g/L，偏磷酸钠5-15g/L。
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