CN113699398A - 一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法 - Google Patents

一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，它涉及一种板材的制备方法。本发明的目的是要解决现有方法制备的ZnCuTi板材易产生分散性缩孔，缩松，偏析和开裂，导致ZnCuTi板材的力学和腐蚀性能下降的问题。方法：一、熔炼；二、半固态沉积与挤压；三、高精轧制；四、退火；五、表面处理，得到高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材。本发明在合金液中加入稀土钕，可以起到净化杂质与细化变质作用，结合半固态沉积可以有效抑制微观范围内的枝晶生长和宏观范围内的合金相偏聚。本发明可获得一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法。

Description

一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法
技术领域
本发明涉及一种板材的制备方法。
背景技术
由于高级金属室内、墙面、屋面材料的应用要求，对高档建筑用板材经济成本、耐久性、设计多样性、美观度等具有严格的要求，因此目前大部分用于建筑的材料有AlMgMn合金、Cu合金、彩钢瓦等。但ZnCuTi合金与AlMgMn合金、Cu合金、彩钢瓦相比具有显著优势：第一，材料制备成本低，其造价不足Cu合金的二分之一；第二，由于锌基体与空气中成分共同作用持续形成的钝化层并且其具有对表面划痕的自我修复功能，腐蚀速率小于2微米/年，具有更长的使用寿命。第三，变形Zn-Cu-Ti合金板材延伸率达到 40～50％，能充分满足复杂形状的设计需求。
目前关于ZnCuTi合金棒材的制备大多采用传统熔铸-变形方法，但是ZnCuTi合金由于其很宽的结晶温区，因此易产生区域偏析，铜钛元素无法均匀的分布在基体中，且锌较好的导热性导致形成发达的树枝状初晶相，截断补缩通道使得铸件产生分散性缩孔，缩松和偏析等缺陷。锌的晶体结构属于密排六方结构，在变形温度较低时，由于ZnCuTi合金断裂机制由微孔聚集断裂转变为穿晶断裂，传统铸造-热轧-冷轧板材加工方法易产生开裂现象。因此，导致了力学、腐蚀性能的下降及不均匀性。因此，消除区域偏析，控制枝晶数量及尺寸，避免冷轧开裂现象，使塑性加工后材料性能达到均匀分布是迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是要解决现有方法制备的ZnCuTi板材易产生分散性缩孔，缩松，偏析和开裂，导致ZnCuTi板材的力学和腐蚀性能下降的问题，而提供一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法。
一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于该制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、熔炼：
①、按照铜的质量分数为1％～2％、钛的质量分数为0.05％～0.15％，钕的质量分数为 0.02％～0.08％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕；
②、首先对熔炼炉进行抽真空，然后使用氩气清洗炉膛，再将称取的高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕加入到熔炼炉中，向熔炼炉中通入氩气，在氩气气氛保护下将熔炼炉升温至500℃～650℃，再在氩气气氛和温度为500℃～650℃下保温2h～4h，得到熔体；
③、对熔体进行除渣，搅拌、静置，得到精炼后的熔体；
二、半固态沉积与挤压：
对沉积室进行抽真空，然后充入氩气作为保护气氛，再在氩气气氛和石英坩埚的内外压差为0.8MPa～1.5MPa，挤压轮轮速为10～20r/min的条件下将精炼后的熔体经喷射沉积雾化器喷射沉积到沉积区基底上形成初步的半固态沉积坯，然后在主动摩擦力的作用下带入温度为160℃～280℃的挤压模具中，在挤压模温度为160℃～280℃，挤压比为3～6和挤压速度为0.3m/min～1.2m/min的条件下进行挤压，得到厚度为4mm～8mm的ZnCuTi合金板材；
三、高精轧制：
将ZnCuTi合金板材预热至180～320℃，通过四辊轧机，经过4～6道次轧制后，得到厚度为1.6mm～1.8mm的ZnCuTi合金板材；
四、退火：
将厚度为1.6mm～1.8mm的ZnCuTi合金板材在氩气气氛和温度为150℃～250℃的条件下均匀化处理1～2h，得到退火后的ZnCuTi合金板材；
五、表面处理：
铣去退火后的ZnCuTi合金板材的表面氧化锌皮及缺陷，切边，包装，得到高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材。
本发明的原理及优点：
一、本发明在合金液中加入稀土钕，可以起到净化杂质与细化变质作用，结合半固态沉积可以有效抑制微观范围内的枝晶生长和宏观范围内的合金相(CuZn4和TiZn15)偏聚，并且在沉积时的碰撞进一步使枝晶被打碎，晶粒等轴化，温轧极大的避免了制备板材开裂现象；
二、本发明提出一种半固态沉积制备高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其具有以下优点：(1)、制备流程短，可连续生产板材，头尾剪切损失大大减少，成品率提高至95％～98％，制备成本降低；(2)、半固态沉积改善熔铸法制备ZnCuTi合金晶内偏析问题，基本无宏观偏析；(3)、采用半固态沉积-挤压-温轧变形方法，克服传统制备锌合金板材长度方向上组织尺寸分布不均匀、开裂等问题，得到的组织均匀性、致密度极高；
三、本发明可连续化生产，成材率高，降低制备成本；
四、本发明克服了熔铸法制备ZnCuTi合金偏析问题；
五、本发明克服了熔炼铸造+多道次变形制备组织尺寸分布不均匀等问题，得到的组织均匀性、致密度极高。
本发明可获得一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法。
附图说明
图1为本发明一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法的制备过程示意图；
图2为现有方法制备的铸态ZnCuTi合金的SEM图；
图3为实施例1制备的高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材的SEM图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
具体实施方式一：本实施方式一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于该制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、熔炼：
①、按照铜的质量分数为1％～2％、钛的质量分数为0.05％～0.15％，钕的质量分数为 0.02％～0.08％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕；
②、首先对熔炼炉进行抽真空，然后使用氩气清洗炉膛，再将称取的高纯锌、高纯铜、 ZnTi中间合金和稀土钕加入到熔炼炉中，向熔炼炉中通入氩气，在氩气保护下将熔炼炉升温至500℃～650℃，保温2h～4h后得到熔体；
③、对熔体进行除渣，搅拌、静置，得到精炼后的熔体；
二、半固态沉积与挤压：
对沉积室进行抽真空，然后充入氩气作为保护气氛，再在氩气气氛和石英坩埚的内外压差为0.8MPa～1.5MPa、挤压轮轮速为10～20r/min的条件下，将精炼后的熔体经喷射沉积雾化器喷射沉积到沉积区基底上，形成初步的半固态沉积坯，然后在主动摩擦力的作用下带入温度为160℃～280℃的挤压模具中，在挤压模温度为160℃～280℃，挤压比为3～6、挤压速度为0.3m/min～1.2m/min的条件下进行挤压，得到厚度为4mm～8mm的ZnCuTi合金板材；
三、高精轧制：
将ZnCuTi合金板材预热至180～320℃，通过四辊轧机，经过4～6道次轧制后，得到厚度为1.6mm～1.8mm的ZnCuTi合金板材；
四、退火：
将厚度为1.6mm～1.8mm的ZnCuTi合金板材在氩气气氛和温度为150℃～250℃的条件下均匀化处理1～2h，得到退火后的ZnCuTi合金板材；
五、表面处理：
铣去退火后的ZnCuTi合金板材的表面氧化锌皮及缺陷，切边，包装，得到高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一①中按照铜的质量分数为1％、钛的质量分数为0.05％，钕的质量分数为0.08％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一①中按照铜的质量分数为1.5％、钛的质量分数为0.1％，钕的质量分数为0.05％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一①中按照铜的质量分数为2％、钛的质量分数为0.15％，钕的质量分数为0.02％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一②中首先对熔炼炉进行抽真空至真空度为3×10-3Pa。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中对沉积室进行抽真空至真空度为3×10-3Pa。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中所述的 ZnCuTi合金板材的宽度为50mm～200mm。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二中所述的喷射沉积雾化器的喷射效率为100kg/min～150kg/min，熔体雾化温度为430～450℃。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤二中所述的沉积区的温度为347～382℃。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤三中所述的轧制下压率为10％～30％，轧制速度为0.3m/s～0.5m/s。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
实施例1：一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、熔炼：
①、按照铜的质量分数为1％、钛的质量分数为0.05％，钕的质量分数为0.08％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕；
②、首先对熔炼炉进行抽真空至真空度为3×10-3Pa，然后使用氩气清洗炉膛，再将称取的高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕加入到熔炼炉中，向熔炼炉中通入氩气，在氩气气氛保护下将熔炼炉升温至500℃，再在氩气气氛和温度为500℃下保温4h，得到熔体；
③、对熔体进行除渣，搅拌、静置，得到精炼后的熔体；
二、半固态沉积与挤压：
对沉积室进行抽真空至真空度为3×10-3Pa，然后充入氩气作为保护气氛，再在氩气气氛和石英坩埚的内外压差为0.8MPa，挤压轮轮速为20r/min的条件下将精炼后的熔体经喷射沉积雾化器喷射沉积到沉积区基底上形成初步的半固态沉积坯，然后在主动摩擦力的作用下带入温度为280℃的挤压模具中，在挤压模温度为280℃，挤压比为6和挤压速度为0.3m/min的条件下进行挤压，得到厚度为宽度为120mm，厚度为4mm的ZnCuTi合金板材；
步骤二中所述的喷射沉积雾化器的喷射效率为150kg/min，熔体雾化温度为430℃；
步骤二中所述的沉积区的温度为382℃；
三、高精轧制：
将ZnCuTi合金板材预热至260℃，通过四辊轧机，经过4道次轧制后，得到厚度为1.6mm的ZnCuTi合金板材；
步骤三中所述的4道次轧制下压率依次为：10％、25％、30％、15％；轧制速度依次为：0.3m/s、0.5m/s、0.5m/s、0.3m/s；
四、退火：
将厚度为1.6mm的ZnCuTi合金板材在氩气气氛和温度为150℃的条件下均匀化处理 2h，得到退火后的ZnCuTi合金板材；
五、表面处理：
铣去退火后的ZnCuTi合金板材的表面氧化锌皮及缺陷，切边，包装，得到高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材。
实施例1制备的高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材的性能见表1所示。
表1
Figure BDA0003227540790000061
图2为现有方法制备的铸态ZnCuTi合金的SEM图；
图3为实施例1制备的高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材的SEM图；
从图2中可以看出形成了尺寸差异较大的初晶相，局部上共晶相偏聚。图3为实施例 1制备的变形合金的SEM图，与铸态组织相比，基体相和析出相沿轧制方向伸长，析出相呈更细长的纤维状形貌。
实施例2：一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、熔炼：
①、按照铜的质量分数为1.5％、钛的质量分数为0.1％，钕的质量分数为0.05％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕；
②、首先对熔炼炉进行抽真空至真空度为3×10-3Pa，然后使用氩气清洗炉膛，再将称取的高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕加入到熔炼炉中，向熔炼炉中通入氩气，在氩气气氛保护下将熔炼炉升温至570℃，再在氩气气氛和温度为570℃下保温4h，得到熔体；
③、对熔体进行除渣，搅拌、静置，得到精炼后的熔体；
二、半固态沉积与挤压：
对沉积室进行抽真空，然后充入氩气作为保护气氛，再在氩气气氛和石英坩埚的内外压差为1.2MPa，挤压轮轮速为15r/min的条件下将精炼后的熔体经喷射沉积雾化器喷射沉积到沉积区基底上形成初步的半固态沉积坯，然后在主动摩擦力的作用下带入温度为220℃的挤压模具中，在挤压模温度为220℃，挤压比为4和挤压速度为0.7m/min的条件下进行挤压，得到宽度为50mm，厚度为6mm的ZnCuTi合金板材；
步骤二中所述的喷射沉积雾化器的喷射效率为120kg/min，熔体雾化温度为440℃；
步骤二中所述的沉积区的温度为365℃；
三、高精轧制：
将ZnCuTi合金板材预热至180℃，通过四辊轧机，经过6道次轧制后，得到厚度为1.8mm的ZnCuTi合金板材；
步骤三中所述的5道次轧制下压率依次为：10％、30％、30％、20％、15％；轧制速度依次为：0.3m/s、0.5m/s、0.5m/s、0.4m/s、0.3m/s；
四、退火：
将厚度为1.8mm的ZnCuTi合金板材在氩气气氛和温度为200℃的条件下均匀化处理 1.5h，得到退火后的ZnCuTi合金板材；
五、表面处理：
铣去退火后的ZnCuTi合金板材的表面氧化锌皮及缺陷，切边，包装，得到高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材。
实施例2制备的高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材的性能见表2所示。
表2
Figure BDA0003227540790000071
实施例3：一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，是按以下步骤完成的：
一、熔炼：
①、按照铜的质量分数为2％、钛的质量分数为0.15％，钕的质量分数为0.02％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕；
②、首先对熔炼炉进行抽真空至真空度为3×10-3Pa，然后使用氩气清洗炉膛，再将称取的高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕加入到熔炼炉中，向熔炼炉中通入氩气，在氩气气氛保护下将熔炼炉升温至650℃，再在氩气气氛和温度为650℃下保温3h，得到熔体；
③、对熔体进行除渣，搅拌、静置，得到精炼后的熔体；
二、半固态沉积与挤压：
对沉积室进行抽真空，然后充入氩气作为保护气氛，再在氩气气氛和石英坩埚的内外压差为1.5MPa，挤压轮轮速为10r/min的条件下将精炼后的熔体经喷射沉积雾化器喷射沉积到沉积区基底上形成初步的半固态沉积坯，然后在主动摩擦力的作用下带入温度为160℃的挤压模具中，在挤压模温度为160℃，挤压比为3和挤压速度为1.2m/min的条件下进行挤压，得到宽度为200mm，厚度为8mm的ZnCuTi合金板材；
步骤二中所述的喷射沉积雾化器的喷射效率为100kg/min，熔体雾化温度为450℃；
步骤二中所述的沉积区的温度为347℃；
三、高精轧制：
将ZnCuTi合金板材预热至320℃，通过四辊轧机，经过6道次轧制后，得到厚度为1.7mm的ZnCuTi合金板材；
步骤三中所述的6道次轧制下压率依次为：15％、25％、30％、30％、20％、15％；轧制速度依次为：0.3m/s、0.5m/s、0.5m/s、0.5m/s、0.4m/s、0.3m/s；
四、退火：
将厚度为1.7mm的ZnCuTi合金板材在氩气气氛和温度为250℃的条件下均匀化处理 1h，得到退火后的ZnCuTi合金板材；
五、表面处理：
铣去退火后的ZnCuTi合金板材的表面氧化锌皮及缺陷，切边，包装，得到高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材。
实施例3制备的高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材的性能见表3所示。
表3
Figure BDA0003227540790000081

Claims (10)

1.一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于该制备方法具体是按以下步骤完成的：
一、熔炼：
①、按照铜的质量分数为1％～2％、钛的质量分数为0.05％～0.15％，钕的质量分数为0.02％～0.08％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕；
②、首先对熔炼炉进行抽真空，然后使用氩气清洗炉膛，再将称取的高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕加入到熔炼炉中，向熔炼炉中通入氩气，在氩气气氛保护下将熔炼炉升温至500℃～650℃，再在氩气气氛和温度为500℃～650℃下保温2h～4h，得到熔体；
③、对熔体进行除渣，搅拌、静置，得到精炼后的熔体；
二、半固态沉积与挤压：
对沉积室进行抽真空，然后充入氩气作为保护气氛，再在氩气气氛和石英坩埚的内外压差为0.8MPa～1.5MPa、挤压轮轮速为10～20r/min的条件下，将精炼后的熔体经喷射沉积雾化器喷射沉积到沉积区基底上，形成初步的半固态沉积坯，然后在主动摩擦力的作用下带入温度为160℃～280℃的挤压模具中，在挤压模温度为160℃～280℃，挤压比为3～6、挤压速度为0.3m/min～1.2m/min的条件下进行挤压，得到厚度为4mm～8mm的ZnCuTi合金板材；
三、高精轧制：
将ZnCuTi合金板材预热至180～320℃，通过四辊轧机，经过4～6道次轧制后，得到厚度为1.6mm～1.8mm的ZnCuTi合金板材；
四、退火：
将厚度为1.6mm～1.8mm的ZnCuTi合金板材在氩气气氛和温度为150℃～250℃的条件下均匀化处理1～2h，得到退火后的ZnCuTi合金板材；
五、表面处理：
铣去退火后的ZnCuTi合金板材的表面氧化锌皮及缺陷，切边，包装，得到高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材。
2.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于步骤一①中按照铜的质量分数为1％、钛的质量分数为0.05％，钕的质量分数为0.08％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕。
3.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于步骤一①中按照铜的质量分数为1.5％、钛的质量分数为0.1％，钕的质量分数为0.05％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕。
4.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于步骤一①中按照铜的质量分数为2％、钛的质量分数为0.15％，钕的质量分数为0.02％和余量为锌的组分称取高纯锌、高纯铜、ZnTi中间合金和稀土钕。
5.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于步骤一②中首先对熔炼炉进行抽真空至真空度为3×10-3Pa。
6.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于步骤二中对沉积室进行抽真空至真空度为3×10-3Pa。
7.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于步骤二中所述的ZnCuTi合金板材的宽度为50mm～200mm。
8.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于步骤二中所述的喷射沉积雾化器的喷射效率为100kg/min～150kg/min，熔体雾化温度为430～450℃。
9.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于步骤二中所述的沉积区的温度为347～382℃。
10.根据权利要求1所述的一种高强高韧耐蚀变形ZnCuTi板材短流程的制备方法，其特征在于步骤三中所述的轧制下压率为10％～30％，轧制速度为0.3m/s～0.5m/s。
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