CN115365461B - 一种7a52铝合金方铸锭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种7A52铝合金方铸锭的制备方法，包括：将合金原料依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、熔体过滤、晶粒细化和铸造，得到铸锭。本发明提供的7A52铝合金方铸锭的制备方法操作简单明确，现场可执行性高；本发明制备得到的铸锭成型效果好，组织均匀性与稳定性高；本发明制备的铸锭规格大，可满足大型化产品需求，提高产品成材率和降低流程及成本。
Description
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，尤其涉及一种7A52铝合金方铸锭的制备方法。
背景技术
7A52铝合金属于Al-Zn-Mg系合金，具有良好的热变形性能、高的比强度和比刚度，该合金淬火范围宽，在适当的热处理条件下能达到较高的强度、较好的焊接性能和耐蚀性，有一定的应力腐蚀倾向，是高强可焊铝合金，被广泛应用于航空航天、车辆和装备领域。
为了提高超宽板材产品成材率和降低流程及成本，需要开发出大规格铸锭，但是随着铸锭规格增大，铸锭成型和组织均匀性等控制难度更大，要满足产品需求，需要对熔体控制和铸造工艺等进行开发。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种7A52铝合金方铸锭的制备方法，本发明提供的方法制备得到的7A52铸锭具有较好的性能，能够满足超宽板材产品需求。
本发明提供了一种7A52铝合金方铸锭的制备方法，包括：
将合金原料依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、熔体过滤、晶粒细化和铸造，得到铸锭。
优选的，所述配料的成分为：
Si≤0.20wt％；
Fe≤0.30wt％；
Cu 0.05～0.20wt％；
Mn 0.20～0.35wt％；
Mg 2.0～2.8wt％；
Cr 0.15～0.22wt％；
Zn 4.0～4.8wt％；
Ti 0.05～0.12wt％；
Zr 0.05～0.12wt％；
Be 5～12ppm；
余量为Al。
优选的，所述铸锭的厚度为450～550mm，宽度为1800～2300mm。
优选的，所述熔体净化过程中采用气体精炼，所述气体精炼采用Ar气或混合气进行气体精炼，所述混合气包括Ar气和Cl2气；
所述熔体净化后得到的熔体中液态氢含量≤0.15ml/100gAl或固态氢含量为≤0.25μg/g。
优选的，所述晶粒细化的细化剂为Al-Ti-B丝，细化剂的加入量为1.1～1.6kg/t。
优选的，所述熔体过滤采用深床过滤或陶瓷过滤板过滤；所述陶瓷过滤板的过滤精度≥50ppi。
优选的，所述铸造过程中的流盘温度为695～715℃；所述铸造过程中的水温为18～30℃。
优选的，所述铸造过程中的水流量根据不同的铸造长度进行控制，铸造长度为0mm时，水流量为105～130m3/h；铸造长度为15mm时，水流量为60～70m3/h；铸造长度为100mm时，水流量为55～65m3/h；铸造长度为200mm时，水流量为60～70m3/h；铸造长度为700mm时，水流量为110～135m3/h，直至铸造完成。
优选的，所述铸造过程中的铸造速度根据不同的铸造长度进行控制，铸造长度为0mm时，铸造速度为31～35mm/min；铸造长度为100mm时，铸造速度为33～37mm/min；铸造长度为400mm时，铸造速度为43～47mm/min，直至铸造完成。
优选的，所述铸造过程中的结晶器金属液位根据不同的铸造长度进行控制，铸造长度为0mm时，结晶器金属液位为70～75mm；铸造长度为70mm时，结晶器金属液位为80～85mm；铸造长度为100～300mm时，结晶器金属液位为85～90mm；铸造长度为600mm时，结晶器金属液位为75～80mm，直至铸造完成。
优选的，所述铸造过程中的结晶器填充速率根据不同的铸造高度进行控制，铸造高度为0mm时，结晶器填充速率为95～100mm/min；铸造高度为10mm时，结晶器填充速率为74～79mm/min；铸造高度为40mm时，结晶器填充速率为52～57mm，直至铸造完成。
对于7A52铝合金方铸锭，铸锭宽度一般不超过1620mm，但是为了生产超宽板材(例如宽度2000mm及以上规格板材)，只能将现有规格铸锭长度做为宽度，采用横轧的方式，每个拉伸张只能产出1块成品，造成板材成品率非常低；为了提升超宽规格板材成材率，每个拉伸张可产出多倍尺成品，板材生产时采用顺轧方式，需要铸锭宽度达到1800mm以上，然而对于Al-Zn-Mg系高强高硬变形铝合金来说，且随着铸锭宽度和规格增大，铸锭成型难度呈几何倍数增加。现有技术对于宽度1800mm以上超大规格7A52铝合金方铸锭生产工艺还不成熟，铸造过程中易开裂报废，铸造成型率极低，现有铝合金熔铸技术难以保证成型要求。
本发明提供了一种7A52铝合金大规格方铸锭制备技术，可稳定控制铸锭成型，满足大规格板材产品的质量要求。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种7A52铝合金方铸锭的制备方法，包括：
将合金原料依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、熔体过滤、晶粒细化和铸造，得到铸锭。
在本发明中，所述铸锭的规定优选厚度为450～550mm，更优选为450～520mm，最优选为450～500mm；宽度优选为1800～2300mm，更优选为1850～2200mm，最优选为1850～2150mm。
在本发明中，所述配料的成分优选为：
Si≤0.20wt％；
Fe≤0.30wt％；
Cu 0.05～0.20wt％；
Mn 0.20～0.35wt％；
Mg 2.0～2.8wt％；
Cr 0.15～0.22wt％；
Zn 4.0～4.8wt％；
Ti 0.05～0.12wt％；
Zr 0.05～0.12wt％；
Be 5～12ppm；
余量为Al。
在本发明中，所述Si的质量含量优选为0.02～0.15wt％；所述Fe的质量含量优选为0.04～0.25wt％；所述Cu的质量含量优选为0.05～0.19％，更优选为0.06～0.18％；所述Mn的质量含量优选为0.20～0.30％，更优选为0.21～0.28％；所述Mg的质量含量优选为2.1～2.7％，更优选为2.2～2.7％；所述Cr的质量含量优选为0.16～0.20％；所述Zn的质量含量优选为4.1～4.7％，更优选为4.25～4.7％；所述Ti的质量含量优选为0.05～0.08％；所述Zr的质量含量优选为0.06～0.10％；所述Be的质量含量优选为6～12ppm，更优选为7～11ppm，最优选为8～10ppm。
在本发明中，所述合金原料优选包括：铝锭、废料、中间合金、添加剂、纯金属等。
在本发明中，所述铝锭优选为Al99.70％及以上品位的铝锭。
在本发明中，所述配料优选按照合金成分进行配料。
在本发明中，所述熔炼过程中炉内熔化温度优选为720～760℃，更优选为730～750℃；所述熔炼过程中优选合金原料熔化完后进行取样分析。
在本发明中，所述成分调整优选包括：
根据炉前化学成分实际分析结果与预获得的合金范围值进行比较，如果元素含量低于范围值下限，则添加一定的元素纯金属或含有元素的中间合金直到元素达到范围内，如果元素含量超过范围值上限，则向炉内添加铝锭，将超标元素降至范围内。
在本发明中，所述熔体净化过程中优选先进行炉内精炼再进行在线精炼；所述炉内精炼的时间优选为30～50分钟，更优选为35～45分钟，最优选为40分钟；所述在线精炼优选在铸造前10～20min对熔体进行预处理，更优选为13～17分钟，最优选为15分钟；所述炉内精炼优选采用气体精炼，所述气体精炼优选采用Ar气或混合气进行气体精炼，所述混合气包括Ar气和Cl2气；所述炉内精炼后得到的熔体中液态氢含量优选≤0.35ml/100gAl，更优选为≤0.30ml/100gAl。
在本发明中，所述在线精炼优选包括：在线采用Ar或Ar+Cl2混合气体精炼，精炼后熔体氢含量优选≤0.15ml/100gAl，更优选≤0.12ml/100gAl或固态氢含量≤0.25μg/g，更优选≤0.22μg/g，最优选≤0.18μg/g。
在本发明中，所述熔体过滤优选采用深床过滤或陶瓷过滤板过滤；所述陶瓷过滤板的过滤精度优选≥50ppi。
在本发明中，所述晶粒细化优选采用Al-Ti-B丝，更优选为Al-5Ti-1B丝或Al-3Ti-1B丝进行在线细化，所述Al-5Ti-1B丝或Al-3Ti-1B丝的用量优选为1.1～1.6kg/t，更优选为1.1～1.5kg/t，最优选为1.1～1.3kg/t。
在本发明中，所述铸造过程中的水流量优选根据不同的铸造长度进行控制，铸造长度为0mm时，水流量优选为105～130m3/h，更优选为105～125m3/h，最优选为110～125m3/h；铸造长度为15mm时，水流量优选为60～70m3/h，更优选为60～68m3/h，最优选为60～66m3/h；铸造长度为100mm时，水流量优选为55～65m3/h，更优选为57～62m3/h，最优选为57～60m3/h；铸造长度为200mm时，水流量优选为60～70m3/h，更优选为60～68m3/h，最优选为60～66m3/h；铸造长度为700mm时，水流量优选为110～135m3/h，更优选为115～135m3/h，最优选为115～125m3/h，直至铸造完成。
在本发明中，所述铸造过程中的铸造速度优选根据不同的铸造长度进行控制，铸造长度为0mm时，铸造速度优选为31～35mm/min，更优选为32～35mm/min，最优选为32～34mm/min；铸造长度为100mm时，铸造速度优选为33～37mm/min，更优选为34～37mm/min，最优选为34～36mm/min；铸造长度为400mm时，铸造速度优选为43～47mm/min，更优选为44～46mm/min，最优选为44～45mm/min，直至铸造完成。
在本发明中，所述铸造过程中的结晶器金属液位优选根据不同的铸造长度进行控制，铸造长度为0mm时，结晶器金属液位优选为70～75mm，更优选为71～75mm，最优选为72～75mm；铸造长度为70mm时，结晶器金属液位优选为80～85mm，更优选为81～85mm，最优选为82～85mm；铸造长度为100～300mm时，结晶器金属液位优选为85～90mm，更优选为86～90mm，最优选为87～90mm；铸造长度为600mm时，结晶器金属液位优选为75～80mm，更优选为76～80mm，最优选为77～80mm，直至铸造完成。
在本发明中，所述铸造过程中的结晶器填充速率优选根据不同的铸造高度进行控制，铸造高度为0mm时，结晶器填充速率优选为95～100mm/min，更优选为96～99mm/min，最优选为96～98mm/min；铸造高度为10mm时，结晶器填充速率优选为74～79mm/min，更优选为75～78mm/min，最优选为75～77mm/min；铸造高度为40mm时，结晶器填充速率优选为52～57mm，更优选为53～56mm，最优选为54～55mm，直至铸造完成。
在本发明中，所述铸造过程中流盘末端铝业温度(铸造温度)优选为695～715℃，更优选为700～715℃，最优选为705～715℃；所述铸造过程中的水温优选为18～30℃，更优选为20～30℃，最优选为22～28℃。
在本发明中，所述均热处理完成后优选还包括：
进行锯切。
在本发明中，所述锯切过程中切浇口部优选为80～120mm，更优选为90～110mm，最优选为100mm；切底部优选为150～250mm，更优选为180～220mm，最优选为200mm。
本发明通过上述工艺的实施，制备的7A52铝合金厚度450～550mm，宽度1800～2300mm铸锭满足产品质量要求。
实施例1
按照下述方法制备铸锭：
将合金原料依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、熔体过滤、晶粒细化和铸造、锯切、检测；铸锭规格：厚度500mm，宽度2000mm；
配料过程：按照合金成分及技术要求进行配料，其中铝锭采用Al99.70品位铝锭；
熔炼过程：将合金原料熔化完后取样分析；炉内熔化温度为720～760℃；
成分调整：根据炉前化学成分实际分析结果与预获得的目标值进行比较，如果元素含量低于目标值，则添加一定的元素纯金属或含有元素的中间合金直到元素达到目标值，如果元素含量超过目标值，则向炉内添加铝锭，将超标元素降至目标值；
熔体净化：炉内采用Ar气精炼40min；精炼后熔体的液态氢含量为0.30ml/100gAl；在线采用氩气精炼，铸造前15min对熔体进行预处理；在线净化后熔体的液态氢含量为0.12ml/100gAl；
熔体过滤：在线过滤采用深床过滤；
晶粒细化：在线晶粒细化加入Al-5Ti-1B丝，用量为1.3kg/t；
铸造温度：流盘末端铝液温度708℃；水温24℃；
铸造参数如下：
锯切过程：切浇口部100mm，切底部200mm。
检测过程：
(1)铸锭低倍结果：晶粒度1.5级，疏松1级；检测方法为GB/T3246.2《变形铝及铝合金制品组织检验方法-第2部分低倍组织检验方法》；
(2)铸锭化学成分：Si 0.04wt％，Fe 0.13wt％，Cu 0.12wt％，Mn 0.25wt％，Mg2.43wt％，Cr 0.20wt％，Zn 4.36wt％，Ti 0.07wt％，Zr 0.07wt％，Be 9ppm，余量为Al；检测方法为GB/T 20975《铝合金分析方法》和GB/T 7999《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》；
(3)液态氢含量：0.12ml/100gAl；检测方法为YS/T600《铝及铝合金液态测氢方法闭路循环法》；
(4)铸锭固态氢含量：0.15μg/g；检测方法为GJB 5909《铝及铝合金中氢的测定加热提取热导法》。
实施例2
按照下述方法制备铸锭：
将合金原料依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、熔体过滤、晶粒细化和铸造、均热、锯切、检测；铸锭规格：厚度500mm，宽度2000mm；
配料过程：按照合金成分及技术要求进行配料，其中铝锭采用Al99.70品位铝锭；
熔炼过程：将合金原料熔化完后取样分析；炉内熔化温度为720～760℃；
成分调整：根据炉前化学成分实际分析结果与预获得的目标值进行比较，如果元素含量低于目标值，则添加一定的元素纯金属或含有元素的中间合金直到元素达到目标值，如果元素含量超过目标值，则向炉内添加铝锭，将超标元素降至目标值；
熔体净化：炉内采用Ar气精炼30min；精炼后熔体的液态氢含量为0.32ml/100gAl；在线采用氩气精炼，铸造前15min对熔体进行预处理；在线净化后熔体的液态氢含量为0.13ml/100gAl；
熔体过滤：在线过滤采用深床过滤；
晶粒细化：在线晶粒细化加入Al-5Ti-1B丝，用量为1.3kg/t；
铸造温度：流盘末端铝液温度710℃；水温25℃；
铸造参数如下：
锯切过程：切浇口部100mm，切底部200mm。
检测过程：
(1)铸锭低倍结果：晶粒度1.5级，疏松1级；检测方法为GB/T3246.2《变形铝及铝合金制品组织检验方法-第2部分低倍组织检验方法》；
(2)铸锭化学成分：Si 0.04wt％，Fe 0.14wt％，Cu 0.12wt％，Mn 0.24wt％，Mg2.44wt％，Cr 0.19wt％，Zn 4.33wt％，Ti 0.06wt％，Zr 0.07wt％，Be 8ppm，余量为Al；检测方法为GB/T 20975《铝合金分析方法》和GB/T 7999《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》；
(3)液态氢含量：0.13ml/100gAl；检测方法为YS/T600《铝及铝合金液态测氢方法闭路循环法》；
(4)铸锭固态氢含量：0.16μg/g；检测方法为GJB 5909《铝及铝合金中氢的测定加热提取热导法》。
实施例3
按照下述方法制备铸锭：
将合金原料依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、熔体过滤、晶粒细化和铸造、均热、锯切、检测；铸锭规格：厚度500mm，宽度2000mm；
配料过程：按照合金成分及技术要求进行配料，其中铝锭采用Al99.70品位铝锭；
熔炼过程：将合金原料熔化完后取样分析；炉内熔化温度为720～760℃；
成分调整：根据炉前化学成分实际分析结果与预获得的目标值进行比较，如果元素含量低于目标值，则添加一定的元素纯金属或含有元素的中间合金直到元素达到目标值，如果元素含量超过目标值，则向炉内添加铝锭，将超标元素降至目标值；
熔体净化：炉内采用Ar气精炼40min；精炼后熔体的液态氢含量为0.33ml/100gAl；在线采用氩气精炼，铸造前15min对熔体进行预处理；在线净化后熔体的液态氢含量为0.10ml/100gAl；
熔体过滤：在线过滤采用50+50ppi过滤板过滤；
晶粒细化：在线晶粒细化加入Al-5Ti-1B丝，用量为1.2kg/t；
铸造温度：流盘末端铝液温度707℃；水温27℃；
铸造参数如下：
锯切过程：切浇口部100mm，切底部200mm。
检测过程：
(1)铸锭低倍结果：晶粒度1.5级，疏松1级；检测方法为GB/T3246.2《变形铝及铝合金制品组织检验方法-第2部分低倍组织检验方法》；
(2)铸锭化学成分：Si 0.05wt％，Fe 0.14wt％，Cu 0.14wt％，Mn 0.23wt％，Mg2.40wt％，Cr 0.19wt％，Zn 4.32wt％，Ti 0.06wt％，Zr 0.07wt％，Be 10ppm，余量为Al；检测方法为GB/T 20975《铝合金分析方法》和GB/T 7999《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》；
(3)液态氢含量：0.10ml/100gAl；检测方法为YS/T600《铝及铝合金液态测氢方法闭路循环法》；
(4)铸锭固态氢含量：0.12μg/g；检测方法为GJB 5909《铝及铝合金中氢的测定加热提取热导法》。
本发明提供的7A52铝合金方铸锭的制备方法操作简单明确，现场可执行性高；本发明制备得到的铸锭成型效果好，组织均匀性与稳定性高；本发明制备的铸锭规格大，可满足大型化产品需求，提高产品成材率和降低流程及成本。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。
Claims (5)
1.一种7A52铝合金方铸锭的制备方法，包括：
将合金原料依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、熔体过滤、晶粒细化和铸造，得到铸锭；
所述配料的成分为：
Si≤0.20wt%；
Fe≤0.30wt%；
Cu 0.05~0.20wt%；
Mn 0.20~0.35wt%；
Mg 2.0~2.8wt%；
Cr 0.15~0.22wt%；
Zn 4.0~4.8wt%；
Ti 0.05~0.12wt%；
Zr 0.06~0.10wt%；
Be 5~12ppm；
余量为Al；
所述铸造过程中的水流量根据不同的铸造长度进行控制，铸造长度为0mm时，水流量为105~130m3/h；铸造长度为15mm时，水流量为60~70m3/h；铸造长度为100mm时，水流量为55~65m3/h；铸造长度为200mm时，水流量为60~70m3/h；铸造长度为700mm时，水流量为110~135m3/h，直至铸造完成；
所述铸造过程中的铸造速度根据不同的铸造长度进行控制，铸造长度为0mm时，铸造速度为31~35mm/min；铸造长度为100mm时，铸造速度为33~37mm/min；铸造长度为400mm时，铸造速度为43~47mm/min，直至铸造完成；
所述铸造过程中的结晶器金属液位根据不同的铸造长度进行控制，铸造长度为0mm时，结晶器金属液位为70~75mm；铸造长度为70mm时，结晶器金属液位为80~85mm；铸造长度为100~300mm时，结晶器金属液位为85~90mm；铸造长度为600mm时，结晶器金属液位为75~80mm，直至铸造完成；
所述铸造过程中的结晶器填充速率根据不同的铸造高度进行控制，铸造高度为0mm时，结晶器填充速率为95~100mm/min；铸造高度为10mm时，结晶器填充速率为74~79mm/min；铸造高度为40mm时，结晶器填充速率为52~57mm，直至铸造完成；
所述铸锭的厚度为450~550mm，宽度为1800~2300mm。
2.根据权利要求1所述的一种7A52铝合金方铸锭的制备方法，其特征在于，所述熔体净化过程中采用气体精炼，所述气体精炼采用Ar气或混合气进行气体精炼，所述混合气包括Ar气和Cl2气；
所述熔体净化后得到的熔体中液态氢含量≤0.15ml/100gAl或固态氢含量为≤0.25μg/g。
3.根据权利要求1所述的一种7A52铝合金方铸锭的制备方法，其特征在于，所述晶粒细化采用的细化剂为Al-Ti-B丝，细化剂的加入量为1.1~1.6kg/t。
4.根据权利要求1所述的一种7A52铝合金方铸锭的制备方法，其特征在于，所述熔体过滤采用深床过滤或泡沫陶瓷过滤板过滤；所述泡沫陶瓷过滤板的过滤精度≥50ppi。
5.根据权利要求1所述的一种7A52铝合金方铸锭的制备方法，其特征在于，所述铸造过程中的流盘温度为695~715℃；所述铸造过程中的水温为18~30℃。
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