CN115961181A - 铝合金带材的制备方法及铝合金带材 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金带材的制备方法及铝合金带材，其中，所述铝合金带材的组分及质量百分比为：Si＝0.06～0.10％、Fe＝0.25～0.28％、Cu≤0.01％、Mg≤0.01％、Mn≤0.01％、Cr≤0.01％、Zn≤0.01％、Ti≤0.15％、Ga≤0.01％、V≤0.01％、Ni≤0.01％，余量为Al，元素Fe/Si＝2.5～3.5。通过该方法制备得到的铝合金带材的厚度为0.15mm或0.2mm，抗拉强度为95～130MPa，屈强比大于或等于0.92，耐腐蚀性优良，表面带油量小于或等于7mg/m2，传热性能优良，综合机械性能优良，并满足无油冲压成形及作为铝质空分填料的需求。
Description
【技术领域】
本发明涉及铝加工技术领域，尤其是涉及一种铝合金带材的制备方法及铝合金带材。
【背景技术】
蒸馏塔是空气分离设备的重要组成部分，其具有主要分为板式塔及填料塔两种组成形式。由于填料塔具有压降小、节能、可减少塔径、液体滞留量小、分离效率高、操作弹性大、适应性强、产品提取率高等优点，因此现有的蒸馏塔一般采用填料塔的形式。
填料塔的使用需要在其内部装配规整的填料，材质主要为铝或者钢，但大多数填料塔使用的填料一般为铝，铝质空分填料(空气分离填料)是先将铝合金带材冲孔、拉丝、再采用特殊的模具冲压成波纹条片，最后组装起来形成整盘或者分块的填料。
传统的铝质空分填料一般采用3003铝合金，但这种型号的铝合金存在无法适应无油冲压成形、耐腐蚀性不强、传热性能弱的缺点。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种铝合金带材的制备方法，以解决传统铝质空分填料采用3003铝合金，而存在无法适应无油冲压成形、耐腐蚀性不强、传热性能弱的问题。
为达到上述目的，第一方面，本发明提供了一种铝合金带材的制备方法，该铝合金带材用作蒸馏塔的空气分离填料，其包括以下步骤：
步骤S1、按如下组分及质量百分比配料，熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭：
Si＝0.06～0.10％、Fe＝0.25～0.28％、Cu≤0.01％、Mg≤0.01％、Mn≤0.01％、Cr≤0.01％、Zn≤0.01％、Ti≤0.15％、Ga≤0.01％、V≤0.01％、Ni≤0.01％，余量为Al，其中，元素Fe/Si＝2.5～3.5；具体包括：
步骤S11、按上述组分及质量百分比配料得到熔体，并将所述熔体熔炼成铝液，熔炼所述铝液时的温度小于或等于750℃；其中，元素Fe、Si、Ti在所述熔体的温度达到730～750℃后添加，且元素Fe采用中间合金的方式配置，元素Si采用金属硅的方式配置，元素Ti采用在线加入Al-5Ti-0.2B丝的方式配置；
步骤S12、对所述铝液进行电磁搅拌使所述铝液的化学成分均匀，之后进行第一次扒渣；
步骤S13、将第一次扒渣后的所述铝液转入保温炉中进行精炼；
步骤S14、将精炼后的所述铝液进行第二次扒渣，之后静置30～40min；
步骤S15、将静置后的所述铝液经过除气箱进行除气，所述除气箱内的氢含量小于0.15mL/100gAl，在所述铝液进入所述除气箱之前按上述元素Ti的质量百分比以在线加入Al-5Ti-0.2B丝的方式添加；除气后的所述铝液经过过滤箱进行双级过滤；过滤后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭，铸造的速度为45～50mm/min，铸造的铸造水流量为230～280L/min；
步骤S2、对所述铸锭进行热轧，得到厚度为4.0mm的热轧坯料：
步骤S21、对所述铸锭进行铣削，大面铣削为15mm每面；
步骤S22、将铣面之后的所述铸锭进行均匀化处理；均匀化处理时所述铸锭的温度为575±5℃，保温时间为7h，当炉内温度降至495±5℃时，再保温2～3h后出炉；
步骤S23、对均匀化处理后的所述铸锭进行热连轧，得到厚度为4.0mm的所述热轧坯料；所述热连轧包括采用单机架进行的热粗轧和采用三机架依次进行的热精轧，热粗轧的轧制道次为27次，热粗轧结束后得到厚度为28mm的中间坯料，所述三机架对所述中间坯料依次进行的轧制道次为28mm→14mm→7mm→4.0mm的连续热精轧，终轧温度为290～310℃，以得到轧制厚度为4.0mm的所述热轧坯料；
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为0.15mm或0.2mm的成品铝卷：
步骤S31、对所述热轧坯料进行所述冷轧，得到厚度为0.15mm或0.2mm的所述成品铝卷；所述冷轧的轧制道次依次为4.0mm→1.8mm→0.85mm→0.45mm→0.245mm→中间退火→0.15mm，或所述冷轧的轧制道次依次为4.0mm→1.9mm→0.96mm→0.55mm→0.325mm→中间退火→0.2mm；冷轧的最后一道次轧制时控制成品铝卷的表面带油量小于或等于7mg/m2；
步骤S4、对所述成品铝卷进行精整，得到厚度为0.15mm或0.2mm的铝合金带材。
优选的，所述步骤S13中，所述精炼依次进行两次；第一次精炼使用氯气精炼30～40min，第二次精炼使用氩气精炼10～15min。
优选的，所述步骤S12中的第一次扒渣和所述步骤S14中的第二次扒渣均通过扒渣车进行。
优选的，所述步骤S15中，除气后的所述铝液经过过滤箱进行双级过滤包括：40PPi陶瓷过滤板和60PPi陶瓷过滤板。
优选的，所述步骤S31中，所述中间退火采用完全再结晶退火工艺。
优选的，所述步骤S31中，进行所述中间退火前，对铝卷进行清洗以去除轧制油和铝粉。
优选的，所述步骤S31中，中间退火时铝卷的温度为395±5℃，保温时间为30h。
优选的，所述步骤S31中，中间退火后的铝卷采用粗糙度Ra＝1.3～1.7μm的工作辊对所述铝卷进行轧制，得到厚度为0.15mm或0.2mm的所述成品铝卷，中间退火后对所述铝卷进行轧制的速度为250～350m/min。
优选的，所述步骤S31中，冷轧的最后一道次轧制时，通过轧机吹扫、清洁方式控制所述成品铝卷的表面带油量小于或等于7mg/m2。
第二方面，本发明提供了一种铝合金带材，所述铝合金带材由上述铝合金带材的制备方法制成，所述铝合金带材用于制作蒸馏塔的空气分离填料。
与现有技术相比，本发明中铝合金带材的制备方法通过铸锭化学成分及工艺的设计、热轧工艺的设计、冷轧工艺的设计以及精整工艺的设计，可以使制备得到的铝合金带材的厚度为0.15mm或0.2mm，抗拉强度为95～130MPa，屈强比大于或等于0.92，耐腐蚀性优良，表面带油量小于或等于7mg/m2，传热性能优良，综合机械性能优良，并满足无油冲压成形及作为铝质空分填料的需求。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明实施列提供的一种铝合金带材的制备方法的步骤流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种铝合金带材在金相显微镜放大500倍后第二相粒子的金相图；
图3为本发明实施例提供的一种铝合金带材在金相显微镜放大200倍后晶粒的金相图；
图4为本发明实施例提供的一种铝合金带材进行无油冲压成形后的形貌图。
【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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种铝合金带材的制备方法，具体为用于空分填料(空气分离填料)用的牌号1145铝合金带材的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1、按配料的组分及质量百分比采用半连续铸造方法制备铸锭；
其中，上述配料的组分及质量百分比为：Si＝0.06～0.10％、Fe＝0.25～0.28％、Cu≤0.01％、Mg≤0.01％、Mn≤0.01％、Cr≤0.01％、Zn≤0.01％、Ti≤0.15％、Ga≤0.01％、V≤0.01％、Ni≤0.01％，余量为Al，其中，元素Fe/Si＝2.5～3.5；
所述半连续铸造方法制备铸锭的具体子步骤如下：
通过控制元素Fe/Si，可以使铝合金形成针状α(FeAl3)和骨骼状的α(FeSi3Al12)相以作为质点成为晶核，从而获得细密的铸造组织，进而改善铝合金的塑性和工艺性能，提高其耐腐蚀性能。
步骤S11、按上述组分及质量百分比配料得到熔体，并将所述溶体熔炼成铝液，熔炼所述铝液时的温度小于或等于750℃；其中，元素Fe、Si、Ti在所述熔体的温度达到730～750℃后添加，且元素Fe采用中间合金的方式配置，元素Si采用金属硅的方式配置，元素Ti采用在线加入Al-5Ti-0.2B丝的方式配置；其与的元素合金不另外配置加入。
步骤S12、对所述铝液进行电磁搅拌使所述铝液的化学成分均匀，之后进行第一次扒渣。
步骤S13、将第一次扒渣后的所述铝液转入保温炉中进行精炼。
其中，所述精炼依次进行两次；第一次精炼使用氯气精炼30～40min，第二次精炼使用氩气精炼10～15min。
步骤S14、将精炼后的所述铝液进行第二次扒渣，之后静置30～40min。
其中，所述第一次扒渣和所述第二次扒渣均通过扒渣车进行；所述第二次扒渣可以使所述铝液的浮渣悬浮出来，以便于清理。
步骤S15、将静置后的所述铝液经过除气箱进行除气，所述除气箱内的氢含量小于0.15mL/100gAl，所述除气箱进行除气的全过程在所述铝液进入所述除气箱之前按上述元素Ti的质量百分比以在线加入Al-5Ti-0.2B丝的方式添加；除气后的所述铝液经过过滤箱进行双级过滤；过滤后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭，铸造的速度为45～50mm/min，铸造的铸造水流量为230～280L/min。
其中，在线加入Al-5Ti-0.2B丝的方式进行晶粒细化的方式为：在线喂入1级Al-5Ti-0.2B丝的方式添加，以进行晶粒细化。
除气后的所述铝液经过过滤箱进行双级过滤包括：40PPi陶瓷过滤板和60PPi陶瓷过滤板；即除气后的所述铝液经过过滤箱内的40PPi陶瓷过滤板和60PPi陶瓷过滤板实现双级过滤，以提升过滤效果。
通过控制元素Fe/Si并配合所述步骤S15的工艺参数设计，可以使铸锭的原始晶粒及内部组织利于铝合金带材的冲压性能和耐腐蚀性能的提升。
步骤S2、对所述铸锭进行热轧，得到厚度为4.0mm的热轧坯料：
步骤S21、对所述铸锭进行铣削，大面铣削为15mm每面。
其中，对所述铸锭进行铣削，可以将其冷隔等铣削干净，以便于进行下一步。
步骤S22、将铣面之后的所述铸锭进行均匀化处理；均匀化处理时所述铸锭的温度为575±5℃，保温时间为7h，当炉内温度降至495±5℃时，再保温2～3h后出炉。
其中，如图2所示，所述均匀化处理的参数采用差热分析手段进行确定，这样可以保证铝合金带材在金相显微镜放大500倍的一个视场内，第二相尺寸最多5处为5μm～12μm的第二相粒子，其它处的第二相粒子的长度小于或等于5μm，有利于铝合金带材作为空分填料的无油高速冲压成形性能和耐腐蚀性能的提升。
步骤S23、对均匀化处理后的所述铸锭进行热连轧，得到厚度为4.0mm的所述热轧坯料；所述热连轧包括采用单机架进行的热粗轧和采用三机架依次进行的热精轧，热粗轧的轧制道次为27次，热粗轧结束后得到厚度为28mm的中间坯料，所述三机架对所述中间坯料依次进行的轧制道次为28mm→14mm→7mm→4.0mm的连续热精轧，终轧温度为290～310℃，以得到轧制厚度为4.0mm的所述热轧坯料。
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为0.15mm或0.2mm的成品铝卷：
其中，所述冷轧的过程采用冷轧机进行。
步骤S31、对所述热轧坯料进行所述冷轧，得到厚度为0.15mm或0.2mm的所述成品铝卷；所述冷轧的轧制道次依次为4.0mm→1.8mm→0.85mm→0.45mm→0.245mm→中间退火→0.15mm，或所述冷轧的轧制道次依次为4.0mm→1.9mm→0.96mm→0.55mm→0.325mm→中间退火→0.2mm。
其中，所述中间退火采用完全再结晶退火工艺。
进行所述中间退火前，对铝卷进行清洗以去除轧制油和铝粉；中间退火时铝卷的温度为395±5℃，保温时间为30h；中间退火后的铝卷采用粗糙度Ra(表面粗糙度、轮廓算术平均偏差)＝1.3～1.7μm的工作辊对所述铝卷进行轧制，得到厚度为0.15mm或0.2mm的所述成品铝卷，中间退火后对所述铝卷进行轧制的速度为250～350m/min；冷轧的最后一道次轧制时控制铝卷的表面带油量小于或等于7mg/m2。
所述成品铝卷的表面带油量小于或等于7mg/m2，通过所述冷轧机进行轧制时开启的吹扫、清洁方式进行控制，以满足铝合金带材作为空分填料时表面带油量的要求。
本步骤通过对中间退火后进行轧制时的参数设计，可以保证铝合金带材的表面质量满足要求的前提下，有效的提高轧制效率。
如图3所示，本步骤中的中间退火工艺参数，相比传统退火工艺时铝卷的温度为320～340℃，保温时间为5h，可以保证铝合金带材在金相显微镜放大200倍的一个视场内，最多10处晶粒长度为小于80μm的晶粒，其它处的晶粒的长度为80～200μm，有利于铝合金带材作为空分填料的无油高速冲压成形性能的提升。
步骤S4、对所述成品铝卷进行精整，得到厚度为0.15mm或0.2mm的铝合金带材：
步骤S41、对所述成品铝卷进行分切，得到所述铝合金带材。
其中，对所述成品铝卷进行分切时，根据实际需求，将所述成品铝卷切成所需宽度的铝合金带材。
本实施例中，所述铝合金带材的型号为1145铝合金。
与现有技术相比，本实施例中铝合金带材的制备方法通过铸锭化学成分及工艺的设计、热轧工艺的设计、冷轧工艺的设计以及精整工艺的设计，可以使制备得到的铝合金带材的厚度为0.15mm或0.2mm，抗拉强度为95～130MPa，屈强比大于或等于0.92，耐腐蚀性优良，表面带油量小于或等于7mg/m2，传热性能优良，综合机械性能优良，并满足无油冲压成形及作为铝质空分填料的需求。同时，避免传统铝质空分填料采用3003铝合金需要涂油冲压的缺点，省去了后续繁琐的清洗及废液处理的工序，达到了节能环保的目的。
另外，如图4所示，通过本实施例中铝合金带材的制备方法制备得到的铝合金带材，在进行无油高速冲压成形时，不会开裂，且冲压速度可大于或等于440次/min，波纹高度可大于或等于5mm。
经部分验证，采用本实施例中铝合金带材的制备方法制备得到的铝合金带材，厚度为0.15mm或0.2mm，实验数据为：抗拉强度为110MPa，屈强比为0.93，综合机械性能优良，满足无油高速冲压成形需求，节能环保，表面带油量小于或等于7mg/m2，耐腐蚀性能优良，完全满足作为空分填料的需求。
本发明还提供了一种铝合金带材的实施例，该铝合金带材由上述实施例中铝合金带材的制备方法制成。
其中，该铝合金带材用于作为填料塔的填料，即作为填料塔的铝质空分填料。
由于本实施例中的铝合金带材采用上述实施例中铝合金带材的制备方法制成，因此其也能达到上述实施例中铝合金带材的制备方法所达到的技术效果，在此不作赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种铝合金带材的制备方法，该铝合金带材用作蒸馏塔的空气分离填料，其特征在于，所述铝合金带材的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、按如下组分及质量百分比配料，熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭：
Si＝0.06～0.10％、Fe＝0.25～0.28％、Cu≤0.01％、Mg≤0.01％、Mn≤0.01％、Cr≤0.01％、Zn≤0.01％、Ti≤0.15％、Ga≤0.01％、V≤0.01％、Ni≤0.01％，余量为Al，其中，元素Fe/Si＝2.5～3.5；具体包括：
步骤S11、按上述组分及质量百分比配料得到熔体，并将所述熔体熔炼成铝液，熔炼所述铝液时的温度小于或等于750℃；其中，元素Fe、Si、Ti在所述熔体的温度达到730～750℃后添加，且元素Fe采用中间合金的方式配置，元素Si采用金属硅的方式配置，元素Ti采用在线加入Al-5Ti-0.2B丝的方式配置；
步骤S12、对所述铝液进行电磁搅拌使所述铝液的化学成分均匀，之后进行第一次扒渣；
步骤S13、将第一次扒渣后的所述铝液转入保温炉中进行精炼；
步骤S14、将精炼后的所述铝液进行第二次扒渣，之后静置30～40min；
步骤S15、将静置后的所述铝液经过除气箱进行除气，所述除气箱内的氢含量小于0.15mL/100gAl，在所述铝液进入所述除气箱之前按上述元素Ti的质量百分比以在线加入Al-5Ti-0.2B丝的方式添加；除气后的所述铝液经过过滤箱进行双级过滤；过滤后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭，铸造的速度为45～50mm/min，铸造的铸造水流量为230～280L/min；
步骤S2、对所述铸锭进行热轧，得到厚度为4.0mm的热轧坯料：
步骤S21、对所述铸锭进行铣削，大面铣削为15mm每面；
步骤S22、将铣面之后的所述铸锭进行均匀化处理；均匀化处理时所述铸锭的温度为575±5℃，保温时间为7h，当炉内温度降至495±5℃时，再保温2～3h后出炉；
步骤S23、对均匀化处理后的所述铸锭进行热连轧，得到厚度为4.0mm的所述热轧坯料；所述热连轧包括采用单机架进行的热粗轧和采用三机架依次进行的热精轧，热粗轧的轧制道次为27次，热粗轧结束后得到厚度为28mm的中间坯料，所述三机架对所述中间坯料依次进行的轧制道次为28mm→14mm→7mm→4.0mm的连续热精轧，终轧温度为290～310℃，以得到轧制厚度为4.0mm的所述热轧坯料；
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为0.15mm或0.2mm的成品铝卷：
步骤S31、对所述热轧坯料进行所述冷轧，得到厚度为0.15mm或0.2mm的所述成品铝卷；所述冷轧的轧制道次依次为4.0mm→1.8mm→0.85mm→0.45mm→0.245mm→中间退火→0.15mm，或所述冷轧的轧制道次依次为4.0mm→1.9mm→0.96mm→0.55mm→0.325mm→中间退火→0.2mm；冷轧的最后一道次轧制时控制成品铝卷的表面带油量小于或等于7mg/m2；
步骤S4、对所述成品铝卷进行精整，得到厚度为0.15mm或0.2mm的铝合金带材。
2.根据权利要求1所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S13中，所述精炼依次进行两次；第一次精炼使用氯气精炼30～40min，第二次精炼使用氩气精炼10～15min。
3.根据权利要求1所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S12中的第一次扒渣和所述步骤S14中的第二次扒渣均通过扒渣车进行。
4.根据权利要求1所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S15中，除气后的所述铝液经过过滤箱进行双级过滤包括：40PPi陶瓷过滤板和60PPi陶瓷过滤板。
5.根据权利要求1所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S31中，所述中间退火采用完全再结晶退火工艺。
6.根据权利要求1所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S31中，进行所述中间退火前，对铝卷进行清洗以去除轧制油和铝粉。
7.根据权利要求6所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S31中，中间退火时铝卷的温度为395±5℃，保温时间为30h。
8.根据权利要求7所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S31中，中间退火后的铝卷采用粗糙度Ra＝1.3～1.7μm的工作辊对所述铝卷进行轧制，得到厚度为0.15mm或0.2mm的所述成品铝卷，中间退火后对所述铝卷进行轧制的速度为250～350m/min。
9.根据权利要求1所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S31中，冷轧的最后一道次轧制时，通过轧机吹扫、清洁方式控制所述成品铝卷的表面带油量小于或等于7mg/m2。
10.一种铝合金带材，其特征在于，所述铝合金带材由权利要求1至9任意一项所述铝合金带材的制备方法制成，所述铝合金带材用于制作蒸馏塔的空气分离填料。
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