高速船舶用5xxx系列鋁合金擠壓型材配方及制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發明屬于金屬材料領域，尤其涉及高速船舶用5xxx系列鋁合金擠壓型材配方，其配方由以下元素組分按重量百分比配制而成,0.18-0.22%的Si,4.5-5.5%的Mg,0.15-0.25%的Fe,0.5-1.0%的Mn，0.05-0.25%的Cr，0.2-0.25%的Zn，0.1-0.15%的Ti,其余單個雜質含量≤0.05%，其余雜質合計≤0.15%，余量為Al。一種高速船舶用5xxx系列鋁合金擠壓型材的制造工藝，包括熔鑄、均質化、鑄錠加熱、擠壓及熱處理步驟，按照該配方及工藝生產的鋁型材組織、性能均勻穩定、擠壓速度快，無剝落腐蝕現象、應力腐蝕性能強陽極電流恒載壽命大于5小時。
【專利說明】高速船舶用5xxx系列鋁合金擠壓型材配方及制造工藝
[0001]【【技術領域】】
本發明屬于金屬材料領域，尤其涉及高速船舶用5XXX系列鋁合金擠壓型材配方及制造工藝
【【背景技術】】
船舶的工作環境要求其結構材料具有高的比強度、韌性、耐蝕性、抗疲勞、抗沖擊及良好的焊接性等綜合性能，尤其是行駛在海洋環境中的船舶，因海水含有大量的Cl—，是一種典型的電解溶液，具有很強的腐蝕性，在這種強腐蝕環境及應力作用下，更要求船用材料具有優異的抗電化學腐蝕及抗應力腐蝕性能。在傳統材料中，雖然鋼鐵及高分子基復合材料在船舶制造中有大量的應用，但是鋁合金材料具有鋼鐵及高分子材料不具備的一系列綜合性能，高比強度和耐蝕性、優良的加工成形性和焊接性、易回收及抗老化等特點使得鋁合金在船舶制造上的應用越來越多，并且潛力巨大、前景廣闊。目前5XXX系鋁合金，具有較高的強度、良好的塑性、抗蝕性及焊接性，在制作船板、船外殼、船體下層結構中顯示了其重要地位，是建立船體結構的重要材料。
[0002]然而，相對于板材而言，5XXX系合金擠壓型材加工卻有相當的技術難度，傳統鑄造5XXX系鋁合金鑄棒采用半連續鑄造等方法，生產效率低，成分偏析及熱裂等熔鑄缺陷屢見不鮮；擠壓速度緩慢，溫度-速度條件控制不當時，產品極易出現周期性裂紋和粗晶環等缺陷。這些問題一直是先進5ΧΧΧ鋁合金型材加工領域期待解決或完善的。迄今，國內高性能5ΧΧΧ系鋁合金型材甚至板材產品的需求一定程度上依賴于國外進口，造船成本居高不下，嚴重制約了我國造船業的發展，對我國先進鋁工業發展也極為不利。
[0003]【
【發明內容】
】
本發明旨在解決上述問題，而提供一種組織、性能均勻穩定、耐腐蝕性能強的高速船舶用5χχχ系列招合金擠壓型材配方及制造工藝。
[0004]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是高速船舶用5ΧΧΧ系列鋁合金擠壓型材配方，其配方由以下元素組分按重量百分比配制而成，0.18-0.22%的Si，4.5-5.5%的Mg, 0.15-0.25% 的 Fe, 0.5-1.0% 的 Mn, 0.05-0.25% 的 Cr, 0.2-0.25% 的 Zn, 0.1-0.15% 的Ti,其余單個雜質含量< 0.05%，其余雜質合計<0.15%，余量為Al，各組分的重量百分比總和為100%ο
[0005]進一步的，提供一種高速船舶用5ΧΧΧ系列鋁合金擠壓型材配方，各元素組分及重量百分比為 0.2% 的 Si, 4.5-4.8% 的 Mg, 0.2% 的 Fe, 0.6-0.9% 的 Mn, 0.05-0.2% 的 Cr, 0.25%的Zn，0.1-0.15%的Ti，其余單個雜質含量< 0.03%，其余雜質合計< 0.15%，余量為Al，各組分的重量百分比總和為100%。[0006]進一步的，提供一種高速船舶用5ΧΧΧ系列鋁合金擠壓型材配方，各元素組分及重量百分比為 0.2% 的 Si, 5.1-5.4% 的 Mg, 0.2% 的 Fe, 0.7-1.0% 的 Mn, 0.05-0.25% 的 Cr,
0.25%的Zn, 0.1-0.15%的Ti,其余單個雜質含量< 0.03%，其余雜質合計< 0.15%，余量為Al,各組分的重量百分比總和為100%。
[0007]進一步的，提供一種高速船舶用5ΧΧΧ系列鋁合金擠壓型材的制造工藝，包括熔鑄、均質化、鑄錠加熱、擠壓及熱處理步驟，其特征在于:所述的熔鑄步驟采用熱頂鑄造工藝，通過Ar氣-熔劑混合精煉，用55%NaCl+45%KCl作為覆蓋劑，熔煉溫度為700_730°C，澆注溫度為680-710°C，熔鑄時合金的加料順序為:A1、A1-Mn、Al-Cr、Mg。
[0008]進一步的，均質化步驟對鑄錠在490°C環境下進行均勻化處理，保溫時間為8h。
[0009]進一步的，擠壓步驟在3600T噸位擠壓機上進行擠壓，擠壓筒直徑為275mm，擠壓比為35，錠坯加熱溫度460-500°C，擠壓速度為4_8m/min，擠壓筒加熱溫度為440_460°C，模具加熱溫度為460-480°C，擠壓溫度為490°C，型材出口溫度控制在500°C以內。
[0010]本發明的貢獻在于，提供了一種高速船舶用5XXX系列鋁合金擠壓型材配方及其制造工藝，按照該配方及工藝生產的鋁型材組織、性能均勻穩定、擠壓速度快，主要技術參數可以達到:成材率> 98%，擠壓速度> 5 m/min，擠壓型材成材率> 85%，抗拉強度≥ 350MPa,屈服強度≥210 MPa,延伸率≥15%的標準，剝落腐蝕性優于ASTM-G66標準，無剝落腐蝕現象；應力腐蝕性能達到或優于GJB 1742-93附錄B標準，陽極電流恒載壽命大于5小時。有效克服傳統鑄造5XXX系鋁合金生產效率低，成分偏析及熱裂等熔鑄缺陷；同時也有效克服了擠壓速度緩慢，溫度-速度條件控制不當時，產品出現的周期性裂紋和粗晶環等缺陷。
[0011]【【具體實施方式】】
下列實施例是對本發明的進一步解釋和補充，對本發明不構成任何限制。
[0012]實施例1
本實施例采用 0.2% 的 Si, 5.0% 的 Mg, 0.2% 的 Fe, 0.7% 的 Mn,0.15% 的 Cr, 0.25% 的Zn，1.0%的Ti，其余單個雜質含量≤0.05%，其余雜質合計≤0.15%，余量為Al，各組分的重量百分比總和為100%的配方進行高速船舶用5XXX系列鋁合金擠壓型材的制造。采用熱頂鑄造機進行熔鑄，使用Ar氣-熔劑混合精煉，用55%NaCl+45%KCl作為覆蓋劑，熔煉溫度為700-730°C，澆注溫度為680-710°C，熔鑄時合金的加料順序為:A1、Al-Mn, Al-Cr, Mg，Al-T1-B細化劑在線添加，熔煉最后除氣、扒渣。在溫度為700~730°C時，鑄造(95_265mm)的圓錠，通過熱頂鑄造制造處的鋁合金鑄棒外觀與內部質量均達到指標要求，小規格(95-120mm)鑄棒每次鑄造30-36支，中等以上規格(165-265mm)鑄棒每次鑄造16-26支，鑄造速度達80mm/min以上，鑄棒成材率達98%以上，生產效率數倍于目前國內普遍采用的半連續鑄造方法，效果顯著，并且鑄棒表面質量良好，整齊光亮，幾乎無偏析缺陷，擠壓前無須車皮處理。均勻化退火在均質爐中進行，對鑄錠進行490°C均勻化實驗，保溫時間為8h，出爐后水冷。在3600T噸位擠壓機上進行擠壓試驗，擠壓筒直徑為275mm，擠壓比為35，錠坯加熱溫度480°C，擠壓速度為5m/min，并現場根據實際需要調節，擠壓筒加熱溫度為450°C，模具加熱溫度為470°C，擠壓溫度為490°C，型材出口溫度控制在500°C以內，采用風冷淬火，再空冷，通過該方法擠壓出來的鋁合金基體晶粒呈現熱變形狀態，第二相充分固溶，少量未固溶第二相破碎沿擠壓方向排列，均勻分布，其尺寸為0.5mm左右,性能良好。
[0013]實施例2
本實施例采用 0.2% 的 Si, 5.3% 的 Mg, 0.2% 的 Fe, 0.8% 的 Mn,0.22% 的 Cr, 0.25% 的Zn，1.5%的Ti，其余單個雜質含量≤0.05%，其余雜質合計≤0.15%，余量為Al，各組分的重量百分比總和為100%的配方進行高速船舶用5XXX系列鋁合金擠壓型材的制造。采用熱頂鑄造機進行熔鑄，使用Ar氣-熔劑混合精煉，用55%NaCl+45%KCl作為覆蓋劑，熔煉溫度為700-730°C，澆注溫度為680-710°C，熔鑄時合金的加料順序為:A1、Al-Mn, Al-Cr, Mg，Al-T1-B細化劑在線添加，熔煉最后除氣、扒渣。在溫度為700~730°C時，鑄造(95_265mm)的圓錠，通過熱頂鑄造制造處的鋁合金鑄棒外觀與內部質量均達到指標要求，小規格(95-120mm)鑄棒每次鑄造30-36支，中等以上規格(165-265mm)鑄棒每次鑄造16-26支，鑄造速度達80mm/min以上，鑄棒成材率達98%以上，生產效率數倍于目前國內普遍采用的半連續鑄造方法，效果顯著，并且鑄棒表面質量良好，整齊光亮，幾乎無偏析缺陷，擠壓前無須車皮處理。均勻化退火實驗在均質爐中進行，對樣品進行490°C均勻化實驗，保溫時間為8h，出爐后水冷。在3600T噸位擠壓機上進行擠壓試驗，擠壓筒直徑為275mm，擠壓比為35，錠坯加熱溫度480°C，擠壓速度為5m/min，并現場根據實際需要調節，擠壓筒加熱溫度為4500C，模具加熱溫度為470°C，擠壓溫度為490°C，型材出口溫度控制在500°C以內，采用風冷淬火，再空冷。對本實施例所生產的鋁合金進行剝落腐蝕行為的實驗，實驗結果如下表所示:
【權利要求】
1.一種高速船舶用5XXX系列鋁合金擠壓型材配方，其特征在于:配方由以下元素組分按重量百分比配制而成，0.18-0.22% 的 Si，4.5-5.5% 的 Mg，0.15-0.25% 的 Fe，0.5-1.0%的 Mn, 0.05-0.25% 的 Cr, 0.2-0.25% 的 Zn, 0.1-0.15% 的 Ti,其余單個雜質含量≤ 0.05%,其余雜質合計≤0.15%，余量為Al，各組分的重量百分比總和為100%。
2.如權利要求1所述的一種高速船舶用5XXX系列鋁合金擠壓型材配方，其特征在于:各元素組分及重量百分比為0.2%的Si，4.5-4.8%的Mg，0.2%的Fe，0.6-0.9%的Mn，0.05-0.2%的Cr，0.25%的Zn，0.1-0.15%的Ti,其余單個雜質含量≤0.03%,其余雜質合計≤0.15%，余量為Al，各組分的重量百分比總和為100%。
3.如權利要求1所述的一種高速船舶用5XXX系列鋁合金擠壓型材配方，其特征在于:各元素組分及重量百分比為0.2%的Si, 5.1-5.4%的Mg, 0.2%的Fe, 0.7-1.0%的Mn，0.05-0.25%的Cr, 0.25%的Zn, 0.1-0.15%的Ti,其余單個雜質含量≤ 0.03%，其余雜質合計≤0.15%，余量為Al，各組分的重量百分比總和為100%。
4.一種高速船舶用5XXX系列鋁合金擠壓型材的制造工藝，包括熔鑄、均質化、鑄錠加熱、擠壓及熱處理步驟，其特征在于:所述的熔鑄步驟采用熱頂鑄造工藝，通過Ar氣-熔劑混合精煉，用55%NaCl+45%KCl作為覆蓋劑，熔煉溫度為700_730°C，澆注溫度為680_710°C，熔鑄時合金的加料順序為:A1、Al-Mn, Al-Cr、Mg。
5.如權利要求4所述的高速船舶用5XXX系列鋁合金擠壓型材的制造工藝，其特征在于:所述的均質化步驟對鑄錠在490°C環境下進行均勻化處理，保溫時間為8h。
6.如權利要求5所述的高速船舶用5XXX系列鋁合金擠壓型材的制造工藝，其特征在于:所述的擠壓步驟在3600T噸位擠壓機上進行擠壓，擠壓筒直徑為275mm，擠壓比為35，錠坯加熱溫度460-500°C，擠壓速度為4-8m/min，擠壓筒加熱溫度為440_460°C，模具加熱溫度為460-480°C，擠壓溫度為490°C，型材出口溫度控制在500°C以內。
【文檔編號】C22C21/08GK103993207SQ201410165491
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年4月24日 優先權日:2014年4月24日
【發明者】羅銘強, 黃和鑾, 王志紅 申請人:廣東興發鋁業有限公司, 廣東興發鋁業（江西）有限公司, 興發鋁業（成都）有限公司