本發明涉及一種稀土鋁合金材質制成的油氣管型材及其制備方法。

背景技術：

長期以來油氣管型材是汽車，機床，大小型機械，設備制造，液壓等通油通氣領域中的主要部件。特別是近幾年國民經濟實現了持續快速增長，汽車，機床等設備制造業的迅速發展，對汽車，機床，大小型機械等帶來更多的市場需求,隨之而來的是對油氣管型材需求量增大并提出了更高的要求。目前設備制造領域使用的油氣管型材大多數都是用銅材質制成，少數有使用普通鋁合金或純鋁材質制成的。為此生產油氣管型材需要大量的銅原料，而我國是一貧銅的國家，每年工業所需銅原料大量由進口而來，對國家這一戰略物資的儲備是當務之急。而我國的鋁資源儲備量豐富，以鋁代銅為思路研發了一種稀土鋁合金油氣管型材是根據稀土鋁合金材質優良的物理特性及耐腐蝕性，使用有特定配方的稀土鋁合金材質經鑄錠扎制再經型材工藝制成油氣管型材。稀土鋁合金油氣管型材有以下優點，比銅材質油氣管型材成本低但有比銅材質及普通鋁合金或純鋁材質的油氣管型材更好的耐腐蝕性及更好的機械物理性能。在汽車，機床，大小型機械，液壓等通油通氣設備領域使用稀土鋁合金油氣管型材將為國家節約大量的銅材，在設備制造業及汽車制造業中降低生產成本。其優良的機械物理性能在設備制造各工藝環節減少能耗。如申請號CN2015103104628公開了一種稀土改性鋁合金材料及其方法；其利用特定的多種稀土金屬以及Cu、Zn、Mn、Ni，制備了一種高載合的稀土鋁合金。但是其原料中仍需要銅金屬，同時需要特定的多種稀土金屬，這樣造成了制造成本高，難以實現大批量的生產。

技術實現要素：

針對銅材料市場需求高，現有的稀土鋁合金制備成本高而導致的大批量生產油氣管型材成本高，本發明提供一種成本較低、綜合物理性能都較好的稀土鋁合金油氣管型材及其制備方法。

本發明采用的技術方案如下：

使用了一種以稀土鋁合金材質制成油氣管型材，稀土鋁合金材質為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：特配稀土鋁合金材質，所述S的含量與Mg的含量的總和不超過0.35wt％，Fe的含量不超過0.5wt％，Si＝0.05wt％～0.15wt％；R＝0.005wt％～0.25wt％；余量的為Al；所述S為V、Ti、Cr、Mn、Ni中的一種或多種元素組合，R為稀土中的一種或多種元素組合。對于制備不同的部件，因要求的性能指標不一樣采用不同的配方。

優選的，Fe的含量為0.02wt％～0.4wt％；Mg＝0.05wt％～0.12wt％；S＝0.02wt％～0.25wt％。

優選的，特配稀土鋁合金材質，所述鋁合金材質的抗拉強度≥200MPa；斷裂伸長率≥20％；腐蝕率≤0.004mm/a；平均蠕變速度≤6×10-2％/h；疲勞彎折次數≥30。

優選的，所述稀土鋁合金還包括Ag、Cu、V金屬的一種或幾種。

本發明還提供了上述的稀土鋁合金材質的制備方法，包括以下步驟：

(1)鑄造稀土鋁合金鑄錠：根據上述配比配置好各個組份的量；

(2)將步驟(1)的稀土鋁合金鑄錠進行固溶處理；固溶處理的溫度為450℃～650℃，時間為45min～60min；

(3)將步驟(2)處理后的所述稀土鋁合金鑄錠進行與時效處理；

(4)將步驟(3)時效處理后的稀土鋁合金鑄錠進行軋制后再進行軟化處理；

(5)將步驟(4)處理后的稀土鋁合金進行油氣管型材成型處理及后處理。

稀土鋁合金固溶處理的溫度為450℃～650℃，時間為45min～60min；所述時效處理的溫度為300℃～480℃，時間為1h～4h。軟化處理的溫度為145℃～160℃，時間為3h～6h。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是：

1.本發明采用了鐵等低成本輔助元素，同時加入少量的稀土元素能夠凈化合金，細化晶粒和組織。稀土能很好的改善耐腐蝕性，鐵能夠改善稀土鋁合金的機械強度與拉伸性能，明顯提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能與抗疲勞性能；一方面極大的提高了稀土鋁合金的綜合物理性能，另一方面降低了成本。本申請還限定了S與Mg的比例總和，控制好添加元素的比例能夠保障對稀土鋁合金性能不同的需求，稀土合金各成份良好的匹配使其具有較好的耐腐蝕性與機械物理綜合性能。該方法制成的稀土鋁合金油氣管型材較現有銅材質油氣管型材機械物理性能大幅提高，腐蝕率≤0.004mm/a優于于銅材質油氣管型材及純鋁或普通鋁合金材質油氣管型材，造價低于銅材質油氣管型材，使用壽命較銅材質油氣管型材提高15～20年，稀土鋁合金油氣管型材的耐腐蝕性與機械物理性能得以顯著提升。同時本申請采用的合成稀土鋁合金油氣管型材方法簡易，步驟少，利于大批量的工業生產。

2.合理控制時效處理和軟化處理的處理溫度和時間，提高合金的內部有序性，增強稀土鋁合金的耐腐蝕性與機械物理性能。

附圖說明

圖1為制造稀土鋁合金油氣管型材工藝流程圖。

圖2為稀土鋁合金油氣管材示意圖

圖3為稀土鋁合金閥門件示意圖

圖4為稀土鋁合金金相圖對比圖。

具體實施方式

本發明申請公開的稀土鋁合金材質為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：Fe＝0.02wt％～0.4wt％；Si＝0.05wt％～0.15wt％；Mg＝0.05wt％～0.12wt％；S＝0.02wt％～0.25wt％；R＝0.005wt％～0.25wt％；余量的為Al；所述S為V、Ti、Cr、Mn、Ni中的一種或多種元素組合，R為稀土中的一種或多種元素組合，對于制備不同的部件，因要求的性能指標不一樣采用不同的配方。

本發明申請中采用的基體鋁為用工業用純鋁，由于鋁原料在我國儲存較大本申請中使用的純鋁具有原料供應充足、成本低、采購方便等優勢；基體鋁可以采用純度為99.5％～99.9％純鋁作為基體合金原料，鋁基的純度越高合成的稀土鋁合金材質品質更高，最后制成的稀土鋁合金油氣管型材的耐腐蝕性和機械物理性能更好。

本發明申請中采用鋁為基體，添加了微量的鐵，鐵可以改善鋁合金的機械強度和拉伸性能，提高鋁基的抗張強度、屈服極限以及耐熱性能，提高合金的塑性，合金中鋁與鐵析出部分有Al3Fe，Al2Fe3、Al4Fe5化合物，彌散析出相能增強合金的抗疲勞性能和高溫運行的耐熱性能，鐵的含量為0.05wt％～0.5wt％。

本發明申請中采用鋁為基體，添加了微量的Mg能很好的改善耐腐蝕性，使得原鋁基材質耐腐蝕性得以顯著提高，同時減少對因加鐵后對耐腐蝕性影響，又不失去因加鐵對機械物理性能的提高。對Mg含量的加入應準確控制是對腐蝕率與物理性能的平衡，Mg的含量為0.05wt％～0.12wt％。

本發明申請中采用鋁為基體，添加了微量的S成份，S為V、Ti、Cr、Mn、Ni中的一種或多種元素組合，所述S成份的加入可以提高合金的強度以及高溫蠕變性能，并能改善抗疲勞性能，有助提高Fe、Mg固溶體在鋁基中有序排列。Ti、Ni還可以改善合金的加工特性，V、Mn可以提高機械強度，提高耐腐蝕性，S的含量為0.02wt％～0.25wt％。

本發明申請中采用鋁為基體，添加了微量的R成份的稀土元素，所述稀土元素R為鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鈧(Sc)和釔(Y)中的一種或多種元素組合。所述R不僅可以提高合金的耐腐蝕性能，還能提高合金的抗疲勞性能，延長油氣管型材的使用壽命,提高合金的超塑性及熱學性能，改善合金的焊接性能。顯助提高Fe、Mg固溶體在鋁基中有序排列以增加耐腐蝕性。所述R的含量R＝0.005wt％～0.25wt％，優選地，其中R 總含量的55％應為Ce或La。

本發明申請中提供了一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金油氣管型材的制備方法，包括以下步驟：

(1)鑄造稀土鋁合金鑄錠；按上述比例配方將各元素配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為760℃下熔煉，得到熔體稀土鋁合金，再在680℃以下將熔體稀土鋁合金進行鑄造，得到稀土鋁合金鑄錠。

(2)制備完成稀土鋁合金鑄錠后，將所述稀土鋁合金鑄錠進行熱處理，首先對稀土鋁合金鑄錠進行固溶處理，固溶處理的溫度為450℃～650℃，時間為45min～60min，固溶處理能夠提高鋁合金的機械強度與高溫抗蠕變性能及提高固溶體的有序性。固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠將進行時效處理，時效處理的溫度為300℃～480℃，時間為1h～4h，通過時效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能。

(3)將經過固溶處理，時效處理的稀土鋁合金再進行軟化處理，軟化處理的溫度為145℃～160℃，時間為3h～6h在惰性氣體下進行。所述軟化處理能夠消除加工過程中的殘余應力，進一步改善稀土鋁合金的性能，尤其是優化稀土鋁合金的機械性能與耐腐蝕性，提高鋁合金的延展性能與抗疲勞性能，見圖4的金相圖對比。

(4)將經固溶處理與時效處理與軟化處理后的稀土鋁合金鑄錠進行軋制，得到的稀土鋁合金的抗拉強度≥200MPa；斷裂伸長率≥20％；腐蝕率≤0.004mm/a；平均蠕變速度≤6×10-2％/h；疲勞彎折次數≥30的制備稀土鋁合金油氣管型材的胚料。

(5)按傳統型材制做工藝將稀土鋁合金油氣管型材的胚料制成所需的型材：如管材，連接器等，此時制成的稀土鋁合金油氣管型材需經過退火處理，退火溫度為400℃～420℃，時間為18～28h.

(6)經過退火處理的稀土鋁合金油氣管型材再經過化學，機械，物理等性能的檢驗后為最終稀土鋁合金油氣管型材，有需保證物理尺寸的部件還需經過精加工過程才能成為最終成品。

附圖4中展示了鋁基原材質金相圖和稀土鋁合金金相圖，鋁基原材質金相圖外表不規則，可以看到稀土鋁合金金相圖的更為平整規則，從而可以判斷其物理性能更加好。

本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，以下所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護的范圍。

本發明的實施方式包括但不限于下列實施例。

[實施例1]

(7)本實施例一種稀土鋁合金管材，適用于汽車用各型油管所需的管材，見圖2。

(8)本實施例公開的稀土鋁合金材質為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：0.39wt％的Fe；0.05wt％的Si；0.031wt％的Mg；V0.2wt％的S；0.24wt％的R；余量的為Al；采用純度為99.80％純鋁作為基體合金原料，鑄造稀土鋁合金鑄錠；按上述比例配方將鋁鐵合金，鋁硅合金，鋁鎂合金，鋁S合金，鋁R合金配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為760℃熔煉，得到熔體稀土鋁合金，在鋁合金熔體中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min再在650℃將熔體稀土鋁合金進行鑄造，得到稀土鋁合金鑄錠。

(9)將所述稀土鋁合金鑄錠進行熱處理，首先對稀土鋁合金鑄錠進行固溶處理，固溶處理的溫度為650℃，時間為60min，固溶處理能夠提高鋁合金的機械強度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性。固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠將進行時效處理，時效處理的溫度為480℃，時間為4h，通過時效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能。時效處理后的稀土鋁合金再進行軟化處理，軟化處理的溫度為160℃，時間為6h在惰性氣體下進行。

(10)得到滿足要求的抗拉強度等于230MPa；斷裂伸長率等于25％；腐蝕率≤0.0038mm/a；平均蠕變速度等于6×10-2％/h；疲勞彎折次數等于36的制備稀土鋁合金管材的胚料。

(11)按傳統管材制做工藝將稀土鋁合金管材的胚料制成所需型號的管材，此時制成的稀土鋁合金管材需經過退火處理，退火溫度為430℃，時間為24h。再經過化學，機械，物理等性能的檢驗合格后為最終稀土鋁合金管材件，

[實施例2]

(12)本實施例制做一種稀土鋁合金管材，適用于液壓機所需液壓泵輸油管的管材，見圖2。

(13)本實施例公開的稀土鋁合金材質為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：0.31wt％的Fe；0.07wt％的Si；0.045wt％的Mg；S是利用的V，0.21wt％的V；0.003wt％的R；采用純度為99.80％純鋁作為基體合金原料，鑄造稀土鋁合金鑄錠；按上述比例配方將鋁鐵合金，鋁硅合金，鋁鎂合金，鋁S合金，鋁R合金配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為740℃熔煉，得到熔體稀土鋁合金，在鋁合金熔體中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min再在650℃將熔體稀土鋁合金進行鑄造，得到稀土鋁合金鑄錠。

(14)將所述稀土鋁合金鑄錠進行熱處理，首先對稀土鋁合金鑄錠進行固溶處理，固溶處理的溫度為620℃，時間為60min，固溶處理能夠提高鋁合金的機械強度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性。固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠將進行時效處理，時效處理的溫度為470℃，時間為3.6h，通過時效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能。時效處理后的稀土鋁合金再進行軟化處理，軟化處理的溫度為160℃，時間為6h在惰性氣體下進行。

(15)得到滿足要求的抗拉強度等于245MPa；斷裂伸長率等于24％；腐蝕率≤0.004mm/a；平均蠕變速度等于5.8×10-2％/h；疲勞彎折次數等于35的制備稀土鋁合金管材的胚料。

(16)按傳統管材制做工藝將稀土鋁合金管材的胚料制成所需型號的管材，此時制成的稀土鋁合金管材需經過退火處理，退火溫度為425℃，時間為23.5h。再經過化學，機械，物理等性能的檢驗合格后為最終稀土鋁合金管材件，

[實施例3]

(17)本實施例制做一種稀土鋁合金板材，適用于空氣壓縮機的空氣管道的管材，見圖2。

(18)本實施例公開的稀土鋁合金材質為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：0.22wt％的Fe；0.09wt％的Si；0.065wt％的Mg；S是Ti和Ni，0.13wt％的Ti和0.05wt％的Ni；0.11wt％的R；采用純度為99.80％純鋁作為基體合金原料，鑄造稀土鋁合金鑄錠；按上述比例配方將鋁鐵合金，鋁硅合金，鋁鎂合金，鋁S合金，鋁R合金配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為720℃熔煉，得到熔體稀土鋁合金，在鋁合金熔體中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min再在650℃將熔體稀土鋁合金進行鑄造，得到稀土鋁合金鑄錠。

(19)將所述稀土鋁合金鑄錠進行熱處理，首先對稀土鋁合金鑄錠進行固溶處理，固溶處理的溫度為590℃，時間為55min，固溶處理能夠提高鋁合金的機械強度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性。固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠將進行時效處理，時效處理的溫度為450℃，時間為3.3h，通過時效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能。時效處理后的稀土鋁合金再進行軟化處理，軟化處理的溫度為155℃，時間為5.5h在惰性氣體下進行。

(20)得到得到滿足要求的抗拉強度等于236MPa；斷裂伸長率等于23％；腐蝕率≤0.004mm/a；平均蠕變速度等于5.3×10-2％/h；疲勞彎折次數等于34的制備稀土鋁合金板材的胚料。

(21)按傳統板材制做工藝將稀土鋁合金板材的胚料制成所需型號的板材，此時制成的稀土鋁合金板材需經過退火處理，退火溫度為410℃，時間為23h。再經過化學，機械，物理等性能的檢驗合格后為最終稀土鋁合金板材件，

[實施例4]

(22)本實施例制做一種稀土鋁合金閥門件，適用于輸油管的管件連通體所需的閥門件，見圖3。

(23)本實施例公開的稀土鋁合金材質為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：0.12wt％的Fe；0.12wt％的Si；0.081wt％的Mg；0.12wt％的V；0.02wt％的R；采用純度為99.80％純鋁作為基體合金原料，鑄造稀土鋁合金鑄錠；按上述比例配方將鋁鐵合金，鋁硅合金，鋁鎂合金，鋁S合金，鋁R合金配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為730℃熔煉，得到熔體稀土鋁合金，在鋁合金熔體中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min再在650℃將熔體稀土鋁合金進行鑄造，得到稀土鋁合金鑄錠。

(24)將所述稀土鋁合金鑄錠進行熱處理，首先對稀土鋁合金鑄錠進行固溶處理，固溶處理的溫度為560℃，時間為55min，固溶處理能夠提高鋁合金的機械強度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性。固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠將進行時效處理，時效處理的溫度為430℃，時間為3h，通過時效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能。時效處理后的稀土鋁合金再進行軟化處理，軟化處理的溫度為155℃，時間為5.5h在惰性氣體下進行。

(25)得到滿足要求的抗拉強度等于210MPa；斷裂伸長率等于22％；腐蝕率≤0.003mm/a；平均蠕變速度等于5.1×10-2％/h；疲勞彎折次數等于33的制備稀土鋁合金閥門件的胚料。

(26)按傳統閥門件壓鑄制做工藝將稀土鋁合金閥門件的胚料制成所需型號的閥門件，此時制成的稀土鋁合金閥門件需經過退火處理，退火溫度為415℃，時間為22h。為保證所需型號的物理尺寸再經過精加工工藝，通過化學，機械，物理等性能的檢驗合格后為最終稀土鋁合金板閥門件。