CN111270116A - 一种Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种Al‑Cu‑Mg合金超大规格铸锭的制备方法，包括：依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、晶粒细化、铸造和锯切；所述铸造过程中的冷却水温度为20～26℃，冷却水流量为85～105m³/h，铸造速度为44～46mm/min。本发明通过对冷却水温度、流量，铸造速度进行精确控制，使制备的合金不易产生应力集中，并且冷却均匀性较好，不易出现铸锭开裂和皮下裂纹，成材率较高。

Description

一种Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的制备方法。

背景技术

目前厚度480～520×宽度1900～2100mm规格合金按照常规小规格铸锭进行生产，造成合金容易产生应力集中，并且冷却均匀性不够，易出现铸锭开裂和皮下裂纹，铸锭成型困难，加工后报废量很大，不能满足用户对铸锭的批量化生产的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的制备方法，本发明提供的方法制备得到的铸锭成材率较高，能够满足用户需求。

本发明提供了一种Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的制备方法，包括：

依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、晶粒细化、铸造和锯切。

在本发明中，所述配料过程中优选采用铝锭或一级废料投料。本发明对所述配料过程中所采用的合金原料没有特殊的限制，本领域技术人员可根据所需制备的铝合金成分选择含有所需元素的单质或合金作为合金原料进行配料。

在本发明中，所述配料过程中Si的质量含量优选控制为≤0.10％；Fe的质量含量优选控制为≤0.25％；Cu的质量含量优选控制为4.1～4.9％，更优选为4.3～4.7％，最优选为4.35～4.65％；Mn的质量含量优选控制为0.4～0.8％，更优选为0.5～0.7％，最优选为0.55～0.65％；Mg的质量含量优选控制为1.3～1.8％，更优选为1.4～1.7％，最优选为1.45～1.65％；其他元素的质量含量优选控制为不超过0.15％。

在本发明中，所述熔炼过程中优选包括炉内精炼，所述炉内精炼的温度优选为710～730℃，更优选为715～725℃，最优选为720℃；所述炉内精炼的时间优选为15～30min，更优选为20～30min；所述熔炼过程中优选还包括在线除气精炼，所述在线除气精炼的气体优选为氩气，所述在线除气精炼的温度优选为710～725℃，更优选为710～720℃；所述在线除气精炼过程中的在线过滤的温度优选为700～720℃，更优选为705～720℃，最优选为705～715℃。

在本发明中，所述成分调整优选为：合金熔化后取样分析，将Si、Fe、Cu、Mn和Mg的质量含量调整至预得到的铝合金成分范围或配料过程中的成分含量范围；将Ti的质量含量调整至0.012～0.018％，更优选为0.014～0.016％。

在本发明中，所述熔体净化优选为：炉内采用氮氯混合气体进行精炼除气，在线采用氩气进行精炼除气，同时在线采用板式或深床进行除渣，确保熔体纯净度达到要求。

在本发明中，所述晶粒细化过程中晶粒细化剂优选按1.1～1.3kg/吨加入，更优选为1.2kg/吨加入，即每吨合金液中加入1.1～1.3kg的晶粒细化剂。本发明对所述晶粒细化剂的具体成分没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际情况选择合适成分的晶粒细化剂，所述晶粒细化剂可由市场购买获得。

在本发明中，所述铸造过程中的铸造速度优选为44～46mm/min，更优选为45mm/min；冷却水流量优选为85～105m³/h，更优选为90～100m³/h，最优选为95m³/h；铸造温度优选为710～730℃，更优选为710～725℃，最优选为710～720℃。

在本发明中，所述铸造过程中优选根据冷却水温度变化控制相应的冷却水流量以使冷却效果最佳，所述冷却水温度为23℃时，冷却水流量优选为95m³/h，冷却水每增加或降低1℃，优选增加或降低2％的冷却水流量，确保冷却效果达到最佳。

在本发明中，所述铸造过程中所采用的冷却水套的结构优选如图1所示，包括水腔，与所述水腔出口连通的管路，与所述管路出口连通的铸造工具(结晶器)安装工位；所述水腔的材质优选为不锈钢，所述管路上设置有球阀，所述管路的材质优选为橡胶；所述铸造过程中冷却水通过铸造机供水***进入冷却水套的水腔，再通过球阀、胶管(管路)等构件进入铸造工具(结晶器)，整个水通道采用不锈钢、橡胶或铝合金等材质，在生产过程中不易锈蚀，避免铁锈等杂物进入铸造工具中堵塞水孔而影响铸锭的冷却。

在本发明中，所述冷却水套优选为多个冷却水套组成的整体，以便按照多个铸造工具(结晶器)，更优选为四个冷却水套组成的整体，如图2所示，所述多个冷却水套整体的尺寸优选为5000×4000×200mm，可以安装四套铸造工具(结晶器)。

在本发明中，所述铸造过程中优选根据冷却水温度变化选择不同的冷却水进行冷却；所述铸造过程中使用的冷却水有循环水(工业用水)和新水(生产用水)两种，循环水温度随着季节变化而变化，温度在20～35℃范围波动，而新水温度变化较小，一般不超过26℃，所述铸造过程中的供水***同时接有循环水和新水，并在进水处进行温度测量，当水温低于26℃时采用循环水作为冷却水，当水温超过26℃时，将循环水切换为新水作为冷却水。

在本发明中，所述铸造过程中所采用的结晶器优选为弧形小面结晶器，其结果示意图如图3所示，根据预制备的铸锭宽度和厚度的不同，所述弧形小面结晶器的圆弧半径为优选为350～600mm，更优选为400～550mm，最优选为450～500mm；所述弧形小面结晶器的材质优选为铝合金，尺寸优选为2600×800×140mm。

本发明将铸造工具(结晶器)小面由平直结构(如图4所示，图4为现有技术中的平直小面结晶器)设计为圆弧结构，能有效降低铸造过程中铸锭小面的应力集中现象，减少铸造裂纹或轧制开裂现象。

在本发明中，采用一定弧度小面结构结晶器和不锈钢材质冷却水套，在减少铸锭开裂需求的同时增加工具的使用寿命，在提高生产效率同时降低生产成本。

在本发明中，所述铸造过程中优选控制流盘末端的温度为690～705℃，更优选为690～700℃。

在本发明中，所述铸造完成后得到的铸锭成分优选为：

0～0.10Wt％的Si；

0～0.25Wt％的Fe；

4.3～4.7Wt％的Cu；

0.5～0.7Wt％的Mn；

1.4～1.7Wt％的Mg；

0～0.15Wt％的Zn；

0～0.05Wt％的Ti；

余量为Al。

在本发明中，所述Si的质量含量优选为0.02～0.09％，更优选为0.04～0.08％；所述Fe的质量含量优选为0.08～0.25％，更优选为0.08～0.20％；所述Cu的质量含量优选为4.35～4.65％；所述Mn的质量含量优选为0.55～0.65％；所述Mg的质量含量优选为1.45～1.65％；所述Zn的质量含量优选为≤0.12％，更优选为≤0.10％；所述Ti的质量含量优选为0.01～0.04％，更优选为0.15～0.25％。

在本发明中，所述铸造完成后得到的铸锭的尺寸优选为厚度480～520×宽度1900～2100mm。

在本发明中，铸造后得到的铸锭经过锯切后经过化学成分、高低倍检测合格后发往后部工序。

本发明提供的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的制备方法使用一定弧度小面结构铸造工具代替小面直面结构工具；对铸造冷却水套选用不锈钢材质并对结构进行重新设计优化，避免产生的杂物堵塞，提高冷却的均匀性；使用的冷却水控制在一定温度范围内(20～26℃)，并根据冷却水温度变化选择不同的冷却水；生产前对铸造机速度运行进行确认，确保铸造速度可满足45±1mm/min控制要求；根据冷却水温度变化制定相应的水流量对应控制表；合理控制炉内、除气室、过滤盆温度及流槽和流盘预热，减少温度波动，确保流盘末端温度690～705℃；通过以上工艺的实施可实现厚度480～520×宽度1900～2100mm规格铸锭成型，并确保轧制没有开裂缺陷，满足用户对超大规格铸锭的需求。

本发明包括铸造水套外形设计、材质和结构；铸造工艺范围，铸造参数水温20～26℃及流量对应控制表，铸造速度45±1mm/min，流盘末端温度690～705℃；通过对冷却水温度、流量，铸造速度，熔体温度进行精确控制；同时对影响冷却均匀性铸造工具材质和结构加以控制，同时选用弧形小面结构工具；通过对铸造工具外形设计、材质和结构进行优化设计，对冷却水温度、流量，铸造速度，熔体温度进行精确控制，使制备的合金不易产生应力集中，并且冷却均匀性较好，不易出现铸锭开裂和皮下裂纹，成材率较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为冷却水套的结构示意图；

图2为四个冷却水套组成的整体结构示意图；

图3为弧形小面结晶器的结构示意图；

图4为平直小面结晶器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

实施例1

依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、晶粒细化、铸造和锯切，得到Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭；

所述配料过程中控制Si的质量含量≤0.10％，Fe的质量含量≤0.25％；Cu的质量含量4.1～4.9％，Mn的质量含量0.4～0.8％，Mg的质量含量1.3～1.8％，其他元素的质量含量不超过0.15％。

所述熔炼过程中炉内精炼的温度为710℃，所述炉内精炼的时间为15min；在线除气精炼的精炼气体为氩气，在线除气精炼的温度710℃，在线过滤的温度为700℃。

所述成分调整为，在合金原料完全熔化后取样分析，将Si、Fe、Cu、Mn和Mg的质量含量调整至预获得的铸锭合金成分含量范围内，并将Ti的质量含量调整至0.015％。

所述熔体净化为，炉内氮氯精炼20min，在线使用Ar气，气体流量4.0m³/h。

所述晶粒细化过程中，在线晶粒细化剂按1.2kg/吨加入，所述晶粒细化剂的成分为Ti质量含量为5.0％，B质量含量为0.9％，余量为Al。

所述铸造过程中的铸造速度为44mm/min，铸造温度为710℃，控制流盘末端的温度为690℃，所述铸造过程中使用的冷却水套如图1和图2所示，结晶器为如图3所示的弧形小面结晶器，当水温低于26℃时采用循环水作为冷却水，当水温超过26℃时，将循环水切换为新水作为冷却水，冷却水温度为23℃时，冷却水流量为95m³/h，冷却水每增加或降低1℃，增加或降低2％的冷却水流量。

本发明实施例1制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的尺寸为500×2000mm。

采用GB/T20975-2008《铝及铝合金化学分析方法》系列标准，对本发明实施例1制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭进行成分检测，检测结果为：Si:0.06wt％，Fe:0.17wt％，Cu:4.60wt％，Mn:0.61wt％，Mg:1.51wt％，Zn:0.03wt％，Ti:0.015wt％，余量为Al。

对本发明实施例1制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭进行低倍检测，检测方法为GB/T3246.2-2000《变形铝及铝合金制品组织检验方法第2部分：低倍组织检验法》，检测结果为合格，本发明实施例1提供的方法制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的成材率较高。

实施例2

依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、晶粒细化、铸造和锯切，得到Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭；

所述配料过程中控制Si的质量含量≤0.10％，Fe的质量含量≤0.25％；Cu的质量含量4.1～4.9％，Mn的质量含量0.4～0.8％，Mg的质量含量1.3～1.8％，其他元素的质量含量不超过0.15％。

所述熔炼过程中炉内精炼的温度为720℃，所述炉内精炼的时间为20min；在线除气精炼的精炼气体为氩气，在线除气精炼的温度720℃，在线过滤的温度为710℃。

所述成分调整为，在合金原料完全熔化后取样分析，将Si、Fe、Cu、Mn和Mg的质量含量调整至预获得的铸锭合金成分含量范围内，并将Ti的质量含量调整至0.015％。

所述熔体净化为，炉内氮氯精炼25min，在线使用Ar气，气体流量4.2m³/h。

所述晶粒细化过程中，在线晶粒细化剂按1.2kg/吨加入，所述晶粒细化剂的成分为Ti质量含量为5.1％，B质量含量为1.0％，余量为Al。

所述铸造过程中的铸造速度为45mm/min，铸造温度为720℃，控制流盘末端的温度为700℃，所述铸造过程中使用的冷却水套如图1和图2所示，结晶器为如图3所示的弧形小面结晶器，当水温低于26℃时采用循环水作为冷却水，当水温超过26℃时，将循环水切换为新水作为冷却水，冷却水温度为23℃时，冷却水流量为95m³/h，冷却水每增加或降低1℃，增加或降低2％的冷却水流量。

本发明实施例2制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的尺寸为500×2000mm。

按照实施例1的方法，对本发明实施例2制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭进行成分检测，检测结果为：Si:0.05wt％，Fe:0.19wt％，Cu:4.45wt％，Mn:0.58wt％，Mg:1.43wt％，Zn:0.07wt％，Ti:0.02wt％，余量为Al。

按照实施例1的方法，对本发明实施例2制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭进行低倍检测，检测结果为合格，本发明实施例2提供的方法制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的成材率较高。

实施例3

依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、晶粒细化、铸造和锯切，得到Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭；

所述配料过程中控制Si的质量含量≤0.10％，Fe的质量含量≤0.25％；Cu的质量含量4.1～4.9％，Mn的质量含量0.4～0.8％，Mg的质量含量1.3～1.8％，其他元素的质量含量不超过0.15％。

所述熔炼过程中炉内精炼的温度为730℃，所述炉内精炼的时间为30min；在线除气精炼的精炼气体为氩气，在线除气精炼的温度725℃，在线过滤的温度为720℃。

所述成分调整为，在合金原料完全熔化后取样分析，将Si、Fe、Cu、Mn和Mg的质量含量调整至预获得的铸锭合金成分含量范围内，并将Ti的质量含量调整至0.015％。

所述熔体净化为，炉内氮氯精炼20min，在线使用Ar气，气体流量4.1m³/h。

所述晶粒细化过程中，在线晶粒细化剂按1.2kg/吨加入，所述晶粒细化剂的成分为Ti质量含量为4.9％，B质量含量为1.1％，余量为Al。

所述铸造过程中的铸造速度为46mm/min，铸造温度为730℃，控制流盘末端的温度为705℃，所述铸造过程中使用的冷却水套如图1和图2所示，结晶器为如图3所示的弧形小面结晶器，当水温低于26℃时采用循环水作为冷却水，当水温超过26℃时，将循环水切换为新水作为冷却水，冷却水温度为23℃时，冷却水流量为95m³/h，冷却水每增加或降低1℃，增加或降低2％的冷却水流量。

本发明实施例3制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的尺寸为500×2000mm。

按照实施例1的方法，对本发明实施例3制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭进行成分检测，检测结果为：Si:0.07wt％，Fe:0.20wt％，Cu:4.65wt％，Mn:0.62wt％，Mg:1.62wt％，Zn:0.04wt％，Ti:0.02wt％，余量为Al。

按照实施例1的方法，对本发明实施例3制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭进行低倍检测，检测结果为合格，本发明实施例3提供的方法制备的Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的成材率较高。

由以上实施例可知，本发明提供了一种Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的制备方法，包括：依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、晶粒细化、铸造和锯切；所述铸造过程中的冷却水温度为20～26℃，冷却水流量为85～105m³/h，铸造速度为44～46mm/min。本发明通过对冷却水温度、流量，铸造速度进行精确控制，使制备的合金不易产生应力集中，并且冷却均匀性较好，不易出现铸锭开裂和皮下裂纹，成材率较高。

Claims (10)

1.一种Al-Cu-Mg合金超大规格铸锭的制备方法，包括：

依次进行配料、熔炼、成分调整、熔体净化、晶粒细化、铸造和锯切；

所述铸造过程中的冷却水温度为20～26℃，冷却水流量为85～105m³/h，铸造速度为44～46mm/min。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述配料过程中Si的质量含量控制为≤0.10％；Fe的质量含量控制为≤0.25％；Cu的质量含量控制为4.1～4.9％；Mn的质量含量控制为0.4～0.8％；Mg的质量含量控制为1.3～1.8％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔炼过程中包括炉内精炼，所述炉内精炼的温度为710～730℃，所述炉内精炼的时间为15～30min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔炼过程中包括在线除气精炼，所述在线除气精炼的气体为氩气，所述在线除气精炼的温度为710～725℃，所述在线除气过程中的在线过滤的温度为700～720℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成分调整过程中将Ti的质量含量调整至0.014～0.016％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶粒细化过程中晶粒细化剂的加入量为1.1～1.3kg/吨。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造过程中的铸造温度为710～730℃。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造过程中使用的结晶器为弧形小面结晶器。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造完成后得到的铸锭成分为：

0～0.10Wt％的Si；

0～0.25Wt％的Fe；

4.3～4.7Wt％的Cu；

0.5～0.7Wt％的Mn；

1.4～1.7Wt％的Mg；

0～0.15Wt％的Zn；

0～0.05Wt％的Ti；

余量为Al。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造完成后得到的铸锭尺寸为厚度480～520×宽度1900～2100mm。

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