CN115927927B - 一种高镁锰铬锶铝合金及用其制备的高镁锰铬锶铝合金焊丝 - Google Patents
一种高镁锰铬锶铝合金及用其制备的高镁锰铬锶铝合金焊丝 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于铝合金焊丝技术领域，涉及一种高镁锰铬锶铝合金及用其制备的高镁锰铬锶铝合金焊丝。所述高镁锰铬锶铝合金的组分包括以下重量百分比成分：镁：4.5～5.5wt％；锰：0.05‑0.20wt％；铬：0.05‑0.09wt％；锶：0.011～0.05wt％；钛：0.05～0.15wt％；硼：0.0002～0.05wt％；铍：0.0001～0.0005wt％；余量为铝及不可避免的杂质元素；不可避免的杂质元素含量小于0.5wt％。本发明通过成分的优化设计，把焊接材料的表面氢和内部氢控制在一定的、合理的限度内，来满足焊接材料在焊接工艺性以及服役的力电性能要求。
Description
技术领域
本发明属于铝合金焊丝技术领域，涉及一种高镁锰铬锶铝合金及用其制备的高镁锰铬锶铝合金焊丝。
背景技术
在我国经济处于新旧动能转化的关键时期，国际化竞争日益加剧的今天，铝及铝合金作为一种重要的基础原材料，其作用显得尤为重要。铝及铝合金加工材通常以管、棒、线、板、带、箔的形态广泛地应用于电力、交通、建筑、机械、电子信息、航空航天和国防军工等领域，在保障国民经济建设和社会发展等方面发挥了不可或缺的作用。
最近几年，随着我国产业结构优化升级步伐加快及节能降耗的方针政策逐渐深入人心，伴随着轨道交通、汽车工业、轨道交通等行业向轻量化方向发展，高性能铝及铝合金焊丝产品(以下简称铝焊丝)的需求持续增长。
在短短十余年的发展中，我国轻量化装备成为世界上进步最迅速的国家。中国轨道交通、新能源汽车、罐车在自主研发夯实的雄厚基础上，通过学习、吸收、引进以及再创新等方式，已经逐渐成为全世界一个非常了不起的强大力量，在方方面面满足我国日益增长的经济、生活需要。
轻量化装备的设计应用不仅可以降低材料成本，还可以降低制造成本，同时还可以增加驾乘人员的舒适性并更加的节能环保。轻量化设计主要从轻质高强度材料应用和结构的优化设计。目前结构断面由大型中空铝型材挤压焊接而成，接口长而规则，便于实现自动化作业，因此各种自动焊技术在该行业得到普遍应用。
长期以来，我国轨道交通领域所用的焊丝绝大部分来自于进口，特别是涉及到公共安全领域的轨道交通领域，尤其是在时速大于200公里的高铁领域，所用的铝合金焊接材料100％依赖从法国、意大利等西方国家的进口。
另一方面，据有关权威部门统计，2023年我国新能源汽车的产销量将达到惊人的500万量，并且以后会持续增加，而新能源汽车上关键部位的铝合金焊接材料也依赖从欧美进口，严重阻碍我国新能源汽车行业走自己的特色发展道路。
国内铝合金原材料熔炼、光亮化表面处理工艺落后，目前只能生产低端的铝焊丝，用于非关键结构及高性能方面的焊接，不能满足高端装备的焊接制造需求。因此，为满足我国高端装备的制造需求，急需高端铝焊丝国产化并开发具有独立自主知识产权的专利产品。
铝合金结构件焊接的性能，在基材一定的情况下，主要取决于焊接工艺和焊材的合金成分和性能的稳定。其中焊材是影响焊缝金属成分、组织、近缝区母材的热裂性、焊缝的耐腐蚀性及力学性能的重要因素。同时，为实现机器人自动化MIG焊接要求，保证焊接过程中的工艺稳定性，对铝合金焊材提出了更高的要求，要求机器人自动化盘装焊材的尺寸精、表面光亮、清洁，且具有一定的刚度。因此，我国轻量化装备的高水平发展迫切需求自主研发高品质的铝合金焊接材料。
另一方面，铝合金焊接材料是铝及铝合金惰性气体保护电弧焊的关键，要获得优异的焊接质量需要有高质量的铝焊丝，不仅需要有优选的成分设计，同时也需要有优化的制备工艺设计。国产焊丝与进口焊丝相比存在焊后焊缝强度低、内部气孔及夹杂多、焊丝稳定性差、表面质量差等不足。
受制于高端铝合金焊接材料长期以来依赖进口，在国内已经形成一种无形和有形的产业链，从焊接设备、焊接工装等方面均同进口焊接材料形成了一种匹配关系，另一方面在焊接工艺、焊接手法上也形成一种同进口焊丝的一种无形匹配，为更好的替代进口，实现自主可控，因此后进入的生产厂家制造的铝合金焊接材料(铝焊丝)要具有同焊接设备、焊接工装、焊接工艺之间具有良好的匹配性。
下面阐述国内外铝焊丝的主要技术情况：
(1)成分方面
传统的应用于轻量化高端装备领域的铝焊丝以5XXX系铝镁合金焊丝应用最为广泛，其典型牌号为ER5356、ER5087，在使用过程中存在焊接强度偏低、焊缝组织粗大等问题，目前国内有通过添加Sc的方式，细化晶粒，提高焊缝的强度，但加入Sc后的铝镁合金加工性能差，现阶段还不能应用于工业化制造，如专利CN103286471B；有通过提高Mg含量及Zn元素提高焊缝强度，如专利CN103286472B。
另一方面，根据ISO18273～2015国际标准显示：其它5XXX系铝镁合金焊丝，如Al5356、Al5356的Mg含量一般大于4.5wt％，在非真空条件下，因为Mg的金属蒸气压比较低，熔炼时Mg的挥发会比较大，为了保证Mg的成分满足标准的要求，Mg的加入比例会比常规其它金属的添加高很多，或者采用特殊的熔炼方法，这样会导致实际生产时的成本提高。
(2)制备工艺方面
国外铝焊丝一般采用如下方法制造：
熔炼→连铸连轧Φ9.5→多道次拉丝(含多道退火)→成品。
采用该工艺可获得大包重的且组织均匀细小的Φ9.5母杆，从而进一步得到品质更高更稳定的铝焊丝成品。国内也有相关连铸连轧工艺的研究，如专利CN106244861A。但该工艺热轧后母杆规格为Φ9.5mm，而常用的焊丝规格为Φ1.2mm，后道的加工流程长，过程的稳定性很难得到保障。
国内铝焊丝一般采用以下两种工艺制作：
①熔炼→水平连铸Φ9.5→多道次拉丝(含多道退火)→成品；
此工艺的特点如下：首先，无法进行有效的熔体在线处理，线材内部夹杂较多，含氢量高，从而导致焊接时焊缝出现气孔及夹杂等缺陷，影响焊接的质量；其次，这种工艺方法生产的Φ9.5母杆为铸态组织，其内部的铸造缺陷较多，如大颗粒化合物、疏松及孔洞等其它铸造缺陷，仅通过多道次拉伸不能消除母杆的铸造缺陷，而这些缺陷会对焊接过程及焊缝质量产生影响。因此该工艺只能生产低端铝焊丝。
②熔炼→半连续铸造→挤压Φ9.5→多道次拉丝(含多道退火)→成品；
此工艺的特点如下：因受到挤压铸锭长度的影响，每卷母杆重量不超过100kg，后续拉伸前需要将每卷线材连接在一起，而过多的接点不仅耗费时间且线材接点的性能与线材存在差异，影响线材整体的一致性；同时，受制于挤压工艺的限制，在挤压过程中，毛坯会由于挤压温度过高而在其表面产生粗晶组织，后道加工很难消除，残留在焊丝的表层的粗晶组织对融金性能是有害的。因此该工艺仅适合小批量或试样产品的生产，不适合批量化规模化的铝焊丝生产。
受制于工艺及焊接材料储存条件、生产条件的限制，国产焊丝在焊丝性能一致性、焊丝线性稳定性方面还不能满足高端装备用铝合金焊接材料的要求，因此急需研究一种新的技术来满足高端领域的MIG焊接要求。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种高镁锰铬锶铝合金及用其制备的高镁锰铬锶铝合金焊丝，通过成分的优化设计以及先进的除氢、控氢工艺，把焊接材料的表面氢和内部氢控制在一定的、合理的限度内，来满足焊接材料在焊接工艺性以及服役的力电性能要求。
本发明的一个目的通过以下技术方案来实现：
一种高镁锰铬锶铝合金，该合金的组分包括以下重量百分比成分：
镁：4.5～5.5wt％；锰：0.05-0.20wt％；铬：0.05-0.09wt％；锶：0.011～0.05wt％；钛：0.05～0.15wt％；硼：0.0002～0.05wt％；铍：0.0001～0.0005wt％；余量为铝及不可避免的杂质元素；不可避免的杂质元素含量小于0.5wt％。
为保证焊丝表面的粗糙度及力电性能的稳定，满足MIG焊接的电弧稳定性要求，依据材料特性，对本发明的焊接材料杂质元素进行了如下限定如下：所述杂质元素包括：Pb≤0.020wt％、Sb≤0.015wt％、Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、Si≤0.20wt％、Fe≤0.25wt％、Ni≤0.015wt％、Ba≤0.005wt％、Zr≤0.015wt％、Ga≤0.015wt％、P≤0.015wt％、V≤0.015wt％、Ce≤0.005wt％、Li≤0.0005wt％、Na≤0.0020wt％、Ca≤0.0030wt％。
同时为提高极寒极热条件下焊缝的服役性能，本发明的高镁锰铬锶铝合金的杂质元素中Li+Na+Ca≤0.0040wt％。
本发明的另一个目的通过以下技术方案来实现：
一种高镁锰铬锶铝合金焊丝的制备方法，包括以下步骤：按照上述高镁锰铬锶铝合金的组分进行配料、熔炼、连铸连轧制得母杆、母杆塑性加工、退火、塑性变形、剥皮分装。
配料：铝和镁以纯金属的形式添加，其它添加元素以铝基中间合金的方式添加，按配方重量百分比进行配制；
熔炼及熔体处理：合金熔炼温度优选为670～760℃，合金熔化后进行在线除气、精炼及过滤，以减少熔体中的氢气、碱金属元素及杂质颗粒，所述的连铸连轧中的铸造工艺采用添加氯盐、氯气的方法进行精炼；
作为优选，熔炼过程采用熔炼炉内添加稀土的方式进行在线脱氢处理；
进一步优选，加入稀土为镧系稀土，并采用其中间合金的方式加入；
进一步优选，稀土的加入量为熔体质量的0.05-0.35％；
连铸连轧制得母杆：连续铸造温度优选为680～750℃，热轧温度优选为370～420℃，轧制后铝合金母杆规格优选为Ф3.5～Ф6.5；
母杆塑性加工：对制得的母杆进行塑性加工，得到铝合金母线，母线规格优选为Ф2.0mm～Ф4.0mm；
退火：对制得的母线再结晶退火，退火温度优选为370～480℃，时间优选为8～18.0小时；
塑性变形：对制得的母线进行大加工率的塑性变形，以获得铝合金成前坯料，加工率优选为大于65％而小于85％。
剥皮分装：对制得铝合金成前坯料进行剥皮，剥皮厚度优选为0.01～0.15mm，获得高镁锰铬锶铝合金焊丝成品，规格优选为Ф0.8mm～Ф2.0mm，之后根据客户的不同需求分装不同重量的铝焊丝成品。
作为优选，本发明的制备过程中，在剥皮分装获得高镁锰铬锶铝合金焊丝成品后还进行低温阶梯退火，低温阶梯退火为：退火温度为50～135℃，在退火温度下保温3～24小时；低温阶梯退火过程中，小于50℃时的升温速度为25～35℃/小时，大于50℃时的升温速度为5～15℃/小时。
本发明的另一个目的通过以下技术方案来实现：
一种高镁锰铬锶铝合金焊丝，其上述制备方法制备而得。
作为优选，高镁锰铬锶铝合金焊丝的直径为Ф0.8～Ф2.0mm，高镁锰铬锶铝合金焊丝的氢含量小于5.30ppm。
作为优选，高镁锰铬锶铝合金焊丝的弹开直径为Ф350～Ф650mm，翘曲小于20mm。
作为优选，高镁锰铬锶铝合金焊丝的抗拉强度为400～480Mpa，焊缝强度不低于焊丝强度的0.63倍。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过控制Mg含量为4.5-5.5wt％，以起到如下作用：
①Mg具有显著的强化效果，Mg在铝中的固溶度很大，在凝固过程中，Mg从Al基体中以Mg3Al2相的形式析出，均匀的分布在Al基体中，起到析出强化的作用；
②Mg含量在增加材料强度的同时也会降低材料的塑性，但Mg元素易出现不均匀分布的情况，本发明通过多种元素的组合添加及杂质元素的控制，如Mn，Cr，B元素的组合，碱金属元素的控制，改善材料的塑性，同时避免Mg的不均匀分布。
(2)本发明通过加入Sr元素细化晶粒，并对α-Al进行变质处理。Sr的熔点是769℃左右，晶体结构属于体心立方晶格结构，常温下可以和水发生反应。本发明采用Al-Sr中间合金的方式在铸造前加入，且加入Al-Sr中间合金的温度不能超过760℃。根据本发明的试验研究总结迭代发现，Sr的加入对熔体质量具有如下益处：
①Sr可以使α-Al的晶界更加圆滑，宏观上表现为材料的塑性会更稳定，抗疲劳的性能更好，阻碍杂质相Mg2Si在固熔体中的过度长大和集聚，减轻Mg2Si对材料组织性能的危害；
②Sr可以和熔体中的单质氢发生如下的反应生成氢化锶(SrH2)，兼具除氢的功效。
Sr+H2＝SrH2。
③因为Sr的化学性能比Al活泼，Sr可以和熔体中的氧单质发生如下的化学反应生成氧化锶(SrO)，减少固熔体中Al2O3产生，净化熔体。
2Sr+O2＝2SrO。
(3)本发明通过添加一定量的B元素来提高Ti的晶粒细化效果，提高Ti元素在晶体内的形核率及减少杂质元素在晶界的析出，同时B还具备如下的功效：
①因为铝及铝合金极易吸附/吸收空气中的水，在铝熔炼时，水分解为氢和氧，如果不采用特殊的处理方式，残留在熔体中的氧和氢会大幅度降低材料的力学性能。本发明通过B的添加来降低这种不足，B在400℃以上会与氧发生化学反应，降低熔体中氧含量，提高材料的力学性能；
②铸造凝固过程中在晶界处形成TiB2硬质相，作为硬质颗粒对位错产生钉扎作用，阻碍位错运动，提高合金的变形抗力；
③进一步消除Li、Na、Ca、K等金属的危害，因为TiB2细化晶粒的作用，是上述金属以金属原子的形式溶于α晶粒内，减少Li、Na、Ca、K在晶界处偏聚而降低材料的力电性能。
(4)本发明通过控制主元素Be的质量百分比为0.0001～0.0005wt％，Be会在熔体表面形成一层BeO薄膜，保护熔体不受到进一步的氧化，减少熔炼过程中Mg、Sr、Re等易烧损元素的烧损。
(5)本发明通过加入氯盐或氯气精炼剂与碱金属元素Li、Na以及Ca进行反应，生成相应的化合物以减少熔体中相应元素的含量，设定限值为：Ce≤0.005wt％、Li≤0.0005wt％、Na≤0.0020wt％、Ca≤0.0030wt％，使材料的性能不会受到显著影响。
(6)确定Pb≤0.020wt％、Sb≤0.015wt％、Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、Si≤0.20wt％、Fe≤0.25wt％、Ni≤0.015wt％、Ba≤0.005wt％、Zr≤0.015wt％、Ga≤0.015wt％、P≤0.015wt％、V≤0.015wt％等杂质元素，是对制造本发明的铝合金焊丝的所选用的铝锭、中间合金的品类进行限制，保证焊丝的物理化学性能不受原材料杂质的影响而使合金性能降低。
(7)本发明采用连铸连轧的方式生产Ф3.5-Ф6.5铝合金母杆，此方法生产效率高、产品组织均匀细小、质量稳定。与水平连铸工艺相比，内部的气孔及夹杂更少；与挤压工艺相比有如下优点：
①可以获得性能稳定的大包重母杆，卷重达2吨，每包料无需连接在一起生产，最终产品中不会存在连接点，同时，免去了母杆连接的时间提高了效率；
②以ER5356母杆制作为例，连铸连轧出线速度在4.5m/s以上，而挤压Φ9.5母杆，挤压出线速度在0.3m/s左右，同时挤压过程还存在上料和下料时间，故本发明采用的连铸连轧方式在生产效率上有很大的提高。
③与国外的连铸连轧工艺相比：其轧制后母杆的规格更小，后续加工至成品规格所需的加工道次相应缩短，同时因为轧制规格更小，相应轧制及铸造设备的尺寸更小，设备投资及占地空间更小，生产成本及设备投资成本更低。
(8)本发明通过添加Re，且添加比例为熔体质量的0.05-0.35％，熔体中与氢形成稳定化合物，如ReH2，具有控氢功效。
(9)本发明所制作的成品焊丝采用低温阶梯退火制度，焊丝的内应力得到充分释放，材料的第二相得到充分析出，晶体内和晶间的化学成分更加稳定，表现在外观上就是焊丝的圈径和翘曲更加稳定，满足MIG焊在送丝性要求以及焊接时杆长的稳定性，保证焊丝在焊接时的成型性能和焊接工艺性。
(10)采用低温阶梯退火制度，使焊丝在焊接应用时重新熔化再凝固形成焊缝组织中的第二相更加稳定，其中采用的Mn，Cr，Sr，Ti元素在再凝固过程中会优先形成第二相，并弥散分布在焊缝溶体熔体中，作为晶核促进焊缝中的液态金属内部形核，从而具有细化焊缝组织晶粒的作用。
附图说明
图1为本发明高镁锰铬锶铝合金的组织示意图；
图中：1：α-Al；2：Mg2Si；3：Al4Sr；4：(Fe,Mn,Cr)Alx；5:Mg3Al2；6:Ti2B。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图，对本发明的技术方案作进一步描述说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本发明，不用于本发明的具体限制。且本文中所使用的附图，仅仅是为了更好地说明本发明所公开内容，对保护范围并不具有限制作用。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
以下是本发明的一些术语的定义：
本发明所述的中间合金是指：以一种金属为基体，将一种或者几种单质加入其中，以解决该单质易烧损、高熔点不易熔入、密度大易偏析等问题或者用来改善合金性能的特种合金，是一种添加型的功能材料。
本发明所述的熔体处理是指：通过气体、精炼剂及过滤等方式去除熔体中的气体、夹杂、碱金属元素等有害物质，使熔体得到净化。
本发明所述的碱金属元素是指：在元素周期表中ⅠA族除氢(H)外的六个金属元素，即锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)。碱金属均有一个属于s轨道的最外层电子，其化学性质显示出十分明显的同系行为。
本发明所述的析出强化是指金属在过饱和固熔体中溶质原子偏聚区和(或)由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化。它是通过析出弥散的、又能阻碍位错运动的第二相沉淀颗粒来获得强化。
本发明所述的变质处理是指：在金属液中添加少量活性物质，促进液体金属内部形核或改变晶体成长过程从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的一种方法。生产中常用的变质剂有形核变质剂和吸附变质剂。形核变质剂的作用机理是在铝熔体中加入能够产生非自发晶核的物质，使其在凝固过程中通过异质形核而达到细化晶粒的目的。吸附变质剂的特点是在晶体生长时富集在相界面上，阻碍晶体长大，又能形成较大的成分过冷，使晶体分枝形成细的缩颈而易于熔断，促进晶体的游离和晶核的增加。
本发明所述的焊丝线性包括焊丝在自由状态下的直径、自然摊平状态下焊丝的扭曲度(英语为Helix)，扭曲在本发明中采用翘曲的指标来代替，即焊丝截取一个圆周的长度自然摊平状态下，呈自由状态的一端距离水平面的高度，以及焊丝加工过后的压应力释放程度。压应力释放程度根据工程实践在被发明中以屈服强度的变化值来表征。
本发明所述的融金是指纯焊接状态金属，融金性能是指融金的力学性能，包括抗拉强度、屈服强度、延伸率等。
本发明所述的连铸连轧是指：金属熔液通过铸轮铸成铸坯后，直接经过与铸机相连的轧机时，轧制成一定直径的圆杆的过程。
本发明所述的Mpa是指：压强单位兆帕，用以表征材料的抗拉强度或屈服强度高低。
为了证明本发明的一种高镁锰铬锶铝合金焊丝所采用的高镁锰铬锶铝合金成分及制备方法是有利的，通过下面的实施例来加以证明。
实施例1
本实施例的高镁锰铬锶铝合金的化学成分以及质量百分比如表1所示，不可避免的杂质元素含量小于0.5％wt。
本实施例的高镁锰铬锶铝合金焊丝的制备方法包括以下步骤：
(1)原材料配料：按照上述高镁锰铬锶铝合金的组分进行配料，采用工业用纯铝、工业用纯镁和Al-Mn、Al-Cr、Al-Sr、Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Be中间合金为原料，按照化学成分要求进行配制合金6吨；
(2)熔炼及熔体处理：配制的原材料进行熔炼，合金熔炼温度730℃，合金熔化后进行在线除气、精炼及过滤，以减少熔体中的氢气、碱金属元素及杂质颗粒，所述的连铸连轧中的铸造工艺采用添加氯盐、氯气的方法进行精炼；在溜槽及合金化炉的连接处合金化炉的一侧添加稀土La，加入量为熔体重量的0.06％；
(3)连铸连轧进行开坯，连续铸造温度700℃，热轧温度380℃，轧制后铝合金母杆规格Ф6.1。
(4)塑性加工：对步骤(3)制得的母杆进行塑性加工，得到铝合金母线，母线规格为Ф2.75；
(5)退火：对步骤(4)制得的母线再结晶退火，退火温度为375℃，时间10.0小时；
(6)塑性变形：对步骤(5)制得的母线进行大加工率的塑性变形，以获得铝合金成前坯料，加工率78.5％；
(7)铝合金成前坯料剥皮及分装：对步骤(7)制得铝合金成前坯料进行剥皮，剥皮厚度0.05mm，焊丝成品规格为Ф1.2；
(8)对最终成品进行阶梯退火，阶梯退火用的退火炉炉气压力以1个大气压进行控制，退火温度：70℃，保温时间7小时；小于50℃时的升温速度为30℃/小时，大于50℃时的升温速度为10℃/小时。
根据上述步骤(1)-(8)制备的高镁锰铬锶铝合金焊丝的性能如下：
1)成品焊丝的氢含量为2.5ppm。
2)焊丝的弹开直径为Ф560，翘曲8mm。
3)高镁锰铬锶铝合金焊丝抗拉强度为435Mpa。
实施例2
实施例2的高镁锰铬锶铝合金焊丝成分和含量分别见表1，实施例2的高镁锰铬锶铝合金焊丝的制备方法同实施例1。
制备的高镁锰铬锶铝合金焊丝的性能如下：
1)成品焊丝的氢含量为1.8ppm。
2)焊丝的弹开直径为Ф520，翘曲4mm。
3)高镁锰铬锶铝合金焊丝抗拉强度为445Mpa。
实施例3
实施例3的高镁锰铬锶铝合金焊丝成分和含量分别见表1，实施例3的高镁锰铬锶铝合金焊丝的制备方法同实施例1。
制备的高镁锰铬锶铝合金焊丝的性能如下：
1)成品焊丝的氢含量为1.6ppm。
2)焊丝的弹开直径为Ф600，翘曲7mm。
3)高镁锰铬锶铝合金焊丝抗拉强度为440Mpa。
实施例4
本实施例的高镁锰铬锶铝合金的化学成分以及质量百分比如表1所示，不可避免的杂质元素含量小于0.5wt％。
本实施例的高镁锰铬锶铝合金焊丝的制备方法包括以下步骤：
(1)原材料配料：按照上述高镁锰铬锶铝合金的组分进行配料，采用工业用纯铝、工业用纯镁和Al-Mn、Al-Cr、Al-Sr、Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Be中间合金为原料，按照化学成分要求进行配制合金6吨；
(2)熔炼及熔体处理：配制的原材料进行熔炼，合金熔炼温度740℃，合金熔化后进行在线除气、精炼及过滤，以减少熔体中的氢气、碱金属元素及杂质颗粒，所述的连铸连轧中的铸造工艺采用添加氯盐、氯气的方法进行精炼；在溜槽及合金化炉的连接处合金化炉的一侧添加稀土Ce，加入量为熔体重量的0.09％；
(3)连铸连轧进行开坯，连续铸造温度710℃，热轧温度390℃，轧制后铝合金母杆规格Ф6.15。
(4)塑性加工：对步骤(3)制得的母杆进行塑性加工，得到铝合金母线，母线规格为Ф3.2；
(5)退火：对步骤(4)制得的母线再结晶退火，退火温度为370℃，时间12.0小时；
(6)塑性变形：对步骤(5)制得的母线进行大加工率的塑性变形，以获得铝合金成前坯料，加工率73.5％；
(7)铝合金成前坯料剥皮及分装：对步骤(7)制得铝合金成前坯料进行剥皮，剥皮厚度0.06mm，焊丝成品规格为Ф1.6；
(8)对最终成品进行阶梯退火，阶梯退火用的退火炉炉气压力以1个大气压进行控制，退火温度：75℃，保温时间6小时；小于50℃时的升温速度为30℃/小时，大于50℃时的升温速度为10℃/小时。
根据上述步骤(1)-(8)制备的高镁锰铬锶铝合金焊丝的性能如下：
1)成品焊丝的氢含量为3.5ppm。
2)焊丝的弹开直径为Ф570，翘曲12mm。
3)高镁锰铬锶铝合金焊丝抗拉强度为430Mpa。
实施例5
实施例5的高镁锰铬锶铝合金焊丝成分和含量分别见表1，实施例5的高镁锰铬锶铝合金焊丝的制备方法同实施例4。
制备的高镁锰铬锶铝合金焊丝的性能如下：
1)成品焊丝的氢含量为3.6ppm。
2)焊丝的弹开直径为Ф550，翘曲6mm。
3)高镁锰铬锶铝合金焊丝抗拉强度为425Mpa。
实施例6
实施例6的高镁锰铬锶铝合金焊丝成分和含量分别见表1，实施例6的高镁锰铬锶铝合金焊丝的制备方法同实施例4。
制备的高镁锰铬锶铝合金焊丝的性能如下：
1)成品焊丝的氢含量为3.0ppm。
2)焊丝的弹开直径为Ф520，翘曲5mm。
3)高镁锰铬锶铝合金焊丝抗拉强度为428Mpa。
对比例1-9的高镁锰铬锶铝合金的化学成分和含量分别见表1。对比例1-4的高镁锰铬锶铝合金焊丝的制备方法同实施例1；对比例4-8的高镁锰铬锶铝合金焊丝的制备方法同实施例4，对比例9的高镁锰铬锶铝合金焊丝的制备方法与实施例1的区别在于，对比例9剥皮分装的产品未进行阶梯退火。
表1实施例1～6以及对比例1～9高镁锰铬锶铝合金的化学成分表
表2实施例1以及对比例1-6的焊丝性能及焊缝性能
另外，因对比例1中Zr含量过高，连铸连轧成型困难，对成型出的母料加工成Φ1.2，焊丝的强度低，延伸率低，不能达到焊接要求；对比例2因为Be未加入，Mg的含量不能稳定控制，焊缝强度及熔金强度偏低，达不到工业化生产的要求；对比例3因为未添加B，没有TiB2产生，焊丝强度及焊缝强度达不到使用要求，不能用于工业化生产；对比例4因为Ti细化金属元素过量添加，使材料的塑性降低，焊缝的塑性(延伸率)也降低；比例5因为Na的过量摄入，连铸连轧的成型性差，且焊缝的性能降低，焊缝的服役性能降低；对比例6因为Si元素含量高，Mg2Si的大量产生使焊丝的强度得以提升，但塑性降低严重，不能满足焊丝使用性能的要求，所以要根据本发明的设计理念，Si的添加量不能超过0.20wt％；对比例7的Sr添加量过低，对比例8的Sr添加量过高，过低的Sr使晶粒达不到细化效果，焊丝强度低，过高的Sr使Sr变为杂质，导致焊丝和焊缝的延伸率都低，满足不了焊缝性能要求；对比例9未采用阶梯退火，焊丝延伸率只有1％，偏低，不能满足送丝性对焊丝延伸率的要求。。
表3为本发明实施例焊丝与对比焊丝的融金性能对比，对比焊丝牌号为市场常用ER5356，使用焊接母材5083。
表3实施例及对比例融金性能对比
通过上述实施例可以看出，通过本发明可以获得一种高性能的高镁锰铬锶铝合金，其焊缝强度高于普通ER5356焊丝10Mpa左右，同时焊缝的塑性不降低，连铸连轧后可得到包重可达2吨的母杆，避免了采用挤压工艺的焊接问题及生产效率问题，同时，母杆规格更小，与现有连铸连轧工艺相比，其相应制作成本和设备成本更低。
此外，本发明制备的产品的组织示意图如图1所示：1：α-Al；2：Mg2Si；3：Al4Sr；4：(Fe,Mn,Cr)Alx；5:Mg3Al2；6:TiB2，此组织示意图展示了本发明制备的产品组织中各主要元素的分布情况及位置。
本发明的各方面、实施例、特征应视为在所有方面为说明性的且不限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明的制备方法中，各步骤的次序并不限于所列举的次序，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，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
最后应说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明，而并非对本发明的实施方式进行限定。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，这里无需也无法对所有的实施方式予以全例。而这些属于本发明的实质精神所引申出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (7)
1.一种高镁锰铬锶铝合金焊丝的制备方法，其特征在于，高镁锰铬锶铝合金的组分包括以下重量百分比成分：
镁：4.5~5.5wt%；锰：0.05-0.20wt%；铬：0.05-0.09wt%；锶：0.011~0.05wt%；钛：0.05~0.15wt%；硼：0.0002~0.05wt%；铍：0.0001~0.0005wt%；余量为铝及不可避免的杂质元素；不可避免的杂质元素含量小于0.5wt%；所述杂质元素包括：Pb≤0.020wt%、Sb≤0.015wt%、Bi≤0.015wt%、Te≤0.015wt%、Si≤0.20wt%、Fe≤0.25wt%、Ni≤0.015wt%、Ba≤0.005wt%、Zr≤0.015wt%、Ga≤0.015wt%、P≤0.015wt%、V≤0.015wt%、Ce≤0.005wt%、Li≤0.0005wt%、Na≤0.0020wt%、Ca≤0.0030wt%；
所述制备方法包括以下步骤：按照高镁锰铬锶铝合金的组分进行配料、熔炼、连铸连轧制得母杆、母杆塑性加工、退火、塑性加工、剥皮分装；
熔炼过程采用熔炼炉内添加稀土的方式进行脱氢处理，稀土的加入量为熔体质量的0.05-0.35%；
在剥皮分装后还进行低温阶梯退火，低温阶梯退火为：退火温度为50~135℃，在退火温度下保温3~24小时。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Li+Na+Ca≤0.0040wt%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，低温阶梯退火过程中，小于50℃时的升温速度为25~35℃/小时，大于50℃时的升温速度为5~15℃/小时。
4.一种高镁锰铬锶铝合金焊丝，其特征在于，其通过权利要求1所述的制备方法制备而得。
5.根据权利要求4所述的高镁锰铬锶铝合金焊丝，其特征在于，高镁锰铬锶铝合金焊丝的直径为Ф0.8～Ф2.0mm，高镁锰铬锶铝合金焊丝的氢含量小于5.30ppm。
6.根据权利要求4所述的高镁锰铬锶铝合金焊丝，其特征在于，高镁锰铬锶铝合金焊丝的弹开直径为Ф350～Ф650mm，翘曲小于20mm。
7.根据权利要求4所述的高镁锰铬锶铝合金焊丝，其特征在于，高镁锰铬锶铝合金焊丝的抗拉强度为400～480Mpa，焊缝强度不低于焊丝强度的0.63倍。
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