用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金及其制备方法技术

一种用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金及其制备方法，其特征在于：该合金的组分及重量百分比如下：镁：4.5‑7.5wt％；锰：0.0005‑0.85wt％；铬：0.1‑1.0wt％；锆：0.01‑0.10wt％；钴：0.005‑0.1wt％；微量元素W1重量百分比为：0.0005‑0.01wt％；微量元素W2重量百分比为:0.0001‑0.01wt％；Li，Na，K，Ca，Rb，Cs中的任何一种元素含量分别小于0.001wt％；余量为铝及不可避免的杂质元素。对上述高镁锰铬钴铝合金采用连铸连轧工艺制作坯杆，经过多道次的塑性加工、阶梯退火、剥皮、分装工艺制造成成品，所制造的成品在焊接时飞溅少、性能稳定，且焊缝强度得以提高，成本合适，具有广阔的市场应用前景。

High Magnesium Manganese Chromium Cobalt Aluminum Alloy for Welding Wire Manufacturing and Its Preparation Method

A high magnesium manganese chromium cobalt aluminium alloy for welding wire and its preparation method are characterized by the following characteristics: magnesium: 4.5 7.5wt%; manganese: 0.0005 0.85wt%; chromium: 0.1 1.0wt%; zirconium: 0.01 0.10wt%; cobalt: 0.005 0.1wt%; trace element W1: 0.0005 0.01wt%; trace element W: 0.0wt%. 0001 0.01wt%; Li, Na, K, Ca, Rb and Cs contain less than 0.001 wt% of any element respectively; the remaining amount is aluminium and unavoidable impurity elements. For the above-mentioned high-Mg Mn-Cr-Co-Al alloy, continuous casting and rolling process is used to produce the billet rod. After multi-pass plastic processing, step annealing, peeling and sub-assembly process, the finished product is manufactured with less spatter and stable performance, and the weld strength is improved, the cost is appropriate, which has broad market application prospects.

【技术实现步骤摘要】
用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金及其制备方法
本专利技术涉及一种用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金及其制备方法，尤其适合于惰性气体保护电弧焊用铝合金焊丝。
技术介绍
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，铝及铝基合金作为一种重要的基础原材料，其作用显得尤为重要。铝及铝基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，伴随着高铁、汽车工业、轨道交通、压力容器、船舶工程、石油化工、航空航天、军工产业等行业向轻量化方向发展，高性能铝及铝基合金焊丝产品(以下简称铝焊丝)的需求持续增长。然而，因受制于我国工业起步晚、基础薄弱的限制，当前经济态势下，高端铝焊丝完全被欧美发达市场的几个国家的生产厂商所垄断，严重地阻碍了我国相关行业的发展。而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。随着全球环保要求的提高和传统能源的枯竭，带来了对汽车工业轻量化、轨道列车轻量化、飞机轻量化的迫切需求，铝制造产品的需求量得到了快速的增长。铝制品在轻量化的应用过程中，主要以板带材的形式出现，在应用过程中需要进行大量的焊接作业，目前铝合金焊接主要以惰性气体保护电弧焊为主。惰性气体保护电弧焊是利用惰性气体作为保护介质的一种电弧焊技术；为适应铝合金、镁合金、不锈钢等焊接的需要，气体保护电弧焊在上个世纪三四十年代发展起来的。惰性气体保护电弧焊分为钨极惰性气体保护焊(TIG焊)和熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)两大类。随着铝合金应用的发展，对于铝合金惰性气体保护电弧焊焊接强度、自动化及稳定性有了更高的要求。铝合金焊接材料(铝合金焊丝)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。铝焊丝的制备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。目前国产焊丝仍不能满足高端铝焊丝市场的要求，高端铝焊丝市场均被外资品牌所占据。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。下面阐述以下国内外铝焊丝的主要技术状况：(1)传统铝焊丝以5XXX系铝镁合金焊丝应用最为广泛，其典型牌号为ER5356，传统牌号铝焊丝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，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；有通过添加Ce提高熔体洁净度，如专利CN105108372B；有通过添加Er细化晶粒，如专利CN106271192A。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Al5249、Al5087、Al5187的锆含量一般大于0.1％，在非真空条件下，因为锆的金属蒸气压比较低，熔炼时锆的挥发会比较大，为了保证锆的成分满足标准的要求，锆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。再者，根据ISO18273-2015国际标准显示：所有5XXX系铝镁合金焊丝的铬的添加量均在0.30％以下，过低的添加量实际上达不到焊丝强化的效果，在高强度连接部位的焊接时，标准牌号的5XXX铝合金焊丝的应用范围同样受到限制，同样影响应用效果。(2)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→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→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，5XXX系铝镁合金焊丝因为材料特性的限制，挤压速度偏慢，生产效率极低。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。(3)国外铝焊丝一般采用如下方法制造：熔炼→连铸连轧Φ9.5→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，同时要轧制9.5mm规格的母杆，更是需要大功率的轧机及更大直径的铸轮，整条产品线的设备投资大。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的上述不足，提供一种焊缝强度高、组织均匀细小、产品质量稳定的高镁锰铬钴铝合金焊丝。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金，其特征在于：该合金的组分及重量百分比如下：镁：4.5-7.5wt％；锰：0.0005-0.85wt％；铬：0.1-1.0wt％；锆：0.01-0.10wt％；钴：0.005-0.1wt％；微量元素W1重量百分比为：0.0005-0.01wt％；微量元素W2重量百分比为:0.0001-0.01wt％；Li，Na，K，Ca，Rb，Cs中的任何一种元素，上述各种元素的含量均小于0.001wt％；余量为铝及不可避免的杂质元素。本专利技术中的微量元素W1为：V，P，Ba，B，Sr，La，Ti中的一种或者以上。本专利技术中的微量元素W2为：Cu，Be，Nb，Ag，In，Ni，Si中的一种或者以上。作为进一步优选，其中添加铬与锆的质量百分比例为9～11：1之间本专利技术所述的铝焊丝的直径为Φ0.8-Φ2.4mm。本专利技术所述不可避免的杂质元素,其重量百分比总和小于0.50wt％。其中杂质中的如下元素的重量百分比为：Pb≤0.20wt％、Sb≤0.015wt％、Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、S≤0.015wt％、Fe≤0.025wt％、Zn≤0.035wt％。本专利技术还提供一种上述铝合金焊丝的制备方法，制备步骤包括：(1)连铸连轧：(1.1)原材料配料：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；(1.2)熔炼及熔体处理；合金熔炼温度690℃-780℃，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；(1.3)采用连铸铸造+连续轧制，连续铸造温度650℃-750℃，热轧温度400℃-580℃，热轧制后铝合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金，其特征在于：该合金的组分及重量百分比如下：镁：4.5‑7.5wt％；锰：0.0005‑0.85wt％；铬：0.1‑1.0wt％；锆：0.01‑0.10wt％；钴：0.005‑0.1wt％；微量元素W1重量百分比为：0.0005‑0.01wt％；微量元素W2重量百分比为:0.0001‑0.01wt％；Li，Na，K，Ca，Rb，Cs中的任何一种元素含量分别小于0.001wt％；余量为铝及不可避免的杂质元素。

【技术特征摘要】
1.一种用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金，其特征在于：该合金的组分及重量百分比如下：镁：4.5-7.5wt％；锰：0.0005-0.85wt％；铬：0.1-1.0wt％；锆：0.01-0.10wt％；钴：0.005-0.1wt％；微量元素W1重量百分比为：0.0005-0.01wt％；微量元素W2重量百分比为:0.0001-0.01wt％；Li，Na，K，Ca，Rb，Cs中的任何一种元素含量分别小于0.001wt％；余量为铝及不可避免的杂质元素。2.根据权利要求1所述的用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金，其特征在于：所述的微量元素W1为：V，P，Ba，B，Sr，La，Ti中的一种或者以上。3.根据权利要求1所述的用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金，其特征在于：所述的微量元素W2为：Cu，Be，Nb，Ag，In，Ni，Si中的一种或者以上。4.根据权利要求1-3所述的用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金，其特征在于；所述的铬与锆的质量百分比例为9～11：1；所述杂质的重量百分比小于0.5wt％。5.根据权利要求4所述的用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金，其特征在于：所述杂质中的如下元素的重量百分比为：Pb≤0.20wt％、Sb≤0.015wt％、Bi≤0.015wt％、Te≤0.015wt％、S≤0.015wt％、Fe≤0.025wt％、Zn≤0.035wt％。6.一种用于制造焊丝的高镁锰铬钴铝合金的制备方法，其特征在于：步骤包括：(1)提供由连铸连轧方法制成的母杆，母杆的规格为Ф4.0-Ф7.5mm；(2)对步骤(1)制得的母坯料进行塑性加工，以达到最终的母线，母线的规格为Ф2.0-Ф4.0mm；(3)对上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟宪旗，余惺，万林辉，方秀容，窦思忠，刘海琳，陈斌杰，雷金平，范江龙，
申请(专利权)人：宁波博德高科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33