一种宽幅包铝板用超大扁锭的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种宽幅包铝板用超大扁锭的制备方法，包括以下步骤：配料；熔炼；保温、精炼；除气过滤；在线细化晶粒；铸造：起铸阶段采用间隙停顿式起铸，且在起铸阶段关闭排水孔；去应力处理。通过本发明专利技术能有效解决宽幅包铝板用超大扁锭成分不均匀、易开裂的问题。

A Method of Preparing Ultra-large Flat Ingot for Wide-width Aluminum-clad Plate

【技术实现步骤摘要】
一种宽幅包铝板用超大扁锭的制备方法
本专利技术涉及铝合金铸锭铸造
，尤其是一种宽幅包铝板用超大扁锭的制备方法。
技术介绍
Al-Cu-Mg系铝合金，主要用于制作各种高负荷的零件和构件，如飞机上的骨架零件、蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等150℃以下工作零件。其中蒙皮材料多使用包铝薄板材，其生产工艺较为复杂，尤其包铝铸锭是包铝蒙皮板的重要工序，对后续表面质量、包覆率及板型等有着重要的影响。随着航空工业的飞速发展，对宽幅(宽度≥2000mm)包铝蒙皮板的需求越来越大，较宽的蒙皮板可以有效减少铆接、焊接等连接工序，提升飞机材料的稳定性、可靠性。但目前因为熔铸工艺限制了铸锭的宽度，目前国内铝合金铸锭宽度最大只能做到2080mm，对于成品宽度超过2000mm的包铝蒙皮板，只能把铸锭分切后采用横轧的方式轧制，这种方式生产效率低，成品率也低，板型控制困难，并且易造成轧制失败。如申请公布号为CN109092894A的专利技术专利申请，《一种生产宽幅包铝板的轧制方法专利》，需要采用纵轧-横扎-纵轧的方式，这样增加轧制道次的方法，增加了生产工序，为工业生产带来不便。申请公布号为CN104526281A的专利技术专利申请，《一种铝合金钎焊板的制备工艺》也是采用二次轧制的方法，该方法增加了生产流程，降低了生产效率。
技术实现思路
本专利技术公开了一种宽幅包铝板用超大扁锭的制备方法，能有效解决宽幅包铝板用超大扁锭成分不均匀、易开裂的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种宽幅包铝板用超大扁锭的制备方法，包括以下步骤：S1.配料：按照以下重量百分比进行配料：Si＜0.50%、Fe＜0.50%、Cu=3.8~4.9%、Mn=0.30~0.90%、Mg=1.2~1.8%、Cr＜0.10%、Zn＜0.25%、Ti＜0.15%、Be=0.0005~0.0050%、Na＜0.0001%，余量为Al和不可避免的杂质元素；分别称取铝锭、纯镁锭、纯铜、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝铍中间合金，2024铝合金铸锭返回料占比为0~60wt%；S2.熔炼：将80~90%的铝锭及2024返回料投入熔炼炉，熔炼温度为700~800℃，当铝水温度达到795~800℃时加入纯铜、纯镁及中间合金，保温30~50min后加入剩余的铝锭进行冲温；熔炼后得到铝合金熔体，将铝合金熔体转注到保温炉；S3.保温、精炼：向保温炉中的铝合金熔体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼，保证保温炉中铝合金熔体氢含量低于0.20mL/100gAl；S4.除气过滤：精炼完成以后，倾动保温炉，使熔体流经旋转喷头除气系统进行除气精炼，保证精炼后的铝合金熔体中的氢含量≤0.10mg/100g；铝合金熔体除气精炼后进行在线过滤；S5.在线细化晶粒：通过喂丝机向除气系统出口流槽的铝合金熔体中连续加入Al-Ti-B线晶粒细化剂进行晶粒细化处理，得晶粒细化处理后的铝合金熔体；S6.铸造：晶粒细化处理后的铝熔体经铝液分配流槽上的下浇管进入下浇管底部的分配袋，分配袋将铝合金熔体注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行铸造，铸造温度为670~720℃，铸造速度为30~60mm/min，结晶器液位高度60~120mm；起铸阶段采用间隙停顿式起铸，且在起铸阶段关闭排水孔，待铸长至100~300mm时打开排水孔，然后进行连续性铸造；铸造时打开冷却水，初始水流量为20~35m3/h，水压0.02~0.04Mpa，随着铸造长度增加到600~1000mm时，冷却水水流量逐渐增加到60-80m3/h，水压0.04~0.08Mpa，铸造完成后得扁锭半成品；S7.对扁锭半成品进行去应力处理，得扁锭成品。优选的，所述步骤S2中，熔炼开始时，当铝水熔化至1/4~1/3时开启电磁搅拌器。优选的，所述步骤S2中，熔炼炉不添加任何打渣剂及覆盖剂。优选的，所述步骤S3中，氩气与氯气通入流量的体积比为40~60:1，精炼时间为20~120分钟。优选的，所述步骤S4中，旋转喷头上设置有转子，转子的转速为300~500rpm；精炼气体为氩气和氯气的混合气体，其中氯气占精炼气体总体积的0.5~2%，氯气流量0.05~0.15m3/h。优选的，所述步骤S5中，Al-Ti-B线晶粒细化剂的喂丝速度为200~320cm/min。优选的，所述步骤S6中，铸造采用双曲面引锭头。优选的，所述步骤S6中，间隙停顿式起铸为间断式向结晶器中注入铝合金熔体。优选的，所述步骤S6中，间隙停顿式起铸具体为：连续注入铝合金熔体60~160s，再停顿2~10s，重复以上步骤直至间隙停顿式起铸结束。优选的，所述步骤S7中，对扁铸锭进行去应力处理在铸造结束后30min内进行，温度为390~410℃，时间为5~10h。以上所述的宽幅包铝板用超大扁锭的制备方法，能制造出宽度大于2080mm的扁锭，尤其适合生产550×2700×7200mm、650×2670×7000mm和550mm×2450mm×8000mm的2024铸锭，最好能制备得到宽厚比达4.91、宽度达2700mm、厚度达650mm、长度达8000mm的大规格2024铸锭。本专利技术通过控制Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn和Be的含量，尤其是铝锭中可能掺杂有的Si、Fe、Mn、Cr、Na的含量，保证扁锭的成分合理，不易产生裂纹。同时，本专利技术严格控制了保温的过程，在保温了适当的时间后加入剩余的铝锭进行冲温，以防止发生铝合金熔体过烧现象，避免对合金的连续性产生普遍损害。另外，本专利技术对铸造过程也进行了特殊设计，起铸阶段关闭排水孔，可以加快铸造初始阶段的铸锭成型，铸长达到一定范围时，打开排水孔，可使引锭头上无积水，避免铸锭底部炸裂；铸造起铸阶段采用间隙停顿式起铸，可使铸造应力提前释放，避免铸锭开裂。以上工艺的结合能有效的避免铸锭开裂，保证铸锭的成分均匀，成分偏析≤10%。本专利技术在保温过程和除气精炼过程对氢含量进行了严格控制，且熔炼过程不添加任何打渣剂及覆盖剂，使得最终得到的铸锭氢含量≤0.10ml/100gAl，渣含量＜0.03mm2/kgAl的熔体。本专利技术生产的超大扁锭还具有以下优势：铸锭内部组织均匀细小，晶粒度一级；使用大规格铸锭生产宽幅板材，无需宽展直接纵向轧制，减少宽展轧制道次，能有效保证轧制过程中铸锭温降，有利于增加轧制成功率，提高产品成品率，降低生产成本。本专利技术制备出的大规格铸锭可以用于飞机蒙皮板材。附图说明图1a是实施例1边部的金相组织图；图1b是实施例1在1/4处的金相组织图；图1c是实施例1芯部的金相组织图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但本实施例的保护范围不限于以下实施例。实施例1铸造规格为550mm×2700mm×7200mm的超大规格铝合金扁锭，其生产过程步骤具体如下：S1.配料：按质量百分比由Si＜0.10%、Fe＜0.20%、Cu=4.2~4.8%、Mn=0.50~0.90%、Mg=1.5~1.8%、Cr＜0.05%、Zn＜0.05%，Ti=0.02~0.05%，Be=0.0015%~0.0030%，Na＜0.0001%，余量为Al和不可避免的杂质元素。根据成分计算99.70%重熔铝锭和2024铝合金返回料，然后进行混合配料，2024返回料占比60%。S2.熔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽幅包铝板用超大扁锭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1.配料：按照以下重量百分比进行配料：Si＜0.50%、Fe＜0.50%、Cu=3.8~4.9%、Mn=0.30~0.90%、Mg=1.2~1.8%、Cr＜0.10%、Zn＜0.25%、Ti＜0.15%、Be=0.0005~0.0050%、Na＜0.0001%，余量为Al和不可避免的杂质元素；分别称取铝锭、纯镁锭、纯铜、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝铍中间合金，2024铝合金铸锭返回料占比为0~60wt%；S2.熔炼：将80~90%的铝锭及2024返回料投入熔炼炉，熔炼温度为700~800℃，当铝水温度达到795~800℃时加入纯铜、纯镁及中间合金，保温30~50min后加入剩余的铝锭进行冲温；熔炼后得到铝合金熔体，将铝合金熔体转注到保温炉；S3.保温、精炼：向保温炉中的铝合金熔体通入Ar‑Cl2混合气体进行精炼，保证保温炉中铝合金熔体氢含量低于0.20mL/100gAl；S4.除气过滤：精炼完成以后，倾动保温炉，使熔体流经旋转喷头除气系统进行除气精炼，保证精炼后的铝合金熔体中的氢含量≤0.10mg/100g；铝合金熔体除气精炼后进行在线过滤；S5.在线细化晶粒：通过喂丝机向除气系统出口流槽的铝合金熔体中连续加入Al‑Ti‑B线晶粒细化剂进行晶粒细化处理，得晶粒细化处理后的铝合金熔体；S6.铸造：晶粒细化处理后的铝熔体经铝液分配流槽上的下浇管进入下浇管底部的分配袋，分配袋将铝合金熔体注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行铸造，铸造温度为670~720℃，铸造速度为30~60mm/min，结晶器液位高度60~120mm；起铸阶段采用间隙停顿式起铸，且在起铸阶段关闭排水孔，待铸长至100~300mm时打开排水孔，然后进行连续性铸造；铸造时打开冷却水，初始水流量为20~35m...

【技术特征摘要】
1.一种宽幅包铝板用超大扁锭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1.配料：按照以下重量百分比进行配料：Si＜0.50%、Fe＜0.50%、Cu=3.8~4.9%、Mn=0.30~0.90%、Mg=1.2~1.8%、Cr＜0.10%、Zn＜0.25%、Ti＜0.15%、Be=0.0005~0.0050%、Na＜0.0001%，余量为Al和不可避免的杂质元素；分别称取铝锭、纯镁锭、纯铜、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝铍中间合金，2024铝合金铸锭返回料占比为0~60wt%；S2.熔炼：将80~90%的铝锭及2024返回料投入熔炼炉，熔炼温度为700~800℃，当铝水温度达到795~800℃时加入纯铜、纯镁及中间合金，保温30~50min后加入剩余的铝锭进行冲温；熔炼后得到铝合金熔体，将铝合金熔体转注到保温炉；S3.保温、精炼：向保温炉中的铝合金熔体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼，保证保温炉中铝合金熔体氢含量低于0.20mL/100gAl；S4.除气过滤：精炼完成以后，倾动保温炉，使熔体流经旋转喷头除气系统进行除气精炼，保证精炼后的铝合金熔体中的氢含量≤0.10mg/100g；铝合金熔体除气精炼后进行在线过滤；S5.在线细化晶粒：通过喂丝机向除气系统出口流槽的铝合金熔体中连续加入Al-Ti-B线晶粒细化剂进行晶粒细化处理，得晶粒细化处理后的铝合金熔体；S6.铸造：晶粒细化处理后的铝熔体经铝液分配流槽上的下浇管进入下浇管底部的分配袋，分配袋将铝合金熔体注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行铸造，铸造温度为670~720℃，铸造速度为30~60mm/min，结晶器液位高度60~120mm；起铸阶段采用间隙停顿式起铸，且在起铸阶段关闭排水孔，待铸长至100~300mm时打开排水孔，然后进行连续性铸造；铸造时打开冷却水，初始水流量为20~35m3/h，水压0.02~0.04Mp...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仁桂，蓝东华，黄金宁，
申请(专利权)人：广西南南铝加工有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45