一種Si含量高的3XXX系鋁合金及其製造方法與流程

2023-06-02 18:36:01

本發明涉及鋁合金領域，具體涉及一種3xxx系鋁合金及其製造方法。

背景技術：

3104鋁合金是世界上單一產量最大的壓延鋁合金，其具有強度高、韌性好及深衝性能好等的優點，主要用於製作易拉罐的罐體。目前，百葉窗用鋁合金常採用5052、3104等牌號的鋁合金，由於易拉罐生產中3104鋁合金罐體料的普及，百葉窗行業也大量使用3104鋁合金。國際標準規定3104牌號鋁合金的成分如下(按質量百分比)：si≤0.6％，fe≤0.8％，cu0.05％-0.25％，mn0.8％-1.4％，mg0.8％-1.3％，zn≤0.25％，ti≤0.1，其他單個雜質≤0.05％，其他雜質合計≤0.15％，al餘量。

有研究表明，增加si含量可以增加鑄態合金中α相的比例，但隨著si含量的增加，mn在al中的溶解度會降低，從而降低固溶強化效果，增大第二相金屬化合物的尺寸，並在均勻化退火過程中使析出相粗化，最終降低3104鋁合金材料的強度。因此在行業實際生產中，一般將3104鋁合金的si含量控制在0.2wt％左右。然而，為了生產這種si含量較低的3104鋁合金，往往需採用高純度的電解鋁錠進行熔煉鑄造，因此會造成生產成本的升高，不利於整個鋁材產業鏈的節能降耗。

技術實現要素：

針對現有技術的上述缺陷，本發明提供一種si含量高的3xxx系鋁合金及其製造方法，可利用si含量高的鋁合金廢料作為原料，代替高純度的電解鋁錠，從而達到降低生產成本及節能降耗的目的。根據gbt16474-2011《變形鋁及鋁合金牌號表示方法》，將該si含量高的3xxx系鋁合金的牌號標識定為「3d04」。

本發明採用的技術方案為：

一種si含量高的3xxx系鋁合金，所述鋁合金按質量百分比由以下成分組成：

si：0.62％-0.78％，fe：0.51％-0.61％，cu：0.10％-0.16％，mn：1.07％-1.33％，mg：1.09％-1.22％，zn：0.14％-0.20％，ti：0.03％-0.08％，其他單個雜質≤0.05％，其他雜質合計≤0.15％，al餘量。

進一步，所述鋁合金中，fe與si的質量比為0.71-0.82。一般來說，在3104鋁合金中，對w(fe)/w(si)值要求嚴格，國內生產易拉罐用途的3104鋁合金的w(fe)/w(si)值控制在2.0左右，才能保證其中α相的比例，使鋁合金滿足使用性能。本發明提高了si含量，將w(fe)/w(si)值控制在1.0以下的一定範圍內，也能得到性能符合使用要求的鋁合金。

優選地，所述鋁合金按質量百分比由以下成分組成：si：0.70％，fe：0.55％，cu：0.11％，mn：1.25％，mg：1.09％，zn：0.17％，ti：0.05％，其他單個雜質≤0.05％，其他雜質合計≤0.15％，al餘量。

本發明還提供該si含量高的3xxx系鋁合金的製造方法，依次包括以下步驟：

(1)按配比將原料加入到熔煉爐中熔化為鋁液，鋁液經過精煉、除渣、攪拌、分析和調整成分後，再進入靜置爐中進行靜置、精煉、除氣和除渣；

(2)在鋁液中加入細化劑後，鋁液進入鑄造機中鑄造成鑄錠；

(3)對鑄錠的表面進行銑削，去除鑄錠表面的粗晶粒層；

(4)對銑削後的鑄錠進行均熱處理，減少晶內元素偏析，使溶質狀態更均勻，提高合金的塑性；

(5)將均熱後的鑄錠熱軋為熱軋坯料；

(6)對熱軋坯料進行冷軋；

(7)冷軋後的材料進行中間退火，消除材料形變強化效應，改善塑性；

(8)將中間退火後的材料冷軋或箔軋為成品，成品的規格視其生產用途而定，可為片材、帶材、板材等。

具體地，步驟(4)中，均熱溫度為570-600℃，保溫時間為10-18h。

具體地，步驟(5)中，熱軋的開軋溫度為520-560℃，終軋溫度為280-330℃。

具體地，步驟(7)中，退火溫度為330-360℃，保溫時間為1-4h。

具體地，步驟(5)將均熱後的鑄錠熱軋軋至3.5-4.5mm厚度的熱軋坯料。

具體地，步驟(2)中加入的細化劑為鋁鈦硼、鋁鈦碳等常用的晶粒細化劑，優選al-5ti-1b絲。

具體地，步驟(6)將熱軋坯料冷軋軋至1.6mm的厚度。

相對於現有技術，本發明通過調整原料配比或生產工藝，克服了si含量提高對鋁合金的組織結構及性能造成的負面影響，使所述si含量高的3xxx系鋁合金(3d04鋁合金)與標準的3104鋁合金性能一致，能滿足生產易拉罐罐體、鋁合金百葉窗等的使用要求。再者，由於本發明提供的鋁合金含si量高，其原料可選用si含量高的4xxx系鋁合金、複合鋁合金或其他鋁合金廢料，大大地消化了鋁產業中的各種廢料，降低了純度高的電解鋁錠的使用量，因此不僅降低了生產成本，還促進了整個產業的節能降耗，創造出具有前景的經濟效益。

為了更好地理解和實施，下面結合實施例對本發明做進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。

具體實施方式

實施例1

本實施例提供一種si含量高的3xxx系鋁合金，其組成如表1。

表1實施例1鋁合金的成分及含量

所述鋁合金的製造方法依次包括以下步驟：

(1)按表1的配比計算並準備好原料，將原料到加入熔煉爐中熔化為鋁液，鋁液經過精煉、除渣、攪拌、分析和調整成分後，再進入靜置爐中進行靜置、精煉、除氣、除渣。

(2)在鋁液中加入細化劑al-5ti-1b絲後，鋁液進入鑄造機中鑄造成鑄錠。

(3)對鑄錠的表面進行銑削。

(4)對銑削後的鑄錠進行均熱處理，均熱溫度為595℃，保溫時間為14h。

(5)將均熱後的鑄錠熱軋軋至4.5mm厚度的熱軋坯料，熱軋的開軋溫度為540℃，終軋溫度為295℃。

(6)將熱軋坯料冷軋軋至1.6mm的厚度。

(7)冷軋後的材料進行中間退火，退火溫度為340℃，保溫時間為2h。

(8)將中間退火後的材料冷軋或箔軋為0.146mm厚度的成品。

實施例2

本實施例提供一種si含量高的3xxx系鋁合金，其組成如表2。

表2實施例2鋁合金的成分及含量

所述鋁合金的製造方法依次包括以下步驟：

(1)按表2的配比計算並準備好原料，將原料加入到熔煉爐中熔化為鋁液，鋁液經過精煉、除渣、攪拌、分析和調整成分後，再進入靜置爐中進行靜置、精煉、除氣、除渣。

(2)在鋁液中加入細化劑al-5ti-1b絲後，鋁液進入鑄造機中鑄造成鑄錠。

(3)對鑄錠的表面進行銑削。

(4)對銑削後的鑄錠進行均熱處理，均熱溫度為570℃，保溫時間為16h。

(5)將均熱後的鑄錠熱軋軋至4.0mm厚度的熱軋坯料，熱軋的開軋溫度為550℃，終軋溫度為320℃。

(6)將熱軋坯料冷軋軋至1.6mm的厚度。

(7)冷軋後的材料進行中間退火，退火溫度為350℃，保溫時間為3h。

(8)將中間退火後的材料冷軋或箔軋為0.146mm厚度的成品。

實施例3

本實施例提供一種si含量高的3xxx系鋁合金，其組成如表3。

表3實施例3鋁合金的成分及含量

所述鋁合金的製造方法依次包括以下步驟：

(1)按表3的配比計算並準備好原料，將原料加入到熔煉爐中熔化為鋁液，鋁液經過精煉、除渣、攪拌、分析和調整成分後，再進入靜置爐中進行靜置、精煉、除氣、除渣。

(2)在鋁液中加入細化劑al-5ti-1b絲後，鋁液進入鑄造機中鑄造成鑄錠。

(3)對鑄錠的表面進行銑削。

(4)對銑削後的鑄錠進行均熱處理，均熱溫度為580℃，保溫時間為15h。

(5)將均熱後的鑄錠熱軋軋至3.5mm厚度的熱軋坯料，熱軋的開軋溫度為540℃，終軋溫度為310℃。

(6)將熱軋坯料冷軋軋至1.6mm的厚度。

(7)冷軋後的材料進行中間退火，退火溫度為360℃，保溫時間為3h。

(8)將中間退火後的材料冷軋或箔軋為0.146mm厚度的成品。

對比例1

本對比例提供一種3104鋁合金，其組成符合國際標準，具體如表4。

表4對比例1鋁合金的成分及含量

所述鋁合金的製造方法依次包括以下步驟：

(1)按表4的配比計算並準備好原料，將原料加入到熔煉爐中熔化為鋁液，鋁液經過精煉、除渣、攪拌、分析和調整成分後，再進入靜置爐中進行靜置、精煉、除氣、除渣。

(2)在鋁液中加入細化劑al-5ti-1b絲後，鋁液進入鑄造機中鑄造成鑄錠。

(3)對鑄錠的表面進行銑削。

(4)對銑削後的鑄錠進行均熱處理，均熱溫度為605℃，保溫時間為12h。

(5)將均熱後的鑄錠熱軋軋至6.5mm厚度的熱軋坯料，熱軋的開軋溫度為540℃，終軋溫度為290℃。

(6)將熱軋坯料冷軋軋至1.6mm的厚度。

(7)冷軋後的材料進行中間退火，退火溫度為320℃，保溫時間為3h。

(8)將中間退火後的材料冷軋或箔軋為0.146mm厚度的成品。

對比例2

本對比例提供一種3104鋁合金，其組成符合國際標準，具體如表5。

表5對比例2鋁合金的成分及含量

所述鋁合金的製造方法依次包括以下步驟：

(1)按表5的配比計算並準備好原料，將原料加入到熔煉爐中熔化為鋁液，鋁液經過精煉、除渣、攪拌、分析和調整成分後，再進入靜置爐中進行靜置、精煉、除氣、除渣。

(2)在鋁液中加入細化劑al-5ti-1b絲後，鋁液進入鑄造機中鑄造成鑄錠。

(3)對鑄錠的表面進行銑削。

(4)對銑削後的鑄錠進行均熱處理，均熱溫度為600℃，保溫時間為14h。

(5)將均熱後的鑄錠熱軋軋至4.5mm厚度的熱軋坯料，熱軋的開軋溫度為530℃，終軋溫度為300℃。

(6)將熱軋坯料冷軋軋至1.6mm的厚度。

(7)冷軋後的材料進行中間退火，退火溫度為320℃，保溫時間為3h。

(8)將中間退火後的材料冷軋或箔軋為0.146mm厚度的成品。

實施例與對比例在熔鑄投料時的廢料使用比例、最終成品性能的對比見表6：

表6實施例與對比例的廢料使用比例、最終成品性能的對比

表6中的廢料使用比例指的是，熔鑄投料時，鋁廢料佔原料總量的質量百分比。鋁廢料指的是原料中除電解鋁錠外，所選用的4xxx系鋁合金、複合鋁合金或其他鋁合金廢料。

由表6可看出，本發明的si含量高的3xxx系鋁合金(3d04鋁合金)能達到標準的3104鋁合金、5052鋁合金的材料性能，可滿足生產易拉罐罐體、鋁合金百葉窗等的使用要求。此外，本發明大大消化了鋁廢料，降低了生產成本，從而促進了整個產業的節能降耗，創造出具有前景的經濟效益。

本發明並不局限於上述實施方式，如果對本發明的各種改動或變形不脫離本發明的精神和範圍，倘若這些改動和變形屬於本發明的權利要求和等同技術範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變形。