一种高强熔焊用Al-Mg-Mn-Zn-Zr焊丝合金铸锭的制备方法

摘要

一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭及其制备方法，本发明涉及焊丝合金铸锭及其制备方法领域。本发明为了解决现用5356铝合金焊丝材料焊接高镁合金材料强度低、耐腐蚀性差的问题。方法：称取原料；合金熔炼；铸造成合金铸锭。本发明铸锭制备的焊丝比5356合金焊丝焊后强度提高30MPa，与高镁合金材料熔焊焊接强度系数达到90％，同时还具有较高的耐腐蚀性能。本发明用于制备Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭。

权利要求

1.一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：一、按照元素质量百分含量：Si≤0.10％、Fe≤0.20％、Cu≤0.05％、Mn：0.50％～

0.90％、Mg：5.80％～6.50％、Zn：0.25～0.65％、Be：0.0015％～0.0035％、Ti：0.05％～

0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％、合计杂质≤0.15％和余量为Al，称取重熔用高纯铝锭、镁锭、锌锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、铝锆中间合金和铝钛硼晶粒细化剂；

二、将步骤一称取的重熔用高纯铝锭、铝锰中间合金、锌锭、铝锆中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中，在720℃～760℃的条件下熔炼6～8h，全部熔化，充分搅拌，获得熔体，均匀铺撒覆盖剂；

三、将步骤二制备的熔体降温至740℃，加入步骤一称取的镁锭和铝铍中间合金，混合均匀，均匀铺撒覆盖剂；再将熔体导入静置炉中，然后采用Ar‑Cl2混合气体，进行精炼，得到铝合金熔体；

四、将步骤三得到的铝合金熔体经过50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将步骤一称取的铝钛硼晶粒细化剂插入流槽中，均匀熔入合金熔液中；

五、将纯铝锭熔化倒入步骤四所述结晶器中的底座上铺底，然后在温度为710℃～730℃、水压为0.25～0.50MPa、速度为95～105mm/min的条件下将步骤四所得的合金熔液铸造成合金铸锭，完成制备；

步骤四控制铝钛硼晶粒细化剂插入速度为500mm/min。

2.根据权利要求1所述的一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤一所述的铝锰中间合金是Al‑11％Mn合金，铝钛中间合金是Al‑4％Ti中间合金，铝铍中间合金是Al‑11％Be，铝钛硼晶粒细化剂是铝钛硼合金Al‑5％Ti‑1％B组成。

3.根据权利要求1所述的一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤二和步骤三中所述的覆盖剂均是2号熔剂。

4.根据权利要求1所述的一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤二中覆盖剂的加入量为熔炼炉中金属质量的0.50％。

5.根据权利要求1所述的一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤三中覆盖剂的加入量为熔炼炉中金属质量的0.55％。

6.根据权利要求1所述的一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤三所述Ar‑Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为(31.5～33)﹕1。

7.根据权利要求1所述的一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤三所述Ar‑Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为32﹕1。

8.根据权利要求1所述的一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤五合金铸锭的直径为162mm、长度为5000mm～6000mm。

说明书

一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及焊丝合金铸锭及其制备方法领域。

背景技术

[0002] 随着舰船领域的高速发展，对材料的综合性能要求也越来越高，结构轻量化不仅可以提高大型舰船的机动化水平也是提高能源利用率节能环保的有效途径。与传统材料相比，高镁高强度的铝合金材料可显著减小船体设计厚度，减轻结构自重，适用于船体及海洋平台等具有高强度要求的关键部件制造。但目前与之匹配的焊材及焊接工艺研究相对滞后，焊材熔覆强度低(仅为280‑305MPa)，与基材强度不匹配，且接头性能不稳定，影响了高强高镁船用合金的推广应用。

发明内容

[0003] 本发明为了解决现用5356铝合金焊丝材料焊接高镁合金材料强度低、耐腐蚀性差的问题，而提供种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭及其制备方法。

[0004] 一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭，所述合金铸锭中各元素质量百分含量如下：Si≤0.10％、Fe≤0.20％、Cu≤0.05％、Mn：0.50％～0.90％、Mg：5.80％～6.50％、Zn：0.25～0.65％、Be：0.0015％～0.0035％、Ti：0.05％～0.10％、Zr：0.1％～
0.15％、单个杂质≤0.10％、合计杂质≤0.15％和余量为Al。

[0005] 所述的一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法，具体按以下步骤进行：

[0006] 一、按照元素质量百分含量：Si≤0.10％、Fe≤0.20％、Cu≤0.05％、Mn：0.50％～0.90％、Mg：5.80％～6.50％、Zn：0.25～0.65％、Be：0.0015％～0.0035％、Ti：0.05％～
0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％、合计杂质≤0.15％和余量为Al，称取重熔用高纯铝锭、镁锭、锌锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、铝锆中间合金和铝钛硼晶粒细化剂；

[0007] 二、将步骤一称取的重熔用高纯铝锭、铝锰中间合金、锌锭、铝锆中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中，在720℃～760℃的条件下熔炼6～8h，全部熔化，充分搅拌，获得熔体，均匀铺撒覆盖剂；

[0008] 三、将步骤二制备的熔体降温至740℃，加入步骤一称取的镁锭和铝铍中间合金，混合均匀，均匀铺撒覆盖剂；再将熔体导入静置炉中，然后采用Ar‑Cl2混合气体，进行精炼，得到铝合金熔体；

[0009] 四、将步骤三得到的铝合金熔体经过50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将步骤一称取的铝钛硼晶粒细化剂插入流槽中，均匀熔入合金熔液中；

[0010] 五、将纯铝锭熔化倒入步骤四所述结晶器中的底座上铺底，然后在温度为710℃～730℃、水压为0.25～0.50MPa、速度为95～105mm/min的条件下将步骤四所得的合金熔液铸造成合金铸锭，完成制备。

[0011] 本发明有益效果：

[0012] 本发明研制了一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭及其制备方法，解决了高强铝合金焊材的卡脖子问题，还可为现役重点型号舰船的改进和研制新型舰船提供可选新材料。

[0013] 焊丝合金铸锭熔炼时选用品位高的重熔用铝锭，铸造时采用双级在线控制系统进一步提升铸锭冶金质量，在熔铸过程中调控铸造温度、水压、水温、铸造速度等工艺参数保证获得组织均匀、无粗大化合物的高品质铸态组织，为后续焊丝加工制备及焊接后焊缝组织控制提供保证。

[0014] 本发明铸锭制备的焊丝比5356合金焊丝焊后强度提高30MPa，与高镁合金材料熔焊焊接强度系数达到90％，同时还具有较高的耐腐蚀性能。

[0015] 本发明用于制备Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭。

附图说明

[0016] 图1为实施例一制备的合金铸锭的金相组织照片；

[0017] 图2为采用实施例一制备的合金铸锭制成焊丝的焊接焊缝照片。

具体实施方式

[0018] 具体实施方式一：本实施方式一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭，所述合金铸锭中各元素质量百分含量如下：Si≤0.10％、Fe≤0.20％、Cu≤0.05％、Mn：0.50％～0.90％、Mg：5.80％～6.50％、Zn：0.25～0.65％、Be：0.0015％～0.0035％、Ti：0.05％～0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％、合计杂质≤0.15％和余量为Al。

[0019] 具体实施方式二：本实施方式一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法，具体按以下步骤进行：

[0020] 一、按照元素质量百分含量：Si≤0.10％、Fe≤0.20％、Cu≤0.05％、Mn：0.50％～0.90％、Mg：5.80％～6.50％、Zn：0.25～0.65％、Be：0.0015％～0.0035％、Ti：0.05％～
0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％、合计杂质≤0.15％和余量为Al，称取重熔用高纯铝锭、镁锭、锌锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、铝锆中间合金和铝钛硼晶粒细化剂；

[0021] 二、将步骤一称取的重熔用高纯铝锭、铝锰中间合金、锌锭、铝锆中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中，在720℃～760℃的条件下熔炼6～8h，全部熔化，充分搅拌，获得熔体，均匀铺撒覆盖剂；

[0022] 三、将步骤二制备的熔体降温至740℃，加入步骤一称取的镁锭和铝铍中间合金，混合均匀，均匀铺撒覆盖剂；再将熔体导入静置炉中，然后采用Ar‑Cl2混合气体，进行精炼，得到铝合金熔体；

[0023] 四、将步骤三得到的铝合金熔体经过50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将步骤一称取的铝钛硼晶粒细化剂插入流槽中，均匀熔入合金熔液中；

[0024] 五、将纯铝锭熔化倒入步骤四所述结晶器中的底座上铺底，然后在温度为710℃～730℃、水压为0.25～0.50MPa、速度为95～105mm/min的条件下将步骤四所得的合金熔液铸造成合金铸锭，完成制备。

[0025] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一所述的铝锰中间合金是Al‑11％Mn合金，铝钛中间合金是Al‑4％Ti中间合金，铝铍中间合金是Al‑11％Be，铝钛硼晶粒细化剂是铝钛硼合金Al‑5％Ti‑1％B组成。其它与具体实施方式二相同。

[0026] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：步骤二和步骤三中所述的覆盖剂均是2号熔剂。其它与具体实施方式二或三相同。

[0027] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：步骤二中覆盖剂的加入量为熔炼炉中金属质量的0.50％。其它与具体实施方式二至四之一相同。

[0028] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是：步骤三中覆盖剂的加入量为熔炼炉中金属质量的0.55％。其它与具体实施方式二至五之一相同。

[0029] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤三所述Ar‑Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为(31.5～33)﹕1。其它与具体实施方式二至六之一相同。

[0030] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是：步骤三所述Ar‑Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为32﹕1。其它与具体实施方式二至七之一相同。

[0031] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至八之一不同的是：步骤四控制铝钛硼晶粒细化剂插入速度为500mm/min。其它与具体实施方式二至八之一相同。

[0032] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式二至九之一不同的是：步骤五合金铸锭的直径为162mm、长度为5000mm～6000mm。其它与具体实施方式二至九之一相同。

[0033] 本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

[0034] 实施例一：

[0035] 本实施例一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭，所述合金铸锭中各元素质量百分含量如下：Si≤0.10％、Fe≤0.20％、Cu≤0.05％、Mn：0.50％～0.90％、Mg：5.80％～6.50％、Zn：0.25～0.65％、Be：0.0015％～0.0035％、Ti：0.05％～0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％、合计杂质≤0.15％和余量为Al。

[0036] 所述的一种高强熔焊用Al‑Mg‑Mn‑Zn‑Zr焊丝合金铸锭的制备方法，具体按以下步骤进行：

[0037] 一、按照元素质量百分含量：Si≤0.10％、Fe≤0.20％、Cu≤0.05％、Mn：0.85％、Mg：6.10％、Zn：0.50％、Be：0.0015％～0.0035％、Ti：0.05％～0.10％、Zr：0.12％、单个杂质≤0.10％、合计杂质≤0.15％和余量为Al、且Fe的质量百分含量>Si的质量百分含量，称取重熔用高纯铝锭、镁锭、锌锭、铝锰中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、铝锆中间合金和铝钛硼晶粒细化剂；

[0038] 二、将步骤一称取的重熔用高纯铝锭、铝锰中间合金、锌锭、铝锆中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中，在760℃的条件下熔炼8h，全部熔化，充分搅拌，获得熔体，均匀铺撒覆盖剂；

[0039] 三、将步骤二制备的熔体降温至740℃，加入步骤一称取的镁锭和铝铍中间合金，混合均匀，均匀铺撒覆盖剂；再将熔体导入静置炉中，然后采用Ar‑Cl2混合气体，进行精炼至每100克熔体中的氢含量≤0.15mL，得到铝合金熔体；

[0040] 四、将步骤三得到的铝合金熔体经过50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将步骤一称取的铝钛硼晶粒细化剂插入流槽中，均匀熔入合金熔液中；

[0041] 五、将纯铝锭熔化倒入步骤四所述结晶器中的底座上铺底，然后在温度为720℃、水压为0.4MPa、速度为100mm/min的条件下将步骤四所得的合金熔液铸造成合金铸锭，完成制备。

[0042] 步骤一所述的铝锰中间合金是Al‑11％Mn合金，铝钛中间合金是Al‑4％Ti中间合金，铝铍中间合金是Al‑11％Be，铝钛硼晶粒细化剂是铝钛硼合金Al‑5％Ti‑1％B组成。

[0043] 步骤二和步骤三中所述的覆盖剂是2号熔剂。

[0044] 步骤二中覆盖剂的加入量为熔炼炉中金属质量的0.50％。

[0045] 步骤三中覆盖剂的加入量为熔炼炉中金属质量的0.55％。

[0046] 步骤三所述Ar‑Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为32﹕1。

[0047] 步骤四控制铝钛硼晶粒细化剂插入速度为500mm/min。

[0048] 步骤五合金铸锭的直径为162mm、长度为6000mm。

[0049] 图1为实施例一制备的合金铸锭制成焊丝的金相组织照片，可以看出其组织均匀、无粗大化合物，为后续焊丝加工制备及焊接后焊缝组织控制提供保证。

[0050] 图2为采用实施例一制备的合金铸锭制成焊丝的焊接焊缝照片。

[0051] 经验证，本实施例制备的焊丝比5356合金焊丝焊后强度提高30MPa，达到347MPa，与高镁合金材料熔焊焊接强度系数达到90％，同时还具有较高的耐腐蚀性能，焊接后焊缝处耐剥落腐蚀性能为P级。