一种4045铝合金杆的生产方法

摘要

本发明为一种4045铝合金杆的生产方法。一种4045铝合金杆的生产方法，包括：(1)按照成分配比选取和称量铝锭、硅、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锑中间合金；(2)向熔融状态的第一批铝锭中加入硅、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锑中间合金，在830‑870℃下保温2‑4h后，加入第二批铝锭，熔融后，得合金液；(3)将所述的合金液在720‑760℃进行精炼；(4)精炼后的合金液成分检测合格后开炉眼，进行在线细化后，再经过在线精炼和过滤进行除气除渣；(5)将除气除渣后的合金液在680‑700℃进行浇铸，出锭后进入连轧机组进行铸轧，冷却后得所述的4045铝合金杆。本发明所述的一种4045铝合金杆的生产方法，适用于此成分范围内的铝硅系合金杆的工业批量化生产。

说明书

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种4045铝合金杆的生产方法。

背景技术

随着焊接技术的发展，铝及铝合金焊接结构已广泛应用于民用及军工领域，如各种化工容器、交通工具、舰船、飞机、火箭、宇宙探测器等，以及高速列车、地铁列车、城市轻轨是国家重点投资支持扶持的产业。这些焊接结构的性能，在基材一定的情况下，主要取决于焊接工艺和焊丝的合金成分和性能。其中，焊丝是影响焊缝金属成分、组织、液-固相线温度、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。因此，焊丝材料对铝合金焊接结构的广泛应用具有重要意义。

4045铝合金是以Si为主要合金元素的铝硅合金，由于含Si较高，熔点低，熔体流动性好，容易补缩，并且不会使最终产品产生脆性，是用于制造铝合金焊接添加材料(如钎焊板、焊条和焊丝等)的理想原料。

4045合金杆属高硅铝合金，主要应用于制造各种规格的ER4045铝合金焊丝，用于焊接或堆焊轻质合金加工业。目前，其生产有半连续铸造-挤压法、连铸连轧法和水平连铸连拉法三种。国外制造4045铝焊丝用合金杆都是采用连铸连轧法工艺生产的，国内采用水平连铸拉法生产的合金杆产品质量与国外产品相比存在较大差距，表现为外在质量与内在品质的差距。铝合金杆拉拔成丝存在不稳定现象，断丝现象频繁，并且生产效率低，每捆不足200公斤，而半连续铸造-挤压法生产，质量可达标，但工序长，投资大，成本高。

现有技术《铸轧法生产4045合金助焊片坯料的方法》，按照牌号为4045合金的组成成份进行配比原料，其中将铝-硅中间合金作为添加剂预埋在炉底，再将铝锭加入，原料熔融后加入铁剂调节成分；原料经过熔炼后导入静置炉，在静置炉中进行变质处理；2)将处理好的铝液进行铸轧，在铸轧机与静置炉之间的流槽内进行二次变质；铸轧时其铸轧区为55-70mm；铸轧温度控制在630-660℃；铸轧速度控制在450-650mm/min。但是，该专利采用铸轧法生产4045合金板坯，生产周期长，效率低，成本高，且只能用于生产焊片，无法生产成为焊丝。

有鉴于此，针对国内4045铝合金成本高、质量不稳定，本发明提出一种新的4045铝合金杆的生产方法，成本低，拉丝断线次数低，适用于工业批量化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种4045铝合金杆的生产方法，采用铸轧法生产，通过铝合金中的硅预处理工艺、硅变质工艺以及晶粒细化方法，可以降低生产成本，并且拉丝断线次数低，适用于工业批量化生产。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种4045铝合金杆的生产方法，包括以下步骤：

(1)原料选取和称量：按照成分配比选取和称量铝锭、硅、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锑中间合金；

(2)向熔融状态的第一批铝锭中加入硅、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锑中间合金，在830-870℃下保温2-4h后，加入第二批铝锭，熔融后，得合金液；

所述的铝锭分两次添加，第二批铝锭占总铝锭用量的5-10％；

(3)将所述的合金液在720-760℃进行精炼，精炼剂用量为熔体总量的5-8‰；精炼完成后拔除表面熔渣，静置不少于20min后取样检测合金液成分；

(4)精炼后的合金液成分检测合格后开炉眼，进行在线细化后，再经过在线精炼和过滤进行除气除渣；

(5)浇铸和铸轧：将除气除渣后的合金液在680-700℃进行浇铸，出锭后进入连轧机组进行铸轧，冷却后得所述的4045铝合金杆。

进一步地，所述的4045铝合金杆的成分配比为：Fe≤0.80％，Si：8.0-11.0％，Cu≤0.30％，Mg≤0.05％，Mn≤0.05％，Cr≤0.05％，Zn≤0.10％，Ti≤0.20％，其它单个≤0.05％，其它合计≤0.15％。

进一步地，所述的步骤(4)中，开炉眼后在精炼后的合金液进入在线除气设备前的位置，喂直径9.5mm的Al-Ti-C杆进行细化晶粒处理。

再进一步地，所述的Al-Ti-C杆为Al-Ti3-C0.15杆。

进一步地，所述的步骤(4)中，在线精炼除气效率50％以上，过滤片规格不小于50ppi。

进一步地，所述的步骤(5)中，铸机速度1000-1100r/min，冷却水强度18-20m

再进一步地，所述的步骤(5)中，出锭后温度为460-500℃，轧制温度为460-500℃，轧制乳液温度为23-31℃，收杆温度为200-300℃。

进一步地，所述的精炼后的合金液的温度为750-780℃。

进一步地，所述的4045铝合金杆直径为9.5mm。

本发明还有一个目的在于提供一种4045铝合金杆，采用上述的生产方法制备而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述的一种4045铝合金杆的生产方法，使用连铸连轧法，相较于半连续铸造-挤压法生产4045铝合金杆，流程短，生产成本更低；且相较于水平连铸连拉法生产4045铝合金杆，拉丝断线次数低，质量稳定。

2、本发明所述的一种4045铝合金杆的生产方法，通过使用金属硅代替铝硅中间合金配料，缩短了生产工序流程，降低了生产成本。

3、本发明所述的一种4045铝合金杆的生产方法，使用铝锑合金作为变质剂对4045合金进行变质处理，解决了使用铝锶合金进行处理的变质潜伏期长、不易使用氯盐精炼等问题，提高了产品质量。

4、本发明所述的一种4045铝合金杆的生产方法，使用Al-Ti3-C0.15晶粒细化剂细化4045铝合金坯料组织，保证了成分组织均匀性，并且避免了添加Al-Ti5-B1晶粒细化剂B中毒现象。

5、本发明所述的一种4045铝合金杆的生产方法，可以生产出合格的4045合金杆；且每捆达2吨，生产效率高，生产成本低。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明一种4045铝合金杆的生产方法，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种4045铝合金杆的生产方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

在详细阐述本发明一种4045铝合金杆的生产方法之前，有必要对本发明中提及的相关方法做进一步说明，以达到更好的效果。

变质处理是提高铝硅合金机械性能的重要手段之一，目前生产上所用的变质剂主要是钠盐和锶。由于钠盐变质工艺复杂，污染环境、腐蚀设备、易吸气、变质有效期短、衰退快，而面临被淘汰。而Sr的化学性质极其活泼，极易氧化，容易使铝液吸氢；Sr变质的潜伏期较长，吸气倾向严重，合金易产生疏松，使致密性下降；此外，由于Sr的氯化反应使Sr烧损严重，所以Sr变质时，不宜用氯盐精炼，最好通氩、氮气，而氯盐又是最佳精炼剂，因此还会导致成本的上升。还有，申请人通过实验发现，采用Sr作为变质剂用于生产4045铝合金焊丝，铝合金杆拉拔成丝存在不稳定现象，断丝频率高，生产效率低的问题。

Sb变质具有良好的细化硅相的效果和良好的去气性，以铝锑中间合金和炉料同时加入，工艺简单，变质效果持续时间长。因此采用AlSb合金代替AlSr合金进行变质处理，变质效果好、持久，还解决了铝合金杆拉拔成丝存在不稳定现象，断丝现象频繁，生产效率低的问题。

同时为了提高铝硅合金性能，国内大部分生产高质量要求铝硅产品，都是使用铝硅中间合金进行配料，成本相对较高。由于4045铝合金中硅含量高，本发明直接使用金属硅替代铝硅中间合金作为原材料，降低生产成本。

在了解了本发明中提及的相关方法之后，下面将结合具体的实施例，对本发明一种4045铝合金杆的生产方法做进一步的详细介绍：

本发明中未提及的原料及操作为本领域常规技术手段。

本发明的技术方案为：

设备要求：主要设备为熔保炉和12机架两辊连铸连轧机组，并需配备除气效率50％以上的在线精炼设备，以及过滤片规格≥50ppi的过滤设备。

原材料要求：①Al99.70以上普铝，质量满足GB/T1196-2017标准要求；②工业硅，牌号：Si4110质量满足GB/T 2881-2014标准要求；③AlCu50中间合金，质量满足GB/T27677-2017标准要求；④AlMn10中间合金，质量满足GB/T27677-2017标准要求；⑤AlSb10中间合金，质量满足GB/T27677-2017标准要求；⑥Al-Ti-C杆，含Ti约3％，含C约0.15％，质量满足YST 447.2-2011标准要求。

一种4045铝合金杆的生产方法，包括以下步骤：

(1)原料选取和称量：按照成分配比选取和称量铝锭、硅、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锑中间合金；

(2)向熔融状态的第一批铝锭中加入硅、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锑中间合金，在830-870℃下保温2-4h后，加入第二批铝锭，熔融后，得合金液；

所述的铝锭分两次添加，第二批铝锭占总铝锭用量的5-10％。将铝锭分为两次添加，第二批铝锭占总铝锭用量的5-10％，可以保证第二批铝锭熔融的同时，使得合金液的温度下降至720-760℃。

该步骤中要先对硅、铝铜中间合金、铝锰中间合金、铝锑中间合金进行干燥，去除原料中的水汽。

(3)将所述的合金液在720-760℃进行精炼，精炼剂用量为熔体总量的5-8‰；精炼完成后拔除表面熔渣，静置不少于20min后取样检测合金液成分；

(4)精炼后的合金液成分检测合格后开炉眼，进行在线细化后，再经过在线精炼和过滤进行除气除渣；

(5)浇铸和铸轧：将除气除渣后的合金液在680-700℃进行浇铸，出锭后进入连轧机组进行铸轧，冷却后得所述的4045铝合金杆。

优选地，所述的4045铝合金杆的成分配比为：Fe≤0.80％，Si：8.0-11.0％，Cu≤0.30％，Mg≤0.05％，Mn≤0.05％，Cr≤0.05％，Zn≤0.10％，Ti≤0.20％，其它单个≤0.05％，其它合计≤0.15％。

优选地，所述的步骤(4)中，开炉眼后在精炼后的合金液进入在线除气设备前的位置，喂直径9.5mm的Al-Ti-C杆进行细化晶粒处理。

进一步优选地，所述的Al-Ti-C杆为Al-Ti3-C0.15杆。

优选地，所述的步骤(4)中，在线精炼除气效率50％以上，过滤片规格不小于50ppi。

优选地，所述的步骤(5)中，铸机速度1000-1100r/min，冷却水强度18-20m

进一步优选地，所述的步骤(5)中，出锭后温度为460-500℃，轧制温度为460-500℃，轧制乳液温度为23-31℃，收杆温度为200-300℃。

优选地，所述的精炼后的合金液的温度为750-780℃。在该温度下，才可以保证合金液经过在线细化、除气除渣后进行浇铸时的温度在680-700℃。

优选地，所述的4045铝合金杆直径为9.5mm。

由于4045铝合金中硅含量高，导致轧制过程困难，存在易开裂的问题。因此，国内普遍采用水平连铸拉法，生产周期长，成本高，且产品质量差、生产效率低。本发明通过采用铝锑合金进行硅的变质、Al-Ti3-C0.15晶粒细化剂细化，及铸轧参数的适当设计，解决了轧制过程易开裂的问题，可以使用连铸连轧法生产，降低了生产成本；并且拉丝断线次数低，质量稳定，生产效率高。

实施例1.

具体操作步骤如下：

(1)炉内加入工业硅2100kg铺底，然后加入AlMn10中间合金30kg，AlCu50中间合金10kg，AlSb10中间合金240kg，炉温设定810℃烘烤36min(该步骤是为了保证原料干燥)。然后进液体铝17吨，点火升温，熔保炉内铝液温度达到835℃，保温2h13min，期间使用电磁搅拌搅拌3次，每次10min，之后加Al99.70铝锭1吨，熔融后，得合金液。

(2)将合金液的温度控制达到742℃后，进行精炼，精炼剂用量为6‰，时间35min，精炼完毕后将表面熔渣扒除干净，静置20min取样。

(3)精炼后的合金液成分满足要求后，铝液温度为765℃。

在铝液进在线除气设备前的位置按2.2m/min的速度喂直径9.5mm的Al-Ti3-C0.15杆，铝液经过在线精炼和过滤设备进行除气除渣，经检测在线精炼除气效率55％，过滤片规格50ppi。

(4)整个铸轧过程保证浇铸温度685-698℃，出锭后进入连轧机组进行轧制，出坯温度470-480℃，轧制温度465-478℃，铸机速度1050r/min，冷却水强度19.2m

表1化学成分

表2物理性能

由表1可知，其成分配比符合Fe≤0.80％，Si：8.0-11.0％，Cu≤0.30％，Mg≤0.05％，Mn≤0.05％，Cr≤0.05％，Zn≤0.10％，Ti≤0.20％，其它单个≤0.05％，其它合计≤0.15％。

由表2可知，制备的产品拉伸强度大于210Mpa，伸长率大于15％。

实施例2.

具体操作步骤如下：

(1)炉内加入工业硅2100kg铺底，然后加入AlMn10中间合金30kg，AlCu50中间合金10kg，AlSb10中间合金240kg，炉温设定810℃烘烤30min(该步骤是为了保证原料干燥)。

然后进液体铝16.8吨，点火升温，熔保炉内铝液温度达到870℃，保温3.5h，期间使用电磁搅拌搅拌3次，每次10min，使金属硅充分熔化、变质并均匀分布在熔保炉内。

之后加Al99.70铝锭1.2吨，熔融后，得合金液。

(2)将合金液的温度控制达到720℃后，采用氯盐进行精炼，精炼剂用量为8‰，时间40min，精炼完毕后将表面熔渣扒除干净，静置20min后取样检测合金液成分。

(3)精炼后的合金液成分满足要求后，铝液温度为755℃。

在铝液进在线除气设备前的位置按2.2m/min的速度喂直径9.5mm的Al-Ti3-C0.15杆，铝液经过在线精炼和过滤设备进行除气除渣，经检测在线精炼除气效率55％，过滤片规格50ppi。

(4)整个铸轧过程保证浇铸温度680-695℃，出锭后进入连轧机组进行轧制，出坯温度465-475℃，轧制温度460-473℃，铸机速度1000r/min，冷却水强度18.5m

对产品进行成分检测，其成分配比为：Fe≤0.80％，Si：8.0-11.0％，Cu≤0.30％，Mg≤0.05％，Mn≤0.05％，Cr≤0.05％，Zn≤0.10％，Ti≤0.20％，其它单个≤0.05％，其它合计≤0.15％。生产过程中拉丝断线次数低，质量稳定，且每捆达2吨，生产效率高。

实施例3.

具体操作步骤如下：

(1)炉内加入工业硅2100kg铺底，然后加入AlMn10中间合金30kg，AlCu50中间合金10kg，AlSb10中间合金240kg，炉温设定815℃烘烤30min。

然后进液体铝17.1吨，点火升温，熔保炉内铝液温度达到830℃，保温3h，期间使用电磁搅拌搅拌4次，每次10min，使金属硅充分熔化、变质并均匀分布在熔保炉内。

之后加Al99.70铝锭0.9吨，熔融后，得合金液。

(2)将合金液的温度控制达到760℃后，采用氯盐进行精炼，精炼剂用量为6‰，时间40min，精炼完毕后将表面熔渣扒除干净，静置20min后取样检测合金液成分。

(3)精炼后的合金液成分满足要求后，铝液温度为775℃。

在铝液进在线除气设备前的位置按2.2m/min的速度喂直径9.5mm的Al-Ti3-C0.15杆，铝液经过在线精炼和过滤设备进行除气除渣，经检测在线精炼除气效率55％，过滤片规格50ppi。

(4)整个铸轧过程保证浇铸温度685-700℃，出锭后进入连轧机组进行轧制，出坯温度475-490℃，轧制温度478-490℃，铸机速度1100r/min，冷却水强度19.1m

对产品进行成分检测，其成分配比为：Fe≤0.80％，Si：8.0-11.0％，Cu≤0.30％，Mg≤0.05％，Mn≤0.05％，Cr≤0.05％，Zn≤0.10％，Ti≤0.20％，其它单个≤0.05％，其它合计≤0.15％。生产过程中拉丝断线次数低，质量稳定，且每捆达2吨，生产效率高。

以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。