CN104805319B - 一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，涉及铝合金加工技术领域。该方法包括备料、熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤。本发明从熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造等多方面进行改进，提供一种改善铸锭质量、提高生产效率的方法，使铸锭组织细小、成分均匀、无其他冶金缺陷，规格达到Φ900～Φ1340mm，晶粒度可达一级、氢含量≤0.10ml/100gAl，成品率达到90%以上。

Description

一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法

技术领域

本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其是一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法。

背景技术

2219铝合金属于铝铜锰系中高强铝合金，其具有良好的高低温力学性能、焊接性、断裂韧性、耐腐蚀性能及易于加工成形等特点，属于典型的可热处理强化锻造铝合金。产品以不同形式和热处理状态用于航空、航天等领域。大规格圆锭主要用于制作锻环，其工艺路线为：锻造开坯-冲孔-热环轧-淬火-冷轧-人工时效等。而随着国内熔炼、除气、铸造等技术的进步及客户对产品的规格、性能的不断提高，对2219合金圆锭的规格要求越来越大，传统的中等规格已不能满足需要，迫切需要超大规格的圆锭。而超大规格圆锭锻坯的生产关键在于铸造成型和内部冶金质量的控制，但是随着铸锭规格的增大，其铸造时容易产生偏析、粗大晶粒、疏松、裂纹、粗大金属化合物、光亮晶、羽毛晶等冶金缺陷，铸造成型及冶金质量都难以保证。因此迫切需要研究超大规格2219圆锭的制备方法以满足市场需要。

有鉴于此，本发明要解决的技术问题就是克服目前熔炼铸造技术的不足，从原材料选用、熔炼、炉内除气、在线除气、在线过滤、铸造等多方面进行改进，提供一种改善铸锭质量、提高生产效率的方法，从而能够稳定生产超大规格2219圆锭。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，本发明从熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理等多方面进行改进，提供一种改善铸锭质量、提高生产效率的方法，使铸锭组织细小、成分均匀、无其他组织缺陷，规格达到Φ900～Φ1340mm，晶粒度可达一级、氢含量≤0.10ml/100gAl，成品率达到90％以上。

本发明采用的技术方案如下：

一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，包括备料、熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤，具体步骤如下：

(1)备料：按照铝合金圆锭的配方成份进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原料；

(2)熔炼：将步骤(1)中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外，投入熔炼炉内熔炼，采用高温快速熔化，熔炼温度控制在750～800℃，炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化，炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中间合金进行成分微调得到铝熔体；

(3)炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼；

(4)在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体氩气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；铝熔体除气精炼后通过30～50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除渣，清除尺寸在15μm以上的杂质；铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h；

(5)在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加φ9.5mm规格的Al-5Ti-1B丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-1B丝的喂丝速度为160cm/min～220cm/min；

(6)半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所述引锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为0.02～0.08MPa，冷却水流量55～80m³/h；铸造长度小于800mm时，铸造速度为13～20mm/min；铸造长度大于800mm后，铸造速度为10～15mm/min；

(7)均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在520～540℃条件下均热30～60h，然后在冷却室内用强风或喷水冷至室温；

(8)机械加工和超声探伤：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格后进行机械加工至成品规格，最后进行超声探伤，合格后包装入库或发货。

所述备料依据的铝合金圆锭的配方为：按照重量百分比计，Cu≤6.8％，Mn≤0.40％，Si≤0.20％，Fe≤0.30％，V 0.05-0.15％，Zr 0.10-0.16％，Ti 0.02-0.10％，Be0.0002-0.0010％，Zn≤0.1％，Mg≤0.02％，,余量为Al和不可避免的杂质元素，其中每种不可避免的杂质元素含量小于等于0.05％且总量小于等于0.15％。

2xxx系铝合金中的主要合金元素为Cu，形成了合金的主要强化相Al₂Cu相。但Cu含量超过其在合金中最大固溶极限后所形成的过剩相，对材料的塑性及断裂韧性有不利的影响，Cu含量不能过低，否则降低固溶强化效果。

Mn是提高合金耐热性的主要元素，它可降低溶质原子的扩散系数和固溶体的分解速度，同时析出的T相(Al₂₀Cu₂Mn₃)在高温时较稳定，可延迟和减弱合金的人工时效过程，抑制再结晶，提高合金的耐热性和强度。在发明中Mn的含量优选为Mn≤0.4％，若是Mn含量过低，则强化效果有限；若Mn含量过高，则形成粗大的T(Al₂₀Cu₂Mn₃)相，造成材料性能的下降。

Zr在合金中所起的作用与Mn类似，但Zr的强化效果要更高。Zr的含量不宜低于0.10％，否则大部分Zr固溶在组织中，难以在均匀化退火过程中形成二次Al₃Zr相，对材料性能不利；同时Zr的含量不宜高于0.16％，否则容易在铸造过程中形成一次粗大Al₃Zr相，降低材料的铸造性能、加工性能以及断裂韧性。

V加入铝合金中生成Al₁₁V高熔点的化合物，在铸造过程中可细化晶粒。与加入Zr的作用类似，其可通过提高再结晶温度，阻碍再结晶，细化最终产品的晶粒组织，提高合金强度。

Ti是起微合金化作用的元素，可以控制加工和热处理时的晶粒结构。Ti在合金中以不超过0.1O％为宜。若是Ti含量过高，则容易在组织中形成粗大的含Ti相，降低材料的断裂韧性。Zn,Fe和Si元素为材料中的杂质元素，需分别控制在0.1％，0.30％和0.20％以下。

本发明通过合理调整2xxx系铝合金中Cu的含量，以控制组织中过剩相的含量，并保证主要强化相Al₂Cu的含量，从而使材料具有较好的强度和塑性；同时优化微量元素含量，细化晶粒结构，进一步提高材料的强度。

本发明还从熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造等多方面进行改进，从而达到生产质量合格的超大规格铝合金圆锭的目的。

首先，采用高温快速熔化原料的方式，控制熔炼温度在750～800℃，优选控制熔炼温度在760～790℃，采用高温快速熔化可以减少铝液氧化，减少渣的产生，同时提高生产效率。

其次，本发明通过炉内精炼、在线除气精炼和泡沫陶瓷过滤板在线过滤除渣，加强熔体净化处理。铝合金在熔炼过程中，熔体中存在气体，在铸锭拉应力区形成气孔、夹渣等，易引起应力集中的缺陷，会使铸锭产生裂纹。因此浇注前对熔体进行除气除渣处理，可以减少裂纹产生的机会。

在炉内精炼过程中，熔体温度控制在720～750℃，优选控制熔体温度在720～740℃，控制氯气流量为0.025～1.5m³/h，氩气流量0.5～15m³/h，精炼时间15～30min，静置时间20～30min。

在步骤(4)的在线除气过程中，旋转喷头的转速为200～500rpm，氯气流量0.01～0.5m³/h，氩气流量0.5～6m³/h，除气时铝液温度为720～750℃。

为了增加熔体净化效果，所述铝合金熔体至少经过两级在线精炼除气处理后再进行在线过滤操作。采取30-50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除渣后，可清除掉大部分尺寸在15μm以上的杂质。

通过上述熔体净化后，可以将2xxx系铝合金大规格铸锭中的H含量控制在0.10ml/100gAl以下，碱金属Na含量控制在2ppm以下，除气和除钠均达到较好的效果，确保了铝合金的高纯洁度，能够满足未来航空航天用铝合金质量要求。

再次，本发明通过晶粒细化处理，提高合金强度和韧性，减少铸锭热裂倾向。由于在含Zr的铝合金中，Zr原子团会在Al-Ti-B丝内起晶粒细化作用的TiB₂粒子表面形成一层ZrB₂或Zr的包覆层，从而抑制了TiB₂粒子的细化晶粒特性。此外Zr还会与TiAl₃粒子反应，改变其晶格常数和形核特性，使晶粒粗化。本发明针对因Zr元素引起的晶粒细化剂“中毒”现象，在使用TiB₂、TiAl₃颗粒尺寸符合要求的Al-5Ti-1B晶粒细化剂的基础上，将Φ9.5mm规格的Al-5Ti-1B丝的喂丝速度增加至160cm/min-220cm/min，加大晶粒细化剂投放量，保证晶粒细化效果。

再次，本发明在半连续铸造的过程中，还在引锭头上覆盖有垫片，降低了铸锭底部的冷却强度，达到防止底部开裂的目的。

最后，本发明研究确定了圆锭均匀化处理的温度为520～540℃，保温时间为30～60h，可以使初生相充分回溶，二次析出相更均匀、细小。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明通过以上方案可以克服大规格2xxx系铝合金圆铸锭容易出现的内部冶金质量问题，实现制造规格更大的2xxx系铝合金圆锭的目的，本发明制备的圆锭规格可达Φ900～Φ1340mm，铸锭车皮后经超声探伤检测无明显内部缺陷，晶粒细小均匀，无其他冶金缺陷，表面平整，可以减少车皮量，提高成品率。

2、本发明制备的超大规格2xxx系圆锭具有较好的综合力学性能，可以用于制造航空航天和国防工程需要的高性能锻造产品，更好地满足航空业的使用要求，应用前景非常看好。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是实施例1中Φ915mm规格圆锭的低倍组织照片。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步详述。

实施例1

铸造规格为Φ915mm×6000mm的大规格铝合金圆锭，其生产过程包括备料、熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤，具体如下：

(1)备料：按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为：Cu 6.8％，Mn 0.4％，V0.10％，Zr 0.15％，Ti 0.08％，Be 0.0005％，Zn≤0.1％，Mg≤0.01％，Si≤0.10％，Fe≤0.20％，余量为Al和不可避免的杂质进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原料；

(2)熔炼：将步骤(1)中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外，投入熔炼炉内熔炼，采用高温快速熔化，熔炼温度控制在750℃，炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化，炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中间合金进行成分微调得到铝熔体；

(3)炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼；熔体温度控制在720℃，控制氯气流量0.025m³/h，氩气流量10m³/h，精炼时间15min，静置时间20min。

(4)在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体氩气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；旋转喷头的转速为200rpm，氯气流量0.5m³/h，氩气流量4m³/h，除气时铝液温度为720～750℃；铝熔体除气精炼后通过30ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除渣，清除尺寸在15μm以上的杂质。

铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h，使用ABB公司的Alscan在线测氢仪测定铝熔体中的液态氢含量，其结果如表1所示。

(5)在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加Al-5Ti-1B丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-1B丝的喂丝速度为160cm/min；

(6)半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所述引锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为0.02MPa，冷却水流量55m³/h；铸造速度为15mm/min；

(7)均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在520℃条件下均热30h，然后在冷却室内用强风或喷水冷至室温；

(8)机械加工和超声探伤：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格后进行机械加工至成品规格，最后进行超声探伤，合格后包装入库或发货。本实施例中的检测结果如表1所示，低倍检测结果如图1所示。

实施例2

铸造规格为Φ1220mm×6000mm的超大规格铝合金圆锭，其生产过程包括备料、熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤，具体如下：

(1)备料：按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为：按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为：Cu 6.1％，Mn 0.25％，V 0.06％，Zr 0.16％，Ti 0.09％，Be0.0006％，Zn≤0.1％，Mg≤0.02％，Si≤0.10％，Fe≤0.20％，余量为Al和不可避免的杂质进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原料；

(2)熔炼：将步骤(1)中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外，投入熔炼炉内熔炼，采用高温快速熔化，熔炼温度控制在760℃，炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化，炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中间合金进行成分微调得到铝熔体；

(3)炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼；熔体温度控制在740℃，控制氯气流量为0.8m³/h，氩气流量0.5m³/h，精炼时间30min，静置时间30min。

(4)在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体氩气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；旋转喷头的转速为500rpm，氯气流量0.01m³/h，氩气流量0.5m³/h，除气时铝液温度为740℃；对铝合金熔体做两级在线精炼除气处理，铝熔体除气精炼后通过50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除渣，清除尺寸在15μm以上的杂质。铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h，使用ABB公司的Alscan在线测氢仪测定铝熔体中的液态氢含量，其结果如表1所示。

(5)在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加Al-5Ti-1B丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-1B丝的喂丝速度为180cm/min；

(6)半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所述引锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为0.08MPa，冷却水流量80m³/h；铸造速度为10mm/min；

(7)均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在540℃条件下均热60h，然后在冷却室内用强风或喷水冷至室温；

(8)机械加工：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格后进行机械加工至成品规格，最后进行超声探伤，合格后包装入库或发货。本实施例中的检测结果如表1所示。

实施例3

铸造规格为Φ1050mm×6500mm的超大规格铝合金圆锭，其生产过程包括备料、熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤，具体如下：

(1)备料：按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为Cu 5.9％，Mn 0.35％，V0.15％，Zr 0.15％，Ti 0.08％，Be 0.0010％，Zn≤0.1％，Mg≤0.01％，Si≤0.20％，Fe≤0.30％，余量为Al和不可避免的杂质进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原料；

(2)熔炼：将步骤(1)中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外，投入熔炼炉内熔炼，采用高温快速熔化，熔炼温度控制在800℃，炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化，炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中间合金进行成分微调得到铝熔体；

(3)炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼；熔体温度控制在750℃，控制氯气流量为1.5m³/h，氩气流量15m³/h，精炼时间30min，静置时间30min。

(4)在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体氩气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；旋转喷头的转速为300rpm，氯气流量0.012m³/h，氩气流量6m³/h，除气时铝液温度为750℃；铝熔体除气精炼后通过40ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除渣，清除尺寸在15μm以上的杂质。

铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h，使用ABB公司的Alscan在线测氢仪测定铝熔体中的液态氢含量，其结果如表1所示。

(5)在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加Al-5Ti-1B丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-1B丝的喂丝速度为220cm/min；

(6)半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所述引锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为0.06MPa，冷却水流量60m³/h；铸造速度为15mm/min；

(7)均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在530℃条件下均热50h，然后在冷却室内用强风或喷水冷至室温；

(8)机械加工和超声探伤：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格后进行机械加工至成品规格，最后进行超声探伤，检测有无内部裂纹，合格后包装入库或发货。本实施例中的检测结果如表1所示。

实施例4

铸造规格为Φ1320mm×6500mm的超大规格铝合金圆锭，其生产过程包括备料、熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤，具体如下：

(1)备料：按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为：Cu 6.3％，Mn 0.3％，Zn≤0.1％，Mg≤0.01％，V 0.07％，Zr 0.13％，Ti 0.08％，Si 0.04％，Fe 0.08％，Be0.0009％，余量为Al进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原料；

(2)熔炼：将步骤(1)中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外，投入熔炼炉内熔炼，采用高温快速熔化，熔炼温度控制在790℃，炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化，炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中间合金进行成分微调得到铝熔体；

(3)炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼；熔体温度控制在730℃，控制氯气流量为0.5m³/h，氩气流量8m³/h，精炼时间25min，静置时间25min。

(4)在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体氩气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；旋转喷头的转速为400rpm，氯气流量0.08m³/h，氩气流量1m³/h，除气时铝液温度为730℃；铝熔体除气精炼后通过50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除渣，清除尺寸在15μm以上的杂质。

铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h，使用ABB公司的Alscan在线测氢仪测定铝熔体中的液态氢含量，其结果如表1所示。

(5)在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加Al-5Ti-1B丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-1B丝的喂丝速度为200cm/min；

(6)半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所述引锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为0.05MPa，冷却水流量70m³/h；铸造速度为12mm/min；

(7)均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在525℃条件下均热50h，然后在冷却室内用强风或喷水冷至室温；

(8)机械加工和超声探伤：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格后进行机械加工至成品规格，最后进行超声探伤，检测有无内部裂纹，合格后包装入库或发货。本实施例中的检测结果如表1所示。

表1 实施例1-4中圆锭的质量检测结果

注：本表中晶粒度检测依据为国家标准GB/T 3246.2(铝及铝合金制品组织检验方法第2部分：低倍组织检验方法)。

本发明制备的圆锭典型低倍组织如图1所示，其规格可达Φ900～Φ1340mm，组织细小均匀，晶粒度可达一级，氢含量≤0.10ml/100gAl，无其他冶金缺陷和裂纹存在，成品率达到90％以上。开坯锻造和环轧后成功制备出外径达8700mm的锻环，锻环经热处理后(T6态)力学性能：抗拉强度≥450MPa，屈服强度≥330MPa，延伸率≥4％，完全满足航空航天和国防工程所需的高性能锻造产品的需要。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在于包括备料、熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤，具体步骤如下：

(1)备料：备料依据的铝合金圆锭的配方为：按照重量百分比计，Cu≤6.8％，Mn≤0.40％，Si≤0.20％，Fe≤0.30％，V 0.05-0.15％，Zr 0.10-0.16％，Ti0.02-0.10％，Be0.0002-0.0010％，Zn≤0.1％，Mg≤0.02％，余量为Al和不可避免的杂质元素，其中每种不可避免的杂质元素含量小于等于0.05％且总量小于等于0.15％；按照铝合金圆锭的配方成份进行配料，分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原料；

(2)熔炼：将步骤(1)中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外，投入熔炼炉内熔炼，采用高温快速熔化，熔炼温度控制在750～800℃，炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化，炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣，然后取样分析成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分调整，成分合格后将熔体转入保温炉，在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中间合金进行成分微调得到铝熔体；

(3)炉内精炼：在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼；

(4)在线精炼和过滤：炉内精炼完成后，通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体氩气和氯气的混合物，除去铝熔体中游离氢和其他有害物质；铝熔体除气精炼后通过30～50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除渣，清除尺寸在15μm以上的杂质；铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h；

(5)在线晶粒细化：通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加φ9.5mm规格的Al-5Ti-1B丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，Al-5Ti-1B丝的喂丝速度为160cm/min～220cm/min；

(6)半连续铸造：经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造，得到所需规格的圆锭；所述引锭头上覆盖有垫片；半连续铸造冷却水压为0.02～0.08MPa，冷却水流量55～80m³/h；铸造长度小于800mm时，铸造速度为13～20mm/min；铸造长度大于800mm后，铸造速度为10～15mm/min；

(7)均匀化热处理：将圆锭在均热炉内在520～540℃条件下均热30～60h，然后在冷却室内用强风或喷水冷至室温；

(8)机械加工和超声探伤：切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量，检测合格后进行机械加工至成品规格，最后进行超声探伤，合格后包装入库或发货。

2.根据权利要求1所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在于：在所述步骤(2)熔炼过程中，熔炼温度控制在760～790℃。

3.根据权利要求2所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在于：在所述步骤(3)精炼过程中，熔体温度控制在720～750℃。

4.根据权利要求3所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在于：在所述步骤(3)精炼过程中，熔体温度控制在720～740℃，氯气流量0.025～1.5m³/h，氩气流量0.5～15m³/h，精炼时间15～30min，静置时间20～30min。

5.根据权利要求4所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在于：在步骤(4)的在线除气过程中，旋转喷头的转速为200～500rpm，氯气流量0.01～0.5m³/h，氩气流量0.5～6m³/h，除气时铝液温度为720～750℃。

6.根据权利要求4所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法，其特征在于：为了增加熔体净化效果，所述铝合金熔体至少经过两级在线精炼除气处理后再进行在线过滤操作。