[发明专利]含硼的稀土铝合金材料

说明书

技术领域

本发明技术属于铝合金及其压力容器、管道、船体、桥梁等焊接结构的应用领域。

背景技术

铝及铝合金具有耐腐蚀性能高、导热性能好，低温韧性很高的特点。

铝及铝合金极易与空气中的氧结合，生成致密的氧化膜，以阻止腐蚀介质向材料内部深入，所以有良好的耐腐蚀性能。同时，人们普遍认为铝合金的强度不高，难以满足石化压力容器和压力管道的使用要求。

在石油炼制和化工等装置中，压力容器、换热器及压力管道占总设备投资的60%以上，而这些压力容器及压力管道大量的存在着各种各样的腐蚀环境。特别是在有氯离子的循环水、海水和酸性污水气提环境中，工程应用上大量选用高等级不锈钢材料和铜合金材料，这不仅是一种资源浪费，也是一种高投入的资本浪费。目前，随着航空航天事业的发展，铝合金作为发动机主体、机身龙骨、室内舱体和表面蒙皮材料得到了很好的应用。但在其它工业领域，极少用铝合金材料来制造压力容器、管道、船体、桥梁、建筑等焊接设备。

本发明的技术方向，是寻找一种经济适用的替代合金材料，以解决石化装置中压力容器、压力管道及冷换设备所涉及到的各种腐蚀问题，以及要求轻量化的船舶、桥梁、建筑等结构所使用的铝合金材料。

专利号03119119.3《Al-Zn-Mg-Er稀土铝合金》是一种以锌为主的铝稀土合金材料，且并没有涉及到这种铝合金的具体应用途径，与本发明的目的和内容有一定区别。

本人于2011年申报了专利：201110346245.6“压力容器及压力管道用稀土铝合金材料”，由于特殊原因，强度指标仅能满足管道设备的要求，对于压力容器的壳体，还难以达到预期效果。

本发明的目的是开发一种强度比201110346245.6专利高一个等级的高强度、高韧性的铝合金材料，以满足压力容器和许多铝制结构件的安全使用要求。

发明内容

本发明的核心是以铝为基础，利用镁-锰-锆-稀土-硼等为主要关键合金，并以铁、硅、铬为辅助强化元素，进行炼制的多元素合金化材料，以进一步提高铝合金材料的强度等级，并细化晶粒，使塑性达到一个良好的状态。

本发明的合金成分为：Mg:4.0～6.0%；Mn：0.50～1.50%；Zr：0.10～0.30%；RE（加入量）：0.05～0.50%；B：0.02～0.12%；Fe≤0.40%；Si≤0.40%；Cr≤0.40%；Cu≤0.40%；Zn≤0.40%；余量为Al。

说明：上述合金中的余量为Al。RE是指以单质稀土元素，或以镧（La）和铈（Ce）为主的混合轻稀土元素。以上合金元素在规定范围内根据不同的强度要求可进行适当调整。

本技术发明的镁合金含量较高，这是提高材料强度的主要途径，而添加一定量的稀土元素，不仅可以细化晶粒，脱除有害夹杂物，而且可以对已经细化了的间隙化合物起到钉扎作用。

   上述成分的稀土铝合金材料，采用电解制备稀土铝合金工艺技术进行加工炼制。板材可以经过热轧，也可经过冷轧而成。无缝管经过冷拔或热挤压进行制造。压力容器设备法兰和换热器管板经过锻造而成。用本技术方案制造的铝合金板材、管材和锻件主要用于制造压力容器、换热器、空冷器、压力管道，以及船体结构、桥梁结构、建筑结构、水箱等产品。

四．具体实施方式

实施案例：Mg:4.80～5.30%；Mn：0.70～1.10%；Zr：0.25～0.30%；RE（加入量）：0.20%；B：0.04～0.08%；Fe：0.25～0.30%；Si：0.25～0.30%；Cr：0.25～0.30%；余量为Al。

以上为电解熔炼以后铝合金坯料或材料成品的实际含量，不含烧损部分。采用冷轧以后的完全退火温度为350~450℃，不完全退火的热处理温度为120~300℃。热轧温度为400~550℃，热轧后可不进行热处理。

熔炼及轧制工艺为：

配料  →  熔化  →   电磁搅拌   →  取样    → 合金化  →  精炼→电磁搅拌  →   取样   →  转炉  →  坯料   → 轧制   → 热处理→检验和包装

   机械性能目标值如下：

完全退火状态：抗拉强度：340~400（Mpa）；屈服强度：≥180（MPa）；延伸率：≥18（%）