铝及铝合金晶粒细化剂

1、铝及铝合金晶粒细化用合金线材第1部分：铝-钛-硼合金线材（审定稿）编制说明1 工作简况1.1 任务来源随着铝材的广泛应用。尤其是在高新技术领域的应用，对在后续深加工工艺中的组织提出了严格的要求，而控制其组织和性能的关键之一是熔铸出细小均匀的铸态晶粒组织，可明显改善铝型材性能，减少铸锭裂纹。要获得这种组织。必须通过不同的手段处理熔体，包括液态时加入各种处理剂或借助外来能量(如机械振动、电磁搅拌、超声波处理等)使Al基体细化 而晶粒细化是增加材料强度、改善塑性的重要手段之一，也是改善铝材质量的重要途径。在工业生产条件下，添加处理剂的方式是最简便而又有效的方法。 最初研制的晶粒细化剂是把K2TiF6

2、、KBF4等直接 加到熔体中，与熔融铝发生反应，形成TiAl3或TiB2粒子而产生细化作用的。由于产生的细化效果不均匀，无法预测晶粒细化的响应程度，目前已被淘汰。为了克服铝及其合金中直接加入盐类化合物的缺点，人们研究并采用了A1TiB中间合金细化剂。铝钛硼熔体处理剂曾风靡一时，得到不少厂家的青睐。国标委综合200××××号文件及中国有色金属工业协会中色协综字200××××号文件，下达了编制铝及铝合金晶粒细化剂第一部分：铝钛硼合金线材国家标准的任务，并确定了新星化工冶金材料（深圳）有限公司为编写单位。1.2 起草单位

3、新星化工冶金材料（深圳）有限公司于1992年7月在广东省深圳市罗湖区莲塘成立，2004年因公司发展需求，在光明新区公明镇高新科技园建立了全新的厂区；新星化工是一家以专业生产铝材处理剂、铝钛硼合金等高科技产品的中美合资企业。工厂占地面积有5万多平方米，主要产品有有色金属复合材料、新型合金材料及铝材处理剂。1.3 主要过程和内容本标准由中国有色金属工业标准计量质量研究所任主办部门，由新星化工冶金材料（深圳）有限公司任起草单位。新星化工冶金材料（深圳）有限公司自接受起草任务后，收集生产统计、品管检验数据、市场需求及客户要求等信息。初步确定了铝及铝合金晶粒细化剂国家标准起草所遵循的基本原则：1）查阅相

4、关标准和国内外客户的相关技术要求；2）本标准编制过程中，积极向国际标准靠拢，做到标准的先进性；3）根据国内铝及铝合金加工企业具体情况，力求做到标准的合理性与实用性；4）根据技术发展水平及测试数据确定技术指标取值范围；5）完全按照GB/T 1.1和有色加工产品标准和国家标准编写示例的要求进行格式和结构编写；2009年8月主编单位根据标准的起草原则和企业的一些内控技术指标及检验数据毫无保留的撰写在标准的草案稿中，2009年10月广泛征求使用单位的意见，并根据使用单位的宝贵意见，对标准进行修订，形成标准的预审稿，2010年1月4日7日在海南琼海XXXX酒店召开铝及铝合金晶粒细化剂行标的预审会，与会专

5、家对标准的讨论稿进行了认真、热烈的讨论，撰写了会议纪要，并形成了标准的审定稿。1.3.1 标准题目的确定本标准YS/T 447铝及铝合金晶粒细化剂分为三个部分：第一部分 铝钛硼合金线材；第二部分 铝钛碳合金线材；第三部分 铝钛合金线材。本部分为YS/T 447 的第1部分。本部分代替YS/T 447.12002铝及铝合金晶粒细化剂 第一部分：铝-钛-硼合金线材。标准的预审会议上，与会专家提出修改标准的题目这一良好的建议，更改名称为铝及铝合金晶粒细化用合金线材，其原因如下：1）历史发展的需要；早期用Ti、B的盐类物质来细化晶粒，故称之为细化剂。后来，用含Ti、B元素的合金状物质来细化晶粒，故称之

6、为中间合金晶粒细化剂。最近（上世纪末至现在），盐类细化剂基本退出主力市场，现不再称中间合金晶粒细化剂，而改为铝-钛-硼晶粒细化中间合金或中间合金线（杆）。2）与国际上的称呼接轨（master alloy for grain refiners）。1.3.2 范围本部分规定了铸轧、铸挤等方法生产的铝-钛-硼合金线材的要求、试验方法、检验规则和标志、包装、运输、贮存及合同内容等。本部分适用于细化铝及铝合金铸锭及铸轧带用线状铝-钛-硼合金。（以下简称线材）1.3.3 规范性引用文件 引用文件全部是标准正文中需要的内容。1.3.4 标准的主要内容本标准主要包括中间合金牌号命名基本原则、牌号、状态、规格、

7、化学成分、尺寸偏差、力学性能、显微组织、外观质量、晶粒细化能力、其他要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输、贮存、合同内容。本部分与YS/T 447.12002 相比；主要变化如下：1)根据铝中间合金标准中牌号的表示方法从新命名线材牌号；2)增加六个合金牌号；3)规定了线材状态及规格；4)将伸长率指标改为力学性能指标；5)明确规定了各牌号线材其显微组织的要求，其晶粒细化能力的范围，并列出大量的典型金相组织照片；6)表3中线材直径由“ø9.5±0.2”改为“ø9.5±0.3”；7)“含氢量0.5ml/100g熔炉”改为“含氢量0.25ml/100g熔炉

8、”。2 技术要求2.1 牌号、状态、规格根据近些年的使用需求，及市场容量的扩大，较上一版增加六个合金牌号，牌号的表示方法确定为AlTi5B1有三个牌号分别为：AlTi5B1A、 AlTi5B1B、 AlTi5B1C，用户根据产品的用途对AlTi5B1的细化剂使用要求不太一样，因此，派生出三种牌号。增加AlTi5B0.6这一牌号，原因是个别生产厂因产品的用途不同，需要低一些硼的产品做细化剂，经过与使用厂家的反复试验，效果良好。增加AlTi5B0.2牌号而且是AlTi5B0.2A和 AlTi5B0.2B，硼含量低的产品用途为箔材用户、部分高镁和高锌合金产品，而且使用厂家对其化学成分的含量也有不同要

9、求，因此派生出二个合金牌号。增加AlTi3B1牌号，目前，使用的厂家很少，只有个别需求。牌号的表示方法中参考中间合金的标准将国际注册的中间合金字母加数字表示方法采用括号的形式收录到标准中。增加了状态和规格。2.2 化学成分化学成分牌号共收录7个，其中有AlTi5B1A、AlTi5B1B、AlTi5B0.6、AlTi5B0.2A和AlTi3B1共5个牌号的化学成分符合或严于相应的国际注册牌号的化学成分，其他两个AlTi5B1C和AlTi5B0.2B牌号的化学成分不符合相应的国际注册牌号的化学成分。2.1 尺寸偏差根据铝钛硼中间合金的使用特点及国内外市场的需求，确定了铝钛硼中间合金线材直径、卷外径

10、、卷内径、卷高。制备AlTiB合金线杆的典型生产工艺：将重熔用铝锭加入炉内熔化，当铝液温度达到8001000后，将一定配比的氟钛酸钾(如TiF6)与氟硼酸钾(KFB4)混合均匀并分批加入炉内，强烈搅拌，使所加入的盐类反应完全，达到所要求的成分和温度后，利用由轮带式连续铸造机与多机架连轧机组成的连铸连轧机组轧制成直径为ø 9.5±0.3mm的线杆，卷外径：ø750±25mm，卷内径：ø360±25mm，卷高：280±25mm。如果需要其他尺寸的产品，由供需双方协商，并在合同中注明。原标准中的线杆直径为ø 9.5

11、77;0.2mm ，如果采用挤压方法生产铝钛硼中间合金线材，则直径的偏差很小，易于保证，但铝钛硼中间合金线材的内部质量，尤其是TiB2质点不够细小，细化效果不佳，而采用连铸连轧机组生产的铝钛硼中间合金线材由于是连铸连轧，直径偏差很大，但内部组织极佳，因此，现大部分生产厂都采用该种工艺生产，因为直径的偏差对使用厂的影响不是很大，只要不影响喂线机的正常工作即可，因此改为现在的直径偏差。2.2 力学性能铝钛硼中间合金细化剂的力学性能要求不是很高，此标准根据实际测量的数值将力学性能比较详细的列出表格为：Al-Ti-B合金线材力学性能牌号供应状态试样状态直径/mm室温拉伸试验结果抗拉强度Rm/( N/m

12、m2)表1 规定非比例表2 延伸强度Rp0.2/(N/mm2)断后伸长率/%A50mmA不 小 于AlTi5B1A (H2252A)FF9.512015010012025-AlTi5B1B (H2252B)FF9.512015010012020-AlTi5B1C (H2252C)FF9.512015010012013-AlTi5B0.6 (H2202)FF9.51001409511020-AlTi5B0.2A (H2207A)FF9.5951308511018-AlTi5B0.2B (H2207B)FF9.5901209011015-AlTi3B1 (H2214)FF9.58511080100

13、25-2.3 显微组织本部分分别对不同种牌号铝钛硼中间合金的显微组织要求做了对比，对各种牌号的合格与不合格产品进行举例说明，并标明是否合格的具体原因。因为铝钛硼中间合金的质量绝大部分体现在显微组织的控制方面，标准的起草单位根据多年的生产检验经验及自己内控的技术指标进行提炼，在本版标准中增加显微组织的控制表，在表中对TiB2 、TiAl3和氧化夹杂物的尺寸做出具体规定，更重要的是在表中列出用途示例一栏，根据使用单位多年摸索出的经验给出。另外，根据起草单位的多年积累，列出大量的高倍检验图片，供大家参考。AlTiB中间合金是目前较为广泛使用的细化剂，世界上大约75的铝加工企业都在使用AlTiB线杆进

14、行晶粒细化。常用的3种细化剂是：AITi5B0.2、AITi5BO.6、AITi5B1，硼降低了TiA13，的溶解度，使TiAl3的溶解减慢甚至停止。这样就增加了亚包晶成分合金中有效晶核数量，从而提高了细化效果。在熔体凝固期间，硼帮助了TiAl，的生成，从而提高有效核心的数量来细化晶粒。AlTiB中间合金具有良好的细化效果，但该类细化剂如选择或使用不当，会对产品质量造成不良影响。例如，TiB2粒子易于聚集，极易与氧化膜或熔体中的盐类熔剂结合造成夹杂；TiB2粒子粗大，在轧制双零铝箔时，可导致针孔；有时会使带材断裂并损坏轧辊；或对后续薄板成形工艺(如拉深工艺等)产生负面影响。当铝液中含有微量的Z

15、r、Cr、Mn等溶质时，合金的金属化合物尺寸比没有此类元素时大许多，TiB2粒子被“毒化”而失去细化效果。在本部分举例典型显微组织照片进行参照。2.4 外观质量中间合金外观应避免夹渣、腐蚀、盐、夹杂物、油污或任何异物等，但允许有氧化膜、皱皮和收缩裂纹。对于需方要求的喷涂标识，其程度不应影响产品质量和实收率。如果制品表面由于缩孔或裂纹的存在，导致运输和贮存过程中制品含有水分，装炉前应对其进行彻底的干燥和预热，以防止炉内发生剧烈爆炸。2.5 晶粒细化能力本部分晶粒细化能力的数据是按附录A试验得到的，该试验经过细心安排等到准确、直观的数据，实验结果可以得出不同牌号的晶粒平均直径的大小。2.6 氢含量熔体的氢含量是比较重要的技术指标，目前，很多企业都购买在线0.25mL/100g熔体净化装置对熔体进行在线净化处理，因此，将氢含量指标由0.50mL/100g熔体，改为0.25mL/100g熔体。2.7 标识由于同一牌号分为不同的档次，需要在标识上清晰标明，因此经与会专家的研究决定，在检验合格的卷材上没间隔一米应有牌号的黑色喷码进行标识。其卷材的外表面还应标有醒目的颜色标识，具体颜色标识见下表：牌号颜色标志AlTi5B1A 绿AlTi5B1B 绿AlTi5B