一种高强度高延展性的电站翅片材料及其加工工艺
技术领域
本发明涉及多层金属材料及其加工技术领域，特别是一种高强度高延展性的电站翅片材料及其加工工艺。
背景技术
电站冷却系统成套设备主要用于将汽轮机排出的乏汽冷却为凝结水,乏汽冷却形成的压力差使蒸汽产生推力,推动汽轮机转动,带动发电机发电，因此电站冷却系统是电站的重要生产设备，水冷是以水为冷却介质,利用水的温升带走热量,对被冷却介质进行冷却(凝),它在我国火电站冷却系统中应用最早,也是目前最广泛的冷却方式，它的主要优点是电站满发率高,缺点是耗水量大，随着国家对淡水资源保护的愈加重视,加之我国火电布局向淡水资源匮乏的“三北”地区集中,未来空冷系统在“三北”地区将发挥主力作用,新增投产火电站采用空冷系统的比例将由也在进一步提升,虽然煤电开工规模是下滑的趋势,但电站空冷系统需求将稳中有升，因此高性能铝合金电站翅片的研发也是大势所趋，现有电站翅片是使用普通的3003作为芯材，焊后强度低，耐腐蚀性能差，本因此需要设计一种高强度高延展性的电站翅片材料及其加工工艺来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于针对3003作为芯材的不足，取长补短，提供一种高强度高延展性的电站翅片材料及其加工工艺，本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种高强度高延展性的电站翅片材料，由芯材合金和皮材合金组成，所述芯材合金包含0.7%-1.0%重量的Si、0.25%-0.6%重量的Fe、1.3%-1.8%重量的Mn、1.3%-1.6%重量的Zn、0.1%-0.2%重量的Zr，所述芯材合金的其余成分为铝和不可避免的杂质元素，所述皮材合金包含6.8%-7.8%重量的Si、0.15%-0.16%重量的Fe，所述皮材合金的其余成分为铝和不可避免的杂质元素。
本发明的进一步改进在于：所述芯材合金成分包含0.85%重量的Si、0.25%重量的Fe、 1.7%重量的Mn、1.5%重量的Zn和 0.13%重量的Zr。
本发明的进一步改进在于：所述皮材合金包含7.8%重量的Si和0.15%重量的Fe。
本发明的进一步改进在于：按照上述化学成分，通过以下步骤得到复合铝带，步骤一：熔铸，通过熔炼，得到符合上述化学成分的熔体，熔体经过在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭；步骤二：锯切，扁铸锭切头尾；步骤三：将扁铸锭铣面；步骤四：复合；步骤五：加热；步骤六：热轧，热轧成3-7mm后热轧卷材；步骤七：冷轧，将卷材再送至冷轧机轧到预定厚度；步骤八：退火，将预定厚度的铝卷送入退火炉进行成品退火；步骤九：拉矫，出炉冷却后经过拉弯矫直机对板型进行矫直和平整；步骤十：分切工序，然后经过精密分切得到合格的复合铝带。
本发明的进一步改进在于：成品退火的金属温度为250-280℃，保温1.5-2小时。
本发明的进一步改进在于：复合铝带中皮材厚度占总厚度的14%-16%。
本发明的进一步改进在于：选择互为匹配的所述芯材合金和皮材合金成分，并采用半连续铸造方法制备得到，材料最终交付状态为H24态。
本发明的有益效果
本发明通过合理的所述芯材合金和所述皮材合金成分的组合，确保制备出的复合铝卷平整，焊合率高，通过合理的退火工艺，消除材料内应力，确保最终产品达到要求的强度和延伸率，复合翅片与冷却用矩形管进行钎焊，翅片在矩形管中起到散热和紊流作用，与传统翅片相比，目前开发的材料强度和耐蚀性更好，这样的设计具有实用性强和可操作性强的特点，具有广阔的市场运用前景。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一：
一种高强度高延展性的电站翅片材料，由芯材合金2和皮材合金1组成，所述芯材合金2包含0.85%重量的Si、0.25%重量的Fe、1.3%重量的Mn、1.5%重量的Zn、0.13%重量的Zr，所述芯材合金的其余成分为铝和不可避免的杂质元素，所述皮材合金包含7.8%重量的Si、0.15%重量的Fe，所述皮材合金1的其余成分为铝和不可避免的杂质元素。
按照上述化学成分，通过以下步骤得到复合铝带，步骤一：熔铸，通过熔炼，得到符合上述化学成分的熔体，熔体经过在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭；步骤二：锯切，扁铸锭切头尾；步骤三：将扁铸锭铣面；步骤四：复合；步骤五：加热；步骤六：热轧，热轧成3-7mm后热轧卷材；步骤七：冷轧，将卷材再送至冷轧机轧到预定厚度；步骤八：退火，将预定厚度的铝卷送入退火炉进行成品退火, 成品退火的金属温度为250-280℃，保温1.5-2小时；步骤九：拉矫，出炉冷却后经过拉弯矫直机对板型进行矫直和平整；步骤十：分切工序，然后经过精密分切得到合格的复合铝带,复合铝带中皮材厚度占总厚度的14%-16%，选择互为匹配的所述芯材合金和皮材合金成分，并采用半连续铸造方法制备得到，材料最终交付状态为H24态。
使用所述芯材合金和所述皮材合金，利用熔铸车间铸造设备铸造长为5500mm，宽为1340mm，厚为445mm，测试合金化学成分，对以上铸锭锯切和铣面，锯切和铣面后铸锭尺寸为425*1340*5200mm，然后进入加热炉，以480℃/5h加热，然后热轧，钎焊层轧至80mm厚，然后钎焊层-芯层捆绑在一起，进行热轧，轧至厚度5mm，再进行冷轧，冷轧至0.23mm，然后根据需求退火至H24状态，再进行拉矫和分切，得到0.23*200mm的复合铝卷，模拟钎焊在马弗炉内进行，马弗炉内含有5方分米空间的不锈钢盒子，不锈钢盒子充有氮气，钎焊周期20分钟从室温线性加热到600℃，保温5min，随后，拿出马弗炉，空气中冷却至室温，表1为钎焊后实验结果，在焊接过程中由于芯层熔化而被侵蚀，其焊接接头相应的被侵蚀，表2为钎焊后侵蚀结果。
表1 合金实施例和对比例焊后力学性能表
表2 合金实施例和对比例焊后接头侵蚀
实施例二：
一种高强度高延展性的电站翅片材料，由芯材合金2和皮材合金1组成，所述芯材合金2包含0.85%重量的Si、0.25%重量的Fe、1.7%重量的Mn、1.5%重量的Zn、0.13%重量的Zr，所述芯材合金2的其余成分为铝和不可避免的杂质元素，所述皮材合金包含7.8%重量的Si、0.15%重量的Fe，所述皮材合金1的其余成分为铝和不可避免的杂质元素。
按照上述化学成分，通过以下步骤得到复合铝带，步骤一：熔铸，通过熔炼，得到符合上述化学成分的熔体，熔体经过在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭；步骤二：锯切，扁铸锭切头尾；步骤三：将扁铸锭铣面；步骤四：复合；步骤五：加热；步骤六：热轧，热轧成3-7mm后热轧卷材；步骤七：冷轧，将卷材再送至冷轧机轧到预定厚度；步骤八：退火，将预定厚度的铝卷送入退火炉进行成品退火, 成品退火的金属温度为250-280℃，保温1.5-2小时；步骤九：拉矫，出炉冷却后经过拉弯矫直机对板型进行矫直和平整；步骤十：分切工序，然后经过精密分切得到合格的复合铝带,复合铝带中皮材厚度占总厚度的14%-16%，选择互为匹配的所述芯材合金和皮材合金成分，并采用半连续铸造方法制备得到，材料最终交付状态为H24态。
使用所述芯材合金和所述皮材合金，利用熔铸车间铸造设备铸造长为5500mm，宽为1340mm，厚为445mm，测试合金化学成分，对以上铸锭锯切和铣面，锯切和铣面后铸锭尺寸为425*1340*5200mm，然后进入加热炉，以480℃/5h加热，然后热轧，钎焊层轧至80mm厚，然后钎焊层-芯层捆绑在一起，进行热轧，轧至厚度5mm，再进行冷轧，冷轧至0.23mm，然后根据需求退火至H24状态，再进行拉矫和分切，得到0.23*200mm的复合铝卷。模拟钎焊在马弗炉内进行，马弗炉内含有5方分米空间的不锈钢盒子，不锈钢盒子充有氮气，钎焊周期20分钟从室温线性加热到600℃，保温5min，随后，拿出马弗炉，空气中冷却至室温，表1为钎焊后实验结果。在焊接过程中由于芯层熔化而被侵蚀，其焊接接头相应的被侵蚀，表2为钎焊后侵蚀结果。
表1 合金实施例和对比例焊后力学性能表
表2 合金实施例和对比例焊后接头侵蚀
实施例三：
一种高强度高延展性的电站翅片材料，由芯材合金2和皮材合金1组成，所述芯材合金2包含0.85%重量的Si、0.25%重量的Fe、1.8%重量的Mn、1.5%重量的Zn、0.13%重量的Zr，所述芯材合金2的其余成分为铝和不可避免的杂质元素，所述皮材合金1包含7.8%重量的Si、0.15%重量的Fe，所述皮材合金的其余成分为铝和不可避免的杂质元素,按照上述化学成分，通过以下步骤得到复合铝带，步骤一：熔铸，通过熔炼，得到符合上述化学成分的熔体，熔体经过在线晶粒细化、除气、除渣，半连续铸造成扁铸锭；步骤二：锯切，扁铸锭切头尾；步骤三：将扁铸锭铣面；步骤四：复合；步骤五：加热；步骤六：热轧，热轧成3-7mm后热轧卷材；步骤七：冷轧，将卷材再送至冷轧机轧到预定厚度；步骤八：退火，将预定厚度的铝卷送入退火炉进行成品退火, 成品退火的金属温度为250-280℃，保温1.5-2小时；步骤九：拉矫，出炉冷却后经过拉弯矫直机对板型进行矫直和平整；步骤十：分切工序，然后经过精密分切得到合格的复合铝带,复合铝带中皮材厚度占总厚度的14%-16%，选择互为匹配的所述芯材合金和皮材合金成分，并采用半连续铸造方法制备得到，材料最终交付状态为H24态。
使用所述芯材合金和所述皮材合金，利用熔铸车间铸造设备铸造长为5500mm，宽为1340mm，厚为445mm，测试合金化学成分，对以上铸锭锯切和铣面，锯切和铣面后铸锭尺寸为425*1340*5200mm，然后进入加热炉，以480℃/5h加热，然后热轧，钎焊层轧至80mm厚，然后钎焊层-芯层捆绑在一起，进行热轧，轧至厚度5mm，再进行冷轧，冷轧至0.23mm，然后根据需求退火至H24状态，再进行拉矫和分切，得到0.23*200mm的复合铝卷。模拟钎焊在马弗炉内进行，马弗炉内含有5方分米空间的不锈钢盒子，不锈钢盒子充有氮气，钎焊周期20分钟从室温线性加热到600℃，保温5min，随后，拿出马弗炉，空气中冷却至室温，表1为钎焊后实验结果。在焊接过程中由于芯层熔化而被侵蚀，其焊接接头相应的被侵蚀，表2为钎焊后侵蚀结果。
表1 合金实施例和对比例焊后力学性能表
表2 合金实施例和对比例焊后接头侵蚀
根据上述数据得出，在所述芯材合金包含0.85%重量的Si、0.25%重量的Fe、1.7%重量的Mn、1.5%重量的Zn、0.13%重量的Zr，所述芯材合金的其余成分为铝和不可避免的杂质元素，所述皮材合金包含7.8%重量的Si、0.15%重量的Fe，所述皮材合金的其余成分为铝和不可避免的杂质元素，以这种所述芯材合金和所述皮材合金的成分配比的时候，是合金强度最强的成分配比，同时也可以看出这种成分配比的所述芯材合金和所述皮材合金制造出来的复合铝带强度和耐蚀性比原有的3003材料的更好。
所述芯材合金2和所述皮材合金1中的Si的作用是可以提高合金的强度，改善合金铸造过程的流动性，也可以适当消耗复合废料，Fe的作用是可以提高合金的强度，但过高的Fe在合金中容易形成大量粗大的Al-Fe和Al-Fe-Si等金属间化合物，大大降低合金的加工成型性能和耐腐蚀性能，Mn的作用是一部分以固溶体的形式存在于基体中，起到固溶强化、提高合金强度的作用，同时在铝基体中还会与Al形成弥散分布的Al6Mn粒子，是合金的主要强化相，Zn的作用是可以使合金的腐蚀电位降低，腐蚀电流密度增大，避免局部点腐蚀，从而达到腐蚀增强的作用，Zr的作用是可以提高翅片在高温下的抗塌陷性能，提高翅片使用寿命。
本发明的有益效果
本发明通过合理的所述芯材合金和所述皮材合金成分的组合，确保制备出的复合铝卷平整，焊合率高，通过合理的退火工艺，消除材料内应力，确保最终产品达到要求的强度和延伸率，复合翅片与冷却用矩形管进行钎焊，翅片在矩形管中起到散热和紊流作用，与传统翅片相比，目前开发的材料强度和耐蚀性更好，这样的设计具有实用性强和可操作性强的特点，具有广阔的市场运用前景。
以上仅为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。
