本发明公开了一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭，其由以下重量百分比的元素组成：Si1.0‑1.45%、Fe0.1‑0.3%、Cu0.8‑1.2%、Mn0.8‑1.2%、Mg0.8‑1.2%、Cr0.15‑0.25%、Ti＜0.03%，余量为Al，制得的空心圆铸锭成品外径为φ560±3mm、内径为φ360±3mm，壁厚为100±1mm。制备时经过熔炼、净化、除气、过滤、铸造等工序，通过特定的合金成分组成、熔炼和铸造工艺，获得一次成型加工用于大吨位挤压机的空心圆铸锭成品，解决了当前技术空白，制得的空

　　1.一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的制备方法，其特征是：所述空心圆铸锭

　　3mm、内径为φ360±3mm，壁厚为100±1mm，制备方法有以下步骤：

　　（1）按元素组成选用品位≥99.70%的重熔铝锭、Al‑20Si合金、Al‑10Fe合金、电解铜板、

　　Al‑10Mn合金、镁锭、Al‑4Cr合金、Al‑5Ti合金作为原材料，投入熔炼炉中搅拌熔化，得到铝

　　（2）检测熔炼炉内铝合金熔体，当其化学成分符合组分要求且铝合金熔体的温度为

　　700‑750℃时，导入保温炉，导炉时开启保温炉的炉底透气砖进行熔体净化；

　　（3）将保温炉中铝合金熔体灌入双转子除气装置，直至铝合金熔体液面与双转子除气

　　装置出口处的气锁装置上沿平齐时进行除气；除气后的铝合金熔体流入双级板式过滤箱，

　　（4）使用温度≤725℃的纯铝对结晶器进行铺底，铺底厚度大于或等于结晶器的石墨环

　　（5）当结晶器中铺底的纯铝边缘凝固1/3‑1/2时，打开分流盘的流槽闸板，向结晶器中

　　注入铝合金熔体，当结晶器热帽内的金属液面上升到距离热帽上沿40‑60mm时关闭流槽闸

　　2.如权利要求1所述的一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的制备方法，其特征在

　　于：所述步骤（1）中，搅拌时先进行电磁搅拌，再进行机械搅拌，搅拌总时间至少15min；其

　　中，电磁搅拌的强度为65%‑75%，顺逆时针换向至少15s，按照顺逆一个循环，搅拌3‑5次；机

　　3.如权利要求1所述的一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的制备方法，其特征在

　　于：所述步骤（2）中，导炉开始时，炉底透气砖的气体流量为20‑25NL/min，导炉20‑30min；导

　　炉结束后，将炉底透气砖的气体流量调整为20‑30NL/min，保持30‑40min；然后调整为15‑

　　4.如权利要求1所述的一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的制备方法，其特征在

　　于：所述步骤（3）中，保温炉出料口的铝合金熔体温度为715‑725℃，保温炉出料口至分流盘

　　5.如权利要求1所述的一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的制备方法，其特征在

　　6.如权利要求5所述的一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的制备方法，其特征在

　　7.如权利要求1所述的一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的制备方法，其特征在

　　于：所述步骤（3）中，双级板式过滤箱采用孔隙率为30+50ppi或40+60ppi的双极泡沫陶瓷过

　　8.如权利要求1所述的一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的制备方法，其特征在

　　于：所述步骤（5）的铸造过程中，向结晶器中注入脉冲油进行润滑，注油频率为：注油7‑10s，

　　停顿15‑20s，以此循环注入，直至铸造结束；注入铝合金熔体时使用硅酸铝纤维毯块遮挡铺

　　9.如权利要求1所述的一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的制备方法，其特征在

　　于：所述步骤（5）中，铸造起始阶段，铸造速度为40‑45mm/min，外结晶器水流量为50‑55m/

　　外结晶器水流量为55‑60m/h，内结晶器水流量为27‑33m/h；当铸锭长度达到250±20mm时，

　　10.采用如权利要求1‑9任一项所述的制备方法制备的大规格铝合金超薄壁厚空心圆

　　[0001]本发明涉及铝合金型材加工技术领域，具体涉及一种大规格铝合金超薄壁厚空心

　　[0002]空心圆铸锭作为管道、储气瓶和罐体的原材料，大范围的使用在空分制氧、新能源储氢和

　　工业空心型材等领域，现有空心圆铸锭的制备方法是基于半连续铸造直接制造出空心铸锭

　　或先铸造出实心铸锭，然后加工成空心圆铸锭。然而，半连续铸造直接生产的空心铸锭内腔

　　质量差，缺陷或杂质会带入到产品内表面，且半连续铸造技术存在组织晶粒粗大、宏观偏析

　　严重及大规格铸锭铸造易开裂等问题。而采用实心铸锭加工成空心铸锭的方法存在材料浪

　　费严重，加工难度大，单块铸锭成品率低等问题。所以，亟需提供一种大规格铝合金超薄壁

　　厚空心圆铸锭的制备方法，填补大规格且超薄的空心圆铸锭制备技术空白，通过一次成型

　　[0003]本发明提供了一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭及其制备方法，目的在于实

　　现一次成型加工用于大吨位挤压机的空心圆铸锭成品，降低圆铸锭加工余量，提高铸锭成

　　[0004]本发明为一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的制备方法，所述空心圆铸锭由

　　（1）按元素组成选用品位≥99.70%的重熔铝锭、Al‑20Si合金、Al‑10Fe合金、电解

　　铜板、Al‑10Mn合金、镁锭、Al‑4Cr合金、Al‑5Ti合金作为原材料，投入熔炼炉中搅拌熔化，得

　　（2）检测熔炼炉内铝合金熔体，当其化学成分符合组分要求且铝合金熔体的温度

　　为700‑750℃时，导入保温炉，导炉时开启保温炉的炉底透气砖进行熔体净化；

　　（3）将保温炉中铝合金熔体灌入双转子除气装置，直至铝合金熔体液面与双转子

　　除气装置出口处的气锁装置上沿平齐时进行除气；除气后的铝合金熔体流入双级板式过滤

　　（4）使用温度≤725℃的纯铝对结晶器进行铺底，铺底厚度大于或等于结晶器的石

　　（5）当结晶器中铺底的纯铝边缘凝固1/3‑1/2时，打开分流盘的流槽闸板，向结晶

　　器中注入铝合金熔体，当结晶器热帽内的金属液面上升到距离热帽上沿40‑60mm时关闭流

　　[0005]优选的，步骤（1）中，搅拌时先进行电磁搅拌，再进行机械搅拌，搅拌总时间至少

　　15min；其中，电磁搅拌的强度为65%‑75%，顺逆时针换向至少15s，按照顺逆一个循环，搅拌

　　[0006]优选的，步骤（2）中，导炉开始时，炉底透气砖的气体流量为20‑25NL/min，导炉20‑

　　30min；导炉结束后，将炉底透气砖的气体流量调整为20‑30NL/min，保持30‑40min；然后调

　　[0007]优选的，步骤（3）中，保温炉出料口的铝合金熔体温度为715‑725℃，保温炉出料口

　　[0008]优选的，步骤（3）中，双转子除气装置转子转速为500‑535

　　度≥99.99%的氩气或氩氯混合气体，除气气体流量为60‑70Nm/h。

　　[0010]优选的，步骤（3）中，双级板式过滤箱采用孔隙率为30+50ppi或40+60ppi的双极泡

　　[0011]优选的，步骤（5）的铸造过程中，向结晶器中注入脉冲油进行润滑，注油频率为：注

　　油7‑10s，停顿15‑20s，以此循环注入，直至铸造结束；注入铝合金熔体时使用硅酸铝纤维毯

　　[0012]优选的，步骤（5）中，铸造起始阶段，铸造速度为40‑45mm/min，外结晶器水流量为

　　±20mm时，调整铸造速度为50‑55mm/min，外结晶器水流量为65‑75m/h，内结晶器水流量为

　　1、本发明通过特定的合金成分组成、熔炼和铸造工艺，获得一次成型的大规格铝

　　合金超薄壁厚空心圆铸锭成品，填补了当前大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的技术空

　　白，制得的空心圆铸锭成品各项指标均满足使用上的要求，具有非常好的使用价值和应用前景。

　　[0015]2、本发明提供的大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭，以重量百分比计，包括

　　（AlCuMgSi）相，剩余的Cu则形成CuAl，不仅明显地增加了合金热加工时的塑性，还增强了

　　热处理强化效果，抑制挤压效应，此时合金处于α（Al）‑MgSi‑Si三相区中，焊接裂纹倾向较

　　小。同时，控制Si含量为1.0‑1.45%，Mg含量为0.8‑1.2%，可以平衡铝合金强度和耐腐蚀性能

　　之间的关系，满足超薄壁厚空心圆铸锭综合性能的要求；而铝合金中加入0.8‑1.2%Mn和

　　0.15‑0.25%Cr，能大大的提升冲击韧性和弯曲性能，并且通过抑制MgSi在晶界的析出，提高了

　　强度，同时细化了晶粒，使再结晶的晶粒呈细长状，提高了合金的耐蚀性；通过加入0.1‑

　　0.3%的铁，进一步细化了晶粒，降低了裂纹倾向性；通过加入0.01‑0.025%的Ti，一方面减少

　　[0016]3、本发明提供的大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭的制备方法，分不同阶段进行

　　铸造，各阶段具有严格的逻辑关系，且各阶段设定了特定的工艺参数。具体为：①铸造起始

　　量实验及对比研究发现，铸造速度若低于40mm/min，没办法保证铸锭可以自结晶器内拉出，会

　　造成铸造悬挂，从而中断铸造；若大于45mm/min，则因起始牵引力过大，铸锭拉出速度过快，

　　造成铸锭一次水冷强度不足，出现漏铝问题，中断铸造；外结晶器使用石墨环进行冷却，水

　　量小于50m/h时，没办法保证一次冷却量，易造成冷却不足漏铝问题，当外结晶器水量大于

　　55m/h时，一次冷却强度过大，铸锭表面冷隔较深，偏析层厚度增加；内结晶器因使用铜环

　　进行一次冷却，总水量小于外结晶器，但当冷却水量小于25m/h时，铸锭内壁冷却不足会造

　　成抱芯子中断铸造问题；当冷却水量大于30m/h时，一次冷却强度过大，造成铸锭横向收缩

　　量增加，内孔冷隔加剧。②当铸锭长度达到140±20mm时，铸锭已成功脱离结晶器，调整铸造

　　量适当增加，使铸锭尽快受到二次水冷，减小液穴深度，提高结晶前沿，使铸锭表层晶粒更

　　加细腻，偏析层厚度降低。③当铸锭长度达到250±20mm时，进入稳定铸造状态，调整铸造速

　　度，提高结晶前沿，使铸锭二次水冷强度继续向上蔓延，以达到目标设定的表面细晶，偏析

　　[0017]4、本发明的制备方法采用氩气或氩氯混合气体对铝合金熔体进行喷吹除气，再通

　　过双极泡沫陶瓷过滤片进行过滤，对铝合金熔体进行深度净化，有效提升了空心圆铸锭成

　　[0018]5、本发明开始铸造前，先在结晶器中采用纯铝进行铺底，且铺底厚度大于或等于

　　[0019]6、本发明铸造过程中向结晶器中注入脉冲油进行润滑，注油时采用循环注入的方

　　式，润滑油分布均匀，润滑效果好。向结晶器中注入铝合金熔体时使用硅酸铝纤维毯块遮挡

　　[0020]7、本发明向结晶器中注入铝合金熔体时，等结晶器中铺底的纯铝边缘凝固1/3‑1/

　　2时，再打开分流盘的流槽闸板向结晶器中注入铝合金熔体，保证铺底纯铝不被冲漏的同时

　　增强铺底纯铝与铝合金熔体的结合度，使得铺底纯铝与铝合金熔体融合效果更加好，铸锭底

　　[0021]8、本发明向结晶器中注入铝合金熔体时，当结晶器热帽内的金属液面上升到距离

　　热帽上沿40‑60mm时关闭流槽闸板，等待10‑20s后，重新打开流槽闸板，再开始铸造，等待的

　　目的在于让铺底纯铝与铝合金熔体更好的融合，底部凝固更充分，防止开车偏早造成底

　　[0022]9、通过本发明的方法制得的空心圆铸锭外径为φ560±2mm，内径为φ360±2mm，

　　壁厚为100±1mm，实现了一次成型加工用于大吨位挤压机的空心圆铸锭成品的目的，大幅

　　度降低了圆铸锭加工余量，单块铸锭的成品率由68%提升至83%以上。通过液态测氢仪检测，

　　分流盘盘口的液态氢含量小于0.08ml/100gAl，离线mm/kg，铸锭

　　[0023]图1为本发明的实施例1制备的大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭成品图。

　　一种大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭，由以下重量百分比的元素组成：Si1.0%、

　　（1）按元素组成选用品位≥99.70%的重熔铝锭、Al‑20Si合金、Al‑10Fe合金、电解

　　铜板、Al‑10Mn合金、镁锭、Al‑4Cr合金、Al‑5Ti合金作为原材料，投入熔炼炉中熔化并搅拌

　　15min，得到735℃的铝合金熔体；搅拌时，先进行电磁搅拌，将电磁搅拌的强度开至65%，顺

　　逆时针换向15s，按照顺逆一个循环，连续搅拌3次，搅拌总时间为10min；再采用扒渣车进行

　　（2）检测熔炼炉内铝合金熔体，当其化学成分符合组分要求且铝合金熔体温度为

　　730℃时，将铝合金熔体从熔炼炉导入保温炉，导炉时开启保温炉的炉底透气砖进行熔体净

　　化；导炉开始时，炉底透气砖的气体流量为20NL/min，导炉20min；导炉结束后，将炉底透气

　　（3）检测到保温炉出料口铝合金熔体温度为715℃时，操作液压缸缓慢升起控制保

　　温炉倾翻，将铝合金熔体灌入双转子除气装置，直至双转子除气装置内的铝合金熔体液面

　　与双转子除气装置出口处的气锁装置上沿平齐时，阻断空气流通进行除气，除气时双转子

　　除气装置的转子转速为500r/min，除气气体使用纯度≥99.99%的氩气，气体流量为60Nm/

　　h；除气后的铝合金熔体流入孔隙率为30+50ppi的双级板式过滤箱进行过滤，过滤后的铝合

　　金熔体流入分流盘，由于铝合金熔体经过流槽时存在温降，所以分流盘入口的铝合金熔体

　　（4）分流盘内的铝合金熔体流入底部结晶器中准备铸造，在进入结晶器前，先使用

　　（6）当结晶器中铺底的纯铝边缘凝固1/3时，打开分流盘的流槽闸板，向结晶器中

　　注入铝合金熔体，当结晶器热帽内的金属液面上升到距离热帽上沿40mm时关闭流槽闸板，

　　等待10s后，重新打开流槽闸板，开始铸造，本次导炉结束至铸造开始时间为38min；铸造过

　　程中向结晶器中注入脉冲油进行润滑，注油频率为：注油7s，停顿15s，以此循环注入，直至

　　铸造结束；注入铝合金熔体时使用硅酸铝纤维毯块遮挡铺底纯铝，防止高温铝合金熔体冲

　　漏铺底纯铝；铸造起始阶段，铸造速度为40mm/min，外结晶器水流量为50m/h，内结晶器水

　　/h；当铸锭长度达到140mm时，铸造速度为45mm/min，外结晶器水流量为55m/h，

　　内结晶器水流量为27m/h；当铸锭长度达到250mm时，调整铸造速度为50mm/min，外结晶器

　　水流量为65m/h，内结晶器水流量为30m/h。铸造完成后，得到表1‑2中批次号为2360051‑

　　[0025]铸造过程中，使用液态测氢仪检测分流盘盘口氢含量为0.068ml/100gAl，离线

　　渣结果显示，渣含量为0.018mm/kg。铸造完成后，得到外径为φ561mm、内径为φ361mm，壁

　　厚为100mm的空心圆铸锭成品，偏析层厚度2.6mm，铸锭表面无肉眼可见的拉痕、裂纹和其他

　　（1）按元素组成选用品位≥99.70%的重熔铝锭、Al‑20Si合金、Al‑10Fe合金、电解

　　铜板、Al‑10Mn合金、镁锭、Al‑4Cr合金、Al‑5Ti合金作为原材料，投入熔炼炉中熔化并搅拌

　　15min，得到730℃的铝合金熔体；搅拌时，先进行电磁搅拌，将电磁搅拌的强度开至70%，顺

　　逆时针换向15s，按照顺逆一个循环，连续搅拌3次，搅拌总时间为10min；再采用扒渣车进行

　　（2）检测熔炼炉内铝合金熔体，当其化学成分符合组分要求且铝合金熔体温度为

　　727℃时，将铝合金熔体从熔炼炉导入保温炉，导炉时开启保温炉的炉底透气砖进行熔体净

　　化；导炉开始时，炉底透气砖的气体流量为23NL/min，导炉22min；导炉结束后，将炉底透气

　　（3）检测到保温炉出料口铝合金熔体温度为720℃时，操作液压缸缓慢升起控制保

　　温炉倾翻，将铝合金熔体灌入双转子除气装置，直至双转子除气装置内的铝合金熔体液面

　　与双转子除气装置出口处的气锁装置上沿平齐时，阻断空气流通进行除气，除气时双转子

　　除气装置的转子转速为520r/min，除气气体使用氩氯混合气体，氩氯混合气体的质量分数

　　分别为Ar=98%、Cl=2%，气体流量65Nm/h；除气后的铝合金熔体流入孔隙率为40+60ppi的双

　　级板式过滤箱进行过滤，过滤后的铝合金熔体流入分流盘，由于铝合金熔体经过流槽时存

　　（4）分流盘内的铝合金熔体流入底部结晶器中准备铸造，在进入结晶器前，先使用

　　（6）当结晶器中铺底的纯铝边缘凝固1/2时，打开分流盘的流槽闸板，向结晶器中

　　注入铝合金熔体，当结晶器热帽内的金属液面上升到距离热帽上沿50mm时关闭流槽闸板，

　　等待15s后，重新打开流槽闸板，开始铸造，本次导炉结束至铸造开始时间为40min；铸造过

　　程中向结晶器中注入脉冲油进行润滑，注油频率为：注油8s，停顿17s，以此循环注入，直至

　　铸造结束；注入铝合金熔体时使用硅酸铝纤维毯块遮挡铺底纯铝，防止高温铝合金熔体冲

　　漏铺底纯铝；铸造起始阶段，铸造速度为42mm/min，外结晶器水流量为53m/h，内结晶器水

　　流量为28m/h；当铸锭长度达到145mm时，铸造速度为47mm/min，外结晶器水流量为57m/h，

　　内结晶器水流量为30m/h；当铸锭长度达到255mm时，调整铸造速度为53mm/min，外结晶器

　　水流量为70m/h，内结晶器水流量为33m/h。铸造完成后，得到表1‑2中批次号为2360072‑

　　[0027]铸造过程中，使用液态测氢仪检测分流盘盘口氢含量为0.062ml/100gAl，离线

　　渣结果显示，渣含量为0.010mm/kg。铸造完成后，得到外径为φ559mm、内径为φ360mm，壁

　　厚为100.5mm的空心圆铸锭成品，偏析层厚度2.8mm，铸锭表面无肉眼可见的拉痕、裂纹和其

　　（1）按元素组成选用品位≥99.70%的重熔铝锭、Al‑20Si合金、Al‑10Fe合金、电解

　　铜板、Al‑10Mn合金、镁锭、Al‑4Cr合金、Al‑5Ti合金作为原材料，投入熔炼炉中熔化并搅拌

　　15min，得到750℃的铝合金熔体；搅拌时，先进行电磁搅拌，将电磁搅拌的强度开至75%，顺

　　逆时针换向15s，按照顺逆一个循环，连续搅拌3次，搅拌总时间为10min；再采用扒渣车进行

　　（2）检测熔炼炉内铝合金熔体，当其化学成分符合组分要求且铝合金熔体温度为

　　735℃时，将铝合金熔体从熔炼炉导入保温炉，导炉时开启保温炉的炉底透气砖进行熔体净

　　化；导炉开始时，炉底透气砖的气体流量为25NL/min，导炉20min；导炉结束后，将炉底透气

　　（3）检测到保温炉出料口铝合金熔体温度为725℃时，操作液压缸缓慢升起控制保

　　温炉倾翻，将铝合金熔体灌入双转子除气装置，直至双转子除气装置内的铝合金熔体液面

　　与双转子除气装置出口处的气锁装置上沿平齐时，阻断空气流通进行除气，除气时双转子

　　除气装置的转子转速为520r/min，除气气体使用纯度≥99.99%的氩气，气体流量为65Nm/

　　h；除气后的铝合金熔体流入孔隙率为40+60ppi的双级板式过滤箱进行过滤，过滤后的铝合

　　金熔体流入分流盘，由于铝合金熔体经过流槽时存在温降，所以分流盘入口的铝合金熔体

　　（4）分流盘内的铝合金熔体流入底部结晶器中准备铸造，在进入结晶器前，先使用

　　（6）当结晶器中铺底的纯铝边缘凝固1/2时，打开分流盘的流槽闸板，向结晶器中

　　注入铝合金熔体，当结晶器热帽内的金属液面上升到距离热帽上沿60mm时关闭流槽闸板，

　　等待20s后，重新打开流槽闸板，开始铸造，本次导炉结束至铸造开始时间为40min；铸造过

　　程中向结晶器中注入脉冲油进行润滑，注油频率为：注油10s，停顿20s，以此循环注入，直至

　　铸造结束；注入铝合金熔体时使用硅酸铝纤维毯块遮挡铺底纯铝，防止高温铝合金熔体冲

　　漏铺底纯铝；铸造起始阶段，铸造速度为45mm/min，外结晶器水流量为55m/h，内结晶器水

　　流量为30m/h；当铸锭长度达到150mm时，铸造速度为50mm/min，外结晶器水流量为60m/h，

　　内结晶器水流量为33m/h；当铸锭长度达到250mm时，调整铸造速度为55mm/min，外结晶器

　　水流量为75m/h，内结晶器水流量为35m/h。铸造完成后，得到表1‑2中批次号为2360091‑

　　[0029]铸造过程中，使用液态测氢仪检测分流盘盘口氢含量为0.058ml/100gAl，离线

　　渣结果显示，渣含量为0.011mm/kg。铸造完成后，得到外径为φ558mm、内径为φ358mm，壁

　　厚为100mm的空心圆铸锭成品，偏析层厚度3.1mm，铸锭表面无肉眼可见的拉痕、裂纹和其他

　　[0030]分别对本发明实施例1‑3制得的不同批次大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭进行

　　由表1‑2可知，利用本发明的制备方法制得的大规格铝合金超薄壁厚空心圆铸锭

　　尺寸符合标准要求（目标尺寸：外径为φ560±3mm、内径为φ360±3mm，壁厚为100±1mm），抗拉

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