本發(fā)明涉及一種稀土鋁合金材質(zhì)制成的油氣管型材及其制備方法。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)期以來油氣管型材是汽車，機(jī)床，大小型機(jī)械，設(shè)備制造，液壓等通油通氣領(lǐng)域中的主要部件。特別是近幾年國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了持續(xù)快速增長(zhǎng)，汽車，機(jī)床等設(shè)備制造業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)汽車，機(jī)床，大小型機(jī)械等帶來更多的市場(chǎng)需求,隨之而來的是對(duì)油氣管型材需求量增大并提出了更高的要求。目前設(shè)備制造領(lǐng)域使用的油氣管型材大多數(shù)都是用銅材質(zhì)制成，少數(shù)有使用普通鋁合金或純鋁材質(zhì)制成的。為此生產(chǎn)油氣管型材需要大量的銅原料，而我國(guó)是一貧銅的國(guó)家，每年工業(yè)所需銅原料大量由進(jìn)口而來，對(duì)國(guó)家這一戰(zhàn)略物資的儲(chǔ)備是當(dāng)務(wù)之急。而我國(guó)的鋁資源儲(chǔ)備量豐富，以鋁代銅為思路研發(fā)了一種稀土鋁合金油氣管型材是根據(jù)稀土鋁合金材質(zhì)優(yōu)良的物理特性及耐腐蝕性，使用有特定配方的稀土鋁合金材質(zhì)經(jīng)鑄錠扎制再經(jīng)型材工藝制成油氣管型材。稀土鋁合金油氣管型材有以下優(yōu)點(diǎn)，比銅材質(zhì)油氣管型材成本低但有比銅材質(zhì)及普通鋁合金或純鋁材質(zhì)的油氣管型材更好的耐腐蝕性及更好的機(jī)械物理性能。在汽車，機(jī)床，大小型機(jī)械，液壓等通油通氣設(shè)備領(lǐng)域使用稀土鋁合金油氣管型材將為國(guó)家節(jié)約大量的銅材，在設(shè)備制造業(yè)及汽車制造業(yè)中降低生產(chǎn)成本。其優(yōu)良的機(jī)械物理性能在設(shè)備制造各工藝環(huán)節(jié)減少能耗。如申請(qǐng)?zhí)朇N2015103104628公開了一種稀土改性鋁合金材料及其方法；其利用特定的多種稀土金屬以及Cu、Zn、Mn、Ni，制備了一種高載合的稀土鋁合金。但是其原料中仍需要銅金屬，同時(shí)需要特定的多種稀土金屬，這樣造成了制造成本高，難以實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)銅材料市場(chǎng)需求高，現(xiàn)有的稀土鋁合金制備成本高而導(dǎo)致的大批量生產(chǎn)油氣管型材成本高，本發(fā)明提供一種成本較低、綜合物理性能都較好的稀土鋁合金油氣管型材及其制備方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

使用了一種以稀土鋁合金材質(zhì)制成油氣管型材，稀土鋁合金材質(zhì)為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：特配稀土鋁合金材質(zhì)，所述S的含量與Mg的含量的總和不超過0.35wt％，F(xiàn)e的含量不超過0.5wt％，Si＝0.05wt％～0.15wt％；R＝0.005wt％～0.25wt％；余量的為Al；所述S為V、Ti、Cr、Mn、Ni中的一種或多種元素組合，R為稀土中的一種或多種元素組合。對(duì)于制備不同的部件，因要求的性能指標(biāo)不一樣采用不同的配方。

優(yōu)選的，F(xiàn)e的含量為0.02wt％～0.4wt％；Mg＝0.05wt％～0.12wt％；S＝0.02wt％～0.25wt％。

優(yōu)選的，特配稀土鋁合金材質(zhì)，所述鋁合金材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度≥200MPa；斷裂伸長(zhǎng)率≥20％；腐蝕率≤0.004mm/a；平均蠕變速度≤6×10-2％/h；疲勞彎折次數(shù)≥30。

優(yōu)選的，所述稀土鋁合金還包括Ag、Cu、V金屬的一種或幾種。

本發(fā)明還提供了上述的稀土鋁合金材質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：

(1)鑄造稀土鋁合金鑄錠：根據(jù)上述配比配置好各個(gè)組份的量；

(2)將步驟(1)的稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行固溶處理；固溶處理的溫度為450℃～650℃，時(shí)間為45min～60min；

(3)將步驟(2)處理后的所述稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行與時(shí)效處理；

(4)將步驟(3)時(shí)效處理后的稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行軋制后再進(jìn)行軟化處理；

(5)將步驟(4)處理后的稀土鋁合金進(jìn)行油氣管型材成型處理及后處理。

稀土鋁合金固溶處理的溫度為450℃～650℃，時(shí)間為45min～60min；所述時(shí)效處理的溫度為300℃～480℃，時(shí)間為1h～4h。軟化處理的溫度為145℃～160℃，時(shí)間為3h～6h。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明采用了鐵等低成本輔助元素，同時(shí)加入少量的稀土元素能夠凈化合金，細(xì)化晶粒和組織。稀土能很好的改善耐腐蝕性，鐵能夠改善稀土鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度與拉伸性能，明顯提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能與抗疲勞性能；一方面極大的提高了稀土鋁合金的綜合物理性能，另一方面降低了成本。本申請(qǐng)還限定了S與Mg的比例總和，控制好添加元素的比例能夠保障對(duì)稀土鋁合金性能不同的需求，稀土合金各成份良好的匹配使其具有較好的耐腐蝕性與機(jī)械物理綜合性能。該方法制成的稀土鋁合金油氣管型材較現(xiàn)有銅材質(zhì)油氣管型材機(jī)械物理性能大幅提高，腐蝕率≤0.004mm/a優(yōu)于于銅材質(zhì)油氣管型材及純鋁或普通鋁合金材質(zhì)油氣管型材，造價(jià)低于銅材質(zhì)油氣管型材，使用壽命較銅材質(zhì)油氣管型材提高15～20年，稀土鋁合金油氣管型材的耐腐蝕性與機(jī)械物理性能得以顯著提升。同時(shí)本申請(qǐng)采用的合成稀土鋁合金油氣管型材方法簡(jiǎn)易，步驟少，利于大批量的工業(yè)生產(chǎn)。

2.合理控制時(shí)效處理和軟化處理的處理溫度和時(shí)間，提高合金的內(nèi)部有序性，增強(qiáng)稀土鋁合金的耐腐蝕性與機(jī)械物理性能。

附圖說明

圖1為制造稀土鋁合金油氣管型材工藝流程圖。

圖2為稀土鋁合金油氣管材示意圖

圖3為稀土鋁合金閥門件示意圖

圖4為稀土鋁合金金相圖對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明申請(qǐng)公開的稀土鋁合金材質(zhì)為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：Fe＝0.02wt％～0.4wt％；Si＝0.05wt％～0.15wt％；Mg＝0.05wt％～0.12wt％；S＝0.02wt％～0.25wt％；R＝0.005wt％～0.25wt％；余量的為Al；所述S為V、Ti、Cr、Mn、Ni中的一種或多種元素組合，R為稀土中的一種或多種元素組合，對(duì)于制備不同的部件，因要求的性能指標(biāo)不一樣采用不同的配方。

本發(fā)明申請(qǐng)中采用的基體鋁為用工業(yè)用純鋁，由于鋁原料在我國(guó)儲(chǔ)存較大本申請(qǐng)中使用的純鋁具有原料供應(yīng)充足、成本低、采購(gòu)方便等優(yōu)勢(shì)；基體鋁可以采用純度為99.5％～99.9％純鋁作為基體合金原料，鋁基的純度越高合成的稀土鋁合金材質(zhì)品質(zhì)更高，最后制成的稀土鋁合金油氣管型材的耐腐蝕性和機(jī)械物理性能更好。

本發(fā)明申請(qǐng)中采用鋁為基體，添加了微量的鐵，鐵可以改善鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度和拉伸性能，提高鋁基的抗張強(qiáng)度、屈服極限以及耐熱性能，提高合金的塑性，合金中鋁與鐵析出部分有Al3Fe，Al2Fe3、Al4Fe5化合物，彌散析出相能增強(qiáng)合金的抗疲勞性能和高溫運(yùn)行的耐熱性能，鐵的含量為0.05wt％～0.5wt％。

本發(fā)明申請(qǐng)中采用鋁為基體，添加了微量的Mg能很好的改善耐腐蝕性，使得原鋁基材質(zhì)耐腐蝕性得以顯著提高，同時(shí)減少對(duì)因加鐵后對(duì)耐腐蝕性影響，又不失去因加鐵對(duì)機(jī)械物理性能的提高。對(duì)Mg含量的加入應(yīng)準(zhǔn)確控制是對(duì)腐蝕率與物理性能的平衡，Mg的含量為0.05wt％～0.12wt％。

本發(fā)明申請(qǐng)中采用鋁為基體，添加了微量的S成份，S為V、Ti、Cr、Mn、Ni中的一種或多種元素組合，所述S成份的加入可以提高合金的強(qiáng)度以及高溫蠕變性能，并能改善抗疲勞性能，有助提高Fe、Mg固溶體在鋁基中有序排列。Ti、Ni還可以改善合金的加工特性，V、Mn可以提高機(jī)械強(qiáng)度，提高耐腐蝕性，S的含量為0.02wt％～0.25wt％。

本發(fā)明申請(qǐng)中采用鋁為基體，添加了微量的R成份的稀土元素，所述稀土元素R為鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)、鈧(Sc)和釔(Y)中的一種或多種元素組合。所述R不僅可以提高合金的耐腐蝕性能，還能提高合金的抗疲勞性能，延長(zhǎng)油氣管型材的使用壽命,提高合金的超塑性及熱學(xué)性能，改善合金的焊接性能。顯助提高Fe、Mg固溶體在鋁基中有序排列以增加耐腐蝕性。所述R的含量R＝0.005wt％～0.25wt％，優(yōu)選地，其中R 總含量的55％應(yīng)為Ce或La。

本發(fā)明申請(qǐng)中提供了一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金油氣管型材的制備方法，包括以下步驟：

(1)鑄造稀土鋁合金鑄錠；按上述比例配方將各元素配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為760℃下熔煉，得到熔體稀土鋁合金，再在680℃以下將熔體稀土鋁合金進(jìn)行鑄造，得到稀土鋁合金鑄錠。

(2)制備完成稀土鋁合金鑄錠后，將所述稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行熱處理，首先對(duì)稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行固溶處理，固溶處理的溫度為450℃～650℃，時(shí)間為45min～60min，固溶處理能夠提高鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度與高溫抗蠕變性能及提高固溶體的有序性。固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠將進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理的溫度為300℃～480℃，時(shí)間為1h～4h，通過時(shí)效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能。

(3)將經(jīng)過固溶處理，時(shí)效處理的稀土鋁合金再進(jìn)行軟化處理，軟化處理的溫度為145℃～160℃，時(shí)間為3h～6h在惰性氣體下進(jìn)行。所述軟化處理能夠消除加工過程中的殘余應(yīng)力，進(jìn)一步改善稀土鋁合金的性能，尤其是優(yōu)化稀土鋁合金的機(jī)械性能與耐腐蝕性，提高鋁合金的延展性能與抗疲勞性能，見圖4的金相圖對(duì)比。

(4)將經(jīng)固溶處理與時(shí)效處理與軟化處理后的稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行軋制，得到的稀土鋁合金的抗拉強(qiáng)度≥200MPa；斷裂伸長(zhǎng)率≥20％；腐蝕率≤0.004mm/a；平均蠕變速度≤6×10-2％/h；疲勞彎折次數(shù)≥30的制備稀土鋁合金油氣管型材的胚料。

(5)按傳統(tǒng)型材制做工藝將稀土鋁合金油氣管型材的胚料制成所需的型材：如管材，連接器等，此時(shí)制成的稀土鋁合金油氣管型材需經(jīng)過退火處理，退火溫度為400℃～420℃，時(shí)間為18～28h.

(6)經(jīng)過退火處理的稀土鋁合金油氣管型材再經(jīng)過化學(xué)，機(jī)械，物理等性能的檢驗(yàn)后為最終稀土鋁合金油氣管型材，有需保證物理尺寸的部件還需經(jīng)過精加工過程才能成為最終成品。

附圖4中展示了鋁基原材質(zhì)金相圖和稀土鋁合金金相圖，鋁基原材質(zhì)金相圖外表不規(guī)則，可以看到稀土鋁合金金相圖的更為平整規(guī)則，從而可以判斷其物理性能更加好。

本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，以下所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。

[實(shí)施例1]

(7)本實(shí)施例一種稀土鋁合金管材，適用于汽車用各型油管所需的管材，見圖2。

(8)本實(shí)施例公開的稀土鋁合金材質(zhì)為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：0.39wt％的Fe；0.05wt％的Si；0.031wt％的Mg；V0.2wt％的S；0.24wt％的R；余量的為Al；采用純度為99.80％純鋁作為基體合金原料，鑄造稀土鋁合金鑄錠；按上述比例配方將鋁鐵合金，鋁硅合金，鋁鎂合金，鋁S合金，鋁R合金配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為760℃熔煉，得到熔體稀土鋁合金，在鋁合金熔體中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min再在650℃將熔體稀土鋁合金進(jìn)行鑄造，得到稀土鋁合金鑄錠。

(9)將所述稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行熱處理，首先對(duì)稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行固溶處理，固溶處理的溫度為650℃，時(shí)間為60min，固溶處理能夠提高鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性。固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠將進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理的溫度為480℃，時(shí)間為4h，通過時(shí)效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能。時(shí)效處理后的稀土鋁合金再進(jìn)行軟化處理，軟化處理的溫度為160℃，時(shí)間為6h在惰性氣體下進(jìn)行。

(10)得到滿足要求的抗拉強(qiáng)度等于230MPa；斷裂伸長(zhǎng)率等于25％；腐蝕率≤0.0038mm/a；平均蠕變速度等于6×10-2％/h；疲勞彎折次數(shù)等于36的制備稀土鋁合金管材的胚料。

(11)按傳統(tǒng)管材制做工藝將稀土鋁合金管材的胚料制成所需型號(hào)的管材，此時(shí)制成的稀土鋁合金管材需經(jīng)過退火處理，退火溫度為430℃，時(shí)間為24h。再經(jīng)過化學(xué)，機(jī)械，物理等性能的檢驗(yàn)合格后為最終稀土鋁合金管材件，

[實(shí)施例2]

(12)本實(shí)施例制做一種稀土鋁合金管材，適用于液壓機(jī)所需液壓泵輸油管的管材，見圖2。

(13)本實(shí)施例公開的稀土鋁合金材質(zhì)為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：0.31wt％的Fe；0.07wt％的Si；0.045wt％的Mg；S是利用的V，0.21wt％的V；0.003wt％的R；采用純度為99.80％純鋁作為基體合金原料，鑄造稀土鋁合金鑄錠；按上述比例配方將鋁鐵合金，鋁硅合金，鋁鎂合金，鋁S合金，鋁R合金配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為740℃熔煉，得到熔體稀土鋁合金，在鋁合金熔體中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min再在650℃將熔體稀土鋁合金進(jìn)行鑄造，得到稀土鋁合金鑄錠。

(14)將所述稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行熱處理，首先對(duì)稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行固溶處理，固溶處理的溫度為620℃，時(shí)間為60min，固溶處理能夠提高鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性。固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠將進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理的溫度為470℃，時(shí)間為3.6h，通過時(shí)效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能。時(shí)效處理后的稀土鋁合金再進(jìn)行軟化處理，軟化處理的溫度為160℃，時(shí)間為6h在惰性氣體下進(jìn)行。

(15)得到滿足要求的抗拉強(qiáng)度等于245MPa；斷裂伸長(zhǎng)率等于24％；腐蝕率≤0.004mm/a；平均蠕變速度等于5.8×10-2％/h；疲勞彎折次數(shù)等于35的制備稀土鋁合金管材的胚料。

(16)按傳統(tǒng)管材制做工藝將稀土鋁合金管材的胚料制成所需型號(hào)的管材，此時(shí)制成的稀土鋁合金管材需經(jīng)過退火處理，退火溫度為425℃，時(shí)間為23.5h。再經(jīng)過化學(xué)，機(jī)械，物理等性能的檢驗(yàn)合格后為最終稀土鋁合金管材件，

[實(shí)施例3]

(17)本實(shí)施例制做一種稀土鋁合金板材，適用于空氣壓縮機(jī)的空氣管道的管材，見圖2。

(18)本實(shí)施例公開的稀土鋁合金材質(zhì)為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：0.22wt％的Fe；0.09wt％的Si；0.065wt％的Mg；S是Ti和Ni，0.13wt％的Ti和0.05wt％的Ni；0.11wt％的R；采用純度為99.80％純鋁作為基體合金原料，鑄造稀土鋁合金鑄錠；按上述比例配方將鋁鐵合金，鋁硅合金，鋁鎂合金，鋁S合金，鋁R合金配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為720℃熔煉，得到熔體稀土鋁合金，在鋁合金熔體中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min再在650℃將熔體稀土鋁合金進(jìn)行鑄造，得到稀土鋁合金鑄錠。

(19)將所述稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行熱處理，首先對(duì)稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行固溶處理，固溶處理的溫度為590℃，時(shí)間為55min，固溶處理能夠提高鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性。固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠將進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理的溫度為450℃，時(shí)間為3.3h，通過時(shí)效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能。時(shí)效處理后的稀土鋁合金再進(jìn)行軟化處理，軟化處理的溫度為155℃，時(shí)間為5.5h在惰性氣體下進(jìn)行。

(20)得到得到滿足要求的抗拉強(qiáng)度等于236MPa；斷裂伸長(zhǎng)率等于23％；腐蝕率≤0.004mm/a；平均蠕變速度等于5.3×10-2％/h；疲勞彎折次數(shù)等于34的制備稀土鋁合金板材的胚料。

(21)按傳統(tǒng)板材制做工藝將稀土鋁合金板材的胚料制成所需型號(hào)的板材，此時(shí)制成的稀土鋁合金板材需經(jīng)過退火處理，退火溫度為410℃，時(shí)間為23h。再經(jīng)過化學(xué)，機(jī)械，物理等性能的檢驗(yàn)合格后為最終稀土鋁合金板材件，

[實(shí)施例4]

(22)本實(shí)施例制做一種稀土鋁合金閥門件，適用于輸油管的管件連通體所需的閥門件，見圖3。

(23)本實(shí)施例公開的稀土鋁合金材質(zhì)為一種Al-Fe-Si-Mg-S-R鋁合金，其中組成重量比為：0.12wt％的Fe；0.12wt％的Si；0.081wt％的Mg；0.12wt％的V；0.02wt％的R；采用純度為99.80％純鋁作為基體合金原料，鑄造稀土鋁合金鑄錠；按上述比例配方將鋁鐵合金，鋁硅合金，鋁鎂合金，鋁S合金，鋁R合金配置后放入恒溫沖天爐中熔煉，熔煉溫度為730℃熔煉，得到熔體稀土鋁合金，在鋁合金熔體中加入精煉劑并攪拌均勻，再靜置保溫30min再在650℃將熔體稀土鋁合金進(jìn)行鑄造，得到稀土鋁合金鑄錠。

(24)將所述稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行熱處理，首先對(duì)稀土鋁合金鑄錠進(jìn)行固溶處理，固溶處理的溫度為560℃，時(shí)間為55min，固溶處理能夠提高鋁合金的機(jī)械強(qiáng)度與高溫抗蠕變性能及固熔體的有序性。固溶處理后的稀土鋁合金鑄錠將進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)效處理的溫度為430℃，時(shí)間為3h，通過時(shí)效處理使稀土鋁合金的性能均勻分布，特別是提高稀土鋁合金的高溫抗蠕變性能。時(shí)效處理后的稀土鋁合金再進(jìn)行軟化處理，軟化處理的溫度為155℃，時(shí)間為5.5h在惰性氣體下進(jìn)行。

(25)得到滿足要求的抗拉強(qiáng)度等于210MPa；斷裂伸長(zhǎng)率等于22％；腐蝕率≤0.003mm/a；平均蠕變速度等于5.1×10-2％/h；疲勞彎折次數(shù)等于33的制備稀土鋁合金閥門件的胚料。

(26)按傳統(tǒng)閥門件壓鑄制做工藝將稀土鋁合金閥門件的胚料制成所需型號(hào)的閥門件，此時(shí)制成的稀土鋁合金閥門件需經(jīng)過退火處理，退火溫度為415℃，時(shí)間為22h。為保證所需型號(hào)的物理尺寸再經(jīng)過精加工工藝，通過化學(xué)，機(jī)械，物理等性能的檢驗(yàn)合格后為最終稀土鋁合金板閥門件。