随着我国航空航天、汽车、船舶舰艇等领域的不断发展,我国金属材料工业正在由大变强,在中国制造2025和“一带一路”战略部署指导下,质量稳定、性能优异的、高强、高韧、超塑性的新型铝合金材料是未来的发展趋势,尤其是超高强变形铝合金、高强高韧变形铝合金和高强耐热铝合金等关键结构材料。因此,铝合金用晶粒细化剂产品的高效性、稳定性和适用性提出了更高的要求。铝合金用晶粒细化剂主要分为Al-Ti-B、Al-Ti-C、Al-Ti三个系列。不同系列晶粒细化剂因工艺、成分、组织结构、使用条件及使用范围的不同,适用于不同的应用范围和领域。
铝钛(Al-Ti)合金晶粒细化剂以其应用的广泛性,与铝钛硼(Al-Ti-B)合金、铝钛碳(Al-Ti-C)合金有一定的相同之处,又有明显区别。其中铝钛(Al-Ti)合金晶粒细化剂适用于对C含量、B含量有严格控制要求的特殊铝合金材料。高质量的铝钛(Al-Ti)合金线材不仅能够控制铝合金对Ti的需求,同时也控制了引入更多的B和C元素。因此,(Al-Ti)细化剂相比于铝钛硼(Al-Ti-B)和铝钛碳(Al-Ti-C)细化剂,避免了因TiB2和TiC颗粒团聚等缺陷引起铝材加工性能的不良影响,起到了对铝材成分及性能的精准控制。
铝钛(Al-Ti)合金晶粒细化剂是2XXX、5XXX、6XXX、7XXX系高强、高韧、耐蚀等高端铝材生产制造中重要的添加材料。因为Ti元素在铝合金中形成层片状TiAl3或者其他高温化合物粒子,促进铝合金中非自发形核过程,从而达到细化晶粒、改善组织的效果,提高合金的强度与塑性等,避免了铸造裂纹。Ti元素能够抑制Si、Fe原子在铝基体中的扩散,使第二相的析出得到抑制;提高退火态合金的高温性能;改善钎焊态合金的抗腐蚀性能。Al-Ti合金线材在高端材料中起着重要作用。
由于Ti元素对铝合金性能的良好作用,以及其广泛的适用性,铝-钛合金晶粒细化剂在变形铝合金和铸造铝合金加工生产行业得到广泛应用,用来制造超高强度、高韧性、耐腐蚀的轻质铝合金,为航空航天、汽车制造、船舶舰艇、机械设备等领域提供重要材料保障,如2219、5A06、7005、ZL101A等合金。2020年中国铝材产量为5779.3万吨,同比增长8.6%。2021年01月~09月产量达到4750万吨,预计2021年铝材产量将达到6300万吨,对铝材的需求量将越来越大。铝钛中间合金作为作为细化合金,钛(Ti)一般添加量为0.02-0.3wt.%,其市场前景良好,产业需求稳步加大。
对于航材和铝箔等高端铝材,要求铝-钛合金晶粒细化剂成分均匀性好、杂质含量低,TiAl3粒子呈块状(层片状)、尺寸小、分布弥散均匀。铝-钛合金晶粒细化剂的原材料种类、工艺类型直接影响合金的成分、显微组织及晶粒细化能力等质量水平,并影响终端铝合金材料的综合性能。目前标准对于铝-钛合金的使用规范内容不太完整,标准的系统性不强,合金牌号偏少,对TiAl3及固体夹杂的要求不严,对氧化夹渣没有指标要求,这些已经不能满足高质量铸锭产品的需求,不能很好的评价铝-钛合金晶粒细化剂的实际水平。许多国内外的用户使用的合金牌号、级别都在增加,且对原材料、杂质元素、有害元素等也有相关要求。因此,此次行业标准的修订势在必行。
本标准的修订在于通过标准的作用,有利于促进铝-钛合金晶粒细化剂的规范化生产,有助于形成高端铝合金材料领域的标准规范,最终形成统一的铝-钛晶粒细化剂的质量评价体系,促进产品的质量稳定性;加快推动铝合金材料工业的转型升级,突破材料性能及成分控制、生产加工及应用等关键技术,提升我国铝-钛合金的产品品质;推动我国高端制造业的发展,增强我国铝合金材料的国际竞争力,具有较高战略意义和经济效益。
本标准的修订是我国铝合金材料国际化发展的需要,符合以下几方面国家大政方针政策:
1、国标委发〔2021〕7号:《2021年全国标准化工作要点》。第二章加快建设推动高质量发展的标准体系:第4条加强高端装备制造业标准化工作,围绕关键基础材料技术攻关和标准研制;第6条持续开展新材料标准领航行动。铝-钛合金是铝合金关键基础添加材料,对铝材的性能提升起到重要的作用。
2、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,第八章第三节:改造提升传统产业,推动石化、钢铁、有色、建材等原材料产业布局优化和结构调整。铝-钛合金原料、产品分级和应用领域的规范符合规划要求。
3、《有色金属工业发展规划〔2016-2020〕》,第四章主要任务,一、实施创新驱动力。加强技术创新强化战略导向中提出围绕大飞机、电池材料、船舶耐蚀材料等高端材料性能及质量提升,增添发展新动能的要求。铝-钛合金作为这些材料的重要辅助添加剂,需要与之相匹配的发展。