我国是全球铝铜材第一大消费国,但产品结构上与欧美发达国家存在较大差异,存在低端产品卖不完,高端产品不够用的情况,以飞机蒙皮、机翼板、汽车车身薄板为代表的高端高精铝合金材料一直是我国有色行业的薄弱领域,大量依赖进口。在这类高端高精铝材的生产工艺流程中,熔炼-铸造、热轧、冷轧、精整工序相关的装备和技术国内基本已掌握,但辊底式连续固熔炉、气垫式连续热处理炉等核心关键装备尚为空白。为提高国内铝铜合金企业产品竞争力,助力高端高精铝铜材自主化,解除国外装备对我国高性能高精铝铜合金材料的各种束缚,实现生产高端高精铝铜材热处理装备技术的国产自主化具有重要意义。

图1 高精铝合金板带材生产工艺流程

为此,RAL实验室科研团队在钢铁领域大型辊底式连续热处理炉取得突破的基础上,针对高端高精铝铜材热处理工序,开展了铝合金中厚板辊底式热处理炉、铝合金和铜合金气垫式连续热处理炉装备技术研发以及工程化应用攻关。

2020年4月16日由东北大学RAL研发团队主持研发的、首套国产自主铝合金板材辊底式固溶淬火炉在广西南南铝加工有限公司成功点火热试(图2)。截止2021年11月底,采用国产辊底炉已稳定批量生产出32000吨2024、7075、6061、6082中厚板订单合格产品,创造产值约1.5亿元。通过铝合金中厚板辊底式热处理炉项目的成功实施,研发团队攻克了“高精度高速热风循环加热系统”、“耐高温高密度金属刷辊”、“高效高均匀性淬火装备系统”等技术难题,装备的核心部件完全自主化、国产化。研制装备实现了控温精度≤±1℃,炉温均匀性≤±3℃,达到AMS2750一级热处理炉要求,高端铝板的淬火板形和性能总体上优于国外进口设备,在部分品种和规格上明显好于进口设备,且吨产品能耗相对进口电加热辊底炉降低16%。除广西南南铝加工有限公司外,截至2021年该装备技术还推广至山东南山铝业股份有限公司。该装备的成功应用打破了国外的装备技术垄断,实现了我国航空级铝合金中厚板热处理炉装备自主化,为高端高精铝材的规模生产提供了重要保障。

图2 首套国产自主铝合金中厚板辊底式热处理炉

气垫式连续热处理及表面处理线用于对2xxx、3xxx、5xxx、6xxx、7xxx系铝合金进行连续固溶、淬火、退火、时效、酸碱洗、钝化等处理,是唯一满足铝合金汽车内外板、飞机蒙皮、高等级IT板的热处理表面质量及性能均匀性要求的热处理线。

近日,由东北大学RAL研发团队完全自主研发设计的首套铝合金汽车板、航空板连续热处理及表面处理气垫炉国产线已经完成设计与制造(图3、图4),随着厂房、土建的逐步完工,整条产线的安装工作已于2021年12月中旬正式开始,该国产自主高端铝合金气垫炉生产线将在2022年年中开始调试运行。

图3 首条国产自主高端铝合金汽车板、航空板气垫炉生产线

图4 首套国产自主铝合金气垫炉装备

铜合金气垫炉是生产集成电路引线框架、航空航天与新能源汽车等领域高端连接器等高端铜合金材料的关键装备,长期以来被国外垄断。2021年8月6日,东北大学与中铝洛阳铜加工有限公司进行了战略合作签约,并共同宣布了国产首套铜带气垫炉项目的正式启动(图5)。设备成功投产后将打破国外铜带气垫炉装备技术的垄断及技术封锁,助力高端铜带材的生产及新工艺研发。

图5 东大洛铜合作签约及首套国产自主铜合金气垫炉项目启动

高端高精铝铜材先进热处理装备技术研究和工程化应用旨在解决国内高品质有色合金板、带、型材热处理生产线成套装备开发中存在的关键装备技术难题,并达到国内领先、国际先进的水平,填补国内空白,推动该领域的技术进步;通过实现重大短板生产线的自主可控、降低高端高精有色产品的制造成本,提高高端有色金属材料新产品的研发制造能力,促进国产高端高精铝铜合金板带材产品在汽车、航空航天、高铁、舰船等制造领域的应用,产生巨大的经济及社会效益。