中国铝业郑州有色金属研究院院长肖阳在《2019中国汽车新材料应用高峰论坛暨第七届铝加工产业链供需交易峰会》上表示未来将进入轻质高强的铝合金时代（铝器时代），铝在替代钢铁的竞争优势越来越明显。未来中国的铝加工产量将过亿吨！

从铝的生命周期来综合来看，铝是绿色环保的。从铝可循环利用及应用角度，可更有效地节能減排降耗。相比钢铁生产，铝生产过程中对环境污染程度相对要小。

目前超高强铝合金实验室研究强度可达1000MPa、工业化达到700MPa，常用碳钢强度在400~600MPa，未来铝合金向着更轻、更强、更低成本方向发展，以铝代钢、以铝代木、以铝节铜的应用越来越广。

高性能铝合金熔铸发展趋势

铝合金熔炼大型化发展趋势带来的挑战——走钢铁工业当年发展的路

大型熔炉+先进加工设备，大规模、低成本、高效率、自动化的生产模式

西南铝的熔炼炉（30吨-50吨），目前*大熔炼炉达150吨。厚度800mm、长10米的大尺寸7075方铸锭，市场需要200mm以上的中厚板。

高合金化、高性能铝合金熔炼对铸造条件的挑战

随着对强韧化、结构减重、耐腐蚀、使用寿命、安全可靠性等方面要求的不断提高，对具有高合金化、高综合性能的铝合金材料提出强烈需求。

变形铝合金发展从防锈铝向中强、高强、超高强、高韧化方向发展。

800MPa特高强铝合金挑战钢铁！

高性能铝合金化原则

800MPa超高强合金，比强度优势优于钢和钛合金，拓宽应用范围.

行业转型升级对铸锭品质要求越来越高的挑战

1.电解铝液合金化的短流程、一体化生产工艺带来的挑战

“煤电铝材一体化”和“上下游业务一体化”的产业发展模式;

钢铁选冶加工一体化（三段式）：选矿、炼铁、轧钢——煤电铝材一体化（三合一）氧化铝、电解铝、铝加工、

对铝水直接进行合金化，国内部分企业合金化率达到95%以上，其中的电解质、吸气以及夹杂对铝合金熔铸直接带来挑战。如河南地区的电解铝水锂、钾、镓等元素超标需要解决问题。

2.熔铸新工艺、新技术对传统企业带来的挑战

薄带连铸技术：钢铁应用如何转到铝；薄带铸轧技术、解决铜辊套技术；半固态成形、液态模锻；喷射沉积技术粉未冶金；3D打印铝合金汽车部件。

高品质铝合金铸坯标准

熔铸的重要性

据统计：铝合金生产过程中技术废品的70%是由熔铸产生的。熔炼与铸造是铝合金制备的关键工序，中国与发达国家材料性能差距主要在熔铸方面。

如何控制铝合金铸坯品质，掌握熔铸关键技术提高我国高端铝合金的技术水平是我们当务之急。

有色金属加工技术废品的70%由熔铸造成、提高铝合金熔铸的品质是关键

在熔铸过程中通过纯净化、细晶化、均匀化、非平衡化等方法等到高纯、高强、高韧耐蚀等优异性能的高品质铝合金铸锭，是熔铸发展的关键技术。

高品质铝合金熔铸目标：纯净化—99.999铝、细晶化、均匀化—成分+组织、非平衡化—快速凝固+热处理。

熔铸品质直接决定企业效益。

铝合金熔铸的关键技术

纯净化

金属和非金属杂质元素严重影响高品质铝合金的性能。铸锭中的铁、硅、钠、钾、锂等有害金属元素和非金属气孔、夹杂等缺陷严重影响铝合金的性能。

通过原材料的高纯化和铝合金熔体进行净化处理是生产高质量铸锭的重要保障。其中铁、硅、钠、钾、镓等元素对合金性能影响较大。

原铝生产技术的进步带来原铝的纯度不断提高！

气孔、夹杂含量标准

通常铝熔体中含有0.4~0.8mL/100gA1的氢，熔体除气处理后的氢含量一般都在0.1~0.2mL/100gAl，而飞机零件氢含量有时要求不超过0.1mL/100gA1。高质量电子工业用铝材的氢含量要求在0.06mL/100gAl以下。

国际先进水平为0.05~0.08mL/100gA1，而目前国内铝熔体除气的先进水平能达到0.10mL/100gAl。

工业纯铝中的夹杂物含量一般在0.1％以上，夹杂物的尺寸大部分都大于10μm，国际除夹杂物的水平达到熔体中的夹杂物含量为0.02％，夹杂物的尺寸小于7μm。

气孔的来源：

1、来自炉料本身：熔炼中的金属原材料以及熔炼中加入的溶剂、变质剂、细化剂等。在加热过程中形成大量的水蒸气，生成游离态的H原子，极易溶解于铝液中。

2、来自炉气：炉气中含有氮气、氧气、二氧化碳等气体，发生复杂的化学反应

3、来自耐火材料和工具的气体：耐火材料及残留的溶剂吸附水分。

4、来自浇注过程中的气体：溶体在流动过程中吸入一部分气体。

夹杂的来源：

1、熔炼时添加的各种中间合金本身带有一定量的杂质；

2、金属与炉衬之间的相互反应生成杂质；

3、炉气中的杂质，如合金熔炼时再用煤气或者含硫重油；

4、炉料、炉渣、覆盖剂以及添加剂。

气孔和夹杂二者相互影响，相伴相生。

净化方法——气孔、夹杂

吹气法、过滤法、熔剂法、非吸附净化法。

净化方法-Fe杂质

目前处理铝合金溶液中的Fe杂质，主要有两种方式：一、改变Fe在铝合金中的形貌；二、降低Fe在铝溶液中的含量。

改善铁相形貌：加入合金元素中和Fe相作用、提高冷却速度。

降低铝熔体中Fe含量：沉淀法、离心去除法、电磁去除法。

“熔体在线除气－在线除杂－连续铸锭”

均匀化

控制熔铸过程中偏析实现均匀化对提高铝合金铸锭质量具有十分重要的意义。铸锭中化学成分不均匀的现象称为偏析，分为微观偏析和宏观偏析两类；微观偏析指一个晶粒内的偏析；宏观偏析指较大区域内的偏析，故又称区域偏析。枝晶偏析一般通过加工和热处理可以消；宏观偏析会使铸锭及加工产品的组织和性能很不均匀且很难通过均匀化予以消除或减轻，所以在铸锭生产中要特别防止宏观偏析。特别是对高合金化、元素高比重差异的2XXX，7XXX合金。

成分偏析都是凝固过程中溶质再分布的必然结果。能使成分均匀化和晶粒细化的方法，均有利于防止或减少偏析。

防止偏析主要措施：变质处理；溶质系数K、增大冷却、加强二次水冷、采用短结晶器、使液穴浅平、强度搅拌。

细晶化

生产高品质铝合金，控制铸锭组织获得细小均匀的等轴晶尤为关键。通过晶粒细化能提高合金强度，改善合金塑性，获得高品质、高性能合金铸锭。

晶粒细化的方法：电磁作用；超声波振动；快速凝固法（晶粒尺寸一般随冷却速度的增加而减小）；Al-Ti-B、Al-Ti-B+Re、Al-Ti-C、Mn、Cr、Zr、Sr、P、Re等晶粒细化剂；Al-Sc合金新一代晶粒细化剂（对铝镁合金来说，每添加0.1%Sc，强度能提高20MPa）。

非平衡化

由液相到固相的相变进行的非常快，获得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构的过程。

快速凝固特征：偏析形成倾向较小、形成非平衡相、细化凝固组织、改变析出相结构、形成非晶态

快速凝固应用：获得新的凝固组织，开发新材料；简化制备工序，实现近终形成形；制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料

薄带铸轧——中国特色

与传统板带生产相比，薄带连铸其产线较短仅为原来的1/10，同时省去加热炉、多台轧机，能源消耗显著降低、节省投资。

熔铸废品产生的原因分析

原材料、辅助材料、生产前的准备工作、生产设备、操作工艺与习惯、生产环境、检测与分析。

铸锭的标准：化学成分、组织分析、性能测试；铸造铝合金锭、断口、针口度、晶粒度、高低倍；铸造铝合金件无损检测：X射线探伤、超声探伤；变形铝合金半连续铸棒（扁锭）：外观、拉伸试棒、硬度等。

真空下生产氧化夹渣少的高性能合金

高性能铝合金开发：800MPa特高强变形铝合金、600MPa超高强铝锂合金、600MPa超高强耐热铝合金、高强可焊铝镁钪合金、耐磨过共晶铝硅合金、铸造铝合金及精密铸件、特种铝合金焊丝。