工信部8種重點發展新鋁材（二）：7B50合金預（yù）拉伸板及含鈧的鋁（lǚ）合金

7B50合（hé）金大規格預拉伸板

在美國鋁業協會注（zhù）冊的變形（xíng）鋁合金中，並（bìng）沒有7B50這個合金，但（dàn）是按中國國標GB/T3190-2008卻有這個合金。

7B50合金的鋅含量比7050合金的大0.3個百分點，並含有0.0002%Be~0.002%Be，Ti的含量也多0.04個百分點，其他元素的含量則幾乎完全相同，所以他們的組（zǔ）織（zhī）與性能相同。

微量Be的加入主要是（shì）為（wéi）了提高氧化膜的致密性，減（jiǎn）輕或防（fáng）止熔煉時鎂的燒損。

含鈧的鋁合金（jīn）

鈧（Sc）是一種稀（xī）土（tǔ）元素（sù），稀土元素是元素周期表（biǎo）ⅢB族（zú）中的鈧、釔、鑭係等17種（zhǒng）元素的總稱，常用R或RE表示。鈧是第一個稀土元素，是1879年（nián）瑞典化學（xué）家尼爾鬆（L·F·Nilson）發現的。

鈧的（de）化學（xué）活性很強，當和氧（yǎng）作用時，生成很穩定的Sc2O3，它的標準（zhǔn）生成熱和標準自由焓負值比鈣、鋁、鎂氧化物的值還（hái）大。鈧的物理性質：原子序數21、原（yuán）子量44.956、熔點1541℃、沸點2836℃、24℃時密度2.989g/cm3、熔化熱3.369×4.181J/mol、汽化熱89.9 ×4.184KJ/mol、25℃時電阻率52×10-6Ω·cm、密排（pái）六方晶格、常見化合價+3。

稀土金屬在地殼中的豐（fēng）度0.0153%，與常見金屬鋅、錫、鈷的豐度相近，鈧的豐度為5g/t。

世界最大氧化鈧（kàng）研發生產基地

全球（qiú）最大氧化鈧研發生（shēng）產（chǎn）基地在中國，生產鋁-鈧合金首先必（bì）須生產出氧化鈧，再製成鋁-鈧中間合金，再將中（zhōng）間合金加到鋁合金溶體中，方可製（zhì）成含鈧的鋁-鈧合金。當下，含鈧的鋁合金中的鈧含量都是微量的，都≤0.5%，但是不管（guǎn）含鈧多少，隻要含有（yǒu）鈧的鋁（lǚ）合金皆被稱為（wéi）鋁-鈧合金（jīn）或含鈧的鋁合金。

2018年中國中（zhōng）冶（yě）新材料有限公司一期項目順利（lì）建成，其氧化鈧車間於2019年1月21日產出了高純氧化鈧，該車間一期氧化鈧生產能力20t/a,從而成為最大者。據美國地（dì）質礦產局（jú）公布的資料，2015年~2017年，全球鈧（kàng）的產銷量10t/a~15t/a。中冶新材料公司采用自主（zhǔ）研發的低成本紅土鎳礦提取（qǔ）氧化鈧的工藝，這是一條綠色的大規模生產（chǎn）氧化（huà）鈧的工藝（yì）路（lù）線。從而可向市場大規模穩定地提供高品（pǐn）質氧化鈧，為鋁-鈧合金的發展提供穩定的原料支撐（chēng），同時有利於產品成本的降低。

為保障國家重要（yào）戰略儲備（bèi）資源安全，促進國內含鈧材料產業化發展，中冶新能源公司已聯合中國恩菲工程技（jì）術有限公司、中國航發北京航空材料研究（jiū）院、北京工業大學和河北工業大學，通過係統的硬件建設和人才隊伍建設，成立（lì）了河北省鈧係（xì）材料工程研究中（zhōng）心，重點（diǎn）研發高純氧化鈧製備技術（shù）、鋁合金鈧微合金技術及（jí）新型高（gāo）性能鋁-鈧合金（jīn）開發、含鈧鎢基陰極材料（liào）製備（bèi）技術，建設產業化（huà）示範生（shēng）產線，形成係統鈧係材料研究體係並打造國（guó）家級研發中心，培育（yù）和輻射新（xīn）興（xìng）科技及產業（yè），推動和促進航空航天、國（guó）防軍工、新能源、新能源汽車和下（xià）一代信息（xī）技術等戰略（luè）新興產業（yè）的發展。

鈧（kàng）在鋁合金中的作用

將鈧（kàng）加入各種鋁合金、鎂合金中，可提高其高溫強度，用以製造艦船（chuán）發動機葉輪、飛機及（jí）汽車發動機和導（dǎo）彈零部件，向鋁-鋯合金加入適量的稀（xī）土用作電纜，可提高電纜的強度（dù）性能和耐（nài）磨性，而不降低其電導率，具有中（zhōng）國特色的（de）稀土鋁（lǚ）線纜。

俄羅斯、美國（guó）、日本、德國、中國等都對鋁-鈧合金作過與正在對其進行研究。在俄羅斯鋁-鈧合金（jīn）已在航空航天器製造中（zhōng）獲得大量應用。把鈧加入鋁中可形成（chéng）Al3Sc，如果和鋯一同加入鋁中又可形成Al3Zr，它們是鋁的結晶核心，可以極大地細化鋁的晶（jīng）粒，使鋁的（de）晶粒細小均勻，鈧是細（xì）化鋁（lǚ）及鋁合金晶粒最有效的，故有“細化劑王”之稱。

在鋁及合金中隻要加入千分之幾的鈧就會生成Al3Sc新相，使合金的組織和性（xìng）能發生（shēng）明顯變化。加入0.2%Sc~0.4%Sc可以顯著提高合金的高（gāo）溫輕度、組（zǔ）織穩定性、可（kě）焊性和抗腐蝕性能，並可避免長期（qī）高溫工作（zuò）時易（yì）產生的脆化現象。通（tōng）過添加微（wēi）量鈧（kàng）可在現有（yǒu）鋁合金基礎上開發出新一代鋁合金如高強韌鋁合金、新型高強耐蝕可焊鋁合金、新的高溫鋁（lǚ）合金、高強度鈧中子鋁合金。在鋁-鈧合金研發和應用方麵，俄（é）羅斯起了領跑者作用，如1420合金已用於（yú）製造米（mǐ）格-29、圖-204及雅克-36垂（chuí）直起落等飛機的結構件，1421合金擠壓材已用於製造運輸（shū）機縱梁。美國（guó）用鋁-鈧合金（jīn）製造焊絲和體育器材，如棒球和壘球棒、曲棍球杆和自行車縱梁等。

俄羅斯的鋁-鈧合金

與不含鈧（kàng）的（de）同成分合金（jīn）相比（bǐ），含鈧的鋁合金具有更高的強度性能和韌性，更高的抗蝕性，是繼鋁-鋰合金之後（hòu）又一新（xīn）的一代航空航（háng）天、艦船輕型（xíng）材料（liào）。在蘇聯（lián）時代，鋁-鈧合（hé）金集中在科學院巴依科夫研究所和全蘇輕合（hé）金研究所研發（fā），1991年蘇聯解體後進入俄羅斯時代，但這兩個研究（jiū）所仍致力於鋁-鈧（kàng）合（hé）金研發，它們研（yán）發出Al-Mg-Sc係、Al-Zn-Sc係、Al-Zn-Mg-Cu-Sc係、Al-Mg-Li-Sc係和Al-Cu-Li-Sc係共17個牌號（hào）的鋁-鈧合金（jīn），產品主（zhǔ）要用於航空航天、艦船等的焊（hàn）接受力結構件，以及在堿性腐蝕介（jiè）質環境中工作的鋁合金管材、鐵路運輸油（yóu）罐、高速列車關鍵零部件（jiàn）等。

截至2018年（nián）4月在美國鋁業協會公司（AA）注冊（cè）的鋁-鈧合金隻有4個：法國2004年（nián）注冊的2023合金，含0.06%Sc~0.15%Sc；德國2008年注冊的5024合金，含0.10%Sc~0.40%Sc；德國2014年注（zhù）冊的5028合金，含0.02%Sc~0.40%Sc；2009年（nián）美國注冊的7042合金，含0.18%Sc~0.50%Sc，這是迄今含鈧最高的鋁合金。

俄羅斯（sī）的鋁（lǚ）-鈧合金都成型於（yú）蘇（sū）聯時代，進入俄羅斯時代並沒有取得驚人（rén）的有裏程碑意義（yì）的成就。

鋁-鎂-鈧係合金

此係合金共有8個：01570、01570C、01571、01545、01545K、01535、01523、01515，它們（men）的合金化元素為Mg、Sc、Zr、此外還（hái）含微量Mn及Ti，為了降（jiàng）低合金溶體的氧化，還可以加入微量的Be。

01570合金的鎂含量最高，與含鎂量6%的（de）Al-Mg合金相當，但後者的抗拉強度為340N/mm2、屈服強度為（wéi）180N/mm2,這就是說加入鈧與鋯後，合金的強度性能有了很（hěn）大提高。01570合金還有良好的超（chāo）塑性和可（kě）焊性能。

01571合金為焊絲合金，還含有（yǒu）微量的混（hún）合稀土（tǔ）與硼，它的強度（dù）比01570合金的（de）稍低，但塑性則高一些，用於焊接Al-Mg-Sc與（yǔ）Al-Zn-Mg-Sc合金（jīn）。由於含有（yǒu）Sc、Zr、Ti等微量元素，焊縫鑄態組（zǔ）織得到顯著細化，焊縫的熱裂傾向也小了許多，同時由於焊縫的（de）結晶速度甚快，微（wēi）量Sc、Zr最大程（chéng）度地溶入了Al-Mg合金固溶體中，在後來的熱處理過程中以納米級的Al3Sc、Al3Zr粒子析出，顯著提高了Al-Mg-Sc和（hé）Al-Zn-Mg-Sc合金焊接接頭強（qiáng）度。

01545合金的鎂含量比01570合金的少，為4.0%~4.5%，因而塑性（xìng）與成形加工（gōng）性（xìng）能比01570合金（jīn）的好，後來又（yòu）研製成功含（hán）4.2%Mg~4.8%Mg的01545K合金，它在液氫溫度20K時有很好的力學性能，Rm≥600N/mm2，Rpo.2≥430N/mm2，A10≥15%，是焊接液氫與液（yè）氧（yǎng）火箭燃料貯罐（guàn）的材料。

01535合金的鎂含量為3.5%~4.5%，比01570合金及01545合金的都低一些，但（dàn）有良好的塑性，有利於成品加（jiā）工，也減少了剝（bāo）落腐蝕和應力腐蝕開裂風險（xiǎn），它（tā）的抗拉強度Rm≥360N/mm2，Rpo.2≥N/mm2，伸長率≥16%，主要用於焊（hàn）接低溫結構件，如液化氣罐（guàn）等。

01523合金的鎂含量低（dī），僅約2%，但有很好的抗蝕性、成形性和抗中（zhōng）子輻照性，可是強度卻比不（bú）含鈧的AlMg2合金的（de）高得多。

01523合金用於焊接在高腐蝕性介質中工作的構件（jiàn），如運送H2S含量高的原油容器管道，以（yǐ）及（jí）受中子輻照的焊接零部件。

01515合金是一種含鎂量很低的鋁（lǚ）-鎂-鈧-鋯合金，熱導率高和有較高（gāo）的屈服（fú）強度Rpo.2，在航空航天器交（jiāo）換器製造中（zhōng）有著廣泛的應用（yòng）。

鋁-鋅-鎂-銅-鈧合金（jīn）

在俄羅斯此（cǐ）係合金有（yǒu）3個成型的：01970、01975、01981，Zn的含量4.5%~5.5%，Mg含量約2%，Zn/Mg比2.6，Cu含量0.35%~1.0%，（Sc+Zr）含量0.30%~35%。

01970合金抵（dǐ）抗（kàng）再結晶的能力甚強，即使冷變形率很大，其開始再結晶溫度也比（bǐ）固溶處理溫度高。例如，冷變形達（dá）85%的板（bǎn）材（cái）在450℃淬（cuì）火後仍保持著完整的非再結晶組織。

還有一種牌號為01975的（de）鈧含量低（dī）的鋁（lǚ）-鎂係合金，隻含0.07%Sc，在現有全球的鋁（lǚ）-鈧合金中，是（shì）含鈧量最少的，其他成分與01970合金的相同（tóng）。01975合金有很好的塑性（xìng）與壓力加工性能，擠壓後可在（zài）空氣中（zhōng）在線淬火，時效後的（de）材料有良（liáng）好的綜合性能（néng）：高的（de）強度性能和抗剝落腐（fǔ）蝕性能，良（liáng）好的抗應力腐蝕性，優異的可焊性，是擠壓高（gāo）速列車、地鐵和橋梁等承力結構的重要材（cái）料。

在此係含鈧的合金中，上世紀90年（nián）代，俄羅斯研製成一種新型的Al-Zn-Mg-Cu-Sc合金，其性能與7055合金的相（xiàng）當，但有更好的工藝性能，高的強度、高的（de）彈性、低的（de）各向異性和好的斷（duàn）裂韌性。

鋁-鎂-鋰（lǐ）-鈧合（hé）金及鋁-銅-鋰-鈧合金

俄羅斯研發的這兩類鋁-鈧合金雖然尚未在工業中獲得廣泛應用，但鋁鈧（kàng）合（hé）金的特有優秀性能已初顯端倪，已（yǐ）在航空航天工業（yè）得到應用，用於製造一些重要的（de）結構件。向01420鋁-鎂-鋰-鋯（Al-5.5Mg-2Li-0.15Zr）合金添（tiān）加<0.30%SC，形成了牌號為01421及01423的兩種鋁-鎂-鋰-鈧合金（jīn），它們（men）的密度為2.5g/cm3，成（chéng）為很輕的變形鋁合金之一，並（bìng）有很好的可焊性。

01460合金的成分（質量%）：3Cu、2Li、0.2~0.3（Sc+Zr），其餘為Al。該合金時效後的典型力學性能：抗拉強（qiáng）度Rm =55N/mm2，屈服強度Rp0.2=490N/mm2，伸長率A=7%，可（kě）用氬（yà）弧法焊接，並有良好的低溫（wēn）性能，當（dāng）測試溫度從室溫（wēn）降至液（yè）氫溫度時，抗拉強度從550N/mm2上升到680N/mm2，伸長率則由7%增加到（dào）10%。俄羅斯已用此合金製造航天（tiān）器（qì）發射火箭液態（tài）燃料貯（zhù）箱。

新世紀以（yǐ）來（lái），俄羅斯在01460合金基礎（chǔ）上研製（zhì）出01464合金，其密度為2.65g/cm3，正彈性模量E=（70~80）GN/mm2，經（jīng）熱（rè）機（jī）械處（chù）理後，可具有（yǒu）更好的綜合（hé）性能，高的強度、塑性、抗蝕性（xìng）、可焊（hàn）性、抗衝擊（jī）性（xìng）與抗裂性，還有較高（gāo）的（de）熱穩定性，可（kě）於120℃長（zhǎng）期工（gōng）作。

在2018年12月26日工（gōng）信部發布的《重點新材料首批次（cì）應（yīng）用示（shì）範指導目標（biāo）（2018年版）》的通告中，列有（yǒu）兩類重點研發的新型鋁（lǚ）合金：一類是（shì）含（hán）鈧（kàng）的結構鋁合金（jīn），另一類為含鈧的焊絲鋁合金。對（duì）中國來說，它（tā）們（men）都是新材料，都是短板，都亟待發展。希（xī）望有關企業（yè）、科研院所、大專院校能在相關部門（mén）的牽頭下組織起來（lái），統一（yī）步調（diào），聯合攻關，既有合作，又有分工，爭取（qǔ）在四（sì）五年時間內（nèi）完成研製任務，形成有中國特色的鋁-鈧合金係列，其中有約5種鋁-鈧結構合金，2種鋁-鈧焊絲合金。（王祝堂）

聲明：本文轉載自中國有色金屬（shǔ）報，版權歸原（yuán）作者所有