CN101649406A - 高强度铝合金板及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度铝合金板及其生产方法，铝合金板成分为Si 0.4～0.8份、Fe 0.3～0.6份、Cu 0.2～0.3份、Mn≤0.15份、Mg 1.0～1.15份、Cr 0.1～0.3份、Zn≤0.05份、Ti 0.02～0.03份，其它杂质≤0.01份，余量为Al，合计100份。生产方法包括熔炼、精炼、静置、铸造、铣面、热粗轧和热精轧、冷轧，然后进行在线连续淬火处理，炉膛温度为590～610℃，淬火速度为0.7～2.0m/min；然后二次冷轧至0.8～10mm；最后经精整和人工时效处理得到成品。本发明的板材具有强度高、耐腐蚀和焊接性能好等优点；所采用的热轧法为连续淬火的工艺，实现了开卷淬火的快速性和连续性，缩短了生产周期，有利于节能减耗，有利于推广应用。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种铝合金板材，特别是涉及一种高强度铝合金板及其生产方法。
二、背景技术：
随着科学技术的进步，铝合金板材的应用越来越广，6061铝合金以其强度高、耐腐蚀、焊接性能好等优点被广泛应用于航空、航天、船舶制造、机械设备、模具制造、电子电气、五金制品和工艺品等行业。
国内目前的6系铝合金加工生产周期长，生产中使用的淬火炉都是将料卷整体放入炉内，在炉内整体加热到一定温度之后，再整体出炉急速降温，由于炉体的长度不大，料卷在炉内静止不动，炉内也不设置辊道。采用这种整卷进炉加热再整卷出炉的淬火方法有两个明显缺点：一是加热时材料受热不均匀，二是材料从出炉到冷却整个时间较长，造成整个生产周期较长。
经检索，申请号为200510031180.0的发明公开了一种高强度高延伸率6063铝合金及其生产方法，其生产方法是：a.熔铸：配料装炉→熔化→搅拌与扒渣→覆盖→喷射精炼→扒渣与覆盖→静置保温→铸锭；b.挤压与热处理：均质化→空气冷却→铸锭加热→挤压→水雾淬火→断切→冷床冷却→拉伸→矫直→人工时效处理→成品。经检测，该方法铝合金型材的延伸率和强度均有一定程度的提高，但整个生产周期较长，能耗较高，得到的铝合金板材的质量也不理想。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题是：提供一种高强度铝合金板材，该板材具有强度高、耐腐蚀和焊接性能好等优点；还提供了该板材的热轧法生产方法，该方法采用连续淬火的生产工艺，实现了开卷淬火的快速性和连续性，缩短了生产周期。
本发明的技术方案：
一种高强度铝合金板，以重量份表示，成分中含有Si 0.4～0.8份、Fe 0.3～0.6份、Cu 0.2～0.3份、Mn≤0.15份、Mg 1.0～1.15份、Cr 0.1～0.3份、Zn≤0.05份、Ti 0.02～0.03份，其它杂质≤0.01份，余量为Al，合计100份。
所述的高强度铝合金板，其中Si 0.4～0.6份、Fe 0.3～0.45份、Cu 0.2～0.25份、Mn≤0.12份、Mg 1.0～1.1份、Cr 0.1～0.15份、Zn≤0.05份、Ti 0.02～0.03份。
所述的高强度铝合金板，其中Si 0.6～0.7份、Fe 0.45～0.55份、Cu 0.22～0.28份、Mn≤0.09份、Mg 1.05～1.12份、Cr 0.15～0.28份、Zn≤0.03份、Ti 0.02～0.03份。
所述高强度铝合金板的生产方法包括以下步骤，
(1)熔炼将重熔用铝锭和Al-Si中间合金装入熔炼炉中，在700～750℃条件下熔炼5～8h，熔化完毕后搅拌均匀，加入Fe、Cr、Cu金属添加剂和镁锭，充分搅拌均匀，取样经光谱分析，检查除Ti以外的各成分是否符合要求，调整元素含量，得到成分符合要求的铝合金熔体；
(2)精炼、静置将铝合金熔体在720～740℃下精炼，精炼时间不少于20min，扒浮渣，然后导入静置炉再精炼一次，再静置25～40min；
(3)铸造在线连续加入铝钛硼丝，使钛成分含量符合含量要求；在线除氢；然后在温度为690～710℃、速度为35～45mm/min的条件下铸造出铝合金铸锭；
(4)铣面铣面后刀痕深度≤0.2mm，大面粗糙度Ra为0.4～0.8μm；
(5)热粗轧和热精轧将铝合金铸锭在加热炉内加热14～18h，当铸锭温度达到480～500℃时进行热粗轧，粗轧至厚度为30～40mm；然后进行热精轧，精轧至厚度为6～14mm，终轧温度不低于260℃；
(6)冷轧当热精轧坯料大于12mm或者成品厚度小于3mm时，将坯料进行冷轧，冷轧至3～12mm；
(7)在线淬火处理将料卷进行连续淬火处理，炉膛温度为590～610℃，淬火速度为0.7～2.0m/min，并要求出炉时料温度在550℃以上，出炉后立即用冷却水进行喷水淬火处理；
(8)二次冷轧将淬火后的卷材进行冷轧，冷轧至0.8～10mm；
(9)精整和人工时效处理将卷材进行清洗、板形矫直和剪切，然后进行人工时效处理。
所述精炼是向铝合金熔体中通入氮氯混合气，所述氮氯混合气中氮气体积占总体积的88～90％。
所述在线除氢要求除氢后的铝熔体中氢含量在0.15ml/100g Al以下。
所述淬火处理是将热轧坯料进行开卷淬火，淬火后卷取，从开卷到卷取的整个过程连续在辊道上运行，淬火时所用冷却水为软化水，水温为10～30℃。
在所述淬火后将铝板面上的水用压缩空气吹扫干净，然后进行板形矫正，用卷取机卷成卷，从开卷到卷取整个过程连续进行。
所述人工时效处理时炉膛定温175±5℃，时效时间为18h。
本发明的积极有益效果：
(1)本发明的铝合金板属于6061系列，经检测，其抗拉强度大于295MPa，屈服强度大于240MPa，延伸率＞6％，维氏硬度HV1＞95，和同类产品相比，具有强度高、耐腐蚀和焊接性能好等优点。
本发明的铝合金板的机械性能具体如下表：
| 厚度(mm) | 抗拉强度MPa | 屈服强度MPa | 延伸率％ | 维氏硬度HV1 |
| 0.4～1.5 | ＞295 | ＞240 | ＞6 | ＞100 |
| 1.5～3.0 | ＞295 | ＞240 | ＞7 | ＞100 |
| 3.0～6.0 | ＞295 | ＞240 | ＞10 | ＞100 |
| 6.0～12.5 | ＞295 | ＞240 | ＞9 | ＞95 |
(2)本发明的铝合金板工艺为热轧法，经过铸造、铣面、热粗轧、热精轧、在线连续淬火，再经冷轧、精整和时效处理等工艺过程而得到产品，其中淬火工艺属于连续生产工艺，由卷材经开卷、淬火、急速冷却、矫直到卷取可连续进行，在淬火加热时可使料卷受热均匀，料卷从出炉到冷却的时间减少，实现了开卷淬火的快速性和连续性，缩短了生产周期，属国内第1条连续淬火生产6系铝合金的生产工艺；和现有工艺相比，该工艺保证了材料的不同部位机械性能的均匀性，机械性能好，同时工艺简化，生产自动化程度高，减少了人员配备，有利于节能减耗，有利于推广应用。
四、具体实施方式：
实施例一、一种高强度铝合金板及其生产方法
1.高强度铝合金板各合金成分见表1，表中的数值以重量份表示，其他不可避免的杂质含量控制在0.01份以下，余量为铝，各成分合计为100份。
2.生产步骤：
(1)熔炼将重熔用铝锭和Al-Si中间合金一起装入熔炼炉中，在700～750℃条件下熔炼5～8h，熔化完毕后搅拌均匀，加入Fe、Cr、Cu金属添加剂和镁锭再充分搅拌均匀，取样做光谱分析看除Ti外各种成分是否符合要求，再适当调整Si、Fe、Cu、Mg、Cr的含量，得到成分符合要求的铝合金熔体；
(2)精炼、静置将铝合金熔体在720～740℃条件下，通入氮、氯混合气体精炼，N2比例为88～90％，精炼时间不少于20min，扒去熔池表面的浮渣；然后导入静置炉，在静置炉内再进行一次如上的精炼，再扒去熔池表面的浮渣，让铝合金熔体静置25～40min；
(3)铸造打开静置炉下部的流眼口，在静置炉外流槽内在线连续加入铝钛硼丝，通过调整钛丝的行走速度来保证Ti含量符合成分要求，同时通过在线除气装置来除去铝合金熔体中的氢，除氢后铝熔体中氢含量在0.15ml/100gAl以下；在温度为690～710℃、速度为35～45mm/min的条件下铸造出铝合金大铸锭；
(4)锯头、铣面用锯床锯掉铸锭尾部20～25cm，用铣床铣去铸锭两个大面各10～15mm，同时保证铣面后刀痕深度≤0.2mm，大面的粗糙度Ra值为0.4～0.8μm；
(5)热粗轧和热精轧将铸锭在推进式加热炉内加热，第一步炉气定温550～580℃，金属升温至535～550℃，保温10小时，第二步定炉温490～520℃，金属温度达490～510℃时，保温4～8小时使铸锭温度达到480～500℃时出炉进行热粗轧，厚度控制在30～40mm，接下来进行热精轧，根据坯料要求精轧至厚度为6.0～14.0mm，终轧温度不低于260℃；
(6)冷轧当热精轧坯料大于12mm或者成品厚度小于3mm时，将热精轧的坯料进行冷轧，冷轧至3～12mm；
(7)在线淬火处理将料卷在连续淬火炉里进行淬火处理，先将炉膛升温至590～610℃，再将料卷上至开卷机上，然后在展开料头与上一卷的料尾在缝合机上进行缝合，之后开始穿带至卷取机；根据料厚薄来定机列运行速度，料厚度在3～12mm之间，淬火速度即机列运行速度在0.7～2.0m/min之间，厚料慢速，薄料快速，用手持式热电偶对刚出炉的料卷部位测温，保证出炉时料温度在550℃以上；
所用的淬火炉共分九个区，总长度30米，里面有16根辊道，料卷经开卷机开卷后进入炉内，连续在辊道上运行，依次进入九个区逐步加热，连续不断地出炉急速降温，直至整个料卷运行结束。在淬火炉九个区中，炉膛入口区温度为595度，其余八个区温度设定为600±2℃。
在淬火炉出口处安装有冷却水喷淋装置，料卷一出炉立即用冷却水喷淋到上下板面上，所用冷却水是经过软化处理的，其温度在10～30℃之间；淬火之后遗留在板面上的水由压缩空气通过风嘴将其吹扫干净；经吹扫干净的板面进入矫直机以矫正板形，之后由卷取机卷成卷，从开卷到卷取的整个过程是连续的。
(8)二次冷轧经过淬火的卷材在24h之内上机冷轧，冷轧至0.8～10mm；
(9)精整和人工时效处理将成品厚度的卷材在横剪机列上切掉废边，同时剪切成客户所需规格的片材；剪切后的板材装入时效炉内进行人工时效处理，炉膛定温175℃，可以在3～5℃内上下浮动，时效时间为18h；
(10)包装待时效处理后的板材冷却至室温后进行包装。
实施例二、高强度铝合金板及其生产方法
1.各合金成分见表1；
2.生产方法同实施例一基本相同，不同之处在于工艺参数：
(1)熔炼将重熔用铝锭和Al-Si中间合金装入熔炼炉中，在700℃条件下熔炼8h；
(2)精炼、静置将铝合金熔体在720℃下精炼，精炼时间不少于20min，扒浮渣，然后静置40min；精炼时向铝合金熔体中通入氮氯混合气，氮氯混合气中氮气体积占总体积的90％；
(3)铸造在线连续加入铝钛硼丝，使钛成分含量符合要求；在线除氢，除氢后铝熔体中氢含量在0.15ml/100gAl以下，然后在温度为700℃、速度为40mm/min的条件下铸造出铝合金铸锭；
(4)锯头、铣面铣面后刀痕深度≤0.2mm，大面粗糙度Ra为0.4μm；
(5)热粗轧和热精轧将铝合金铸锭在加热炉内加热14h，铸锭温度达到500℃时进行热粗轧，粗轧至厚度30～40mm；然后进行热精轧，精轧至厚度为6～14mm，终轧温度不低于260℃；
(6)冷轧当热精轧坯料大于12mm或者成品厚度小于3mm时，将热精轧的坯料进行冷轧，冷轧至3～12mm；
(7)在线淬火处理将料卷在连续淬火炉里进行淬火处理，先开卷，然后淬火，淬火后再卷取，从开卷到卷取的整个过程是连续进行，炉膛定温为590～610℃，料卷厚度为3～12mm，淬火速度为0.7～2.0m/min，要求出炉时料温度在550℃以上，出炉后立即用软化水冷却水进行喷水淬火处理；冷却水温度为10～30℃。
(8)二次冷轧将经过淬火的卷材在24h之内上机冷轧，冷轧至0.8～10mm；
(9)精整和人工时效处理人工时效处理，炉膛定温175±5℃，时效时间为18h。
实施例三、高强度铝合金板及其生产方法
1.各合金成分见表1；
2.生产方法同实施例一基本相同，不同之处在于工艺参数：
(1)熔炼将重熔用铝锭和Al-Si中间合金装入熔炼炉中，在750℃条件下熔炼5h；
(2)精炼、静置将铝合金熔体在740℃下精炼，精炼时间不少于20min，扒浮渣，然后静置40min；精炼时向铝合金熔体中通入氮氯混合气，氮氯混合气中氮气体积占总体积的88％；
(3)铸造在线连续加入铝钛硼丝，使钛成分含量符合要求；在线除氢，除氢后铝熔体中氢含量在0.15ml/100gAl以下，然后在温度为710℃、速度为45mm/min的条件下铸造出铝合金铸锭；
(4)锯头、铣面铣面后刀痕深度≤0.2mm，大面粗糙度Ra为0.4μm；
(5)热粗轧和热精轧将铝合金铸锭在加热炉内加热16h，铸锭温度达到500℃时进行热粗轧，粗轧至厚度30～40mm；然后进行热精轧，精轧至厚度为6～14mm，终轧温度不低于260℃；
(6)冷轧当热精轧坯料大于12mm或者成品厚度小于3mm时，将热精轧的坯料进行冷轧，冷轧至3～12mm；
(7)在线淬火处理将料卷在连续淬火炉里进行淬火处理，先开卷，然后淬火，淬火后再卷取，从开卷到卷取的整个过程是连续进行，炉膛定温为590℃，料厚度为3～12mm，淬火速度为2.0m/min，要求出炉时料温度在550℃以上，出炉后立即用软化水冷却水进行喷水淬火处理；冷却水温度为30℃。
(8)二次冷轧将经过淬火的卷材在24h之内上机冷轧，冷轧至0.8～10mm；
(9)精整和人工时效处理人工时效处理，炉膛定温175℃，时效时间为18h。
实施例四、高强度铝合金板及其生产方法
1.各合金成分见表1；
2.生产方法同实施例一基本相同，不同之处在于工艺参数：
(1)熔炼将重熔用铝锭和Al-Si中间合金装入熔炼炉中，在720℃条件下熔炼7h；
(2)精炼、静置将铝合金熔体在730℃下精炼，精炼时间不少于20min，扒浮渣，然后静置30min；精炼时向铝合金熔体中通入氮氯混合气，氮氯混合气中氮气体积占总体积的89％；
(3)铸造在线连续加入铝钛硼丝，使钛成分含量符合要求；在线除氢，除氢后铝熔体中氢含量在0.15ml/100gAl以下，然后在温度为700℃、速度为40mm/min的条件下铸造出铝合金铸锭；
(4)锯头、铣面铣面后刀痕深度≤0.2mm，大面粗糙度Ra为0.6μm；
(5)热粗轧和热精轧将铝合金铸锭在加热炉内加热16h，铸锭温度达到490℃时进行热粗轧，粗轧至厚度30～40mm；然后进行热精轧，精轧至厚度为6～14mm，终轧温度不低于260℃；
(6)冷轧当热精轧坯料大于12mm或者成品厚度小于3mm时，将热精轧的坯料进行冷轧，冷轧至3～12mm；
(7)在线淬火处理将料卷在连续淬火炉里进行淬火处理，先开卷，然后淬火，淬火后再卷取，从开卷到卷取的整个过程是连续进行，炉膛定温为600℃，料厚度为3～12mm，淬火速度为1.5m/min，要求出炉时坯料温度在550℃以上，出炉后立即用软化水冷却水进行喷水淬火处理；冷却水温度为15℃。
(8)二次冷轧将经过淬火的卷材在24h之内上机冷轧，冷轧至0.8～10mm；
(9)精整和人工时效处理人工时效处理，炉膛定温175±5℃，时效时间为18h。
实施例五、高强度铝合金板及其生产方法
1.各合金成分见表1；
2.生产方法同实施例一基本相同，不同之处在于工艺参数：
(1)熔炼将重熔用铝锭和Al-Si中间合金装入熔炼炉中，在740℃条件下熔炼7h；
(2)精炼、静置将铝合金熔体在735℃下精炼，精炼时间不少于20min，扒浮渣，然后静置35min；精炼时向铝合金熔体中通入氮氯混合气，氮氯混合气中氮气体积占总体积的89％；
(3)铸造在线连续加入铝钛硼丝，使钛成分含量符合要求；在线除氢，除氢后铝熔体中氢含量在0.15ml/100gAl以下，然后在温度为705℃、速度为42mm/min的条件下铸造出铝合金铸锭；
(4)锯头、铣面铣面后刀痕深度≤0.2mm，大面粗糙度Ra为0.6μm；
(5)热粗轧和热精轧将铝合金铸锭在加热炉内加热17h，铸锭温度达到495℃时进行热粗轧，粗轧至厚度30～40mm；然后进行热精轧，精轧至厚度为6～14mm，终轧温度不低于260℃；
(6)冷轧当热精轧坯料大于12mm或者成品厚度小于3mm时，将热精轧的坯料进行冷轧，冷轧至3～12mm；
(7)在线淬火处理将料卷在连续淬火炉里进行淬火处理，先开卷，然后淬火，淬火后再卷取，从开卷到卷取的整个过程是连续进行，炉膛定温为595℃，料厚度为3～12mm，淬火速度为1.0m/min，要求出炉时坯料温度在550℃以上，出炉后立即用软化水冷却水进行喷水淬火处理；冷却水温度为15℃。
(8)二次冷轧将经过淬火的卷材在24h之内上机冷轧，冷轧至0.8～10mm；
(9)精整和人工时效处理人工时效处理，炉膛定温175±5℃，时效时间为18h。
实施例六～二十的高强度铝合金板成分见下表1；例二十一～三十：合金板成分见表2，余量为铝，各成分合计为100份，生产方法均同实施例一，具体不再重述。
表1实施例一～二十中的高强度铝合金板成分
表2实施例二十一～三十中的高强度铝合金板成分
Claims (9)
1.一种高强度铝合金板，其特征是：以重量份表示，成分中含有Si 0.4～0.8份、Fe 0.3～0.6份、Cu 0.2～0.3份、Mn≤0.15份、Mg 1.0～1.15份、Cr 0.1～0.3份、Zn≤0.05份、Ti 0.02～0.03份，其它杂质≤0.01份，余量为Al，合计100份。
2.根据权利要求1所述的高强度铝合金板，其特征是：其中Si 0.4～0.6份、Fe 0.3～0.45份、Cu 0.2～0.25份、Mn≤0.12份、Mg 1.0～1.1份、Cr 0.1～0.15份、Zn≤0.05份、Ti 0.02～0.03份。
3.根据权利要求1所述的高强度铝合金板，其特征是：其中Si 0.6～0.7份、Fe 0.45～0.55份、Cu 0.22～0.28份、Mn≤0.09份、Mg 1.05～1.12份、Cr 0.15～0.28份、Zn≤0.03份、Ti 0.02～0.03份。
4.一种权利要求1所述高强度铝合金板的生产方法，其特征是：该方法包括以下步骤，
(1)熔炼将重熔用铝锭和Al-Si中间合金装入熔炼炉中，在700～750℃条件下熔炼5～8h，熔化完毕后搅拌均匀，加入Fe、Cr、Cu金属添加剂和镁锭，充分搅拌均匀，取样经光谱分析，检查除Ti以外的各成分是否符合要求，调整元素含量，得到成分符合要求的铝合金熔体；
(2)精炼、静置将铝合金熔体在720～740℃下精炼，精炼时间不少于20min，扒浮渣，然后导入静置炉再精炼一次，再静置25～40min；
(3)铸造在线连续加入铝钛硼丝，使钛成分含量符合含量要求；在线除氢；然后在温度为690～710℃、速度为35～45mm/min的条件下铸造出铝合金铸锭；
(4)铣面 铣面后刀痕深度≤0.2mm，大面粗糙度Ra为0.4～0.8μm；
(5)热粗轧和热精轧将铝合金铸锭在加热炉内加热14～18h，当铸锭温度达到480～500℃时进行热粗轧，粗轧至厚度为30～40mm；然后进行热精轧，精轧至厚度为6～14mm，终轧温度不低于260℃；
(6)冷轧当热精轧坯料大于12mm或者成品厚度小于3mm时，将坯料进行冷轧，冷轧至3～12mm；
(7)在线淬火处理将料卷进行连续淬火处理，炉膛温度为590～610℃，淬火速度为0.7～2.0m/min，并要求出炉时料温度在550℃以上，出炉后立即用冷却水进行喷水淬火处理；
(8)二次冷轧将淬火后的卷材进行冷轧，冷轧至0.8～10mm；
(9)精整和人工时效处理将卷材进行清洗、板形矫直和剪切，然后进行人工时效处理。
5.根据权利要求4所述的高强度铝合金板的生产方法，其特征是：所述精炼是向铝合金熔体中通入氮氯混合气，所述氮氯混合气中氮气体积占总体积的88～90％。
6.根据权利要求4所述的高强度铝合金板的生产方法，其特征是：所述在线除氢要求除氢后的铝熔体中氢含量在0.15ml/100g Al以下。
7.根据权利要求4所述的高强度铝合金板的生产方法，其特征是：所述淬火处理是将热轧坯料进行开卷淬火，淬火后卷取，从开卷到卷取的整个过程连续在辊道上运行，淬火时所用冷却水为软化水，水温为10～30℃。
8.根据权利要求7所述的高强度铝合金板的生产方法，其特征是：在所述淬火后将铝板面上的水用压缩空气吹扫，然后进行板形矫正，用卷取机卷成卷，从开卷到卷取整个过程连续进行。
9.根据权利要求4所述的高强度铝合金板的生产方法，其特征是：所述人工时效处理时炉膛定温175±5℃，时效时间为18h。
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