CN102312142A - 一种生产高等级铝合金薄壁管材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种生产高等级铝合金薄壁管材的方法。所述方法包括以下次序的工艺步骤：熔铸；均匀化退火所述经熔铸后的铸锭；挤压所述经过均匀化退火后的铸锭；轧制退火，包括对所述经过挤压的管材进行退火后再轧制；减径退火，包括对所述经过轧制的管材进行退火后再减径。本发明实施例提供的生产高等级铝合金薄壁管材的方法可以生产出重量轻、强度高以及抗腐蚀性能和抗疲劳性能好的铝合金薄壁管材，成品率高，能够满足用户对高等级铝合金薄壁管材的要求。

Description

一种生产高等级铝合金薄壁管材的方法

技术领域

本发明涉及铝管材制造领域，尤其涉及一种生产高等级铝合金薄壁管材的方法。

背景技术

随着经济的快速发展，生活质量的进一步提高，带动了高端运动器材，例如，高尔夫球场用器材、登山手杖和野营帐篷支撑杆等的迅速发展。由于高端运动器材有其特殊要求，例如，重量要轻、强度要高以及抗疲劳性要好等等，因此，对于制造这些高端运动器材的材料也有重量轻、强度高以及抗腐蚀性能和抗疲劳性能好的要求。作为广泛应用于高端运动器材的铝合金材料，PX99铝合金管材就是其中一类。

PX99铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金，按照质量百分比计算，Zn的含量在6.8～7.1之间，Mg的含量均在2.0～2.5之间，Cu的含量均在2.0～2.2之间，Al的含量在87.54～88.63之间，其他微量金属、非金属(Si、Fe、Mn、Cr、Zr和Ti等)以及杂质含量大约在0.57～0.66之间，因此，PX99铝合金合金化程度高，热挤压性能和冷变形性能差，薄壁管材的生产难度非常大。

由于PX99铝合金的上述特点，现有技术提供的生产方法中，工艺过程(包括熔铸、均匀化退火、挤压、轧制退火和减径退火等)的参数控制得不是很好，造成导致成品质量不高。例如，由于轧制退火的退火温度不是很合适，导致管毛料出现裂口、抗拉强度降低；再如，由于减径退火的退火制度设置得不是很合理，导致减径时容易产生跳环和椭圆等缺陷。

发明内容

本发明实施例提供一种生产高等级铝合金薄壁管材的方法，以生产重量轻、强度高和抗疲劳性能好的铝合金薄壁管材。

本发明实施例提供一种生产高等级铝合金薄壁管材的方法，其特征在于，所述高等级铝合金薄壁管材主要成分按照质量百分比计，Zn＝6.8～7.1，Mg＝2.0～2.5，Cu＝2.0～2.2，Al＝87.54～88.63，其他金属、非金属和杂质总计在0.57～0.66之间，所述方法包括以下次序的工艺步骤：

(1)熔铸，包括熔炼和铸造，所述熔炼温度为700℃～750℃，铸造温度为710℃～730℃；

(2)均匀化退火所述经熔铸后的铸锭；

(3)挤压所述经过均匀化退火后的铸锭，挤压温度为360℃～430℃，挤压筒温度为370℃～430℃，挤压速度为0.3mm/s～0.9mm/s；

(4)轧制退火，包括对所述经过挤压的管材进行退火后再轧制，所述轧制退火的轧制退火制度为：退火温度设置为400℃～420℃并保温3小时，随炉冷却到150℃以下出炉；

(5)减径退火，包括对所述经过轧制的管材进行退火后再减径，所述减径退火的减径退火制度为：减径退火的退火温度设置为340℃～350℃并保温2.5小时，随炉冷却到150℃以下出炉。

从上述本发明实施例提供的生产高等级铝合金薄壁管材的方法可知，由于将其中的均匀化退火、挤压、轧制退火和减径退火等工艺过程涉及的相关温度(例如，挤压温度、轧制退火温度和减径退火温度等)、时间(例如，轧制退火温度和减径退火温度等过程的保温时间)和速度(例如，挤压速度)等设置得比较合理。因此，本发明实施例提供的生产高等级铝合金薄壁管材的方法可以生产出重量轻、强度高以及抗腐蚀性能和抗疲劳性能好的铝合金薄壁管材，成品率高，能够满足用户对高等级铝合金薄壁管材的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对现有技术或实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以如这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种生产高等级铝合金薄壁管材的方法流程示意图；

图2是本发明实施例提供的PX99铝合金抗拉强度随轧制退火温度的变化曲线图；

图3是本发明实施例提供的PX99铝合金抗拉强度随减径退火温度的变化曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下以生产高等级PX99铝合金薄壁管材为例，说明本发明提供的生产高等级铝合金薄壁管材的方法。

请参阅附图1，是本发明实施例提供的一种生产高等级铝合金薄壁管材的方法。附图1示例的高等级铝合金薄壁管材的生产方法中，所述高等级铝合金薄壁管材(例如，高等级PX99铝合金薄壁管材)主要成分按照质量百分比计，Zn＝6.8～7.1，Mg＝2.0～2.5，Cu＝2.0～2.2，Al＝87.54～88.63，其他金属、非金属和杂质总计在0.57～0.66之间，具体如下表1所示：

表1

附图1示例的高等级铝合金薄壁管材的生产方法主要包括以下次序的工艺步骤：

S101，熔铸，包括熔炼和铸造。

在本发明实施例中，所述熔炼温度为700℃～750℃，铸造温度为710℃～730℃。由于空心锭裂纹倾向性极高，在本发明实施例中，采用实心铸锭车皮镗孔的方法生产PX99合金铸锭。

在本发明一个实施例中，所述熔铸工艺步骤的熔炼温度为720℃或740℃，所述铸造温度为715℃或725℃。

在本发明另一实施例中，所述熔铸工艺步骤的熔炼温度为720℃～740℃，所述铸造温度为715℃～725℃。

S102，均匀化退火所述经熔铸后的铸锭。

PX99铝合金铸锭的冷凝与均匀化退火之间的时间应尽可能少。在本发明实施例中，均匀化退火所述经熔铸后的铸锭具体包括以下次序的工艺步骤：

(1)将所述经熔铸后的铸锭冷却至240℃～300℃并保温2个小时；

(2)将所述240℃～300℃的铸锭加热至465℃并保温4～6个小时；

(3)将所述465℃的铸锭加热至475℃并保温12个小时；

(4)将所述475℃的铸锭冷却至380℃并保温4个小时；

(5)关掉加热源，将所述380℃的铸锭进行环绕强制冷却。

作为本发明一个实施例，均匀化退火所述经熔铸后的铸锭的工艺步骤中，也可以将所述经熔铸后的铸锭冷却至270℃～290℃并保温2个小时。

S103，挤压所述经过均匀化退火后的铸锭。

在本发明实施例中，可以在在25MN挤压机上采用热挤压方式生产轧管坯料。挤压所述经过均匀化退火后的铸锭的挤压温度为360℃～430℃，挤压筒温度为370℃～430℃，挤压速度为0.3～0.9，具体挤压工艺参数见表2(以Φ57.5×2.25为例)

工艺名称	工艺参数
		挤压铸锭规格(单位：mm)	Φ224/Φ103×290
挤压管毛料规格(单位：mm)	Φ78/Φ70×4.0
		挤压筒温度	370℃～430℃
挤压温度	360℃～430℃
		挤压速度	0.3mm/s～0.9mm/s
挤压系数	33.5

表2

作为本发明一个实施例，在上述挤压所述经过均匀化退火后的铸锭这一工艺步骤中，所述挤压温度可以为370℃～380℃，挤压筒温度可以为380℃～390℃，挤压速度可以为0.3mm/s(毫米每秒)～0.65mm/s(毫米每秒)。

作为本发明另一个实施例，在上述挤压所述经过均匀化退火后的铸锭这一工艺步骤中，挤压生产时首料温度取400℃，稳定后的挤压温度设定为370℃，挤压筒温度设定为380℃且挤压速度为0.3mm/s(毫米每秒)～0.65mm/s(毫米每秒)时，生产出来的PX99铝合金薄壁管材表面质量、椭圆度和直线度均较好。

需要说明的是，由于道次冷变形量过大，容易产生裂纹、飞边等缺陷，变形量太小，生产效率低，因此，在上述本发明实施例提供的挤压所述经过均匀化退火后的铸锭的工艺步骤中，轧制变形程度控制在45％～60％为宜，例如，将轧制变形程度控制在55％。

S104，轧制退火，包括对所述经过挤压的管材进行退火后再轧制。

在本发明实施例中，轧制退火即预先对经过挤压的管材进行退火，然后再轧制。试制生产时，采用的管毛料退火制度为：350℃～370℃保温3小时，采用此种退火制度后，轧制裂口现象非常多，成品率很低。为了找到合适的退火温度，减少裂口现象，提高成品率，进行了轧制退火的实验。轧制退火选取了四个退火温度，具体的实验内容及实验结果见表3。

表3

将表3中的抗拉强度实验数据(每个温度下的平均值)绘制成如附图2所示的PX99铝合金抗拉强度随轧制退火温度的变化曲线图。从附图2可以知，PX99铝合金随着加热温度的提高，抗拉强度降低，延伸率逐渐升高。轧制退火达到390℃以后，强度变化趋于平缓，在400℃～420℃塑性较好，抗拉强度也趋于稳定，在此温度区间有利于冷加工，因此将轧制退火经过挤压后的PX99铝合金管材的轧制退火制度设置为：退火温度为400℃～420℃并保温3小时，随炉冷却到150℃以下出炉。

S105，减径退火，包括对所述经过轧制的管材进行退火后再减径。

在本发明实施例中，减径退火即在减径前对管材进行退火的过程，包括对经过轧制的管材进行退火后再减径。试制生产初期，采用的减径退火制度为：270℃～290℃保温2.5小时，采用这种减径退火制度处理后，减径时容易产生跳环和椭圆等缺陷，因此对减径退火温度进行了摸索，具体的实验内容及实验结果见表4。

表4

将表4中的抗拉强度试验数据(每个温度下的平均值)绘制成如附图3示例的PX99铝合金抗拉强度随减径退火温度的变化曲线图，从附图3可以知，随着退火温度的变化，PX99铝合金抗拉强度有一个由小到大再减小的过程。综合考虑到加工性能和能源消耗等因素的影响，在本发明实施例中，实施减径退火所述经过轧制退火的管材的工艺步骤时，所述减径退火的减径退火制度为：减径退火的退火温度设置为340℃～350℃并保温2.5小时，随炉冷却到150℃以下出炉。

实际生产证明，以上减径退火制度可以到达减径工序的要求，能源消耗又相对较低。

在本发明实施例中，减径退火所述经过轧制的管材之后进一步包括矫直、切成品、取样以及包装入库的工艺步骤。所谓“矫直”，例如，可以采用7辊矫直机对经过减径的管材进行矫直，即，将经过减径的管材从7辊矫直机的一端进入，从辊之间的间隙通过，进行矫直。辊与辊之间的间隙可根据要矫直的管材直径进行调整。

从上述本发明实施例提供的生产高等级铝合金薄壁管材的方法可知，由于将其中的均匀化退火、挤压、轧制退火和减径退火等工艺过程涉及的相关温度(例如，挤压温度、轧制退火温度和减径退火温度等)、时间(例如，轧制退火温度和减径退火温度等过程的保温时间)和速度(例如，挤压速度)等设置得比较合理。因此，本发明实施例提供的生产高等级铝合金薄壁管材的方法可以生产出重量轻、强度高以及抗腐蚀性能和抗疲劳性能好的铝合金薄壁管材，成品率高，能够满足用户对高等级铝合金薄壁管材的要求。

以上对本发明实施例提供的生产高等级铝合金薄壁管材的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种生产高等级铝合金薄壁管材的方法，其特征在于，所述高等级铝合金薄壁管材主要成分按照质量百分比计，Zn＝6.8～7.1，Mg＝2.0～2.5，Cu＝2.0～2.2，Al＝87.54～88.63，其他金属、非金属和杂质总计为0.57～0.66，所述方法包括以下次序的工艺步骤：

(1)熔铸，包括熔炼和铸造，所述熔炼温度为700℃～750℃，铸造温度为710℃～730℃；

(2)均匀化退火所述经熔铸后的铸锭；

(3)挤压所述经过均匀化退火后的铸锭，挤压温度为360℃～430℃，挤压筒温度为370℃～430℃，挤压速度为0.3mm/s～0.9mm/s；

(4)轧制退火，包括对所述经过挤压的管材进行退火后再轧制，所述轧制退火的轧制退火制度为：退火温度设置为400℃～420℃并保温3小时，随炉冷却到150℃以下出炉；

(5)减径退火，包括对所述经过轧制的管材进行退火后再减径，所述经过轧制的管材，所述减径退火的减径退火制度为：减径退火的退火温度设置为340℃～350℃并保温2.5小时，随炉冷却到150℃以下出炉。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔铸工艺步骤中，所述熔炼温度为720℃或740℃，所述铸造温度为715℃或725℃。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔铸工艺步骤中，所述熔炼温度为720℃～740℃，所述铸造温度为715℃～725℃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轧制退火所述经过挤压后的管材的工艺步骤中，轧制的变形程度控制在45％～60％。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述轧制退火所述经过挤压后的管材的工艺步骤中，轧制的变形程度控制在55％。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述均匀化退火所述经熔铸后的铸锭包括以下次序的工艺步骤：

(1)将所述经熔铸后的铸锭冷却至240℃～300℃并保温2个小时；

(2)将所述240℃～300℃的铸锭加热至465℃并保温4～6个小时；

(3)将所述465℃的铸锭加热至475℃并保温12个小时；

(4)将所述475℃的铸锭冷却至380℃并保温4个小时；

(5)关掉加热源，将所述380℃的铸锭进行环绕强制冷却。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述均匀化退火所述经熔铸后的铸锭的工艺步骤中，将所述经熔铸后的铸锭冷却至270℃～290℃并保温2个小时。

8.如权利要求1至7任意一项所述的方法，其特征在于，所述挤压工艺的挤压温度为370℃～380℃，挤压筒温度为380℃～390℃，挤压速度为0.3mm/s～0.65mm/s。

9.如权利要求1至7任意一项所述的方法，其特征在于，所述挤压工艺的挤压温度为370℃，挤压筒温度为380℃。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述减径退火所述经过轧制的管材之后进一步包括矫直的工艺步骤。

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