CN102586707B

CN102586707B - 一种耐晶间腐蚀的高Mg含Er 铝合金冷轧板材的热处理工艺

Info

Publication number: CN102586707B
Application number: CN2012100659486A
Authority: CN
Inventors: 聂祚仁; 邵蕊; 高坤元; 文胜平; 黄晖
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: WO2013135175A1; US9523140B2; US20140053959A1; CN102586707A

Abstract

一种耐晶间腐蚀高Mg含Er铝合金冷轧板材的热处理工艺，属于有色金属技术领域，它解决了高Mg的铝镁合金冷轧板材耐长期晶间腐蚀性能差的问题。高Mg含Er铝合金热轧板，其各组分质量百分含量分别为Mg 5.8％-6.8％，Mn0.4％-0.8％，Er 0.15％-0.25％，Zr 0.15％-0.25％，不可避免杂质含量＜4％，余量为Al，合金热轧板经中间退火后进行冷精轧，最终冷变形量为75％-90％；对铝合金冷轧板进行稳定化退火，退火温度为235℃-245℃，保温时间3.5-4小时，空冷至室温。该工艺在不明显降低合金强度的同时，显著改善合金的耐晶间腐蚀性能。

Description

一种耐晶间腐蚀的高Mg含Er 铝合金冷轧板材的热处理工艺

技术领域

本发明属于有色金属技术领域，具体涉及一种改善高Mg含Er铝合金冷轧板材耐晶间腐蚀性能的稳定化退火工艺，该工艺在不明显降低合金强度的同时，显著改善合金的耐晶间腐蚀性能。

背景技术

Al-Mg系合金广泛应用于航空、航天及交通运输等领域，提高合金强度且保证其耐腐蚀性能一直是Al-Mg系合金研究的核心问题。Al-Mg合金属于不可热处理强化的变形铝合金，其强化手段主要依靠镁（Mg）原子固溶强化和冷作硬化。Al-Mg合金的强度随Mg含量的增大而提高，但Mg质量百分含量超过3.5%时，合金即使在室温下长期服役过程中，也会由于基体中过饱和的Mg减少而发生时效软化，强度下降，而且易于沿晶界连续析出β相（Mg₂Al₃）形成晶间网膜，造成严重的晶间腐蚀和应力腐蚀。冷作硬化主要是通过冷加工提高合金的强度，但冷变形量越大，合金的形变储能越高，热力学上越不稳定，因此对Mg含量较高的冷变形Al-Mg合金必须进行稳定化退火处理，使其力学性能保持稳定，控制β相质点的析出位置、分布形态使β相在晶界不连续析出，从而改善合金的长期耐晶间腐蚀性能。

由于以上两种强化手段有限，为了满足船舶舰艇等领域对Al-Mg系合金力学性能不断提高的要求，Al-Mg系合金得到进一步研究开发。研究发现微合金化能有效提高合金的力学性能。近年来研究发现添加微量Er到铝合金中，可以细化晶粒，可在合金基体中形成细小弥散的析出相，钉扎位错，提高合金的力学性能。

Al-Mg系合金通过微合金化，再进行适当的冷变形和稳定化退火工艺的结合，可使其强度较高且稳定，耐晶间腐蚀性能良好，其优良的综合性能可以保证产品长期运行稳定性及使用安全性。目前国内外对5052、5754、5083合金的热处理工艺研究较多，尤其是H116，H2n，H3n状态。但是对于大冷变形的高Mg含Er铝合金板材的稳定化退火工艺鲜见报道。

发明内容

本发明的目的在于解决高Mg铝镁系合金耐长期晶间腐蚀性能较差这一问题，通过稳定化退火热处理，使合金在保持较高强度的同时，具有良好的耐长期晶间腐蚀性能。

本发明所提供的一种耐晶间腐蚀高Mg含Er铝合金冷轧板材的热处理工艺，高Mg含Er铝合金热轧板，其各组分质量百分含量分别为Mg5.8%-6.8%，Mn0.4%-0.8%，Er0.15%-0.25%，Zr0.15%-0.25%，不可避免杂质含量<4%，余量为Al，包括以下步骤：

1）合金热轧板经中间退火后进行冷精轧，最终冷变形量为75%-90%。

2）对步骤1）所得高Mg含Er铝合金冷轧板进行稳定化退火，退火温度为235℃-245℃，保温时间3.5-4小时，空冷至室温。

步骤1）中间退火工艺优选为350℃/2h后进行冷精轧，冷精轧工艺优选控制每道次压下量在10%-25%，最终冷变形量为75%-90%。

本发明技术方案的优点在于：

本发明对合金成分进行了优选，在Al-Mg合金中添加了微量元素Mn、Zr、Er，提高了合金的组织性能稳定性。微量Er的添加使合金在随后的工艺加热过程中析出细小的Al₃Er次生相，钉扎位错，细化晶粒，增强合金冷作硬化的效果。

通过对高Mg含Er铝合金冷轧板在100℃-245℃温度范围内，每隔20℃或25℃选取温度进行退火，并且在同一退火温度下分别进行不同时间的退火处理，这一处理可消除合金冷变形后的残余应力，降低位错密度，使合金强度保持较高且稳定。但更重要的是，本发明在此基础上对退火温度和时间进一步筛选限定，避免β相在晶界上的连续析出，降低了合金中晶界和晶内的电势差，从而在保持合金强高强度的同时明显提高合金的耐晶间腐蚀性能。

总之，本发明所述的高Mg含Er铝合金冷轧板的稳定化退火工艺，使合金保持较高强度的同时，具有良好的耐长期晶间腐蚀性能，保证产品长期服役过程中运行的稳定性及使用安全性，是一种很有应用前景的热处理制度。

附图说明

图1为高Mg含Er铝合金冷轧板显微硬度与退火温度关系曲线；

图2为高Mg含Er铝合金冷轧板100℃不同退火时间的失重变化曲线；

图3为高Mg含Er铝合金冷轧板125℃不同退火时间的失重变化曲线；

图4为高Mg含Er铝合金冷轧板150℃不同退火时间的失重变化曲线；

图5为高Mg含Er铝合金冷轧板175℃不同退火时间的失重变化曲线；

图6为高Mg含Er铝合金冷轧板200℃不同退火时间的失重变化曲线；

图7为高Mg含Er铝合金冷轧板220℃不同退火时间的失重变化曲线；

图8为高Mg含Er铝合金冷轧板240℃不同退火时间的失重变化曲线；

图9为高Mg含Er铝合金冷轧板晶间腐蚀敏感性的退火温度-时间关系图；

图10为高Mg含Er铝合金冷轧板240℃不同退火时间的显微硬度变化曲线。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步阐述。

具体实施方式

对比例1

1）以高Mg含Er铝合金20mm厚热轧板为例，化学成分Mg6.4%，Mn0.4%，Er0.25%，Zr0.2%，不可避免杂质含量<4%，余量为Al。对合金热轧板进行350℃中间退火，保温2小时，空冷至室温。

2）对步骤1）所得高Mg含Er铝合金板材进行多次冷精轧，控制每道次压下量在10%-25%左右，冷变形量75%-90%。

3）采用箱式退火炉（温度误差为±5℃）对步骤2）所得合金冷轧板不同温度下退火，保温时间1小时，空冷至室温。测试冷轧板显微硬度随退火温度的变化，如图1所示。由图1硬度曲线可以看出，合金的再结晶起始温度为250℃，合金250℃退火态对应的硬度值为121HV。为保证合金的力学性能，在以下实施例中选取250℃以下的温度对冷轧板进行退火处理。

对比例2

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对合金冷轧板在100℃下进行不同时间的退火处理。根据美国材料试验协会标准ASTM G67（硝酸浸泡失重法）对合金冷轧态和不同退火态进行晶间腐蚀实验，以浸泡前后合金单位面积失重评定材料的晶间腐蚀敏感性。其单位面积失重随退火时间的变化曲线如图2所示。

对比例3

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对合金冷轧板在125℃下进行不同时间的退火处理。根据美国材料试验协会标准ASTM G67（硝酸浸泡失重法）对合金125℃不同退火态进行晶间腐蚀实验，其单位面积失重随退火时间的变化曲线如图3所示。

对比例4

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对合金冷轧板在150℃下进行不同时间的退火处理。根据美国材料试验协会标准ASTM G67（硝酸浸泡失重法）对合金150℃不同退火态进行晶间腐蚀实验，其单位面积失重随退火时间的变化曲线如图4所示。

对比例5

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对合金冷轧板在175℃下进行不同时间的退火处理。根据美国材料试验协会标准ASTM G67（硝酸浸泡失重法）对合金175℃不同退火态进行晶间腐蚀实验，其单位面积失重随退火时间的变化曲线如图5所示。

对比例6

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对合金冷轧板在200℃下进行不同时间的退火处理。根据美国材料试验协会标准ASTM G67（硝酸浸泡失重法）对合金200℃不同退火态进行晶间腐蚀实验，其单位面积失重随退火时间的变化曲线如图6所示。

对比例7

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对合金冷轧板在220℃下进行不同时间的退火处理。根据美国材料试验协会标准ASTM G67（硝酸浸泡失重法）对合金220℃不同退火态进行晶间腐蚀实验，其单位面积失重随退火时间的变化曲线如图7所示。

实施例1

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对合金冷轧板在240℃下进行不同时间的退火处理。根据美国材料试验协会标准ASTM G67（硝酸浸泡失重法）对合金240℃不同退火态进行晶间腐蚀实验，其单位面积失重随退火时间的变化曲线如图8所示。

由图2-图8可以看出，合金在100℃-220℃退火处理后其腐蚀失重随退火时间的延长而增加，其耐晶间腐蚀性能降低。与其他退火温度相比，合金在240℃下其失重出现了不同的变化趋势。在退火0.5小时内，合金失重急剧增大到腐蚀敏感区后随时间延长再降低，退火3.5小时后其失重急剧降低至1mg/cm²，且随时间延长至24小时都趋于稳定，一直处于耐晶间腐蚀区，表现出优异的耐晶间腐蚀性能。

根据图2-图8合金不同退火温度和不同退火时间处理后的晶间腐蚀实验结果，绘制了高Mg含Er铝合金冷轧板不同退火态晶间腐蚀敏感性的温度-时间曲线和合金耐晶间腐蚀区、晶间腐蚀敏感区及再结晶区分布图，如图9所示。由图9可以看出，合金在150℃-220℃退火处理后其耐晶间腐蚀性能显著降低，此温度区间为合金的晶间腐蚀敏化温度，因此在合金热处理工艺设计中和使用过程中应避免。合金100℃退火态的耐晶间腐蚀性能稍好于150℃-220℃退火态，但随退火时间延长至3小时后合金仍出现了晶间腐蚀敏感性，而合金在240℃下极短退火时间（0.11小时）处理虽然出现了晶间腐蚀敏感性，但随退火时间延长至3.5-24小时后处于耐晶间腐蚀区，表现出非常优异的耐晶间腐蚀性能。由实验结果可预测若进一步提高退火温度（位于再结晶区），合金仍具有优异的耐晶间腐蚀性能，但合金开始发生再结晶，力学性能会大幅下降。因此240℃为合金的最佳稳定化退火温度。由于实施例中所采用的退火炉的系统温度误差为±5℃，所以发明提供的耐晶间腐蚀的高Mg含Er铝合金冷轧板的最佳稳定化退火温度区间为235℃-245℃。

实施例2

步骤1），步骤2）同对比例1。

3）对高Mg含Er铝合金冷轧板在240℃下进行不同时间的退火处理。测试冷轧板在240℃下其显微硬度随退火时间的变化，如图10所示。由图10硬度曲线可以看出，合金经240℃退火0.25小时后其硬度有较大降低，由150HV降低到130HV，随退火时间进一步延长缓慢降低最后趋于稳定。为了保证冷变形合金240℃稳定化退火后的力学性能仍保持较高水平，需确定稳定化退火时间。由对比例1可知，合金冷轧板开始再结晶的临界硬度值为121HV，而合金240℃/4小时退火态的硬度值与之对应，如图10中虚线所示。因此3.5-4小时是耐晶间腐蚀的高Mg含Er铝合金冷轧板的最佳稳定化退火时间。

综上所述，本发明提供的235℃-245℃温度区间内退火3.5-4小时是75%-90%冷变形的高Mg含Er铝合金板材的最佳稳定化退火工艺，在显著提高合金耐长期晶间腐蚀性能的同时还能使合金具有较高的力学性能，利于产品长期运行稳定性及使用安全性。

Claims

1.一种耐晶间腐蚀高Mg含Er铝合金冷轧板材的热处理工艺，高Mg含Er铝合金热轧板，其各组分质量百分含量分别为Mg5.8%-6.8%，Mn0.4%-0.8%，Er0.15%-0.25%，Zr0.15%-0.25%，不可避免杂质含量<4%，余量为Al，其特征在于，包括以下步骤：

（1）高Mg含Er铝合金热轧板经中间退火后进行冷精轧，最终冷变形量为75%-90%；

（2）对步骤（1）所得高Mg含Er铝合金冷轧板进行稳定化退火，退火温度为235℃-245℃，保温时间3.5-4小时，空冷至室温；

中间退火工艺为350℃条件下保温2h。

2.按照权利要求1的工艺，其特征在于，冷精轧工艺优选控制每道次压下量在10%-25%，最终冷变形量为75%-90%。