CN103866167B - 一种铝合金板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝合金及其合金板材、以及合金板材的制备方法，属于有色金属及其制备领域。本发明所述铝合金的质量百分比含量为，5.5～6.0%Mg，0.6～1.2%Zn，0.1～0.2%Cu，0.6～1.0%Mn，0～0.1%Cr，0～0.15%Ti，0.05～0.25%Zr，0～0.25%Fe，0～0.2%Si，其余为Al。将上述成分制备的合金铸锭进行预热或均匀化处理后进行相应的热轧、冷轧、退火及预拉伸等工学得到稳定态或加工硬化态的铝合金板材。此板材在保证Mg元素固溶强化作用的同时，大大降低了Al3Mg2在晶界的连续析出的能力，与传统的AA5059‑H321以及AA5059‑H131板材相比表现出优异的力学性能，以及抗腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于有色金属及其制备领域，尤其涉及一种高强度抗腐蚀Al-Mg型合金，及由这种合金制得的板材产品。
发明背景
下文中，除非另有说明，合金的命名使用铝业协会(The Aluminum Association)的命名规则，热处理规范(temper designations)的命名根据欧洲标准NEN-EN515定义。对于合金以及优选合金中各元素的任何描述，除非另外说明，均按照质量百分比计。
为了降低动力用燃料和提高大型运输船的效益，降低大型运输船的重量已是一种必然趋势。高强度抗腐蚀5×××系列合金的开发将为此提供最佳选择。目前已有H321和H116状态的AA5083、AA5383及AA5059等合金在这个领域得到相当成功的应用。其中美国铝业协会1999年登记注册的AA5059合金在AA5083合金的基础上大幅提高了合金中Mg、Zn和Cu的含量，在保持延伸率基本不变的前提下，显著提高了合金的屈服强度和抗拉强度，同时保持合金的抗腐蚀性不低于AA5083合金。该合金以其优异的综合性能正逐步占据船舶材料领域的市场。
上述三种合金的组成范围分别为：AA5083：Mg含量为4.0至4.9，Mn含量为0.4至1.0，Cr含量为0.05至0.25，Zn含量最高为0.25，Cu含量最高为0.1，Ti含量最高为0.15，Fe含量最高为0.4，Si含量最高为0.4；AA5383：Mg含量为4.0至5.2，Mn含量为0.7至1.0，Cr含量最高为0.25，Zn含量最高为0.4，Cu含量最高为0.2，Ti含量最高为0.15，Fe含量最高为0.25，Si含量最高为0.25，Zr含量最高为0.2；AA5059：Mg含量为5.0至6.0，Mn含量为0.6至1.2，Cr含量最高为0.3，Zn含量为0.4至0.9，Cu含量最高为0.4，Ti含量最高为0.2，Fe含量最高为0.5，Si含量最高为0.5，Zr含量为0.05至0.25。其中AA5059合金也公开在US-6695935-B1、US-6238495-B1、CN-101233252-A和CN-101631882-A专利中。根据US-6238495这些合金通过40％冷轧变形，随后对冷轧产品进行250℃/1小时的保温来达到H321状态。
5xxx铝合金以其质量轻，力学性能以及抗腐蚀性能优异广泛应用于船舶材料。随着航海业以及旅游业的发展，对船体材料的强度要求越来越高，所以5xxx合金中所添加的主要固溶强化元素Mg量增多。固溶强化元素Mg由于在热处理过程中会在晶界以Al3Mg2的形式连续存在，大大降低合金的耐腐蚀性能降低了船体材料的寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的5×××系铝合金材料，新型的Al-Mg合金保证Mg的固溶强化作用，显著提高了合金在冷作硬化状态下的强度，同时降低Al3Mg2在晶界的连续析出的能力，与标准AA5059合金相比，使之具有良好的力学性能和抗晶间腐蚀性，满足船舶工业的需要。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。
一种铝合金，所述铝合金的质量百分比含量为，5.0～6.5％Mg，0.4～1.5％Zn，0～0.2％Cu，0.4～1.2％Mn，0～0.1％Cr，0～0.15％Ti，0.05～0.25％Zr，0～0.4％Fe，0～0.4％Si，其余为Al。
所述铝合金的优选方案为，所述铝合金的优选质量百分比含量为，5.5～6.0％Mg，0.6～1.2％Zn，0.1～0.2％Cu，0.6～1.0％Mn，0～0.1％Cr，0～0.15％Ti，0.05～0.25％Zr，0～0.25％Fe，0～0.2％Si，其余为Al。
所述铝合金的优选方案为，所述铝合金中Zn的质量百分比含量为1～1.2％。
本发明还涉及上述铝合金板材的制备方法，首先将上述铝合金制备的铸锭进行预热或均匀化处理，再进行变形量为90～95％的热轧及退火处理后，再进行相应的冷轧及稳定化退火，最后进行预拉伸处理，得到铝合金板材，铝合金板材为H131状态或H321状态。
所述铝合金板材制备方法的优选方案为，所述铝合金板材H321态(加工硬化状态)的制备方法为，将所述铝合金制备的铸锭进行一次或两次以上的均匀化处理，处理工艺为440℃～510℃保温24小时以下；均匀化后进行热轧，将材料加热到480～520℃保温2小时后进行变形量为90～95％的热轧，热轧后在350～400℃进行60～90分钟退火处理；热轧退火后进行变形量为5～20％的冷轧加工硬化变形；最后进行1～2％的预拉伸。
所述铝合金板材制备方法的优选方案为，所述铝合金板材(H131态)稳定化处理状态的制备方法为，将所述铝合金制备的铸锭进行一次或两次以上的均匀化处理，处理工艺为440℃～510℃保温24小时以下；均匀化后进行热轧，将材料加热到480～520℃保温2小时后进行变形量为90～95％的热轧，热轧后在350～400℃进行60～90分钟退火处理；热轧退火后进行变形量为5～20％的冷轧后，进行250℃～275℃保温1小时的退火处理；最后进行1～2％的预拉伸。
所述铝合金板材制备方法的优选方案为，所述均匀化处理工艺为，以30℃/小时的加热速度，从室温加热至440℃，保温5～6小时，继续加热至510℃，保温10～13小时，再随炉冷却至室温。
本发明还涉及上述铝合金的板材，所述合金板材H321态(加工硬化状态)的力学性能为屈服强度310～350MPa，抗拉强度390-430MPa，延伸率10～15％。
所述铝合金板材，所述合金板材H131态(稳定化处理状态)的力学性能为屈服强度260～300MPa，抗拉强度375-400MPa，延伸率19～21％。
所述铝合金板材的优选方案为，所述合金板材H131态(稳定化处理状态)的腐蚀性能为剥落腐蚀状态为PC级，晶间腐蚀质量损失为5～15mg/cm2；经100℃，7天敏化处理后腐蚀性能为剥落腐蚀PC级，晶间腐蚀质量损失15～25mg/cm2。
本发明制备的铝合金板材，通过对合金元素以及其成分的控制、以及对制备工艺的选择、参数的控制，在保证Mg元素固溶强化作用的同时，大大降低了Al3Mg2在晶界的连续析出的能力。与传统的AA5059-H321以及AA5059-H131板材相比表现出优异的力学性能，以及抗腐蚀性能。
具体实施方式
现在参照下面的实施例说明本发明。
制备了4种合金，合金的化学成分见表1所示。其中合金1和2为参考合金，合金3和4为本发明的合金成分。
表1合金成分表(单位：wt.％)
实施例1
对以上四种合金以30℃/小时的加热速度，从室温加热至440℃，保温5小时，继续加热至510℃，保温10小时，再随炉冷却至室温。将合金加热至500℃保温2小时后开轧，热轧的总变形量为90％。热轧后的合金在375℃保温75分钟进行再结晶退火，随后进行变形量为15％的冷变形，然后进行2％预拉伸来获得合金为H321态(冷作硬化状态)，所测得合金的力学性能如表2所示。
表2所测得合金轧向(L-direction)的力学性能
根据本发明所制备的合金在加工硬化状态下具有与现有参考合金相比，更加优异的强度。
实施例2
将以上四种合金从室温加热至500℃保温13小时，再随炉冷却至室温。将合金加热至480℃保温2小时进行总变形量为95％的热轧。热轧后的合金在350℃保温90分钟进行再结晶退火，随后进行变形量为10％的冷轧变形。在250℃进行1小时的稳定化退火和2％预拉伸，得到H131态合金板材(稳定化处理状态)。制备的板材在100℃保温7天进行敏化实验，按照ASTM G67标准测定合金在稳定化后以及敏化后晶间腐蚀的质量损失，按照ASTM G66标准测定合金的抗剥落腐蚀性能。所测得的合金力学性能及抗腐蚀性能如表3和表4所示。
表3合金轧向(L-direction)的力学性能。
表4合金的抗腐蚀性能。
根据本发明所制备的合金在稳定化状态下具有与现有参考合金相比更加优异的力学性能和抗晶间腐蚀性能。将Zn的含量从0.6提高至1.0可使屈服强度提高4～6％，抗拉强度提高4％，同时晶间腐蚀质量损失降低30～45％，并且保持剥落腐蚀等级不变。
实施例3
对3号合金进行熔铸后，将合金以30℃/小时的加热速度，从室温加热至440℃，保温6小时，继续加热至510℃，保温13小时，再随炉冷却至室温。合金的开轧温度为520℃，总变形量为92％。热轧后的合金在400℃保温60分钟进行再结晶退火处理，在室温下进行变形量为5％的冷轧。在180～275℃进行1小时的稳定化退火和2％预拉伸。将H131态(稳定化处理状态)合金板材进行100℃保温7天进行敏化实验。按照ASTM G67标准测定合金在不同温度稳定化后以及敏化后晶间腐蚀性能，按照ASTM G66标准测定合金的抗剥落腐蚀性能。所测得的合金不同稳定化温度下腐蚀性能如表5所示。
表5不同稳定化退火温度下的晶间腐蚀性能。
Claims (3)
1.一种铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述铝合金的质量百分比含量为，5.5～6.0％Mg，1.0～1.2％Zn，0.1～0.2％Cu，0.6～1.0％Mn，0～0.1％Cr，0～0.15％Ti，0.05～0.25％Zr，0～0.25％Fe，0～0.2％Si，其余为Al；将所述铝合金制备的铸锭进行两次以上的均匀化处理，处理工艺为440℃～510℃保温24小时以下；均匀化后进行热轧，将材料加热到480～520℃保温2小时后进行变形量为90～95％的热轧，热轧后在350～400℃进行60～90分钟退火处理；热轧退火后进行变形量为5～20％的冷轧加工硬化变形；最后进行1～2％的预拉伸。
2.一种铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述铝合金的质量百分比含量为，5.5～6.0％Mg，1.0～1.2％Zn，0.1～0.2％Cu，0.6～1.0％Mn，0～0.1％Cr，0～0.15％Ti，0.05～0.25％Zr，0～0.25％Fe，0～0.2％Si，其余为Al；将所述铝合金制备的铸锭进行两次以上的均匀化处理，处理工艺为440℃～510℃保温24小时以下；均匀化后进行热轧，将材料加热到480～520℃保温2小时后进行变形量为90～95％的热轧，热轧后在350～400℃进行60～90分钟退火处理；热轧退火后进行变形量为5～20％的冷轧后，进行250℃～275℃保温1小时的退火处理；最后进行1～2％的预拉伸。
3.根据权利要求1或2所述铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述均匀化处理工艺为，以30℃/小时的加热速度，从室温加热至440℃，保温5～6小时，继续加热至510℃，保温10～13小时，再随炉冷却至室温。
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