CN104357690A - 一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺，属于铝合金加工技术领域。一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺，包括配料；熔炼；除气、过滤；铸造；均匀化退火；锯切、铣面；预热；热轧；切边或横切开卷；拉伸；锯切；其中，所述拉伸是指将板材自然冷却后，先进行切边处理，再到拉伸机上拉伸，拉伸量为3-7%。与传统冷轧法制备的高镁铝合金板材相比，本发明的制备工艺可以突破冷轧机开口度的限制，生产厚度较大的板材，所得板材平直度高、内应力低、冷变形均匀、腐蚀性能优秀。

Description

一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺

技术领域

本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其是涉及一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺。

背景技术

高镁铝合金中厚板广泛应用于船舶、装甲、交通运输等领域。与钢相比，铝合金的优势表现在：低密度、耐腐蚀、无磁、低温环境性能好等优势。因此在上述涉及的交通运输行业铝代钢是大势所趋。

高镁铝合金高强、耐蚀板材的生产方法主要是冷轧加工硬化工艺。轧制板材的典型生产工艺流程如下：配料；熔炼；精炼、除气、过滤；铸造；均匀化退火；锯切头尾；铣面；预热；热轧；中间退火；冷轧；最终成品退火；横切开卷；质检；包装入库或发货。冷轧加工硬化工艺具有以下缺点：(1)冷轧轧制板材经过最终退火后，组织结构为轧制组织，在焊接过程中，由于温度的传递，会导致热影响区性能下降明显；(2)由于冷轧机开口度的限制，冷轧加工工艺只能生产厚度在10mm以下的板材，厚度较大的板材不能实现冷轧加工硬化；(3)轧制板材的平面度和厚度只用轧辊控制，精度难把握。

针对上述冷轧加工硬化工艺的缺点，本发明提出一种创新的生产工艺来制备高镁铝合金中厚板，可以突破冷轧机开口度的限制，生产厚度较大的板材；实现板材为热轧组织，提高焊接后热影响区的性能；通过拉伸方式来代替冷轧加工硬化还可以保证板材板型平直度。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺。与传统冷轧法制备的高镁铝合金板材相比，本发明的制备工艺可以突破冷轧机开口度的限制，生产厚度较大的板材，所得板材平直度高、内应力低、冷变形均匀、腐蚀性能优秀。

本发明采用的技术方案如下：

一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

配料：按照各元素重量分数为Mg3.5-6.5％，Mn0.4-1.3％，Zn≤1.0％，Cu≤0.5％，Fe≤0.4％，Si≤0.4％，Cr≤0.3％，Zr≤0.25％，Ti≤0.25％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素准备原料；

炼制:将所述铝合金原料炼制为铝合金铸锭；

均匀化退火：将铝合金铸锭在400℃-550℃温度范围进行均热处理，保温1-50小时，然后冷却至室温；

锯切、铣面：将铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；

预热和热轧：将加工后的铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为400℃-550℃，保温1-25h，预热后将铸锭吊入轧机辊道将铸锭热轧成板材或卷材，热轧时的终轧温度≥280℃；

拉伸：将板材或卷材自然冷却后，先进行切边处理或开卷并矫直后进行切边处理，再到拉伸机上拉伸，拉伸量为3-7％；

锯切：将拉伸后的板材再转入锯床切成成品尺寸。

进一步地，所述炼制包括以下步骤：

熔炼:将配料称取的原料投入到可倾斜熔炼炉熔炼，并进行电磁搅拌，取样检测化学成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分控制调整，成分合格后，转至可倾斜保温炉进行精炼、扒渣；

除气、过滤:转入在线除气过滤装置进行过滤；

铸造：采用半连续铸造工艺，将铝合金原料铸成厚度为300-700mm的铸锭。

进一步地，所述均匀化退火步骤中，铝合金铸锭均热处理的温度为450-500℃，保温10-24小时，然后冷却至室温。

进一步地，在所述预热和热轧步骤中，预热温度为400℃-500℃，保温10-24h。

均匀化退火过程可以让铸锭内的各结晶相和过渡元素完全融入到基体中使得所有成分均匀分布。在均匀化过程中，当均匀化处理温度较低时，难以使一些具有较高熔点的一次凝固析出相实现充分回溶；而当均匀化处理温度过高时，铸锭中存在的一些低熔点共晶相将会出现过烧现象。因此，需选择合理的均匀化退火温度及时间，使一次析出相最大限度的回溶。本发明通过针对高镁铝合金板材的均匀化处理的研究作了大量工作，研究结果表明，400℃-550℃这一温度区间是较为合适的均匀化温度。

本发明在热轧前对铸锭进行预热，并优选预热温度为400-550℃，把铣面后的铸锭通过加热炉高温加热，消除一部分铸锭产生的残余应力，保证热轧所需温度和良好的加工性能。之后进行热轧，通过预热温度、终轧温度的控制，让铸锭内的化合物完全破碎，为板材强度预留足够空间，将铸锭轧到所需最小厚度，并获得适当的力学性能。

然后待热轧后的待板材或卷材自然冷却后，进行切边或横切处理，再到拉伸机上拉伸。拉伸过程可以使板材厚度进一步减小，且获得更优异的强度，在拉伸量不足时，不能获得足够的强度；而拉伸过度时，强度虽然提高，但会损失材料的成型性能，本发明通过研究，确定在拉伸量为3-7％时，可以获得板材强度和成型性能最好的材料。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、相对于背景技术中传统的冷轧加工方法，本发明调整了各化学成分在铝合金原料中所占的质量分数，并对加工流程作了改进，用拉伸方式来代替冷轧加工硬化，并通过试验调整了合适的均匀化退火温度、预热温度、终轧温度、拉伸率等参数，可以突破冷轧机开口度的限制，生产厚度较大的板材，所得板材平直度高、内应力低、冷变形均匀、耐腐蚀性能优秀。

2、本发明突破了冷轧机开口度的限制，生产厚度较大的板材。冷轧生产的板材厚度一般为10mm以下，而本发明可以生产厚度为4-50mm高镁铝合金板材。

3、本发明通过拉伸方式来代替冷轧加工硬化，实现板材为热轧组织，提高焊接后热影响区的性能，提高耐腐蚀性能；可以克服轧制板材时，平面度和厚度只用轧辊控制，精度难把握的缺点，保证板材板型平直度。

4、本发明的制备工艺省去冷轧，中间退火等工序，在缩短生产时间，提高生产效率的同时，还能够保证板材的抗拉强度、屈服强度、耐腐蚀性等性能。

具体实施方式

本发明公开一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺，包括配料；炼制；均匀化退火；锯切、铣面；预热；热轧；拉伸；锯切；其中，所述拉伸是指将板材自然冷却后，先进行切边处理或开卷处理，再到拉伸机上拉伸，拉伸量为3-7％。本发明在对高镁铝合金板材配料时，优选合金各金属成分的质量百分比为：Mg3.5-6.5％，Mn0.4-1.3％，Zn≤1.0％，Cu≤0.5％，Fe≤0.4％，Si≤0.4％，Cr≤0.3％，Zr≤0.25％，Ti≤0.25％余量为Al和其他不可避免的杂质元素。

下面结合一些实施例和对比例对本发明作进一步阐述。

对比例1

按照合金中各金属元素的质量百分比为：Mg 4.5％，Mn0.7％，Zn 0.03％，Cu 0.05％，Fe 0.3％，Si 0.15％，Cr 0.09％，Zr 0.01％，Ti 0.03％余量为Al和其他不可避免的杂质元素来进行高镁铝合金板材的配料，将配料称取的原料投入到可倾斜熔炼炉熔炼，熔炼温度为750℃，并进行电磁搅拌，取样检测化学成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分控制调整，成分合格后，转至可倾斜保温炉进行精炼、扒渣；让铝液静置一段时间后，转入在线除气过滤装置进行过滤；然后进入结晶器开始半连续铸造，结晶器规格可根据铸锭要求选择，将铝合金原料铸成厚度为500mm的铸锭。将铸锭在500℃的温度进行均匀化处理，保温5小时，然后冷却至室温；然后将铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面，确保两面缺陷铣净。铸锭铣面后将铸锭在500℃温度范围进行预热，时间为2h；再将铸锭热轧成卷坯，预留13％冷轧变形量，冷轧成7mm厚的卷材，最终进行100℃/2h退火，再切成成品板材。

所得7mm厚的板材的性能指标如表1所示。

实施例1

按照合金中各金属元素的质量百分比为：Mg 4.48％，Mn 0.7％，Zn 0.02％，Cu 0.04％，Fe 0.3％，Si 0.15％，Cr 0.10％，Ti 0.02％余量为Al和其他不可避免的杂质元素来进行高镁铝合金板材的配料，将配料称取的原料投入到可倾斜熔炼炉熔炼，熔炼温度为750℃并进行电磁搅拌，取样检测化学成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分控制调整，成分合格后，转至可倾斜保温炉进行精炼、扒渣；让铝液静置一段时间后，转入在线除气过滤装置进行过滤；然后进入结晶器开始半连续铸造，结晶器规格可根据铸锭要求选择，将铝合金原料铸成厚度为520mm的铸锭；然后将铸锭在500℃进行均匀化退火处理，保温5小时，然后冷却至室温；然后将铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面，确保两面缺陷铣净，将扁锭切头尾和去皮后得到厚度为500mm的铸锭。再将铣面后的铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为500℃，保温时间为2h；然后将铸锭吊入轧机辊道热轧成7.3mm厚的卷材，并预留部分厚度用于拉伸减薄，控制终轧温度为322℃；热轧后，待卷材自然冷却，转移到横切机组对卷材进行开卷，通过预先矫直和精密矫直将卷材矫直成板材，并进行板材定尺，然后再将定尺后的板材转至拉伸机进行拉伸，控制拉伸量为4.5％，然后将拉伸后的板材转入锯床切成7mm厚的板材。

所得7mm厚的板材的性能指标如表1所示。

表1对比例1和实施例1生产得到的板材的性能指标

	Rp0.2/MPa	Rm/MPa	A/％	剥落腐蚀	晶间腐蚀
						对比例1	250	343	17	PA	9
实施例1	248	339	19	N	4

对比例1采用冷轧的工艺来进行高镁铝合金板材的生产，而实施例1采用本发明的工艺来生产。从表1的测试结果可以看出，对比例1和实施例1生产得到的板材在屈服强度、抗拉强度、延伸率性能相同，均具有良好的力学性能。而采用本发明的工艺所得的板材的抗剥落腐蚀和晶间腐蚀性能更好。结果表明本发明的制备工艺省去冷轧，中间退火等工序，在缩短生产时间，提高生产效率的同时，还能够保证板材的抗拉强度、屈服强度、耐腐蚀性等性能。

另外，分别取对比例1和实施例1所得板材10块进行平直度测试，对比例1的板材平均同板差为1mm，而实施例1的板材，薄厚均匀，同板差控制在0.20mm以内，表面高光洁。

实施例2

按照合金中各金属元素的质量百分比为：Mg3.5％，Mn0.4％，Zn1.0％，Cu0.5％，Fe0.4％，Si 0.4％，Cr0.3％，Zr0.25％，Ti 0.25％，余量为Al和其他不可避免的杂质元素来进行高镁铝合金板材的配料，将配料称取的原料投入到可倾斜熔炼炉熔炼，熔炼温度为750℃并进行电磁搅拌，取样检测化学成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分控制调整，成分合格后，转至可倾斜保温炉进行精炼、扒渣；让铝液静置一段时间后，转入在线除气过滤装置进行过滤；然后进入结晶器开始半连续铸造，结晶器规格可根据铸锭要求选择，将铝合金原料铸成厚度为700mm的铸锭，然后将铸锭在550℃进行均匀化退火处理，保温50小时，然后冷却至室温。再将铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面，确保两面缺陷铣净，将扁锭切头尾和去皮后得到厚度为670mm的铸锭。再将铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为550℃，保温时间为25h；然后将铸锭吊入轧机辊道热轧成52mm厚的板材，并预留部分厚度用于拉伸减薄，控制终轧温度为322℃；热轧后，待板材自然冷却，转移到粗锯进行切边，并进行板材定尺，然后再将定尺后的板材转至拉伸机进行拉伸，控制拉伸量为7％，然后将拉伸后的板材转入锯床切成50mm厚的板材。

实施例3

按照合金中各金属元素的质量百分比为：Mg6.5％，Mn1.3％，Zn0.6％，Cu0.3％，Fe0.3％，Si0.08％，Cr0.1％，Zr0.18％，Ti0.2％，余量为Al和其他不可避免的杂质元素来进行高镁铝合金板材的配料，将配料称取的原料投入到可倾斜熔炼炉熔炼，熔炼温度为700℃并进行电磁搅拌，取样检测化学成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分控制调整，成分合格后，转至可倾斜保温炉进行精炼、扒渣；让铝液静置一段时间后，转入在线除气过滤装置进行过滤；然后进入结晶器开始半连续铸造，结晶器规格可根据铸锭要求选择，将铝合金原料铸成厚度为520mm的铸锭，然后将铸锭在400℃进行均匀化退火处理，保温30小时，然后冷却至室温。然后再将铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面，确保两面缺陷铣净，将扁锭切头尾和去皮后得到厚度为500mm的铸锭。再将铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为400℃，保温时间为8h；然后将铸锭吊入轧机辊道热轧成31mm厚的板材，并预留部分厚度用于拉伸减薄，控制终轧温度为280℃；热轧后，待板材自然冷却，转移到粗锯进行切边，并进行板材定尺，然后再将定尺后的板材转至拉伸机进行拉伸，控制拉伸量为3％，然后将拉伸后的板材转入锯床切成30mm厚的板材。

实施例4

按照合金中各金属元素的质量百分比为：Mg 5％，Mn 1.1％，Zn 1.0％，Cu0.4％，Fe 0.3％，Si 0.3％，Cr 0.09％，Zr 0.18％，Ti 0.14％余量为Al和其他不可避免的杂质元素来进行高镁铝合金板材的配料，将配料称取的原料投入到可倾斜熔炼炉熔炼，熔炼温度为750℃并进行电磁搅拌，取样检测化学成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分控制调整，成分合格后，转至可倾斜保温炉进行精炼、扒渣；让铝液静置一段时间后，转入在线除气过滤装置进行过滤；然后进入结晶器开始半连续铸造，结晶器规格可根据铸锭要求选择，将铝合金原料铸成厚度为420mm的铸锭，然后将铸锭在450℃进行均匀化退火处理，保温24小时，然后冷却至室温。再将铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面，确保两面缺陷铣净，将扁锭切头尾和去皮后得到厚度为400mm的铸锭。再将铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为450℃，保温时间为24h；然后将铸锭吊入轧机辊道热轧成52mm厚的板材，并预留部分厚度用于拉伸减薄，控制终轧温度为308℃；热轧后，待板材自然冷却，转移到粗锯进行切边，并进行板材定尺，然后再将定尺后的板材转至拉伸机进行拉伸，控制拉伸量为5％，然后将拉伸后的板材转入锯床切成50mm厚的板材。

实施例5

按照合金中各金属元素的质量百分比为：Mg 5％，Mn 1.1％，Zn 1.0％，Cu0.4％，Fe 0.3％，Si 0.3％，Cr 0.09％，Zr 0.18％，Ti 0.14％余量为Al和其他不可避免的杂质元素来进行高镁铝合金板材的配料，将配料称取的原料投入到可倾斜熔炼炉熔炼，熔炼温度为720℃并进行电磁搅拌，取样检测化学成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分控制调整，成分合格后，转至可倾斜保温炉进行精炼、扒渣；让铝液静置一段时间后，转入在线除气过滤装置进行过滤；然后进入结晶器开始半连续铸造，结晶器规格可根据铸锭要求选择，将铝合金原料铸成厚度为520mm的铸锭，然后将铸锭在500℃进行均匀化退火处理，保温10小时，然后冷却至室温。再将铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面，确保两面缺陷铣净，将扁锭切头尾和去皮后得到厚度为500mm的铸锭。再将铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为500℃，保温时间为10h；然后将铸锭吊入轧机辊道热轧成14.5mm厚的卷材，并预留部分厚度用于拉伸减薄，控制终轧温度为300℃；热轧后，待卷材自然冷却，转移到横切机组对卷材进行开卷，通过预先矫直和精密矫直将卷材矫直成板材，并进行板材定尺，然后再将定尺后的板材转至拉伸机进行拉伸，控制拉伸量为5％，然后将拉伸后的板材转入锯床切成14mm厚的板材。

实施例6

按照合金中各金属元素的质量百分比为：Mg 5％，Mn 1.1％，Zn 1.0％，Cu0.4％，Fe 0.3％，Si 0.3％，Cr 0.09％，Zr 0.18％，Ti 0.14％余量为Al和其他不可避免的杂质元素来进行高镁铝合金板材的配料，将配料称取的原料投入到可倾斜熔炼炉熔炼，熔炼温度为720℃并进行电磁搅拌，取样检测化学成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分控制调整，成分合格后，转至可倾斜保温炉进行精炼、扒渣；让铝液静置一段时间后，转入在线除气过滤装置进行过滤；然后进入结晶器开始半连续铸造，结晶器规格可根据铸锭要求选择，将铝合金原料铸成厚度为420mm的铸锭，然后将铸锭在520℃进行均匀化退火处理，保温1小时，然后冷却至室温。再将铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面，确保两面缺陷铣净，将扁锭切头尾和去皮后得到厚度为400mm的铸锭。再将铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为520℃，保温时间为1h；然后将铸锭吊入轧机辊道热轧成12.5mm厚的卷材，并预留部分厚度用于拉伸减薄，控制终轧温度为338℃；热轧后，待卷材自然冷却，转移到横切机组对卷材进行开卷，通过预先矫直和精密矫直将卷材矫直成板材，并进行板材定尺，然后再将定尺后的板材转至拉伸机进行拉伸，控制拉伸量为5％，然后将拉伸后的板材转入锯床切成12mm厚的板材。

实施例7

按照合金中各金属元素的质量百分比为：Mg 5％，Mn 1.1％，Zn 1.0％，Cu0.4％，Fe 0.3％，Si 0.3％，Cr 0.09％，Zr 0.18％，Ti 0.14％余量为Al和其他不可避免的杂质元素来进行高镁铝合金板材的配料，将配料称取的原料投入到可倾斜熔炼炉熔炼，熔炼温度为720℃并进行电磁搅拌，取样检测化学成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分控制调整，成分合格后，转至可倾斜保温炉进行精炼、扒渣；让铝液静置一段时间后，转入在线除气过滤装置进行过滤；然后进入结晶器开始半连续铸造，结晶器规格可根据铸锭要求选择，将铝合金原料铸成厚度为650mm的铸锭，然后将铸锭在508℃进行均匀化退火处理，保温20小时，然后冷却至室温。再将铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面，确保两面缺陷铣净，将扁锭切头尾和去皮后得到厚度为630mm的铸锭。再将铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为508℃，保温时间为10h；然后将铸锭吊入轧机辊道热轧成8.2mm厚的卷材，并预留部分厚度用于拉伸减薄，控制终轧温度为300℃；热轧后，待卷材自然冷却，转移到横切机组对卷材进行开卷，通过预先矫直和精密矫直将卷材矫直成板材，并进行板材定尺，然后再将定尺后的板材转至拉伸机进行拉伸，控制拉伸量为5％，然后将拉伸后的板材转入锯床切成8mm厚的板材。

对实施例2-7所得的高镁铝合金板材进行抗拉强度、屈服强度、延伸率、剥落腐蚀、晶间腐蚀及同板差指标测试，测试结果如下：抗拉强度为380～460MPa，屈服强度为280～350MPa，延伸率为12～18％，剥落腐蚀级别为N级，晶间腐蚀值为4-6，板材薄厚均匀，同板差控制在0.15mm以内，表面高光洁。

Claims (4)

1.一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

配料：按照各元素重量分数为Mg3.5-6.5％，Mn0.4-1.3％，Zn≤1.0％，Cu≤0.5％，Fe≤0.4％，Si≤0.4％，Cr≤0.3％，Zr≤0.25％，Ti≤0.25％，其他为Al和一些不可避免的杂质元素准备原料；

炼制:将所述铝合金原料炼制为铝合金铸锭；

均匀化退火：将铝合金铸锭在400℃-550℃温度范围进行均匀化退火处理，保温1-50小时，然后冷却至室温；

锯切、铣面：将铸锭运至锯床和铣床进行锯切和铣面；

预热和热轧：将加工后的铸锭在热轧车间的预热炉进行预热，预热温度为400℃-550℃，保温1-25h，预热后将铸锭吊入轧机辊道将铸锭热轧成板材或卷材，热轧时的终轧温度≥280℃；

拉伸：将板材或卷材自然冷却后，先进行切边处理或开卷并矫直后进行切边处理，再到拉伸机上拉伸，拉伸量为3-7％；

锯切：将拉伸后的板材转入锯床切成成品尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺，其特征在于：所述炼制包括以下步骤：

熔炼:将配料称取的原料投入到可倾斜熔炼炉熔炼，并进行电磁搅拌，熔炼温度为700-750℃，取样检测化学成分，看是否满足成分控制要求，如有必要进行成分控制调整，成分合格后，转至可倾斜保温炉进行精炼、扒渣；

除气、过滤:转入在线除气过滤装置进行过滤；

铸造：采用半连续铸造工艺，将铝合金原料铸成厚度为300-700mm的铸锭。

3.根据权利要求1所述的一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺，其特征在于：所述均匀化退火步骤中，铝合金铸锭均匀化退火处理的温度为450-500℃，保温10-24小时，然后冷却至室温。

4.根据权利要求1所述的一种中强耐蚀高镁铝合金板材的制备工艺，其特征在于：在所述预热和热轧步骤中，预热温度为400℃-500℃，保温10-24h。