CN104404411A - 一种5系铝合金板材的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝合金板材的生产方法，包括以下步骤：首先将铝合金铸锭进行均匀化热处理，再冷却后，得到均匀化热处理的铝合金铸锭；所述铝合金铸锭的镁质量分数为4.0％～4.9％；然后将均匀化热处理的铝合金铸锭加热，进行第一次预留变形量热轧，得到中间铝合金板材；最后将所述中间铝合金板材进行第二次热轧，得到铝合金板材。本发明提供的铝合金板材的生产方法，尤其适用于5xxx系船用铝合金板材的生产方法，特别针对5xxx系铝合金板材中的5083铝合金的H116状态，该方法生产的铝合金板材具有较好的耐腐蚀性能和力学性能。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种5系铝合金板材的生产方法。
背景技术
铝合金是一种以铝为基的合金，主要合金元素有铜、硅、镁、锌和锰。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。目前，铝合金板材是铝合金型材中较为主要的一种，其生产方法是通过铝合金或者直接冷铸成锭块，或者连续浇铸成厚带材，接着热轧成预定厚度，再用一道单独的工序将带材冷轧至最终厚度后，进行热处理工艺，以提高铝合金板材的力学性能，耐腐蚀性能，并改善其加工性能，获得尺寸的稳定性。
铝合金板材的热处理工艺可分为退火处理、固溶处理、时效处理和冷热循环处理。退火过程中固溶体发生分解，第二相质点发生聚集，可以消除铸件的内应力，稳定铸件尺寸，减少变形，增大铸件的塑性。固溶热处理指将合金加热到高温单相区恒温保持，使得在热轧和冷轧过程中，从母体合金中沉淀出来的所有可溶性合金成分溶解成固溶体，快速冷却以得到过饱和固溶体的热处理工艺，可提高合金的强度和塑性，改善合金的耐腐蚀性能。时效处理进行着过饱和固溶体分解的自发过程，从而使合金基体的点阵恢复到比较稳定的状态。冷热循环处理可引起固溶体点阵收缩和膨胀,使各相的晶格发生了少许位移,使第二相质点处于更加稳定的状态,从而提高合金尺寸的稳定性,适于精密零件的制造。
随着经济的快速发展，铝合金板材在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，尤其是近些年，伴随着全球经济一体化，航运物流快速发展，而航运业带动造船业的蓬勃发展，基于国内、国际船舶市场需求，作为造船业的主要材料之一的铝合金板材，下游造船厂家对其需求量和质量要求一直在逐步提升。船用铝合金板材要求采用中等强度并拥有良好抗腐蚀性能的特殊铝合金板材，并且根据其使用特点可分为与海水接触和不与海水接触两种，而与海水接触船用板材要严格控制其耐剥落腐蚀性能和晶间腐蚀性能。在众多铝合金的牌号中，船用铝合金均为5xxx合金，主要元素为镁，镁含量为3％～5％，又可称为镁合金，具有密度低。抗拉强度高、延伸率高等优点。5xxx系合金H321、H116状态，是目前应用最为广泛的船用铝合金板材的材料之一。
但由于国外技术保密、国内船舶用铝合金产品研究缺乏系统性造成差距，国内制造的5xxx系船用铝合金的性能、品种规格、生产水平尚不能完全满足船体材料使用要求，尤其是5xxx系铝合金板材中的5083铝合金的H116状态更是从未系统的进行研究开发，其力学性能和抗腐蚀性能还有待进一步的提高。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种5系铝合金板材的生产方法，尤其是一种适用于5xxx系船用铝合金板材的生产方法，本方法生产的铝合金板材具有较好的耐腐蚀性能和力学性能。
本发明提供一种5系铝合金板材的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将铝合金铸锭进行均匀化热处理，再冷却后，得到均匀化热处理的铝合金铸锭；所述铝合金铸锭的镁质量分数为4.0％～4.9％；
B)将均匀化热处理的铝合金铸锭加热，进行第一次预留变形量热轧，得到中间铝合金板材；
C)将所述中间铝合金板材进行第二次热轧，得到铝合金板材。
优选的，所述均匀化热处理的温度为425℃～565℃；所述均匀化热处理的时间为15～20小时。
优选的，所述冷却为自然冷却；所述冷却后的温度为260～350℃。
优选的，所述步骤B)中加热的温度为450℃～470℃。
优选的，所述第一次预留变形量热轧中，预留变形量为50％～70％。
优选的，所述第一次预留变形量热轧的温度为260℃～350℃。
优选的，所述第二次热轧的温度为小于等于280℃。
优选的，所述第一次预留变形量热轧中，所述热轧的道次为5～10个；所述第二次热轧中，所述热轧的道次为5～10个。
优选的，所述铝合金板材的厚度≥10.0mm。
优选的，所述铝合金板材为5083合金H116态铝合金板材。
本发明提供了一种铝合金板材的生产方法，该方法将镁质量分数为4.0％～4.9％的铝合金铸锭进行均匀化热处理，再冷却后，得到均匀化热处理的铝合金铸锭；再将均匀化热处理的铝合金铸锭加热，进行第一次预留变形量热轧，得到中间铝合金板材；最后将所述中间铝合金板材进行第二次热轧，得到铝合金板材。与现有技术5083合金相比，首先，本发明将镁元素的成分控制在4.0％～4.9％，可减少第二相β相沿晶界、亚晶界析出的可能，降低了合金的腐蚀敏感性；其次，通过第一次大变形量轧制及两次轧制工艺的配合，提高了铝合金板材的力学性能和抗腐蚀性能；再次，对铸锭均匀化热处理的温度和冷却方式的配合，使合金的内部组织得到改善，消除铝合金铸锭组织及成分不均匀的现象，提高合金的塑性变形能力。本发明提供的铝合金板材的生产方法，尤其适用于5xxx系船用铝合金板材的生产方法，特别针对5xxx系铝合金板材中的5083铝合金的H116状态，该方法生产的铝合金板材具有较好的耐腐蚀性能和力学性能。实验结果表明，本发明制备的铝合金板材抗拉强度大于等于320MPa。屈服强度大于等于223MPa，晶间腐蚀小于等于10mg/cm2，剥落腐蚀等级为N～PB级。
附图说明
图1为本发明实施例1中铝合金铸锭的金相照片；
图2为本发明实施例1中均匀化热处理后的铝合金铸锭的金相照片。
具体实施方式
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
本发明提供了一种5系铝合金板材的生产方法，包括以下步骤：A)将铝合金铸锭进行均匀化热处理，再冷却后，得到均匀化热处理的铝合金铸锭；所述铝合金铸锭的镁质量分数为4.0％～4.9％；B)将均匀化热处理的铝合金铸锭加热，进行第一次预留变形量热轧，得到中间铝合金板材；C)将所述中间铝合金板材进行第二次热轧，得到铝合金板材。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯。
本发明首先将镁质量分数为4.0％～4.9％的铝合金铸锭进行均匀化热处理，再冷却后，得到均匀化热处理的铝合金铸锭；所述镁的质量分数优选为4.0％～4.9％，更优选为4.3％～4.7％，更优选为4.6％～4.9％，最优选为4.4％～4.8％；所述均匀化热处理的温度为425℃～565℃，优选为450℃～550℃，更优选为480℃～520℃；所述均匀化热处理的时间优选为15～20小时，更优选为16～19小时，最优选为17～18小时；所述冷却优选为自然冷却；所述冷却后的温度优选为260～350℃，更优选为280～320℃；本发明对所述铝合金铸锭没有特别限制，以本领域技术人员熟知的用于制备5系铝合金板材的铝合金铸锭即可；本发明对所述均匀化处理的方法没有特别限制，以本领域技术人员熟知的均匀化处理方法即可；本发明对所述冷却的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的冷却条件即可；本发明采用特定温度和时间下的均匀化热处理，搭配自然冷却，作为合金进行变形前的重要过程，可以明显改善铸态合金中的元素偏析现象，消除共晶组织，减少合金在变形过程中的应力集中点，提高合金的塑性变形能力，为强化相在随后的时效过程中沉淀析出做准备。
本发明然后将上述均匀化热处理的铝合金铸锭加热，进行第一次预留变形量热轧，得到中间铝合金板材；所述步骤B)中加热的温度为450℃～470℃，更优选为455℃～465℃，最优选为458℃～462℃；本发明中优选采用大变形量轧制工艺，所述第一次预留变形量热轧中，预留变形量优选为50％～70％，更优选为55％～65％，最优选为57％～63％；所述热轧的道次优选为5～10个，更优选为6～9个，最优选为7～8个；本发明对所述热轧的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的轧制方法进行；所述热轧的温度为260℃～350，优选为280℃～330℃，更优选为300℃～310℃；本发明通过热轧，铝合金获得较大的变形，得到中间铝合金板材。
本发明将上述步骤得到的中间铝合金板材进行第二次热轧，得到铝合金板材；本发明得到中间铝合金板材后，可以优选无需冷却直接进行第二次热轧；所述中间铝合金板材的温度优选为小于等于280℃，更优选为小于等于260℃，最优选为小于等于220℃；所述第二次热轧中，所述热轧的道次优选为5～10个，更优选为6～9个，最优选为7～8个；本发明对所述第二次热轧的其他条件没有特别限制，以本领域技术人员熟知的轧制方法进行。
本发明经过上述步骤得到了铝合金板材，所述铝合金板材的厚度优选大于等于10.0mm，更优选为大于等于12.0mm，更优选为大于等于12.0mm且小于等于20.0mm；所述铝合金板材优选为5083合金，更优选为5083合金H116态铝合金板材。本发明将镁元素的成分控制在4.0％～4.9％，可减少第二相β相沿晶界、亚晶界析出的可能，降低了合金的腐蚀敏感性；其次，通过第一次大变形量轧制及两次轧制工艺的配合，提高了铝合金板材的力学性能和抗腐蚀性能；再次，对铸锭均匀化热处理的温度和冷却方式的配合，使合金的内部组织得到改善，消除铝合金铸锭组织及成分不均匀的现象，提高合金的塑性变形能力，进而满足了船用5系铝合金板较高的抗腐蚀性能的使用要求。
本发明对上述步骤制备的铝合金板材进行性能检测，实验结果表明，本发明制备的铝合金板材抗拉强度能够达到335MPa。屈服强度能够达到235MPa，晶间腐蚀最小能够达到4mg/cm2，剥落腐蚀等级最高为N～PA级
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种铝合金板材的生产方法进行详细描述。
以下实施例中所用的试剂及铝合金铸锭均为市售。
实施例1
1.1将镁元素质量分数为4.1％的5083铝合金铸锭在均热温度为460℃的条件下进行均匀化热处理，15小时后再开始冷却，冷却到280℃后，得到均匀化热处理后的铝合金铸锭。
参见图1和图2，图1为本发明实施例1中铝合金铸锭的金相照片；图2为本发明实施例1中均匀化热处理后的铝合金铸锭的金相照片，由图1和图2可知，经过本发明的均匀化热处理后的铝合金铸锭，均匀化处理后第二相所占面积百分比明显降低，均匀化热处理工艺对第二相的控制较好，未见晶间疏松缺陷，高倍组织中第二相组织充分溶解，剩余难熔相最大尺寸不超过20um，均匀化处理后第二相所占面积百分比为0.98％。
1.2将1.1中得到的均匀化热处理后的铝合金铸锭加热至460℃，得到加热后的铝合金铸锭。
1.3利用大变形量轧制工艺对1.2中得到的加热后的铝合金铸锭在温度为280℃的条件下，预留50％变形量进行热轧，得到中间铝合金板材。
1.4将1.3中得到的中间铝合金板材在280℃下进行第二次热轧，得到厚度为12.0mm的铝合金板材。
根据GB/T22641-2008对1.4中得到的铝合金板材进行测试，测试结果参见表1，表1为本发明制备的5系船用铝合金板材的性能参数，由表1可知，本发明制备的铝合金板材符合国家标准，满足了船用5系铝合金板较高的抗腐蚀性能和力学性能的使用要求。
实施例2
1.1将镁元素质量分数为4.4％的5083铝合金铸锭在均热温度为510℃的条件下进行均匀化热处理，17小时后再开始冷却，冷却到300℃后，得到均匀化热处理后的铝合金铸锭。
1.2将1.1中得到的均匀化热处理后的铝合金铸锭加热至460℃，得到加热后的铝合金铸锭。
1.3利用大变形量轧制工艺对1.2中得到的加热后的铝合金铸锭在温度为300℃的条件下，预留60％变形量进行热轧，得到中间铝合金板材。
1.4将1.3中得到的中间铝合金板材在270℃下进行第二次热轧，得到厚度为16.0mm的铝合金板材。
根据GB/T22641-2008对1.4中得到的铝合金板材进行测试，测试结果参见表1，表1为本发明制备的5系船用铝合金板材的性能参数，由表1可知，本发明制备的铝合金板材符合国家标准，满足了船用5系铝合金板较高的抗腐蚀性能和力学性能的使用要求。
实施例3
1.1将镁元素质量分数为4.9％的5083铝合金铸锭在均热温度为560℃的条件下进行均匀化热处理，20小时后再开始冷却，冷却到300℃后，得到均匀化热处理后的铝合金铸锭。
1.2将1.1中得到的均匀化热处理后的铝合金铸锭加热至470℃，得到加热后的铝合金铸锭。
1.3利用大变形量轧制工艺对1.2中得到的加热后的铝合金铸锭在温度为330℃的条件下，预留70％变形量进行热轧，得到中间铝合金板材。
1.4将1.3中得到的中间铝合金板材在280℃下进行第二次热轧，得到厚度为20.0mm的铝合金板材。
根据GB/T22641-2008对1.4中得到的铝合金板材进行测试，测试结果参见表1，表1为本发明制备的5系船用铝合金板材的性能参数，由表1可知，本发明制备的铝合金板材符合国家标准，满足了船用5系铝合金板较高的抗腐蚀性能和力学性能的使用要求。
表1本发明制备的5系船用铝合金板材的性能参数
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种5系铝合金板材的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将铝合金铸锭进行均匀化热处理，再冷却后，得到均匀化热处理的铝合金铸锭；所述铝合金铸锭的镁质量分数为4.0％～4.9％；
B)将均匀化热处理的铝合金铸锭加热，进行第一次预留变形量热轧，得到中间铝合金板材；
C)将所述中间铝合金板材进行第二次热轧，得到铝合金板材。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述均匀化热处理的温度为425℃～565℃；所述均匀化热处理的时间为15～20小时。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述冷却为自然冷却；所述冷却后的温度为260～350℃。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤B)中加热的温度为450℃～470℃。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述第一次预留变形量热轧中，预留变形量为50％～70％。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述第一次预留变形量热轧的温度为260℃～350℃。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述第二次热轧的温度为小于等于280℃。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述第一次预留变形量热轧中，所述热轧的道次为5～10个；所述第二次热轧中，所述热轧的道次为5～10个。
9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述铝合金板材的厚度≥10.0mm。
10.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述铝合金板材为5083合金H116态铝合金板材。
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