CN108296286A - 一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制工艺与设备 - Google Patents

一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制工艺与设备 Download PDF

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Abstract

一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制工艺，在可逆轧机两侧增加深冷箱和卷取机，深冷箱使铝合金带材始终保持在超低温情况下，通过调整卷取机的卷取方向，实现铝合金带材连续轧制制备，本发明还提供了一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制设备，相对于钢铁材料，铝合金在超低温情况下具有非常优异的变形能力。与此同时，铝合金在超低温塑性变形过程中，由于塑性应变促使晶粒细化，超低温抑制位错运动，实现铝合金强度与韧性大幅提高。与现有技术相比，本发明方法制备的铝合金带材比传统冷轧制备的铝合金带材具有更高的强度与韧性，将可能用于汽车轻量化等领域，特别是新能源汽车轻量化。

Description

一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制工艺 与设备
技术领域
本发明属于金属板带轧制技术领域，特别涉及一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制工艺与设备。
背景技术
由于人们越来越关注环境保护和能源节约，轻量化成为汽车工业发展的重要方向之一。特别是近年新能源汽车产业快速发展，由于电池能量密度低，以及新能源汽车(尤其电动汽车)的整车重量大等因素，新能源汽车为了达到更长的续驶里程，其轻量化的问题比传统汽车更为突出。如果汽车重量减轻10％则百公里油耗可减少6％、排放减少4％。相对于传统钢铁材料，铝合金由于密度小、耐蚀性好、塑性优良、易回收等优异性能，成为最理想的汽车轻量化材料。2002年奥迪公司推出的全铝A8L Quattro的车身比相同尺寸的钢车身质量减轻40％。
汽车上采用的铝合金，目前主要有AA2xxx、AA5xxx、AA6xxx三种系列，其中变形铝合金板材主要通过轧制方法制备。虽然近年美国等先后生产出全铝汽车，但是目前铝合金板材生产和制造的花费仍远高于传统钢材，这严重制约了铝合金材料在汽车领域的应用。与此同时，相对于传统钢带，铝合金在强度与韧性方面均有较大的差别。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制工艺与设备，利用该方法制备的铝合金带材比传统冷轧制备的铝合金带材具有更高的强度与韧性。该方法将适合所有牌号的铝合金带材生产，特别适合汽车用铝合金AA2xxx、AA5xxx、AA6xxx系列合金。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制工艺，在可逆轧机两侧增加深冷箱和卷取机，深冷箱使铝合金带材始终保持在超低温情况下，通过调整卷取机的卷取方向，实现铝合金带材连续轧制制备。
所述铝合金带材在深冷箱中以液氮冷却10分钟，实现被完全深冷。
所述可逆轧机左右两侧均设置有液氮喷枪，对进出轧机的铝合金带材喷液氮维持低温。
所述卷取机方向反复调整，直至将铝合金带材轧制至厚度为0.5-1.2mm，铝合金平均晶粒尺寸为200nm-600nm。
本发明还提供了一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制设备，包括可逆轧机，在可逆轧机左侧设置左侧深冷箱6和左侧卷取机2，在可逆轧机右侧设置右侧深冷箱17和右侧卷取机21，待轧制铝合金带材一端连接在左侧卷取机2上，另一端依次经过左侧深冷箱6、可逆轧机和右侧深冷箱17，连接右侧卷取机21，左侧深冷箱6和右侧深冷箱17使铝合金带材始终保持在超低温情况下，通过调整左侧卷取机2和右侧卷取机21的卷取方向，实现铝合金带材连续轧制制备。
所述左侧卷取机2设置在左侧保温箱1中，右侧卷取机21设置在右侧保温箱22中。
所述左侧深冷箱6和右侧深冷箱17均为钢箱，箱中装有液氮，左侧深冷箱6的外部设置有左侧外导入辊3和左侧外导出辊8，内部设置有左侧内导入辊4、左侧深冷箱内置辊道5和左侧内导出辊7，右侧深冷箱17的外部设置有右侧外导出辊15和右侧外导入辊20，内部设置有右侧内导出辊16、右侧深冷箱内置辊道18和右侧内导入辊19，所述左侧深冷箱内置辊道5和右侧深冷箱内置辊道18均在液氮液面下，所述待轧制铝合金带材的另一端依次穿过左侧外导入辊3、左侧内导入辊4、左侧深冷箱内置辊道5、左侧内导出辊7、左侧外导出辊8、可逆轧机、右侧外导出辊15、右侧内导出辊16、右侧深冷箱内置辊道18、右侧内导入辊19和右侧外导入辊20，与右侧卷取机21连接。
所述可逆轧机为四辊可逆轧机、二辊可逆轧机或六辊可逆轧机，所述可逆轧机左侧出入口位置设置有左侧液氮喷枪13，右侧出入口位置设置有右侧液氮喷枪14，对进出轧机的铝合金带材喷液氮维持低温。
本发明的主要原理为在可逆轧机两侧增加液氮深冷箱和卷取机，实现轧件始终保持在超低温情况下，通过调整卷取方向，实现铝合金带材连续轧制制备。相对于钢铁材料，铝合金在超低温情况下具有非常优异的变形能力。与此同时，铝合金在超低温塑性变形过程中，由于塑性应变促使晶粒细化，超低温抑制位错运动，实现铝合金强度与韧性大幅提高。
与现有技术相比，本发明方法制备的铝合金带材比传统冷轧制备的铝合金带材具有更高的强度与韧性，将可能用于汽车轻量化等领域，特别是新能源汽车轻量化。
附图说明
图1所示为本发明铝合金带材连续可逆深冷轧制设备结构示意图。
图2所示为本发明深冷轧制制备的AA6061铝合金微观组织。
图3所示为本发明深冷轧制制备的AA5052铝合金微观组织。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制设备，包括可逆轧机，在可逆轧机左侧设置左侧深冷箱6和左侧卷取机2，在可逆轧机右侧设置右侧深冷箱17和右侧卷取机21，左侧卷取机2设置在左侧保温箱1中，右侧卷取机21设置在右侧保温箱22中。
可逆轧机可以为四辊可逆轧机、二辊可逆轧机或六辊可逆轧机，本实施例中选用四辊可逆轧机，包括上工作辊9、上支撑辊10、下支撑辊11和下工作辊12。上工作辊9和下工作辊12左侧出入口位置设置有左侧液氮喷枪13，右侧出入口位置设置有右侧液氮喷枪14，对进出轧机的铝合金带材喷液氮维持低温。
左侧深冷箱6和右侧深冷箱17均为钢箱，箱中装有液氮，左侧深冷箱6的外部设置有左侧外导入辊3和左侧外导出辊8，内部设置有左侧内导入辊4、左侧深冷箱内置辊道5和左侧内导出辊7，右侧深冷箱17的外部设置有右侧外导出辊15和右侧外导入辊20，内部设置有右侧内导出辊16、右侧深冷箱内置辊道18和右侧内导入辊19，左侧深冷箱内置辊道5和右侧深冷箱内置辊道18均在液氮液面下，待轧制铝合金带材一端连接在左侧卷取机2上，另一端依次穿过左侧外导入辊3、左侧内导入辊4、左侧深冷箱内置辊道5、左侧内导出辊7、左侧外导出辊8、可逆轧机的工作辊、右侧外导出辊15、右侧内导出辊16、右侧深冷箱内置辊道18、右侧内导入辊19和右侧外导入辊20，与右侧卷取机21连接。
左侧深冷箱6、右侧深冷箱17、左侧液氮喷枪13以及右侧液氮喷枪14使铝合金带材始终保持在超低温情况下，卷取机和保温箱用于控制轧件张力并为轧件连续冷却提供动力，通过调整左侧卷取机2和右侧卷取机21的卷取方向，实现铝合金带材连续轧制制备。
本发明的工艺流程如下：
第一步：以铝合金卷材为原料，金属卷厚度为2-8mm，主要包含AA2xxx、AA5xxx和AA6xxx三个系列的汽车用铝合金带材。
第二步：将铝合金卷放置在卷取机上，并用保温箱对铝合金卷保温。
第三步：将铝合金带材一次穿过左侧外导入辊3、左侧内导入辊4、左侧深冷箱内置辊道5、左侧内导出辊7、左侧外导出辊8、工作辊、右侧外导出辊15、右侧内导出辊16、右侧深冷箱内置辊道18、右侧内导入辊19、右侧外导入辊20，连接右侧卷取机21。
第四步：将液氮倒入深冷箱，使液氮表面淹没内置冷却辊道。
第五步：将带材冷却10分钟，实现轧件被完全深冷。
第六步：开启左侧液氮喷枪13和右侧液氮喷枪14。
第七步：启动轧制，完成第一道次深冷轧制。
第八步：转换轧制方向，开启轧制，完成第二道次深冷轧制。
重复第七步和第八步，直到将轧件轧制至厚度范围0.5-1.2mm，铝合金平均晶粒粒径范围200nm-600nm。
以下是两个具体的实施例。
实施例1，AA6061铝合金深冷轧制。
第一步：以AA6061铝合金带材为原料，原料厚度为3mm。
第二步：将AA6061铝合金带材采用液氮进行冷却，实现带材温度被冷却到-196℃。
第三步：开启轧制，轧制压下率控制为15％。
第四步：重复第二步和第三步，直到将轧件厚度降低到0.5mm。
轧制结束后，AA6061铝合金的微观组织如图2所示，晶粒尺寸分布在200-400nm之间，轧件的抗拉强度达到370MPa。
实施例2，AA5020铝合金深冷轧制。
第一步：以AA5020铝合金带材为原料，原料厚度为5mm。
第二步：将AA5020铝合金带材采用液氮进行冷却，实现带材温度被冷却到-196℃。
第三步：开启轧制，轧制压下率控制为15％。
第四步：重复第二步和第三步，直到将轧件厚度降低到0.8mm。
轧制结束后，AA5020铝合金的微观组织如图3所示，平均晶粒尺寸为400nm左右，轧件的抗拉强度达到350MPa。

Claims (8)

1.一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制工艺，其特征在于，在可逆轧机两侧增加深冷箱和卷取机，深冷箱使铝合金带材始终保持在超低温情况下，通过调整卷取机的卷取方向，实现铝合金带材连续轧制制备。
2.根据权利要求1所述制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制工艺，其特征在于，所述铝合金带材在深冷箱中以液氮冷却10分钟，实现被完全深冷。
3.根据权利要求1所述制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制工艺，其特征在于，所述可逆轧机左右两侧均设置有液氮喷枪，对进出轧机的铝合金带材喷液氮维持低温。
4.根据权利要求1所述制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制工艺，其特征在于，所述卷取机方向反复调整，直至将铝合金带材轧制至厚度为0.5-1.2mm，铝合金平均晶粒尺寸为200nm-600nm。
5.一种制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制设备，包括可逆轧机，其特征在于，在可逆轧机左侧设置左侧深冷箱(6)和左侧卷取机(2)，在可逆轧机右侧设置右侧深冷箱(17)和右侧卷取机(21)，待轧制铝合金带材一端连接在左侧卷取机(2)上，另一端依次经过左侧深冷箱(6)、可逆轧机和右侧深冷箱(17)，连接右侧卷取机(21)，左侧深冷箱(6)和右侧深冷箱(17)使铝合金带材始终保持在超低温情况下，通过调整左侧卷取机(2)和右侧卷取机(21)的卷取方向，实现铝合金带材连续轧制制备。
6.根据权利要求5所述制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制设备，其特征在于，所述左侧卷取机(2)设置在左侧保温箱(1)中，右侧卷取机(21)设置在右侧保温箱(22)中。
7.根据权利要求5所述制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制设备，其特征在于，所述左侧深冷箱(6)和右侧深冷箱(17)均为钢箱，箱体上有绝热保温层，箱中装有液氮，左侧深冷箱(6)的外部设置有左侧外导入辊(3)和左侧外导出辊(8)，内部设置有左侧内导入辊(4)、左侧深冷箱内置辊道(5)和左侧内导出辊(7)，右侧深冷箱(17)的外部设置有右侧外导出辊(15)和右侧外导入辊(20)，内部设置有右侧内导出辊(16)、右侧深冷箱内置辊道(18)和右侧内导入辊(19)，所述左侧深冷箱内置辊道(5)和右侧深冷箱内置辊道(18)均在液氮液面下，所述待轧制铝合金带材的另一端依次穿过左侧外导入辊(3)、左侧内导入辊(4)、左侧深冷箱内置辊道(5)、左侧内导出辊(7)、左侧外导出辊(8)、可逆轧机、右侧外导出辊(15)、右侧内导出辊(16)、右侧深冷箱内置辊道(18)、右侧内导入辊(19)和右侧外导入辊(20)，与右侧卷取机(21)连接。
8.根据权利要求5或7所述制备高性能汽车用铝合金带材的连续可逆深冷轧制设备，其特征在于，所述可逆轧机为四辊可逆轧机、二辊可逆轧机或六辊可逆轧机，所述可逆轧机左侧出入口位置设置有左侧液氮喷枪(13)，右侧出入口位置设置有右侧液氮喷枪(14)，对进出轧机的铝合金带材喷液氮维持低温。
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