CN108300879B - 电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车母线导体用Al‑Mg‑Si合金薄板制备工艺，通过配料、熔炼，保温、精炼、静置，铸造，均热，锯切、铣面，预热、热轧，冷轧，固溶、淬火，拉弯矫直，时效处理等工艺步骤，可获得强度高、成形性优良、折弯性能好，同时兼具高电导率、各批次产品板形良好、性能稳定性和一致性好的Al‑Mg‑Si合金薄板。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金制备技术领域，尤其涉及一种电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺。
背景技术
高电导率的金属材料有银、铜、金、铝等，常用为铜和铝。新能源电动汽车常用铜作为母线导体，但铜的成本相对较高且重量较大。如果拿相同质量的铝和铜比较，铝的载流量远高于铜。虽然铝相对于铜而言，在导电性能、抗拉强度等方面不如铜，但迫于新能源汽车轻量化和降低成本的压力，以特斯拉、比亚迪等代表的汽车企业急需高电导率、高强度和加工成形性优良的薄板(0.2～3.5mm厚度)作为母线导体。这也意味着铝在新能源电动汽车用母线导体领域具有巨大应用价值和广阔的市场前景。而如何制备符合要求的铝合金材料成为当前该领域内的技术瓶颈。
目前，新能源电动汽车方兴未艾，其中电动汽车中的一些导电部件采用0.2～3.5mm厚度铝合金薄板。该铝合金薄板的难点在于：
1.电导率与强度是一对相互矛盾的性能，如何既保证电导率≥57.5％IACS，同时又保证屈服强度Rp0.2≥170MPa和抗拉强度Rm≥195MPa。
2.优良的加工成形性、折弯性能与高强度也是相互矛盾的性能。该材料既要求抗拉强度Rm≥195MPa，又要求折弯半径1t不开裂。
3.铝合金薄板经过固溶淬火热处理后，板形较差，需采用合适的固溶处理温度、固溶时间及矫直工艺参数控制。
4.汽车行业的零部件对产品性能有非常严格的稳定性和一致性要求。
现有的高电导率铝合金制备技术是用做冷拉丝的导线，其工艺流程为：
1.配料→熔炼(790～810℃)→均匀化(650～660℃/25h)→水淬→冷轧→热处理(260～280℃)；
2.加入各原料组分为Mg、Mn、Cr、Si、Fe、Cu、Ti、Ni、B、Ag和Al。
新能源的铝合金材料需要进行冲压、折弯等后续机加工成形，有别于导线的使用要求。并且，现有冷拉丝导线用冷轧+退火工艺无法保证每批次产品的强度和电导率等性能稳定一致，不适用于电动汽车用母线导体的制备。
发明内容
针对以上不足，本发明提供一种电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，以获得一种适用于电动汽车用母线导体的Al-Mg-Si合金薄板。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)配料、熔炼；
2)保温、精炼、静置；
3)铸造；
4)均热；
5)锯切、铣面；
6)预热、热轧；
7)冷轧；
8)固溶、淬火；
9)拉弯矫直；
10)时效处理。
作为本发明的一种优化或改进，步骤1)中，Al-Mg-Si合金的配料按以下百分比配制：
Si：0.35～0.60％，
Fe：≤0.50％，
Cu：≤0.05％，
Mn：≤0.05％，
Mg：0.3～0.90％，
Cr：≤0.025％，
Zn：≤0.05％，
Ti：≤0.02％，
Ni：≤0.02％，
B：≤0.06％，
Ag：≤0.02％，
其他为Al和一些不可避免的杂质元素。
作为本发明的一种优化或改进，步骤1)中，熔炼温度为680～760℃。
作为本发明的一种优化或改进，步骤2)中，先对在保温炉中的溶体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼，氩气与氯气通入流量的比值为4：1～60：1，精炼时间为10～100分钟，精炼后对溶体保温静置10～60分钟；再进行在线精炼，对溶体通入Ar-Cl2混合气体进行在线精炼，氩气与氯气通入流量的比值为7：1～80：1，转子转速为100～650RPM，除气温度为690～740℃；除气后熔体中的氢含量≤0.08mg/100gAl。
作为本发明的一种优化或改进，步骤3)中，采用热顶半连续铸造生产扁锭，扁锭厚度为400～700mm，浇铸温度为680～710℃，铸造速度为20～70mm/min。
作为本发明的一种优化或改进，步骤4)中，均匀化热处理温度为550～570℃，保温时间为8～30小时，保温后冷却至室温。
作为本发明的一种优化或改进，步骤6)中，预热温度为420～480℃，预热时间为3～24小时，预热后进行热轧至4.5～10mm厚度的卷坯，热轧终轧温度≥260℃。
作为本发明的一种优化或改进，步骤7)中，将卷坯冷轧至成品厚度0.2～3.5mm；步骤8)中，用气垫炉进行固溶、淬火，固溶温度为530～565℃，气垫炉机列速度为5～20m/min，淬火采用水冷淬火、水雾淬火或者风冷淬火。
作为本发明的一种优化或改进，步骤9)中，拉弯矫直工序的拉伸率为0.2～2.0％。
作为本发明的一种优化或改进，步骤10)中，时效温度为175～195℃，保温时间为20～50小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出了一种电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，通过配料、熔炼，保温、精炼、静置，铸造，均热，锯切、铣面，预热、热轧，冷轧，固溶、淬火，拉弯矫直，时效处理等工艺步骤，可获得强度高、成形性优良、折弯性能好，同时兼具高电导率、各批次产品板形良好、性能稳定性和一致性好的Al-Mg-Si合金薄板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参照图1，本发明优选的实施例1提供一种电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，包括以下步骤：
1)配料、熔炼：
配料按以下百分比配制：
Si：0.60％，
Fe：0.35％，
Cu：0.03％，
Mn：0.045％，
Mg：0.75％，
Cr：0.02％，
Zn：0.04％，
Ti：0.02％，
Ni：0.02％，
B：0.01％，
Ag：0.005％，
其他为Al和一些不可避免的杂质元素；
根据上述合金成分计算重熔用铝锭和返回料以及各中间合金的用量，按一定的顺序投入55T熔炼炉，熔炼温度为740℃，熔化后开启电磁搅拌器搅拌；
2)保温、精炼、静置：
先对在保温炉中的熔体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼，氩气与氯气通入流量的比值为20：1，精炼时间为80分钟，精炼后对溶体保温静置60分钟；再进行在线精炼，对溶体通入Ar-Cl2混合气体进行在线精炼，氩气与氯气通入流量的比值为30：1，转子转速为420RPM，除气温度为735℃；除气后熔体中的氢含量≤0.08mg/100gAl，熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质显著减少；
3)铸造：
采用热顶半连续铸造生产扁锭，扁锭厚度为520mm；根据铸造的各块扁锭规格情况，分别设置对应扁锭的铸造面水流量为50m2/h、水压为5.0bar，以及相适应的结晶器的铝液填充液位高度；控制浇铸温度为680℃，铸造速度为50mm/min；
4)均热：
均匀化热处理温度为560℃±5℃，升温速率50℃/h，保温时间为10小时，保温后冷却至室温；
5)锯切、铣面：
将扁锭切头尾和铣面后得到厚度为500mm的扁锭；
6)预热、热轧：
预热温度为470℃，预热时间为8小时，预热后进行热轧至成品厚度为6mm的卷坯，热轧终轧温度≥260℃；
7)冷轧：
将卷坯冷轧至3mm厚度，
8)固溶、淬火：
用气垫炉进行高温短时固溶、淬火，固溶温度为565℃，气垫炉机列速度为10m/min，淬火采用水冷淬火；
9)拉弯矫直：
拉弯矫直工序的拉伸率为1.7％；
10)时效处理：
时效温度为180℃，保温时间为35小时。
时效后即可得到本发明的铝合金薄板。
对通过实施例1加工获得的铝合金薄板进行性能检测，性能如表1所示。
表1通过实施例1加工获得的铝合金薄板的性能
实施例2
请参照图1，本发明优选的实施例1提供一种电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，包括以下步骤：
1)配料、熔炼：
配料按以下百分比配制：
Si：0.42％，
Fe：0.06％，
Cu：0.002％，
Mn：0.006％，
Mg：0.49％，
Cr：0.005％，
Zn：0.025％，
Ti：0.0062％，
Ni：0.002％，
B：0.01％，
Ag：0.005％，
其他为Al和一些不可避免的杂质元素；
根据上述合金成分计算重熔用铝锭和返回料以及各中间合金的用量，按一定的顺序投入55T熔炼炉，熔炼温度为750℃，熔化后开启电磁搅拌器搅拌；
2)保温、精炼、静置：
先对在保温炉中的溶体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼，氩气与氯气通入流量的比值为55：1，精炼时间为60分钟，精炼后对溶体保温静置40分钟；再进行在线精炼，对溶体通入Ar-Cl2混合气体进行在线精炼，氩气与氯气通入流量的比值为60：1，转子转速为500RPM，除气温度为725℃；除气后熔体中的氢含量≤0.08mg/100gAl，熔体中的氧化物、非金属夹杂物和其他有害金属杂质显著减少；
3)铸造：
采用热顶半连续铸造生产扁锭，扁锭厚度为420mm；根据铸造的各块扁锭规格情况，分别设置对应扁锭的铸造面水流量为60m2/h、水压为6.0bar，以及相适应的结晶器的铝液填充液位高度；控制浇铸温度为695℃，铸造速度为65mm/min；
4)均热：
均匀化热处理温度为555℃±5℃，升温速率60℃/h，保温时间为15小时，保温后冷却至室温；
5)锯切、铣面：
将扁锭切头尾和去皮后得到厚度为400mm的扁锭；
6)预热、热轧：
预热温度为465℃，预热时间为7小时，预热后进行热轧至成品厚度为4.5mm的卷坯，热轧终轧温度≥260℃；
7)冷轧：
将卷坯冷轧至0.95mm厚度；
8)固溶、淬火
用气垫炉进行高温短时固溶、淬火，固溶温度为545℃，气垫炉机列速度为20m/min，淬火采用风冷淬火；
9)拉伸：
拉弯矫直工序的拉伸率为0.5％；
10)时效处理：
时效温度为190℃，保温时间为50小时。
时效后即可得到本发明的铝合金薄板。
对通过实施例2加工获得的铝合金薄板进行性能检测，性能如表2所示。
表2通过实施例2加工获得的铝合金薄板的性能
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）配料、熔炼；
2）保温、精炼、静置；
3）铸造；
4）均热；
5）锯切、铣面；
6）预热、热轧；
7）冷轧；
将卷坯冷轧至成品厚度0.2~3.5mm；
8）固溶、淬火；
用气垫炉进行固溶、淬火，固溶温度为530~565℃，气垫炉机列速度为5~20m/min，淬火采用水冷淬火、水雾淬火或者风冷淬火；
9）拉弯矫直；
拉弯矫直工序的拉伸率为0.2~2.0%；
10）时效处理；
时效温度为175~195℃，保温时间为20~50小时。
2.根据权利要求1所述的电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，其特征在于，步骤1）中，Al-Mg-Si合金的配料按以下百分比配制：
Si：0.35~0.60%，
Fe：≤0.50%，
Cu：≤0.05%，
Mn：≤0.05%，
Mg：0.3~0.90%，
Cr：≤0.025%，
Zn：≤0.05%，
Ti：≤0.02%，
Ni：≤0.02%，
B：≤0.06%，
Ag：≤0.02%，
其他为Al和一些不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，其特征在于，步骤1）中，熔炼温度为680~760℃。
4.根据权利要求1所述的电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，其特征在于，步骤2）中，先对在保温炉中的溶体通入Ar-Cl2混合气体进行精炼，氩气与氯气通入流量的比值为4：1~60：1，精炼时间为10~100分钟，精炼后对溶体保温静置10~60分钟；再进行在线精炼，对溶体通入Ar-Cl2混合气体进行在线精炼，氩气与氯气通入流量的比值为7：1~80：1，转子转速为100~650RPM，除气温度为690~740℃；除气后熔体中的氢含量≤0.08mg/100gAl。
5.根据权利要求1所述的电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，其特征在于，步骤3）中，采用热顶半连续铸造生产扁锭，扁锭厚度为400~700mm，浇铸温度为680~710℃，铸造速度为20~70mm/min。
6.根据权利要求1所述的电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，其特征在于，步骤4）中，均匀化热处理温度为550~570℃，保温时间为8~30小时，保温后冷却至室温。
7.根据权利要求1所述的电动汽车母线导体用Al-Mg-Si合金薄板制备工艺，其特征在于，步骤6）中，预热温度为420~480℃，预热时间为3~24小时，预热后进行热轧至4.5~10mm厚度的卷坯，热轧终轧温度≥260℃。
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Denomination of invention: Preparation process of Al Mg Si alloy thin sheets for electric vehicle bus conductors Effective date of registration: 20231211 Granted publication date: 20200522 Pledgee: Bank of China Co.,Ltd. Yongcheng Branch of Nanning City Pledgor: ALNAN ALUMINIUM Inc. Registration number: Y2023980070711 |
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