CN108698159A - 制造可变宽度的连续铸造铝合金带材的方法 - Google Patents

制造可变宽度的连续铸造铝合金带材的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过连续铸造铝合金带材制品来制造可变宽度的铝合金带材制品的方法，通常在3mm～40mm的规格范围内，包括以下步骤：‑提供中间规格的第一连续铸造铝合金带材制品和至少中间规格的第二连续铸造铝合金带材制品，其中待焊接的每个铝合金带材制品具有相同的厚度，并且是相同的铝合金；‑将所述中间规格的第一铝合金带材制品焊接到所述中间规格的第二铝合金带材制品上，以形成焊接的铝合金带材制品；和‑在所述焊接的带材制品的至少一个进一步的轧制步骤中轧制成最终规格。

Description

制造可变宽度的连续铸造铝合金带材的方法
技术领域
本发明涉及一种通过连续铸造铝合金带材制品、将连续铸造的带材制品热轧或温轧并任选地将热轧或温轧的带材制品冷轧到最终规格来制造铝合金带材制品的方法。
背景技术
金属带材制品(如金属带材、板坯和板材)，特别是由铝和铝合金制成的那些，通常在连续带材铸造机设备中生产。在这种设备中，熔融铝合金被引入到形成窄的铸造腔的两个紧密间隔(通常被主动冷却)的细长移动铸造表面之间。铝合金被限制在铸造腔内，直到铝合金凝固(至少足以形成外部固体壳)，凝固的带材制品通过移动的铸造表面连续地从铸造腔中喷出，可以无限长度地生产，然后，通常对铸造制品进行热轧操作，并且任选地进行冷轧操作，以获得其最终规格。取决于特定铝合金，也可能需要在轧制操作之后至少进行退火热处理并且可能需要一次或多次中间退火热处理。这种连续带材铸造机设备的一种形式是双带式铸造机，其中两个相对的带子连续循环，并且熔融铝合金通过流槽或喷射器引入到形成在带子的相对区域之间的薄铸造腔中。一种替代方案是旋转块式铸造机，其中铸造表面由围绕固定路径旋转并且在铸造腔附近连接在一起以形成连续表面的块形成。铝合金通过移动的带或块传送有效地固化铝合金的距离，然后凝固的带材从设备另一端的带子之间出来。
为了将熔融和半固态铝合金限制在铸造腔内，即，为了防止铝合金从铸造表面之间横向逸出，通常在设备的每一侧设置金属侧挡板，并且与连续铸造机的喷嘴宽度或喷射器宽度一起来确定连续铸造带材制品的宽度。对于双带式和旋转块式铸造机，这种侧挡板可以由一系列金属块形成，这些金属块连接在一起以形成在铸造腔的每一侧沿着铸造方向对齐的连续链。这些块通常被称为侧挡块，被捕获在铸造表面之间，与铸造表面一起移动，并且被再循环，使得从模具出口出来的块围绕引导回路移动并被送回到模具的入口。通过金属轨道等在回路上引导各块，各块可以以松散的方式在金属轨道上滑动，这允许各块之间的有限移动，特别是当它们围绕回路的弯曲部分移动时。
当以这种方式铸造带材制品时，通常希望针对不同目的生产不同横向宽度的带材制品。当使用传统布置时，这涉及到在完成第一宽度的产品的铸造之后终止铸造操作，并且重新配置铸造机以用于生产第二宽度的带材制品。例如，可能需要将一个金属喷射器更换为不同宽度的不同金属喷射器，并相应地朝向或远离铸造表面的中心线移动侧挡块(这涉及到移动整个回路以使侧挡块通过铸造腔并围绕外部回路再循环)。这是麻烦且耗时的。
当要生产不同宽度的铝合金带材制品时，存在便于转换铸造机设备的系统或装置。这种连续铸造机设备例如从专利文献EP-2411171(Novelis)和EP-2411172(Novelis)中是已知的。尽管这些已知的设备在铝合金带材制品的宽度方面产生一些灵活性，但是宽度变化仍然限于连续铸造机设备的物理尺寸。另外，随着连续铸造操作期间金属带材制品的宽度增加，在金属带材制品上实现所需的平整度变得更加困难，并且在整个宽度上控制厚度公差变得更加困难。
因此，本发明的目的是提供一种制造具有增加的宽度灵活性的连续铸造铝合金带材制品的方法。
发明内容
如下文将理解的，除非另有说明，铝合金名称和回火名称是指铝标准和数据中的铝协会名称和登记记录，由铝协会在2015年公布并且是本领域技术人员所熟知的。回火名称是欧洲标准EN515。
对于合金组成或优选的合金组成的任何描述，除非另有说明，否则所有百分比均是指重量百分比。
如本文所用的，术语“约”当用于描述合金添加的组成范围或量时是指合金添加的实际量可以与标称预期量不同，这是由于本领域技术人员所理解的诸如标准加工变化之类的因素。
通过本发明满足或超出了上述和其他目的以及进一步的优点，提供了一种通过连续铸造铝合金带材制品来制造可变宽度的铝合金带材制品的方法，通常在3mm～40mm的规格范围内，包括以下步骤：
a.-提供非最终或中间规格的第一连续铸造铝合金带材制品和至少非最终或中间规格的第二连续铸造铝合金带材制品；
b.-将所述非最终规格的第一连续铸造铝合金带材制品焊接到所述非最终或中间规格的第二连续铸造铝合金带材制品上，以形成扁平焊接铝合金带材制品，从而增加整个带材制品的宽度，其中待焊接的每个铝合金带材制品具有相同的厚度，并且是大致相同的铝合金；和
c.-在所述焊接的铝合金带材的一个或多个进一步的轧制步骤中轧制成最终规格。轧制方向沿着焊接接头在带材制品的长度方向上。取决于焊接步骤之前的铝合金带材和焊接的带材制品所需的最终规格，一个或多个进一步的轧制步骤可以是仅热轧或温轧，或者仅冷轧，或者热轧或温轧、然后冷轧的组合。
根据本发明，已经发现该方法使得能够制造在其宽度方面具有增加的灵活性的宽铝合金带材制品。较宽的带材制品满足了对通过深拉和冲压形成复杂零件的较宽铝板产品的需求。增加的灵活性在没有资金投入下适于更广泛的连续铸造机设备。该方法避免了在连续铸造较宽的板材产品时通常涉及的厚度公差方面的实际问题和板材平整度方面的波动。焊接的带材制品的宽度增加可以靶向于制造成型零件，使得添加的零件(即，第二和任选的第三带材制品)用于促进在随后的成型或成型操作中的材料流动，从而可以避免由焊接操作产生的任何可能的材料缺陷不需要最终存在于预定形状的最终成型零件中，而是可以保留在所述成型零件(例如，使用冲压或深拉操作，由通过根据本发明方法获得的焊接的带材制品制成的)的切割区域或拉延筋区域中。在最终成型或成形零件中不必存在视觉缺陷，而这受益于由于焊接的带材制品的宽度增加而在成型或成型操作中的改善的材料流动。形成焊接的带材制品的焊接操作、然后至少一次进一步的轧制操作使得在焊接区域中微观结构能够再结晶和/或在整个焊接中具有更均匀的微观结构。
在本发明的实施方案中，所述至少两个铝合金带材制品相邻。“相邻”在本文中是指至少两个铝合金带材制品具有彼此邻接的边缘或侧面，从而实现对缝焊接。
在本发明的实施方案中，所述焊接通过激光束焊接(LBW)或通过搅拌摩擦焊接(FSW)完成。
在优选实施方案中，所述焊接通过FSW完成，并且避免使用可能不利地改变焊接的铝合金带材制品的焊接区域中的局部化学性质的填充焊丝。FSW可以在厚规格材料上进行，并且可以以连续方式使用。此外，FSW结合焊接的铝合金带材制品的至少一个进一步的轧制操作可以增强焊接区域的机械性能。FSW于20世纪90年代初由英国焊接研究所开发并获得专利，并且已用于组装铝合金。搅拌摩擦焊接的关键原理在于，它是一种固态焊接技术，通过使用搅拌待组装的两种材料的旋转工具对金属施加强剪切。首先，通过使用旋转工具的肩部向金属表面施加摩擦来加热金属，从而降低屈服应力，然后通过使工具沿着向前方向逐渐移动来移动工具以进行焊接。工具的肩部还包含金属并保持压力以避免金属喷射到焊接区域外。FSW能够避免热裂纹，这特别意味着现在可以焊接先前被认为非常困难或甚至不能通过熔合而焊接的铝合金制品。
在一个实施方案中，焊接的铝合金带材制品在将焊接的带材进一步轧制成较薄规格之前接受至少焊接区域的焊后表面处理。焊后表面处理是通过机械再加工焊接区域以使表面平滑，例如通过研磨、铣削、端铣刀切割，但不限于此。在一个实施方案中，焊后表面处理包括在焊接工具之后直接拉制的刮刀，以获得在线表面平滑处理。在FSW应用于焊接步骤的情况下，刮刀将至少切割任何流动臂。随后的轧制操作进一步使焊接表面区域平滑。
根据本发明，第一连续铸造铝合金带材制品和至少第二连续铸造铝合金带材制品，都是非最终或中间规格和非最终回火的制品，彼此焊接以形成焊接的铝合金带材。然而，在一个实施方案中，也可以将非最终或中间规格的第三连续铸造铝合金带材制品焊接到第一连续铸造铝合金带材制品上。所述第三带材制品优选焊接到所述第一带材制品的相对侧，从而提供更宽的焊接的铝合金带材制品，其中第一带材制品在中央，在一侧具有焊接到其上的第二带材制品，在另一侧具有第三带材制品。
在一个实施方案中，待彼此焊接的中间规格的第一、第二和第三铝合金带材制品中的每一个处于相同的铸态状态。
在一个实施方案中，待彼此焊接的中间规格的第一、第二和任选的第三铝合金带材制品中的每一个处于相同的热轧状态。这可以处于中间热轧状态，优选为至多10mm的规格，使得在焊接步骤之后，焊接的铝合金带材制品在再加热至热轧或温轧温度之后被进一步热轧或温轧，任选地接着进一步冷轧。可选择地，将待焊接的每一个铝合金带材制品热轧至热轧端面规格，通常至多10mm，优选为1mm～5mm的规格范围内，使得在焊接步骤之后焊接的铝合金带材制品仅在一个或多个轧制步骤中冷轧至其0.25mm～4.0mm的最终规格内。
当应用一个或多个步骤中的冷轧时，通过冷轧操作的总厚度减少为至少30％，优选至少40％，更优选至少50％。
优选的是，待彼此焊接的第一、第二和第三铝合金带材制品中的每一个在焊接步骤开始时具有相同的厚度。
优选的是，待彼此焊接的第一、第二和第三铝合金带材制品中的每一个都由相同的铝合金制成。
非可热处理和可热处理的合金都可以通过根据本发明的方法来处理，特别地铝合金选自2xxx、3xxx、5xxx、6xxx、7xxx和8xxx系列铝合金。
特别地，3xxx(例如，3004、3103、3104、3105)、5xxx(例如，5052、5102、5182、5083、5754)和6xxx(例如，6111、6014、6016、6022)系列铝合金可以用于汽车板材应用，特别是用于成型(例如，通过冲压或深拉)为成形制品，如内板、隔热罩和作为运输拖车板材。
此外，7xxx系列铝合金(例如，7020、7021、7075、7081、7085)可以用于汽车板材应用，特别是用于封闭板(例如，罩板、挡泥板、门、顶和行李箱盖等)、车轮、隧道、舱壁、脚部空间，和临界强度应用，例如白车身(例如，A柱、B柱和C柱，增强件)应用，以及汽车防撞或其他能量吸收应用，等等。
板材产品形式的3xxx系列铝合金也可用于建筑和建造行业。
在一个实施方案中，第一铝合金带材制品的宽度(W1)大于第二铝合金带材制品的宽度(W2)和任选的第三铝合金带材制品的宽度(W3)。第一铝合金带材制品的宽度(W1)通常为约1000mm～约2400mm。W1的更优选的上限为约1800mm。第二和任选的第三铝合金带材制品的宽度(W2，W3)通常各自为约100mm～约700mm，更优选至多约500mm。这将允许生产比在大多数工业连续铸造机上由连续铸造的单块板材制得的显著更宽的板材，而焊接区域的任何潜在的不希望特征可以保留在当在例如通过深拉、压制或冲压等进行的随后成型操作中所形成的预定形状的成形产品的切割区域中。
在该方法的一个实施方案中，对焊接步骤之后的所述焊接的带材制品在被轧制成其最终规格之前进行卷绕。卷绕有助于用于轧制操作、热轧或冷轧或这两者到其最终规格的原料的存储。
优选的是，在最终规格时，轧制的焊接的带材制品的规格为0.25mm～4mm。
然后，对最终规格的轧制的焊接的带材进行退火，然后进行适当的冷却和任选的卷绕，以生产O回火产品，或者进行固溶热处理，然后进行适当的淬火和任选的老化，以生产T回火产品，取决于使用的铝合金和所需的回火。加热步骤和随后的淬火步骤的温度将根据所需的回火而变化。
如本文所用的，术语“退火”是指加热过程，其优选引起金属的再结晶发生，从而产生均匀的可成型性并有助于控制穗形(earing)。退火铝合金中使用的典型温度为约315～480℃。
同样，如本文所用的，术语“固溶热处理”是指冶金过程，其中金属保持在高温下，以使合金元素的第二相颗粒溶解成固溶体。固溶热处理中使用的温度通常高于退火中使用的温度，高达约570℃。然后，通过金属的淬火来保持这种条件，以便通过随后的受控沉降(老化)来强化最终产品。
在退火/固溶热处理之后，额外的步骤包括使焊接的带材制品通过张力矫直机以使板材变平，并对其进行表面检查。然后，将得到的铝合金板材产品卷绕在卷取台以库存和运输，然后可以展开并随后定长剪切或冲切成用于例如成型或冲压操作，以生产预定形状的成形制品。
附图说明
还将参照附图说明本发明，其中：
图1示意性地示出了在方法中使用的焊接工艺之前和之后的带材制品。
图2示出了说明制造具有可变宽度的连续铸造带材制品的方法的一个实施方案的流程图。
具体实施方式
在图1中，将中间规格的分别具有宽度W1、W2和W3的第一、第二和第三铝合金带材制品1,2,3焊接在一起(未示出)以形成总宽度为W1+W2+W3之和的单一焊接带材4。例如，W1可以选择为约1200mm，W2和W3各自为约200mm，使得焊接的带材宽度4为约1700mm，并且随后可以将其轧制成最终规格。轧制方向沿着焊接接头在带材制品的长度方向上。
在图2所示的实施方案中，通过连续铸造彼此分开地制造具有厚度和相同的铝合金组成的第一和第二铝合金带材制品(因此在其合金组成方面相似且没有不同)，其通常具有3mm～40mm范围内的规格。一旦从铸造机设备中取出连续铸造带材制品，可以对连续铸造带材制品进行热轧或温轧，例如，成为热轧最终规格(通常在最高10mm的范围内，优选在1mm～5mm的范围内)或热轧中间规格，然后进行边缘修整，以提供适于焊接到对缝焊接的带材边缘。在此阶段，各合金带材制品也被切割成所需的宽度，由此第一铝合金带材制品优选地比第二铝合金带材制品宽。通过(连续)焊接操作(例如，FSW)，将第一和第二铝合金带材制品焊接在一起以形成焊接带材，优选地接收焊后表面处理(未示出)，然后卷绕。此后，通过一个以上的热轧和/或冷轧步骤将卷绕的焊接带材轧制成其最终规格(优选在0.25mm～4.0mm的范围内)，并且如果需要，再次修整。然后，对最终规格的轧制焊接带材制品进行退火，在此之后进行适当的淬火和任选的卷绕或定长剪切，以生产O回火产品，或者进行固溶热处理，在此之后进行适当的淬火和任选的卷绕或定长剪切，以生产T回火产品，取决于使用的铝合金和所需的回火。
本发明还涉及如通过本文所述的方法获得的在0.25mm～4.0mm的最终规格范围内的铝合金带材制品的用途或使用方法，用于形成汽车面板、更具体地用于成型为内板或隔热罩或作为运输拖车板材。此外，带材制品可以有利地用于建筑和建造行业。
在下文中，通过以下非限制性实施例来进一步解释本发明。
实施例1
AA3105合金制品已通过连续铸造以工业规模制造。该制品处于铸态状态并且具有22mm的厚度。从该制品切割出600×150×22mm的两个块，以提供具有相似合金组成和厚度的两个块或制品。通过搅拌摩擦焊接将这两个块彼此对接焊接以扩宽制品的宽度并提供本发明的原理证明。使用100kN PTG Powerstir 345FSW龙门机床进行搅拌摩擦焊接操作，使用20mm的焊接工具来施加380rpm的转速、19.92mm的穿透深度、3.5°的倾斜角和50mm/min的焊接速度。在焊接操作之后，通过铣削去除任何典型的FSW瑕疵以获得光滑表面。将焊接的铝带材制品加热至约440℃并且使用每轧制道次约30％的减少而没有任何困难地热轧至2mm的厚度，随后在多个轧制道次中冷轧至1mm的最终规格。
在热轧(HR)和冷轧(CR)之后确定了基材和焊接区域的一些机械性能(屈服强度或Rp0.2，抗拉强度或Rm和伸长率A50)。结果列于表1中。在表1中，列出了焊接区域的绝对数及其占基材的百分比。
表1在生产过程的各个阶段期间在基材和焊接区域中焊接制品的机械性能。
该实施例表明，焊接制品可以成功地热轧并冷轧成最终规格。从表1中列出的结果可以看出，正如预期的那样，在冷轧操作之后，对于基材和焊接区域，机械强度都增加。在冷轧操作之后，焊接区域的性能类似于或超过基材的性能。据认为，FSW操作可以在焊接区域中产生有利的晶粒结构，并且该结构在通过轧制的进一步加工之后在某种程度上得以保留。
从该实施例可以看出，连续铸造制品的宽度可以通过焊接在一起而增加，在这种情况下，通过FSW，获得具有类似组成和厚度的另一种制品。焊接制品还可以通过轧制加工成最终规格，使得焊接区域的机械性能接近或超过基材的机械性能。这种焊接制品可以用于随后的成形或冲压操作，以生产预定形状的成形制品。焊接制品的宽度可以根据要求而变化。
实施例2
AA5182合金制品已通过连续铸造以工业规模制造成22mm的厚度并且热轧至3.4mm的中间规格。从该热轧制品切割出600×3000×3.4mm的两个块，并通过激光束焊接将两个块彼此对接焊接以增加制品的宽度。使用光纤直径为300μm、准直长度为200mm、焦点长度为400mm并且焦点直径为0.6mm的Trumpf TruDisk 16002盘式激光器进行焊接。在氩气氛下以3m/min的速度获得300mm的接头长度。
使用多个轧制道次没有任何困难地将焊接铝带材制品从3.4mm单独冷轧至1.2mm，然后在350℃下退火。
在焊后状态(AW)、冷轧状态(CR)和退火状态(AN)下确定了基材和焊接区域的一些机械性能(屈服强度或Rp0.2，抗拉强度或Rm和伸长率A50)。结果列于表2中。在表2中，列出了焊接区域的绝对数及其占基材的百分比。
表2在生产过程的各个阶段期间在基材和焊接区域中焊接制品的机械性能。
从表2的结果可以看出，在焊后状态下，焊接区域的机械性能明显低于基材的机械性能。然而，仍然可以使用约65％的总冷轧减少成功地对焊接制品进行冷轧。在冷轧操作之后，焊接区域的屈服强度和抗拉强度接近基材的性能，而伸长率仍然不足。然而，在退火之后，焊接区域的性能在与基材相同的测量精度内。
从该实施例可以看出，连续铸造制品的宽度可以通过焊接在一起而增加，在这种情况下通过激光束焊接，获得具有类似组成和厚度的另一种制品。焊接制品可以通过轧制进一步加工成最终规格，使得焊接区域的机械性能接近基材的机械性能。这种焊接制品可以用于随后的成形或冲压操作，以生产预定形状的成形制品。焊接制品的宽度可以根据要求或需要而变化，而不需要为具有增加的喷嘴宽度的连续铸造机提供资金投入。
实施例1和实施例2的材料取自同一个连续铸造带材，如参照图2所述的，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在较大规模上，第一制品是连续铸造的且具有受铸造机设备的喷嘴宽度限制的一定宽度，并且通过将取自单独连续铸造的第二制品和任选的第三制品的具有类似组成和厚度的带材焊接到第一制品上，可以增加所述第一制品的宽度。
本发明不限于前面描述的实施例，其可以在由所附权利要求书限定的本发明的范围内广泛地变化。

Claims (21)

1.一种通过连续铸造铝合金带材制品来制造可变宽度的铝合金带材制品的方法，通常在3mm～40mm的规格范围内，包括以下步骤：
-提供中间规格的第一连续铸造铝合金带材制品和至少中间规格的第二连续铸造铝合金带材制品，其中待焊接的每个铝合金带材制品具有相同的厚度，并且是相同的铝合金；
-将所述中间规格的第一铝合金带材制品焊接到所述中间规格的第二铝合金带材制品上，以形成焊接的铝合金带材制品；和
-在所述焊接的带材制品的至少一个进一步的轧制步骤中轧制成最终规格。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述焊接的带材制品利用对缝焊接连接。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中形成所述焊接的带材制品的焊接是搅拌摩擦焊接或激光束焊接。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其中提供中间规格的第三连续铸造铝合金带材制品，其焊接到所述第一铝合金带材制品上并具有与所述第一铝合金带材制品相同的厚度和相同的合金组成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其中待焊接的每个铝合金带材制品处于铸态状态。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其中待焊接的每个铝合金带材制品处于热轧状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其中待焊接的铝合金带材制品的厚度至多10mm，优选为1mm～5mm。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其中所述铝合金选自2xxx、3xxx、5xxx、6xxx、7xxx和8xxx系列铝合金。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其中所述铝合金是3xxx系列铝合金。
10.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其中所述铝合金是5xxx系列铝合金。
11.根据权利要求1～7中任一项所述的方法，其中所述铝合金是6xxx系列铝合金。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的方法，其中所述第一铝合金带材制品的宽度为1000mm～2400mm，优选为1000mm～1800mm，并且待焊接到所述第一铝合金带材制品上的任何其他铝合金带材制品的宽度小于所述第一铝合金带材制品的宽度。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的方法，其中对焊接步骤之后的所述焊接的带材制品进行卷绕。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的方法，其中仅通过热轧将所述焊接的带材制品轧制成其最终规格。
15.根据权利要求1～13中任一项所述的方法，其中仅通过冷轧将所述焊接的带材制品轧制成其最终规格。
16.根据权利要求1～13中任一项所述的方法，其中通过热轧、然后冷轧将所述焊接的带材制品轧制成其最终规格。
17.根据权利要求1～16中任一项所述的方法，其中将所述焊接的带材制品轧制成0.25mm～4.0mm的最终规格。
18.根据权利要求1～17中任一项所述的方法，其中在轧制成最终规格之后对所述焊接的带材制品进行退火或固溶热处理。
19.根据权利要求1～18中任一项所述的方法，其中所述铝合金带材制品是汽车板材的形式。
20.根据权利要求1～19中任一项所述的方法，其中所述铝合金带材制品随后在成型操作中形成为预定形状的制品。
21.通过根据权利要求1～20中任一项所述的方法获得的铝合金带材制品用于形成汽车面板的用途。
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