CN109022958A - 一种船用5083铝合金厚板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于船用铝合金制造技术领域，涉及一种船用5083铝合金厚板的制造方法，包括以下工艺步骤：将5083铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的5083铝合金铸锭送入加热炉里在450～500℃下加热3～5h，将加热后的5083铝合金铸锭出炉进行热粗轧，热粗轧至厚度为30～75mm的中间板材，将中间板材进行在线降温，温度降至290～330℃时进行若干次轧制，其中最后一次轧制的变形量为3～4.2mm，其中热粗轧后中间板材的厚度为最终轧制后铝合金板材的2～2.5倍，最终轧制后铝合金板材的下线温度为180～250℃，将轧制下线后的铝合金板材冷却至室温后置于拉伸机中进行预拉伸和矫直处理，解决了现有5083‑H321状态铝合金厚板的加工工艺对厚板的冷轧设备有较高要求，且铝合金厚板的加工工序多，生产效率低的问题。

Description

一种船用5083铝合金厚板的制造方法
技术领域
本发明属于船用铝合金制造技术领域，涉及一种船用5083铝合金厚板的制造方法。
背景技术
船舶的工作环境要求其结构材料具有高的比强度、韧性、耐蚀性、抗疲劳、抗冲击及良好的焊接性等综合性能，尤其是行驶在海洋环境中的船舶，因海水含有大量的Cl-，是一种典型的电解溶液，具有很强的腐蚀性，在这种强腐蚀环境及应力作用下，更要求船用材料具有优异的抗电化学腐蚀及抗应力腐蚀性能。在传统材料中，虽然钢铁及高分子基复合材料在船舶制造中有大量的应用，但是铝合金材料具有钢铁及高分子材料不具备的一系列综合性能，高比强度和耐蚀性、优良的加工成形性和焊接性、易回收及抗老化等特点使得铝合金在船舶制造上的应用越来越多，并且潜力巨大、前景广阔。
目前5xxx系铝合金，具有较高的强度、良好的塑性、抗蚀性及焊接性，在制作船板、船外壳、船体下层结构中显示了其重要地位，是建立船体结构的重要材料。5083铝合金作为一种不可热处理强化的铝合金，具有中等强度、良好的焊接性及易于加工成形等特点。5083-H321状态的铝合金相较于其他状态耐蚀性更强，因此被广泛应用于船体结构材料。
当前工业上制备5083-H321状态的铝合金厚板主要是热粗轧至略高于成品厚度后进行中间退火，然后冷轧至成品厚度最后稳定化退火来实现的。但是，这种工艺不仅对厚板的冷轧设备有较高的要求，而且工序较多，生产效率较低，因此需要寻求一种5083-H321状态铝合金厚板的短流程制备技术。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有5083-H321状态铝合金厚板的加工工艺对厚板的冷轧设备有较高要求，且铝合金厚板的加工工序多，生产效率低的问题，提供一种船用5083铝合金厚板的制造方法。
为达到上述目的，本发明提供一种船用5083铝合金厚板的制造方法，包括如下步骤：
A、按照如下重量份数比配制5083铝合金原料：Si：0.05～0.10％，Fe：≤0.5％，Cu：≤0.05％，Mn：0.5～0.8％，Mg：4.5～4.8％，Cr：≤0.1％，Zn：≤0.025％，Ti：≤0.03％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，将配制好的5083铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，得到铝合金熔体；
B、将铝合金熔体在720～740℃条件下进行精炼，精炼时间为20～40min，将精炼后的铝合金熔体熔铸为铝合金铸锭；
C、将5083铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的5083铝合金铸锭送入加热炉里在450～500℃下加热3～5h；
D、将加热后的5083铝合金铸锭出炉进行热粗轧，热粗轧至厚度为30～75mm的中间板材，将中间板材进行在线降温，温度降至290～330℃时进行若干次轧制，其中最后一次轧制的变形量为3～4.2mm，其中热粗轧后中间板材的厚度为最终轧制后铝合金板材的2～2.5倍，最终轧制后铝合金板材的下线温度为180～250℃；
E、将轧制下线后的铝合金板材冷却至室温后置于拉伸机中进行预拉伸，其中5083铝合金板材的预拉伸变形率为0.5～1％；
F、将预拉伸后的铝合金板材经过矫直机进行矫直处理，最后锯切定尺，验收后包装，得到5083-H321状态的铝合金板材。
进一步，步骤A中5083铝合金铸锭由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.05～0.08％，Fe：≤0.3％，Cu：≤0.025％，Mn：0.6～0.8％，Mg：4.6～4.8％，Cr：≤0.1％，Zn：≤0.025％，Ti：≤0.03％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，各组分的重量百分比总和为100％。
进一步，步骤B铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉底部充入高纯氮气，除去铝合金熔体中的杂质气体。
进一步，步骤B铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉中加入铝钛硼丝细化剂，细化剂的加入量为铝合金熔体重量的0.1～0.25％。
进一步，步骤C中铝合金铸锭锯切铣面的工艺过程为锯去铝合金铸锭的头尾，用铣床对铝合金铸锭侧面和大面进行铣面，铣面后铝合金铸锭的粗糙度Ra为0.15～0.30μm。
进一步，步骤E中铝合金板材的冷却方式为风冷和雾化冷却同步的方式，冷却后的铝合金板材温度为20～30℃。
进一步，步骤F中矫直机为辊式矫直机或者9辊矫直机。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的船用5083铝合金厚板的制造方法，在生产5083-H321铝合金板材的过程中，首先将铝合金铸锭进行铣面，以去除铝合金铸锭表面的缺陷而利于后续塑性加工，然后将铣面后的铸锭进行加热，以去除铣面过程中残余应力。再直接将铝合金铸锭热粗轧至30～75mm的中间板材，将中间板材在线降温后进行多次轧制，控制最后一个道次的变形量为3～4.2mm，热粗轧后中间板材的厚度为最终轧制后铝合金板材的2～2.5倍，轧制后的铝合金板材冷却至室温后进行预拉伸以及辊式矫直机矫直，即得到H321状态下的5083铝合金板材，上述生产工艺先进行铣面为后续塑性加工做准备，并且塑性加工只进行了热粗轧和普通轧制，对轧制设备的要求低，同时减少了其他生产环节，从而使得整个轧制过程容易控制，得到较高成品率的H321状态5083铝合金板材，同时制备的船用5083铝合金不仅具有良好的力学性能以及抗腐蚀性能，符合船用铝合金板材的使用要求，而且大大减少了生产时间和成本，提高了生产效率。
2、本发明所公开的船用5083铝合金厚板的制造方法，通过选择合理铸锭配方以及合适的工艺流程，生产出了板面平整、薄厚均匀、表面光洁度好的船用5083铝合金厚板制品，使板材的屈服强度到达220～242MPa，抗拉强度达到330～350MPa，延伸率达到16.2％～20.7％，剥落腐蚀等级均为N级，晶间腐蚀质量损失为2～6mg/cm3，本发明制备的船用5083铝合金厚板可以用于装甲车辆、船舶、汽车制造业、制罐工业领域。
3、本发明所公开的船用5083铝合金厚板的制造方法，工艺流程主体部分只需要热轧，不需要冷轧设备和退火设备，即减少了其他生产环节，从而使得整个工艺过程容易控制，而且大大减少了生产时间和成本，提高了生产效率，而且低温下线保证了材料的力学性能。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种船用5083铝合金厚板的制造方法，包括如下步骤：
A、按照如下重量份数比配制5083铝合金原料：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.071 0.242 0.022 0.65 4.687 0.096 0.021 0.021 0.05 余量
将配制好的5083铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，得到铝合金熔体；
B、将铝合金熔体在740℃条件下进行精炼，精炼时间为20min，将精炼后的铝合金熔体熔铸为铝合金铸锭，其中铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉底部充入高纯氮气，除去铝合金熔体中的杂质气体，铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉中加入铝钛硼丝细化剂，细化剂的加入量为铝合金熔体重量的0.1％；
C、将5083铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的5083铝合金板材送入加热炉里在480℃下加热3h，其中铝合金铸锭锯切铣面的工艺过程为锯去铝合金铸锭的头尾，用铣床对铝合金铸锭侧面和大面进行铣面，铣面后铝合金铸锭的粗糙度Ra为0.30μm；
D、将加热后的5083铝合金铸锭出炉进行热粗轧，热粗轧至厚度为72.3mm的中间板材，将中间板材进行在线降温，温度降至320℃时进行七道次轧制，轧制道次变形量的分配为：10.9％→9.7％→9.4％→9.4％→9.4％→9.3％→9.6％，其中最后一次轧制的变形量为3.8mm，轧制后的铝合金板材的厚度为35.4mm，轧制后铝合金板材下线的温度为202℃；
E、将轧制下线后的铝合金板材冷却至室温后置于拉伸机中进行预拉伸，其中5083铝合金板材的预拉伸变形率为0.6％，拉伸机的拉伸速度为10mm/s，其中冷却方式为风冷和雾化冷却同步的方式，冷却后的铝合金板材温度为25℃；
F、将预拉伸后的铝合金板材经过辊式矫直机进行矫直处理，最后锯切定尺，验收后包装，得到5083-H321状态的铝合金板材。
实施例2
一种船用5083铝合金厚板的制造方法，包括如下步骤：
B、按照如下重量份数比配制5083铝合金原料：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.056 0.249 0.011 0.627 4.754 0.086 0.015 0.021 0.05 余量
将配制好的5083铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，得到铝合金熔体；
B、将铝合金熔体在720℃条件下进行精炼，精炼时间为40min，将精炼后的铝合金熔体熔铸为铝合金铸锭，其中铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉底部充入高纯氮气，除去铝合金熔体中的杂质气体，铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉中加入铝钛硼丝细化剂，细化剂的加入量为铝合金熔体重量的0.2％；
C、将5083铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的5083铝合金板材送入加热炉里在480℃下加热3h，其中铝合金铸锭锯切铣面的工艺过程为锯去铝合金铸锭的头尾，用铣床对铝合金铸锭侧面和大面进行铣面，铣面后铝合金铸锭的粗糙度Ra为0.20μm；
D、将加热后的5083铝合金铸锭出炉进行热粗轧，热粗轧至厚度为69.8mm的中间板材，将中间板材进行在线降温，温度降至310℃时进行七道次轧制，轧制道次变形量的分配为：9.1％→9.6％→10.2％→10.8％→11.0％→11.0％→10.5％，其中最后一次轧制的变形量为3.8mm，轧制后的铝合金板材的厚度为35.4mm，轧制后铝合金板材下线的温度为226℃；
E、将轧制下线后的铝合金板材冷却至室温后置于拉伸机中进行预拉伸，其中5083铝合金板材的预拉伸变形率为0.5％，拉伸机的拉伸速度为8mm/s，其中冷却方式为风冷和雾化冷却同步的方式，冷却后的铝合金板材温度为28℃；
F、将预拉伸后的铝合金板材经过辊式矫直机进行矫直处理，最后锯切定尺，验收后包装，得到5083-H321状态的铝合金板材。
实施例3
一种船用5083铝合金厚板的制造方法，包括如下步骤：
C、按照如下重量份数比配制5083铝合金原料：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.068 0.259 0.023 0.753 4.655 0.09 0.017 0.021 0.05 余量
将配制好的5083铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，得到铝合金熔体；
B、将铝合金熔体在730℃条件下进行精炼，精炼时间为30min，将精炼后的铝合金熔体熔铸为铝合金铸锭，其中铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉底部充入高纯氮气，除去铝合金熔体中的杂质气体，铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉中加入铝钛硼丝细化剂，细化剂的加入量为铝合金熔体重量的0.15％；
C、将5083铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的5083铝合金板材送入加热炉里在480℃下加热3h，其中铝合金铸锭锯切铣面的工艺过程为锯去铝合金铸锭的头尾，用铣床对铝合金铸锭侧面和大面进行铣面，铣面后铝合金铸锭的粗糙度Ra为0.20μm；
D、将加热后的5083铝合金铸锭出炉进行热粗轧，热粗轧至厚度为42.4mm的中间板材，将中间板材进行在线降温，温度降至34℃时进行五道次轧制，轧制道次变形量的分配为：18.5％→16.8％→14％→13.2％→13.9％，其中最后一次轧制的变形量为3.0mm，轧制后的铝合金板材的厚度为18.5mm，轧制后铝合金板材下线的温度为190℃；
E、将轧制下线后的铝合金板材冷却至室温后置于拉伸机中进行预拉伸，其中5083铝合金板材的预拉伸变形率为0.65％，拉伸机的拉伸速度为8mm/s，其中冷却方式为风冷和雾化冷却同步的方式，冷却后的铝合金板材温度为30℃；
F、将预拉伸后的铝合金板材经过辊式矫直机进行矫直处理，最后锯切定尺，验收后包装，得到5083-H321状态的铝合金板材。
实施例4
一种船用5083铝合金厚板的制造方法，包括如下步骤：
D、按照如下重量份数比配制5083铝合金原料：
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.046 0.253 0.012 0.658 4.675 0.095 0.02 0.021 0.05 余量
将配制好的5083铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，得到铝合金熔体；
B、将铝合金熔体在740℃条件下进行精炼，精炼时间为20min，将精炼后的铝合金熔体熔铸为铝合金铸锭，其中铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉底部充入高纯氮气，除去铝合金熔体中的杂质气体，铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉中加入铝钛硼丝细化剂，细化剂的加入量为铝合金熔体重量的0.1％；
C、将5083铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的5083铝合金板材送入加热炉里在480℃下加热3h，其中铝合金铸锭锯切铣面的工艺过程为锯去铝合金铸锭的头尾，用铣床对铝合金铸锭侧面和大面进行铣面，铣面后铝合金铸锭的粗糙度Ra为0.20μm；
D、将加热后的5083铝合金铸锭出炉进行热粗轧，热粗轧至厚度为35.8mm的中间板材，将中间板材进行在线降温，温度降至350℃时进行七道次轧制，轧制道次变形量的分配为：17.7％→16.8％→15.4％→15.8％→17.4％，其中最后一次轧制的变形量为3.0mm，轧制后的铝合金板材的厚度为14.4mm，轧制后铝合金板材下线的温度为217℃；
E、将轧制下线后的铝合金板材冷却至室温后置于拉伸机中进行预拉伸，其中5083铝合金板材的预拉伸变形率为0.5％，拉伸机的拉伸速度为10mm/s，其中冷却方式为风冷和雾化冷却同步的方式，冷却后的铝合金板材温度为28℃；
F、将预拉伸后的铝合金板材经过辊式矫直机进行矫直处理，最后锯切定尺，验收后包装，得到5083-H321状态的铝合金板材。
按照GB/T 228.1-2010、EN 485.2及ASTM-B928等标准检测力学性能、剥落敏感性和晶间腐蚀性，其结果如表1所示，表1为实施例1～4制备得到的H321状态下5083铝合金检测得到的性能参数。
表1
由上表可以看到，通过本发明所船用5083铝合金厚板的制造方法制备的船用5083铝合金具有良好的力学性能以及抗腐蚀性能，板材的屈服强度到达220～242MPa，抗拉强度达到330～350MPa，延伸率达到16.2％～20.7％，剥落腐蚀等级均为N级，晶间腐蚀质量损失为2～6mg/cm3，符合船用铝合金板材的使用要求，而且该制备工艺能够大大减少了生产时间和成本，提高H321状态5083铝合金板材的生产效率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种船用5083铝合金厚板的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、按照如下重量份数比配制5083铝合金原料：Si：0.05～0.10％，Fe：≤0.5％，Cu：≤0.05％，Mn：0.5～0.8％，Mg：4.5～4.8％，Cr：≤0.1％，Zn：≤0.025％，Ti：≤0.03％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，将配制好的5083铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，得到铝合金熔体；
B、将铝合金熔体在720～740℃条件下进行精炼，精炼时间为20～40min，将精炼后的铝合金熔体熔铸为铝合金铸锭；
C、将5083铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的5083铝合金铸锭送入加热炉里在450～500℃下加热3～5h；
D、将加热后的5083铝合金铸锭出炉进行热粗轧，热粗轧至厚度为30～75mm的中间板材，将中间板材进行在线降温，温度降至290～330℃时进行若干次轧制，其中最后一次轧制的变形量为3～4.2mm，其中热粗轧后中间板材的厚度为最终轧制后铝合金板材厚度的2～2.5倍，最终轧制后铝合金板材的下线温度为180～250℃；
E、将轧制下线后的铝合金板材冷却至室温后置于拉伸机中进行预拉伸，其中5083铝合金板材的预拉伸变形率为0.5～1％；
F、将预拉伸后的铝合金板材经过矫直机进行矫直处理，最后锯切定尺，验收后包装，得到5083-H321状态的铝合金板材。
2.如权利要求1所述的船用5083铝合金厚板的制造方法，其特征在于，步骤A中5083铝合金铸锭由以下元素组分按照重量百分比配制而成：Si：0.05～0.08％，Fe：≤0.3％，Cu：≤0.025％，Mn：0.6～0.8％，Mg：4.6～4.8％，Cr：≤0.1％，Zn：≤0.025％，Ti：≤0.03％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，各组分的重量百分比总和为100％。
3.如权利要求1所述的船用5083铝合金厚板的制造方法，其特征在于，步骤B铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉底部充入高纯氮气，除去铝合金熔体中的杂质气体。
4.如权利要求1所述的船用5083铝合金厚板的制造方法，其特征在于，步骤B铝合金熔体精炼的过程中向熔炼炉中加入铝钛硼丝细化剂，细化剂的加入量为铝合金熔体重量的0.1～0.25％。
5.如权利要求1所述的船用5083铝合金厚板的制造方法，其特征在于，步骤C中铝合金铸锭锯切铣面的工艺过程为锯去铝合金铸锭的头尾，用铣床对铝合金铸锭侧面和大面进行铣面，铣面后铝合金铸锭的粗糙度Ra为0.15～0.30μm。
6.如权利要求1所述的船用5083铝合金厚板的制造方法，其特征在于，步骤E中铝合金板材的冷却方式为风冷和雾化冷却同步的方式，冷却后的铝合金板材温度为20～30℃。
7.如权利要求1所述的船用5083铝合金厚板的制造方法，其特征在于，步骤F中矫直机为辊式矫直机或者9辊矫直机。
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