CN109371300B - 一种安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法 - Google Patents
一种安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及铝合金技术领域,尤其涉及一种安全鞋内包头用Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金板材的生产方法。本发明所述的一种安全鞋内包头用Al‑Zn‑Mg‑Cu系铝合金板材的生产方法,是将化学成分Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、余量由Al熔铸铝合金铸锭,铝合金铸锭经预热、热轧、冷轧、清洗、三级退火步骤,制得到铝合金板材。本发明所得产品不仅具有优异和稳定的力学性能,同时拥有较高的冲压性能、较高的电导率以及良好表面质量,能够满足劳保鞋鞋头料冲压使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金技术领域,尤其涉及一种安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法。
背景技术
安全鞋又叫劳保鞋,是一种对足部有安全防护作用的鞋。根据使用的场地不同,种类很多。主要功能是防止物体砸伤脚面和脚趾,其防护功能主要依靠金属材质的内包头来实现。一般用钢头式劳保鞋能承受2吨的压力安全可靠,但钢质劳保鞋较笨重,穿戴不方便。随着人们对劳保鞋越来越高的轻便需求,密度轻强度高的铝合金内包头受到越来越多的关注。
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金,具有高的强度、硬度,低密度,较好的抗应力腐蚀性能以及良好的加工性能,不同状态的Al-Zn-Mg-Cu铝合金板材广泛应用于航空航天、交通运输等工业领域。
Al-Zn-Mg-Cu铝合金O态薄板是目前国内劳保鞋内包头的主要用材之一,其后续的加工工艺:落料→拉深→剖切→切边→翻边。后续拉深以及翻边不开裂是冲制材料的最基本要求。据以往生产经验,冲制用Al-Zn-Mg-Cu O态板材表面电导率要求≥45%IACS,但目前该工业化生产的此类板材易出现表面油斑严重、强度偏高、延伸率偏低、电导率偏低以及后续冲压开裂等问题,无法满足劳保鞋头内包头的后续冲压使用要求。
现有轧制和退火工艺的技术缺点:目前工业化生产中采用的小道次压下量轧制和单级退火工艺,无法稳定控制Al-Zn-Mg-Cu合金退火过程中再结晶程度、析出相的形态、大小以及分布,往往产出的产品易出现延伸率低和电导率值不稳定,板材后续冲压性能较差,产品成材率低。且现有技术重卷清洗过程普遍采用清洗油,清洗结束后挥发不彻底残留于卷材表面,经退火后卷材油斑烧结形成明显黄油斑严重,板材表面质量较差。
发明内容
针对现有技术的存在缺陷,本发明的目的在于提供一种安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法,本发明制得的铝合金电导率、延伸率、冲压性能以及板材表面质量良好,满足安全鞋使用要求。
本发明的目的通过如下技术方案实现:
一种安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法,包括以下步骤:
步骤1、熔铸铝合金铸锭,所述铝合金铸锭中化学成分质量百分含量为:
Si≤0.07、Fe≤0.13、Cu 1.2~2.0、Mn≤0.05、Mg 2.3~2.8、Cr 0.18~0.28、Zn5.4~6.1、Ti0.02~0.20、余量由Al及不可避免的杂质构成;
步骤2、将步骤1得到的铝合金铸锭经预热、热轧、冷轧、清洗、三级退火步骤,制得到铝合金板材,所述三级退火过程中:
第一级退火温度150~200℃,保温时间1~6小时;
第二级退火温度360~450℃,保温2~10小时,所述退火炉炉气最高温度高于退火温度40~60℃,所得产品随炉冷却至料温为150~250℃;
第三级退火温度150~250℃,保温时间4~15小时,所得产品出炉空冷。
优选的是,步骤2中所述第一级退火温度升温速率为5~10℃/min。
优选的是,步骤2中所述第二级退火中随炉冷却速率为10~20℃/h。
优选的是,步骤2中所述三级退火过程中,退火炉中氧体积含量≤0.1%。
优选的是,步骤2中所述预热温度为380~480℃,保温1~12h。
优选的是,步骤2中所述热轧包括粗轧和精轧,所述粗轧所得板材厚度为15~25mm,所述精轧所得卷材厚度为4~9mm。
优选的是,步骤2中所述冷轧所得产品厚度为1.4~5mm。
优选的是,步骤2中所述清洗是通过50~80℃高压水进行清洗。
优选的是,步骤2中所述清洗速率为3~10m/min。
本发明的有益效果:
本发明通过调整合金成分、优化重卷清洗工艺、控制多级退火的温度和时间,达到控制退火过程和冷却过程中合金再结晶程度和析出相的形态、大小和分布,使其不仅具有优异和稳定的力学性能,同时拥有较高的冲压性能、较高的电导率以及良好表面质量,能够满足劳保鞋鞋头料冲压使用需求。
附图说明
图1是本发明实施例1所得铝合金板材外观图;
图2是本发明对比例1所得铝合金板材外观图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,对本发明作进一步详细的阐述,但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本发明,而非用于限制本发明的范围。此外,在阅读本发明的内容后,本领域的技术人员可以对本发明作各种修改,这些等价变化同样落于本发明所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
将如下成分熔铸铝合金扁锭,所述铝合金扁锭中化学成分质量百分含量为:Si0.07、Fe 0.13、Cu 1.2、Mn 0.05、Mg 2.3、Cr 0.18、Zn 5.4、Ti 0.02、余量由Al及不可避免的杂质构成;铝合金熔体经除气、精炼后,采用热顶半连续铸造法铸造成490×1600mm铝合金扁锭;
预热:将铸锭置于坑式炉内,加热至380℃,保温1h后出炉。
热轧:将预热的铸锭,热粗轧至15mm厚度板材,转热精轧,轧至4mm卷材,切边50mm。
冷轧:经2道次,单道次压下量40~45%,将卷材轧至1.4mm厚度卷材。
重卷清洗:利用50℃高压水对冷轧卷中残留轧制油进行清洗,用高压吹扫装置对残留水进行吹扫去除,清洗速率3m/min,切边40mm。
成品退火:采用三级退火工艺,边升温边吹入惰性气体(N2)保护卷材表面氧化,控制炉内氧体积含量0.1%。
第一级退火:炉气以5℃/min速率快速升温150℃,保温时间1小时,保温结束后。
第二级退火:以差温方式升温,炉气最高温度高于退火温度40℃,卷材料温360℃开始保温,保温2小时,随炉冷却,控制冷却速率10℃/h,料温冷却至150℃,进入第三阶段。
第三级退火:卷材料温度150℃,控制炉气继续保温,保温时间4小时,结束后出炉空冷,得到退火卷。
横切:切成品,控制板材公差尺寸及平整度。
实施例2
将如下成分熔铸铝合金扁锭,所述铝合金扁锭中化学成分质量百分含量为:Si0.05、Fe 0.11、Cu 1.5、Mn 0.03、Mg 2.5、Cr 0.25、Zn 5.8、Ti 0.1、余量由Al及不可避免的杂质构成;铝合金熔体经除气、精炼后,采用热顶半连续铸造法铸造成490×1600mm铝合金扁锭;
预热:将铸锭置于坑式炉内,加热至450℃,保温8h后出炉。
热轧:将预热的铸锭,热粗轧至20mm厚度板材,转热精轧,轧至7mm卷材,切边90mm。
冷轧:经2道次,单道次压下量40~45%,将卷材轧至2.5mm厚度卷材。
重卷清洗:利用60℃高压水对冷轧卷中残留轧制油进行清洗,用高压吹扫装置对残留水进行吹扫去除,清洗速率5m/min,切边50mm。
成品退火:采用三级退火工艺,边升温边吹入惰性气体(N2)保护卷材表面氧化,控制炉内氧体积含量0.07%。
第一级退火:炉气以8℃/min速率快速升温180℃,保温时间3小时,保温结束后。
第二级退火:以差温方式升温,炉气最高温度高于退火温度50℃,卷材料温400℃开始保温,保温6小时,随炉冷却,控制冷却速率15℃/h,料温冷却至200℃,进入第三阶段。
第三级退火:卷材料温度200℃,控制炉气继续保温,保温时间10小时,结束后出炉空冷,得到退火卷。
横切:切成品,控制板材公差尺寸及平整度。
实施例3
将如下成分熔铸铝合金扁锭,所述铝合金扁锭中化学成分质量百分含量为:Si0.03、Fe 0.09、Cu 2.0、Mn 0.02、Mg 2.8、Cr 0.28、Zn 6.1、Ti 0.2余量由Al及不可避免的杂质构成;铝合金熔体经除气、精炼后,采用热顶半连续铸造法铸造成490×1600mm铝合金扁锭;
预热:将铸锭置于坑式炉内,加热至480℃,保温12h后出炉。
热轧:将预热的铸锭,热粗轧至25mm厚度板材,转热精轧,轧至9mm卷材,切边120mm。
冷轧:经1道次,单道次压下量45%,将卷材轧至5.0mm厚度卷材。
重卷清洗:利用80℃高压水对冷轧卷中残留轧制油进行清洗,用高压吹扫装置对残留水进行吹扫去除,清洗速率10m/min,切边60mm。
成品退火:采用三级退火工艺,边升温边吹入惰性气体(N2)保护卷材表面氧化,控制炉内氧体积含量0.03%。
第一级退火:炉气以10℃/min速率快速升温200℃,保温时间6小时,保温结束后。
第二级退火:以差温方式升温,炉气最高温度高于退火温度60℃,卷材料温450℃开始保温,保温10小时,随炉冷却,控制冷却速率20℃/h,料温冷却至250℃,进入第三阶段。
第三级退火:卷材料温度250℃,控制炉气继续保温,保温时间15小时,结束后出炉空冷,得到退火卷。
横切:切成品,控制板材公差尺寸及平整度。
对比例1
将如下成分熔铸铝合金扁锭,所述铝合金扁锭中化学成分质量百分含量为:Si0.07、Fe 0.13、Cu 1.2、Mn 0.05、Mg 2.3、Cr 0.18、Zn 5.4、Ti 0.02、余量由Al及不可避免的杂质构成;铝合金熔体经除气、精炼后,采用热顶半连续铸造法铸造成490×1600mm铝合金扁锭;
预热:将铸锭置于坑式炉内,加热至410℃,保温6h出炉。
热轧:热粗轧至20mm厚度板材,转热精轧,轧至6mm卷材,切边100mm。
冷轧:经3~5道次,单道次压下量20%将卷材轧至2.5mm。
重卷清洗:利用0~30℃清洗油将卷材表面轧制油及铝屑清理干净,清洗速度15~30m/min,切边60mm。
成品退火:采用单级退火,退火温度360~450℃,保温2~10小时,随炉冷却,控制冷却速率30℃/h,冷至230℃,出炉。
横切:切成品。
对比例2
将如下成分熔铸铝合金扁锭,所述铝合金扁锭中化学成分质量百分含量为:Si0.07、Fe 0.13、Cu 1.2、Mn 0.05、Mg 2.3、Cr 0.18、Zn 5.4、Ti 0.02、余量由Al及不可避免的杂质构成;铝合金熔体经除气、精炼后,采用热顶半连续铸造法铸造成490×1600mm铝合金扁锭;
预热:将铸锭置于坑式炉内,加热至380℃,保温1h出炉。
热轧:热粗轧至15mm厚度板材,转热精轧,轧至4mm卷材,切边50mm。
冷轧:经3~5道次,单道次压下量20%将卷材轧至1.4mm。
重卷清洗:利用30℃清洗油将卷材表面轧制油及铝屑清理干净,清洗速度15m/min,切边40mm。
成品退火:采用双级退火,边升温边吹入惰性气体(N2)保护卷材表面氧化,控制炉内氧体积含量0.1%。
第一级退火:炉气以5℃/min速率快速升温150℃,保温时间1小时,保温结束后。
第二级退火:以差温方式升温,炉气最高温度高于退火温度40℃,卷材料温360℃开始保温,保温2小时,结束后出炉空冷,得到退火卷。
横切:切成品。
实例1~3所生产的铝合金材料延伸率更高,力学性能更软,其冲压性能、电导率值、板材表面油斑均得到明显改善。对比例1-2技术方案分别采用单级退火和双极退火工艺,所制得的铝合金产品发生了很大的变化,其延伸率,力学性能,其冲压性能等指标参数降低,实施例1-3和对比例1-2检测方法一样,实施例及对比例中的各项性能,见表1-表2所示。
表1铝合金产品力学性能
表2铝合金产品冲压性能
Claims (8)
1.一种安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤1、熔铸铝合金铸锭,所述铝合金铸锭中化学成分质量百分含量为:
Si≤0.07、Fe≤0.13、Cu 1.2~2.0、Mn≤0.05、Mg 2.3~2.8、Cr 0.18~0.28、Zn 5.4~6.1、Ti0.02~0.20、余量由Al及不可避免的杂质构成;
步骤2、将步骤1得到的铝合金铸锭经预热、热轧、冷轧、清洗、三级退火步骤,制得到铝合金板材,所述三级退火过程中:
第一级退火温度150~200℃,保温时间1~6小时,所述第一级退火温度升温速率为5~10℃/min;
第二级退火温度360~450℃,保温2~10小时,所述退火炉炉气最高温度高于退火温度40~60℃,所得产品随炉冷却至料温为150~250℃;
第三级退火温度150~250℃,保温时间4~15小时,所得产品出炉空冷。
2.根据权利要求1所述的安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法,其特征在于,步骤2中所述第二级退火中随炉冷却速率为10~20℃/h。
3.根据权利要求1-2任一所述的安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法,其特征在于,步骤2中所述三级退火过程中,退火炉中氧体积含量≤0.1%。
4.根据权利要求1所述的安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法,其特征在于,步骤2中所述预热温度为380~480℃,保温1~12h。
5.根据权利要求1所述的安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法,其特征在于,步骤2中所述热轧包括粗轧和精轧,所述粗轧所得板材厚度为15~25mm,所述精轧所得卷材厚度为4~9mm。
6.根据权利要求1所述的安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法,其特征在于,步骤2中所述冷轧所得产品厚度为1.4~5.0mm。
7.根据权利要求1所述的安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法,其特征在于,步骤2中所述清洗是通过50~80℃高压水进行清洗。
8.根据权利要求7所述的安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法,其特征在于,步骤2中所述清洗速率为3~10m/min。
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