CN109468509A

CN109468509A - 船用5059铝合金板材的生产方法

Info

Publication number: CN109468509A
Application number: CN201811625350.1A
Authority: CN
Inventors: 张伟; 赵明伟; 陈兴旺; 吴柳清; 蒙春标; 何沂桂; 梁忠; 梁新华; 彭响娥; 庞凤
Original assignee: GUANGXI LIUZHOU YINHAI ALUMINUM INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: GUANGXI LIUZHOU YINHAI ALUMINUM INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2038-12-28
Also published as: CN109468509B

Abstract

本发明公开一种船用5059铝合金板材的生产方法，铝合金技术领域，采用原料为Si 0.35～0.45wt%，Fe 0.35～0.50wt%，Cu 0.15～0.25wt%，Mn 0.6～1.2wt%，Cr 0.15～0.25wt%，Ti 0.1～0.2wt%，Zr 0.05～0.25wt%，Zn 0.6～0.7wt%，Mg 5.0～5.5wt%，Be 2～5ppm，余量为Al，在熔炼过程中加入Al‑RE稀土中间合金；经过熔炼‑精炼‑静置‑铸造‑均热‑锯切铣面‑热轧‑拉伸‑稳定化退火‑定尺锯切之后得到5059铝合金板材，与现有技术相比，本可以解决现有工艺生产5059铝合金铸锭时易产生疏松、成分偏析、氧化物夹渣、腐蚀敏感性高、轧制过程中头尾分层以及性能不稳定的问题。

Description

船用5059铝合金板材的生产方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，尤其是一种50mm厚船用5059铝合金板材的生产方法。

背景技术

5059为不可热处理强化合金，其具有较高强度、良好韧性以及可再生性等特点，主要应用于汽车、船舶、建筑、航空以及军事等领域。相比于5083铝合金，5059具有更优异的力学性能和抗腐蚀性能，可作为5083的替代材料而广受关注。

扁锭的质量会直接影响板带材的性能，5059铝合金中Mg含量较高，铸锭制备过程中易氧化造成氧化物夹渣和成分偏差。高合金化使合金流动性降低，造成疏松等铸造缺陷，现有制备工艺方法下，铸造温度、冷却水流速度及引锭头下降速度等参数不能与5059合金的特性良好匹配而出现铸锭的合格率低等问题。轧制过程中轧制温度、道次下压量与5059合金匹配不良易出现头尾开裂分层、板型不良等问题。在5059铝合金中Al₃Mg₂相腐蚀电位较低，常在晶界处连续分布，造成材料腐蚀敏感性升高，易产生应力腐蚀和晶间腐蚀。通过调节Zn的加入量可以影响Al₃Mg₂的分布位置及形态，有效的提高材料的耐腐蚀性能。Zn含量在0.6～0.7wt%范围内耐腐蚀性能提高明显，继续增加加入量则耐腐蚀性能保持不变，而目前没有制备工艺明确Zn的加入量范围。加入稀土成分可有效改善5059高Mg铝合金流动性差，易产生疏松的问题，同时可以改善材料内部第二相形貌。5059合金直接在460℃以上进行热处理会造成低熔点第二相过烧，采用双级均热处理可以避免过烧现象出现。经DSC测定，低熔点共晶相在459℃开始回熔，高熔点共晶相在573℃开始回熔，因而第一阶段均热处理温度应低于459℃，待低熔点共晶相溶入基体中后升温至573℃，将高熔点共晶相溶解，达到析出相重新在晶界进行非连续析出的目的。对铸锭进行均热处理可以有效的改善铸锭中Al3Mg2相的形态，由原有连续网状结构向非连续结构转变，从而提高材料的抗腐蚀性能，但目前没有提出针对5059铸锭的均热处理工艺，在5059轧制过程中，前10道次采用较小压下量可减小坯料发生头尾开裂、分层的问题。综上，提出一种50mm厚船用5059铝合金板材的制备方法是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种船用5059铝合金板材的生产方法，它可以解决现有工艺生产5059铝合金铸锭时易产生疏松、成分偏析、氧化物夹渣、腐蚀敏感性高、轧制过程中头尾分层以及性能不稳定的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：采用如下原料：

Si 0.35～0.45wt%，Fe 0.35～0.50wt%，Cu 0.15～0.25wt%，Mn 0.6～1.2wt%，Cr0.15～0.25wt%，Ti 0.1～0.2wt%，Zr 0.05～0.25wt%，Zn 0.6～0.7wt%，Mg 5.0～5.5wt%，Be 2～5ppm，余量为Al；在熔炼过程中加入Al-RE稀土中间合金；

其生产的步骤包括：

（1）熔炼：将上述原料按比例放入炉内，熔炼时炉气温度为1000～1200℃，熔炼时间3～12h，熔平后进行电磁搅拌和人工搅拌，电磁搅拌时间和人工搅拌时间比例为2:1，搅拌时间总和为30～60min，熔体温度在740℃～760℃；

（2）熔体精炼及静置：采用氮气占比为90%～95%的氮氯混合气体对步骤（1）得到的熔体进行搅拌精炼、人工精炼，精炼温度为730～760℃，搅拌精炼和人工精炼时间比例为2:1，精炼时间总和为30～90min，精炼完成静置0.5～1h后除去浮渣；

（3）铸造：步骤（2）得到的熔体进行熔体净化后通过分配流槽进入全铝自动润滑结晶器进行铸造，铸造温度为720～750℃，铸造速度45～55mm/min，单锭冷却水流量600～1500L/min；

（4）均热处理：对步骤（3）获得的扁锭进行双级均热处理，一级均热温度为400～420℃，保温2-6h；二级均热温度为450～500℃，保温8-12h；

（5）锯切铣面：对步骤（4）获得的扁锭切除头部50～150mm，尾部150～300mm，铣面量大面5～15mm，立面5～10mm；

（6）热轧：将步骤（5）得到的扁锭加热后热轧，加热温度为450-520℃，保温时间为2～10h，开轧温度440-510℃，终轧温度为250-300℃，轧制前10道次单道次压下量为5～8mm，扁锭轧至250mm厚度以下后单道次压下量为10～15mm；

（7）拉伸：将步骤（6）得到的板材进行拉伸，拉伸次数为3～5次，总拉伸率为3～6%，拉伸率及屈服强度设定值呈等差值递增；

（8）稳定化退火：经过拉伸后的板材稳定化处理温度为80～150℃，保温时间为1～3h；

（9）定尺锯切：将步骤（8）得到的板材采用精密锯锯切成50mm*2500～3000*成品长度的5059H321板材。

上述技术方案中，更具体的方案为：在熔炼过程中加入的Al-RE稀土合金的加入量为0.1～0.2wt%；Al-RE稀土中间合金中RE稀土为La-Ce的混合稀土。

由于本发明采用了上述技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明针对5059铝合金的合金特性，通过对合金成分以及热处理参数进行控制，有效的改善了Al₃Mg₂在组织中的析出形态，有效提高了合金的耐腐蚀性能，通过对铸造过程参数进行控制以及稀土成分的加入，可以有效的减少铸造过程中产生的疏松、成分偏析以及夹渣等缺陷，有效的提高了铸锭的质量及合格率；通过针对5059铝合金特性制定的轧制工艺有效的改善了轧制过程中出现的头尾开裂分层、板型不良等问题，板材成品率得到了明显提高。

2、在制备5059铝合金板材过程中，本发明经过熔炼-精炼-静置-铸造-均热-锯切铣面-热轧-拉伸-稳定化退火-定尺锯切，过程中参数严格按照上述步骤执行，得到的50mm厚船用5059H321铝合金板材，板材取样进行性能分析，具有良好的机械性能及抗腐蚀性，进行晶间腐蚀后质量损失≤15mg/cm2，剥落腐蚀达到PA级。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详述，但本发明的技术范围不受这些实施例限定。

实施例1：

本实施例取用如下原料：

Si 0.35wt%，Fe 0.35wt%，Cu 0.15wt%，Mn 0.6wt%，Cr 0.15wt%，Ti 0.1wt%，Zr0.05wt%，Zn 0.6wt%，Mg 5.0wt%，Be 2ppm，余量为Al的5059铝合金。

采用炉气温度为1000℃经3h将原料熔平，熔平后加入0.1wt%的Al-（La，Ce）稀土中间合金并进行30min的电磁搅拌和人工搅拌；熔平后调节熔体温度为740℃转保温炉；保温炉内采用氮气占比为90%的氮氯混合气体进行搅拌精炼、人工精炼，精炼温度为730℃，精炼时间为30min，精炼完成静置0.5h后除去浮渣；调节温度到达720℃后使铝合金熔体经过熔体净化后通过分配流槽进入全铝自动润滑结晶器进行铸造，铸造速度45mm/min，单锭冷却水流量600L/min；铸造后进行两级均热处理，一级均热温度为400℃，保温2h；二级均热温度为450℃，保温8h；均热后扁锭切除头部50mm，尾部150mm，铣面量大面5mm，立面5mm；锯铣后铸锭500℃加热8h进行热轧，热轧开轧温度490℃，终轧温度为300℃，轧制前10道次压下量为8mm，板材厚度轧至250mm以下后压下量为15mm；对热轧后板材进行拉伸，拉伸次数为3次，拉伸率设置分别为1.0%、1.2%和1.4%，屈服强度设置分别为265MPa、275MPa和285MPa；经过拉伸后的板材稳定化处理温度为80℃，保温时间为1h；采用精密锯将板材锯切成50mm*2500*成品长度，获得最终成品5059H321板材。

本实施例过程中参数严格按照上述步骤执行，得到的铝合金铸锭采用超声波探测合格率达到99%以上。对铸锭进行取样分析，未发现缩松等铸造缺陷，高倍下未发现过烧情况，组织及第二相分布均匀；耐腐蚀性能及机械性能检测结果见表1。

实施例2：

本实施例取用如下原料：

取成分为Si 0.45wt%，Fe 0.50wt%，Cu 0.25wt%，Mn 1.2wt%，Cr 0.25wt%，Ti 0.2wt%，Zr 0.25wt%，Zn 0.7wt%，Mg 5.5wt%，Be 5ppm，余量为Al的5059铝合金。

采用炉气温度为1200℃经12h将原料熔平，原料熔平后加入0.2wt%的Al-（La，Ce）稀土中间合金并进行60min的电磁搅拌和人工搅拌；熔平后调节熔体温度为760℃转保温炉，保温炉内采用氮气占比为95%的氮氯混合气体进行搅拌精炼、人工精炼，精炼温度为760℃，精炼时间为90min，精炼完成，静置1h后除去浮渣；调节温度到达750℃后使铝合金熔体经过熔体净化通过分配流槽进入全铝自动润滑结晶器进行铸造，铸造速度55mm/min，单锭冷却水流量1500L/min；对铸锭进行双级均热处理，一级均热温度为410℃，保温6h；二级均热温度为470℃，保温12h；均热后铸锭切除头部150mm，尾部300mm，铣面量大面15mm，立面10mm；扁锭铣面后铸锭470℃加热6h进行热轧，热轧开轧温度460℃，终轧温度为270℃，轧制前10道次压下量为7mm，板材厚度轧至250mm以下后压下量为12mm；对热轧后板材进行拉伸，拉伸次数为5次，拉伸率设置分别为1.0%、1.1%、1.2%、1.3%和1.4%，屈服强度设置分别为265MPa、270MPa、275MPa、280MPa和285MPa；经过拉伸后的板材稳定化处理温度为150℃，保温时间为3h；采用精密锯将板材锯切成50mm*3000*成品长度，获得最终成品5059H321板材。

本实施例过程中参数严格按照上述步骤执行，得到的铝合金铸锭采用超声波探测合格率达到99%以上。对铸锭进行取样分析，未发现缩松等铸造缺陷，高倍下未发现过烧情况，组织及第二相分布均匀。耐腐蚀性能及机械性能检测结果见表1。

实施例3：

本实施例取用如下原料：

取成分为Si 0.4wt%，Fe 0.45wt%，Cu 0.2wt%，Mn 1.0wt%，Cr 0.2wt%，Ti 0.15wt%，Zr0.15wt%，Zn 0.65wt%，Mg 5.25wt%，Be 3 ppm，余量为Al的5059铝合金。

采用炉气温度为1100℃在8h将原料熔平，原料熔平后加入0.15wt%的Al-（La，Ce）稀土中间合金并进行15min的电磁搅拌和人工搅拌，熔平后调节熔体温度为750℃转保温炉，保温炉内采用氮气占比为94%的氮氯混合气体进行搅拌精炼、人工精炼，精炼温度为740℃，精炼时间为60min，精炼完成静置45min后除去浮渣，调节温度到达740℃后使铝合金熔体经过熔体净化通过分配流槽进入全铝自动润滑结晶器进行铸造，铸造速度50mm/min，单锭冷却水流量1000L/min；对铸锭进行双级均热处理，一级均热温度为420℃，保温5h；二级均热温度为500℃，保温9h。铸造获得的铸锭切除头部90mm，尾部200mm，铣面量大面10mm，立面8mm；扁锭铣面后450℃加热8h进行热轧，热轧开轧温度440℃，终轧温度为250℃，轧制前10道次压下量为5mm，板材厚度轧至250mm以下后压下量为10mm；对热轧后板材进行拉伸，拉伸次数为4次，拉伸率设置分别为1.0%、1.2%、1.4%和1.6%，屈服强度设置分别为265MPa、270MPa、 275MPa和280MPa；经过拉伸后的板材稳定化处理温度为130℃，保温时间为2h；采用精密锯将板材锯切成50mm*2810*成品长度，获得最终成品5059H321板材。

表1为所述实例1-3检测结果。

表1机械性能及耐腐蚀性能测试结果

。

Claims

1.一种船用5059铝合金板材的生产方法，其特征在于采用如下原料：

其生产的步骤包括：

（1）熔炼：将上述原料按比例放入炉内，熔炼时炉气温度为1000～1200℃，熔炼时间3～12h，熔平后加入Al-RE稀土中间合金并进行电磁搅拌和人工搅拌，电磁搅拌和人工搅拌时间比例为2:1，搅拌时间总和为30～60min，熔体温度在740℃～760℃；

2.根据权利要求1所述的船用5059铝合金板材的生产方法，其特征在于：在熔炼过程中加入的Al-RE稀土合金的加入量为0.1～0.2wt%；Al-RE稀土中间合金中RE稀土为La-Ce的混合稀土。