CN110042283A - 一种中强耐蚀铝合金板材制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料及其加工制备领域，公开了一种中强耐蚀铝合金板材制备方法，包括以下步骤：(1)设计铝合金板材的成分；(2)熔炼与铸造：将所述成分熔炼、铸造为铝合金扁锭；(3)均匀化热处理和热轧：所述铝合金扁锭去头铣六面，在480℃‑510℃的温度下加热，保温时间为6‑12h，不需冷却至室温，待温度降至480℃以下时，开始热轧，热轧温度范围为300℃‑480℃，经5‑8道次后总变形量达到80％为止；(4)冷轧：进行冷轧，使其达到板材所需要的厚度尺寸；(5)热处理调控：根据铝合金板材使用性能的要求，将冷轧后的板材进行低温退火处理。本发明以解决传统的铝合金板材制备工艺的耐蚀性差、效率低以及存在很大内应力的问题。
Description
技术领域
本发明属于金属材料及其加工制备领域，尤其涉及一种中强耐蚀铝合金板材制备方法。
背景技术
Al-Mg合金是一种不可热处理强化的铝合金，其主要的特点是中高强度，耐蚀性好，又被称为防锈铝，因此被广泛应用于包装材料和海洋装备材料，近几年以来，随着海洋科技的迅速发展，Al-Mg合金的用途越来越广泛，如军用航母、巡洋舰、驱逐舰、潜艇等，其桥楼、甲板、舱室、桅杆、飞机发射架等大量构件均使用Al-Mg合金。民用高速船艇、渔船、液化天然气船等上也广泛使用了Al-Mg合金。
传统的铝合金板材制备工艺为，熔炼铸造-均匀化退火-加热-轧制，传统的铝合金板材存在以下问题：
1、Al-Mg合金对耐蚀性要求较高，因杂质元素Fe的存在降低了合金的耐蚀性；
2、均匀化退火需要的时间较长，导致效率低；
3、Al-Mg合金因不能通过热处理强化，其使用状态一般为退火态(O态)和加工硬化态(H态)，其中，为提高生产率，在热轧过程中，往往采用控制轧制温度，直接生产出满足使用要求的铝合金板材，对一些耐蚀性要求较高的铝合金板材，必须进行一次稳定化退火工艺，以提高合金综合性能。另外，轧制过程是一个动态过程，轧制温度的准确监控有一定难度，尤其是较大的铝合金扁锭，铝合金扁锭自身内外温度不一致，很难精确控制轧制温度，最后加工的板材往往力学性能达标，但是存在很大内应力，耐蚀性也不符合要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种中强耐蚀铝合金板材制备方法。
本发明的基础方案：一种中强耐蚀铝合金板材制备方法，包括以下步骤：
(1)设计铝合金板材的成分，包括：
Mg的含量是4.0％-5.0％，Mn的含量是0.3％－1.0％，Cr的含量是0-0.3％，Zr的含量是0-0.4％，Fe的含量是0-0.35％；
(2)熔炼与铸造：
将所述成分熔炼、铸造为铝合金扁锭；
(3)均匀化热处理和热轧：
所述铝合金扁锭去头铣六面，在480℃-510℃的温度下加热，保温时间为6-12h，不需冷却至室温，待温度降至480℃以下时，开始热轧，热轧温度范围为300℃-480℃，第一道次变形量为10％-20％，后续的变形量为20％-30％，经5-8道次后总变形量达到80％为止；
(4)冷轧：
将热轧的板材在400℃-450℃的温度下加热，保温3h，然后空冷至室温后，再进行冷轧，使其达到板材所需要的厚度尺寸；
(5)热处理调控：
根据铝合金板材使用性能的要求，将冷轧后的板材进行低温退火处理。
进一步，所述步骤(1)中，按照所述成分配备中间合金为铝锰合金、铝铬合金或铝锆合金；
所述步骤(2)中，熔炼温度设为760℃-780℃，将纯铝和所述中间合金同时熔炼，待合金全部熔化，进行精炼处理后，加入纯镁，待所述纯镁全部熔化后，搅拌、扒渣，在700℃-720℃的温度下浇注成铝合金扁锭。
进一步，所述精炼处理采用氩气旋转喷吹精炼，包括搅拌、除气、扒渣。
进一步，在加入所述纯镁之前，将所述精炼处理后的合金静止降温至720℃-740℃。
进一步，所述步骤(4)中，用箱式电阻炉在440℃的温度下加热；进行冷轧时，每道次变形量为5％-20％，总变形量达到50％。
进一步，所述步骤(5)中，所述低温退火处理的加热温度为200℃-350℃，保温时间为1-2h。
进一步，所述步骤(3)和步骤(4)中加热用的装置均选用箱式电阻炉。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明合理设置合金成分，在主加元素Mg的基础上，添加微量过渡族元素Mn、Cr、Zr，降低了含有杂质元素Fe对耐蚀性的影响，还提高了固溶强化效果。
2、通过均匀化退火和热轧融合的制备工艺，提高了生产效率。
传统的生产工艺是先进行均匀化退火工艺，加热至一定温度后保温较长时间，冷却至室温后再加热到某一温度，进行热轧制备铝合金板材。本发明对Mg含量低于5％的铝镁合金加热到480℃-510℃后短时间保温，温度降至480℃以下后直接轧制，提高生产效率。
3、通过热轧过程中控制轧制温度来调控力学性能，因轧制温度是个动态的，调控难度大，因此，采用形变强化和热处理制度双重调控的方案。即将合金经热轧后冷轧成所需要厚度的板材，再通过调控热处理工艺使合金板材达到所需要的综合性能，进而获得了优良力学性能和耐蚀性能的铝合金板材。
附图说明
图1是本发明实施例1所得板材显微组织图；
图2是本发明实施例1所得板材晶间腐蚀图；
图3是本发明实施例2所得板材的显微组织图；
图4是本发明实施例2所得板材晶间腐蚀图；
图5是本发明实施例3所得板材的显微组织图；
图6是本发明实施例3所得板材晶间腐蚀图；
图7是本发明实施例4所得板材的显微组织图；
图8是本发明实施例4所得板材晶间腐蚀图；
图9是本发明实施例1-4所得板材力学性能测试结果汇总图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述：
实施例1
一种中强耐蚀铝合金板材制备方法，包括以下步骤：
(1)设计铝合金板材的成分，包括：
Mg的含量是4.0％-5.0％，Mn的含量是0.3％－1.0％，Cr的含量是0-0.3％，Zr的含量是0-0.4％，Fe的含量是0-0.35％。
在本实施例1中，针对Al-4.5Mg-0.5Mn-0.15Cr合金板材的制备，按照成分要求配备中间合金为铝锰合金Al-Mn和铝铬合金Al-Cr，纯镁按照5％左右的烧损量配比。
(2)熔炼与铸造：
将成分熔炼、铸造为铝合金扁锭。
熔炼温度设为760℃-780℃，将纯铝和中间合金同时熔炼，待合金全部熔化，进行精炼处理，其中，精炼处理采用氩气旋转喷吹精炼，包括搅拌、除气、扒渣。将精炼处理后的合金静止降温至720℃-740℃，再加入纯镁，待纯镁全部熔化后，搅拌、扒渣，在700℃-720℃的温度下浇注成铝合金扁锭。
优选地：
熔炼温度为780℃。
在加入纯镁，全部熔化的合金静止降温至730℃，为防止纯镁烧损。
浇注的温度为720℃。
(3)均匀化退火和热轧：
铝合金扁锭去头铣六面，用箱式电阻炉加热，加热温度为480℃-510℃，保温时间为6-12h，不需冷却至室温，待温度降至480℃以下时，开始热轧，热轧温度范围为300℃-480℃，第一道次变形量(首次轧制压下量)为10％-20％，后续的变形量为20％-30％，经5-8道次后总变形量达到80％为止。
优选地：
加热温度为480℃，保温8h。
热轧温度为480℃。
第一道次变形量(首次轧制压下量)为10％。
(4)冷轧：
将热轧的板材在400℃-450℃的温度下加热，保温3h，然后空冷至室温后，再进行冷轧，每道次变形量为5％-20％，总变形量达到50％，使其达到了板材所需要的厚度尺寸。
优选地：
用箱式电阻炉在440℃的温度下加热。
进行冷轧时，每次变形量控制在10％左右。
(5)热处理调控：
根据铝合金板材使用性能的要求，将冷轧后的板材进行低温退火处理。低温退火处理的加热温度为200℃-350℃，保温时间为1-2h。
优选地：
加热温度为200℃。
保温时间为1h。
通过本实施例1中方法制备的铝合金板材，显微组织见图1，晶间腐蚀图片见图2，力学性能见图9。
实施例2
一种中强耐蚀铝合金板材制备方法，针对Al-4.5Mg-0.5Mn-0.2Zr合金板材的制备，按照成分要求配备中间合金为铝锰合金Al-Mn和铝锆合金Al-Cr，纯镁按照5％左右的烧损量配比。将纯铝和中间合金在780℃的温度下同时熔炼，待合金全部熔化后，搅拌、除气、扒渣、静止降温至730℃，加入纯镁，待纯镁全部熔化后，搅拌、扒渣，在720℃的温度下浇注，形成铝合金扁锭。
将铝合金扁锭去头铣六面后，在箱式电阻炉中加热，加热温度为480℃，保温8h，出炉后直接轧制，首次轧制压下量为10％，当变形量达到80％时，在箱式电阻炉中加热，加热温度为440℃，保温3h，空冷。待合金空冷至室温后，冷轧，每次变形量控制在10％左右，总变形量达到50％。冷轧板材经250℃低温退火处理，保温时间为1h。
通过本实施例2中方法制备的铝合金板材，显微组织见图3，晶间腐蚀图片见图4，力学性能见图9。
实施例3
一种中强耐蚀铝合金板材制备方法，针对Al-4.5Mg-0.7Mn-0.15Cr-0.1Zr合金板材的制备，按照成分要求配备中间合金为铝锰合金Al-Mn、铝铬合金Al-Cr和铝锆合金Al-Cr，纯镁按照5％左右的烧损量配比，将纯铝和中间合金在780℃的温度下同时熔炼，待合金全部熔化后，搅拌、除气、扒渣、静止降温至730℃，加入纯镁，待纯镁全部熔化后，搅拌、扒渣，在720℃的温度下浇注，形成铝合金扁锭。
将铝合金扁锭去头铣六面后，在箱式电阻炉中加热，加热温度为480℃，保温8h，出炉后直接轧制，首次轧制压下量为10％，当变形量达到80％时，在箱式电阻炉中加热，加热温度为440℃，保温3h，空冷。待合金空冷至室温后，冷轧，每次变形量控制在10％左右，总变形量达到50％。冷轧板材经300℃低温退火处理，保温时间为1h。
通过本实施例3中方法制备的铝合金板材，显微组织见图5，晶间腐蚀图片见图6，力学性能见图9。
实施例4
一种中强耐蚀铝合金板材制备方法，针对Al-4.0Mg-0.5Mn-0.4Zr合金板材的制备，按照成分要求配备中间合金为铝锰合金Al-Mn和铝铬合金Al-Cr，纯镁按照5％左右的烧损量配比，将纯铝和中间合金在780℃的温度下同时熔炼，待合金全部熔化后，搅拌、除气、扒渣、静止降温至730℃，加入纯镁，待纯镁全部熔化后，搅拌、扒渣，在720℃的温度下浇注，形成铝合金扁锭。
将铝合金扁锭去头铣六面后，在箱式电阻炉中加热，加热温度为480℃，保温8h，出炉后直接轧制，首次轧制压下量为10％，当变形量达到80％时，在箱式电阻炉中加热，加热温度为440℃，保温3h，空冷。待合金空冷至室温后，冷轧，每次变形量控制在10％左右，总变形量达到50％。冷轧板材经300℃低温退火处理，保温时间为1h。
通过本实施例4中方法制备的铝合金板材，显微组织见图7，晶间腐蚀图片见图8，力学性能见图9。
基于上述实施例1-4的铝合金板材制备方法，本发明能够实现合金板材的力学性能范围为抗拉强度285MPa-390MPa，屈服强度≥200MPa，伸长率≥10％，晶间腐蚀敏感性测定值≤15毫克/平方厘米，达到中高强度高耐蚀性的要求。
本发明在主加元素Mg的基础上，添加了微量过渡族元素Mn、Cr、Zr，提高铝合金固溶强化效果和耐蚀性；通过均匀化热处理和热轧融合的制备工艺，提高生产效率；采用形变强化和退火工艺双重调控技术，获得优良力学性能和耐蚀性能的铝合金板材。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种中强耐蚀铝合金板材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设计铝合金板材的成分，包括：
Mg的含量是4.0％-5.0％，Mn的含量是0.3％－1.0％，Cr的含量是0-0.3％，Zr的含量是0-0.4％，Fe的含量是0-0.35％；
(2)熔炼与铸造：
将所述成分熔炼、铸造为铝合金扁锭；
(3)均匀化退火和热轧：
所述铝合金扁锭去头铣六面，在480℃-510℃的温度下加热，保温时间为6-12h，不需冷却至室温，待温度降至480℃以下时，开始热轧，热轧温度范围为300℃-480℃，第一道次变形量为10％-20％，后续的变形量为20％-30％，经5-8道次后总变形量达到80％为止；
(4)冷轧：
将热轧的板材在400℃-450℃的温度下加热，保温3h，然后空冷至室温后，再进行冷轧，使其达到板材所需要的厚度尺寸；
(5)热处理调控：
根据铝合金板材使用性能的要求，将冷轧后的板材进行低温退火处理。
2.根据权利要求1所述的中强耐蚀铝合金板材制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，按照所述成分配备中间合金为铝锰合金、铝铬合金或铝锆合金；
所述步骤(2)中，熔炼温度设为760℃-780℃，将纯铝和所述中间合金同时熔炼，待合金全部熔化，进行精炼处理后，加入纯镁，待所述纯镁全部熔化后，搅拌、扒渣，在700℃-720℃的温度下浇注成铝合金扁锭。
3.根据权利要求2所述的中强耐蚀铝合金板材制备方法，其特征在于，所述精炼处理采用氩气旋转喷吹精炼，包括搅拌、除气、扒渣。
4.根据权利要求2或3所述的中强耐蚀铝合金板材制备方法，其特征在于，在加入所述纯镁之前，将所述精炼处理后的合金静止降温至720℃-740℃。
5.根据权利要求1所述的中强耐蚀铝合金板材制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，用箱式电阻炉在440℃的温度下加热；进行冷轧时，每道次变形量为5％-20％，总变形量达到50％。
6.根据权利要求1所述的中强耐蚀铝合金板材制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述低温退火处理的加热温度为200℃-350℃，保温时间为1-2h。
7.根据权利要求1所述的中强耐蚀铝合金板材制备方法，其特征在于，所述步骤(3)和步骤(4)中加热用的装置均选用箱式电阻炉。
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