CN110241337B - 一种超大宽幅铝合金板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种超大宽幅铝合金板材的制备方法，包括配料、熔铸、均匀化、锯切铣面、铸锭加热、热轧、预拉伸、高温退火和锯切包装，其中热轧工艺为短铸锭在轧机辊道上长宽对调后进行热轧，短铸锭厚度自出炉厚度降到200mm过程中时，控制每道次变形量在3.5～9％；厚度自200mm到50±10mm过程中，控制每道次变形量9～16％，厚度自50±10mm轧至35mm过程中，控制每道次变形量14～20％，最后一道次加工率在10～10.5％，控制终轧温度大于370℃，热轧板材冷却后进行中等拉伸率的预拉伸处理；将拉伸后的板材进行高温退火处理，随后锯切定尺，解决了采用现有轧制工艺制备超大宽幅铝合金板材，板材宽度方向上的性能均匀性以及板材平整度不佳的问题。
Description
技术领域
本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种超大宽幅铝合金板材的制备方法。
背景技术
铝合金作为一种轻质高强材料，以其优异的比刚度，被广泛应用于航空航天领域。其中7系及2系作为可热处理强化铝合金，被大量使用于飞机机身、加筋板、蒙皮板和一些结构件中，而对于火箭或者飞行器的燃料箱或者储油箱来说，封头多采用5系或者6系铝合金铆接或者焊接而成。随着当前航空航天对结构用材要求的提高，结构用件正朝着大型化、整体化的方向发展，即结构用件要求尽可能采用一整块板材加工成形，尽量避免焊接、铆接的加工方式对结构件造成缺陷，这样就对当前铝合金板材的生产工艺技术提出了诸多挑战。
5A06铝合金作为一种高镁含量的铝合金，其高强高韧的特点使其成为火箭等航天器燃料箱的封头结构材料之一。当前，航空器燃料箱封头使用厚度为35.0mm，主要的加工方式倾向于使用一整块大规格铝合金板材(4000mm×4000mm以上)通过胀形加工取代传统的两块或者更多板材拼接而成，即采用一块铝合金厚板，通过切削和胀形加工制造成封头，这不但会降低生产成本，节约能源，而且提高了整板使用性能，增强了结构部件的安全性。目前，一方面受制于设备装备及铸造工艺水平的限制，国内生产的最大宽幅铸锭宽度为2850mm，对于板材成品尺寸宽度超过4000mm时，常规的铸锭尺寸已经不能满足使用要求，另一方面，相较于一般宽度的铝合金板材，常规的轧制工艺参数不能适应超大宽幅板材的轧制，如何保证板材的顺利轧制及板材宽度方向上性能的均匀性和整体板材不平度是一个关键性的难题。因此，特提出本发明以解决上述技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决采用现有轧制工艺制备超大宽幅铝合金板材，板材宽度方向上的性能均匀性以及板材平整度不佳的问题，提供一种超大宽幅铝合金板材的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种超大宽幅铝合金板材的制备方法，包括以下步骤：
A、配料：将制备超大宽幅铝合金板材的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si≤0.10％、Fe≤0.20％、Cu≤0.08％、Mn≤0.55％、Mg：6.0～6.3％、Cr≤0.05％、Zn≤0.15％、Ti：0.023～0.045％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，其中熔炼温度730～750℃，精炼温度720～740℃，铸造温度670～690℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭锯切为长度4150～4200mm的短铸锭，短铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层，铣面后铸锭厚度450～500mm，即总加工率控制在92～93％之间；
E、铸锭加热：将锯切铣面后的短铸锭置于加热炉中加热，加热炉制度为440℃保温4h后升温至500℃保温4h出炉轧制；
F、热轧：加热保温后的短铸锭在轧机辊道上长宽对调后进行热轧，短铸锭厚度自出炉厚度降到200mm过程中时，控制每道次变形量在3.5～9％；以每道次9～16％的变形量轧制至40～60mm的任意厚度后再以每道次14～20％的变形量轧制至35mm，最后一道次加工率在10～10.5％，控制终轧温度大于370℃；
G、预拉伸：铝合金板材经过热轧下线冷却后，进行拉伸处理以矫正板型，施加的拉伸率为1.0～1.2％，拉伸速率4.0mm/s；
H、高温退火：铝合金板材经过预拉伸处理后，进行退火处理，退火温度410℃，保温时间3h；
I、锯切包装：退火后铝合金板材退火冷却至室温，进行成品锯切定尺，验收包装。
进一步，步骤B采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭。
进一步，步骤C中均匀化处理的温度为520±5℃，保温时间为18～22h，出炉后的铝合金铸锭强风冷却至室温。
进一步，步骤D铣面量大面为18～35mm，侧面为10～15mm。
进一步，步骤E中加热炉为推进式加热炉。
进一步，步骤G预拉伸的屈服强度为150MPa。
进一步，步骤I成品尺寸为35.0×4200×4200mm。
本发明的有益效果在于：
1、本专利所公开的超大宽幅铝合金板材的制备方法，铝合金铸锭热轧时采用长宽对调的方式，采用铸锭长宽对调的热轧方式主要是为了得到大宽幅的热轧坯料，为后续冷轧的顺利进行做准备，后续需要冷轧，所以热轧对成品的组织形态影响不大，这样能够保证热轧后铝合金板材尺寸符合尺寸规格要求。
2、本专利所公开的超大宽幅铝合金板材的制备方法，轧制时三个阶段采用“小-大-大”的变形量控制轧制过程，初始轧制时采用较小的变形量，边部较中心层由于铸锭轧制时厚度方向上两边变形量较中心大，采用小变形量可以减小表层与心层的相对位移，从而避免大宽幅鳄鱼嘴的出现，保证了板材的成功轧制。
3、本专利所公开的超大宽幅铝合金板材的制备方法，轧制时最后一道次的轧制量较小，与较高的终轧温度相配合，有效的防止超大宽幅板材边部出现开裂，提高板材的成品率。
4、本专利所公开的超大宽幅铝合金板材的制备方法，对板材进行预拉伸和高温退火处理，使板材在宽度方向上的不平度及性能均匀性得到了保证。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种超大宽幅铝合金板材的制备方法，包括以下步骤：
A、配料：计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
| 元素 | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Zn | Ti | 杂质 | Al |
| 含量 | 0.054 | 0.174 | 0.02 | 0.564 | 6.216 | 0.004 | 0.011 | 0.028 | 0.15 | 余量 |
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，其中熔炼温度740℃，精炼温度720℃，铸造温度675℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭进行锯切铣面处理，将铸锭头尾部缺陷部分切除后进行铣面，铣面量大面为34mm，侧面为10mm，铣面后铝合金铸锭尺寸为466×1760×4190mm；
E、铸锭加热：将锯切铣面后的短铸锭置于加热炉中加热，加热炉制度为440℃保温4h后升温至500℃保温4h出炉轧制；
F、热轧：加热保温后的短铸锭在轧机辊道上长宽对调后进行热轧，短铸锭初始道次变形量3.5％，轧至200mm过程中，单道次变形量逐渐增加，但是不超过16％；轧至55.9mm过程中，单道次变形量9～16％；由55.9mm轧至35mm时，道次加工率依次为16.1％～14.3％，最后一个道次变形量为10.8％，热轧下线厚度35.8mm，终轧温度378℃；
G、预拉伸：铝合金板材经过热轧下线冷却后，进行拉伸处理以矫正板型，施加的拉伸率为1.0％，屈服强度150MPa，拉伸速率4.0mm/s；
H、高温退火：铝合金板材经过预拉伸处理后，进行退火处理，退火温度410℃，保温时间3h；
I、锯切包装：退火后铝合金板材退火冷却至室温，进行成品锯切定尺，成品尺寸为35.0×4200×4200mm，验收包装。
实施例2
一种超大宽幅铝合金板材的制备方法，包括以下步骤：
A、配料：计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
| 元素 | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Zn | Ti | 杂质 | Al |
| 含量 | 0.044 | 0.178 | 0.026 | 0.575 | 6.164 | 0.006 | 0.01 | 0.029 | 0.15 | 余量 |
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，其中熔炼温度740℃，精炼温度720℃，铸造温度675℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭进行锯切铣面处理，将铸锭头尾部缺陷部分切除后进行铣面，铣面量大面为19mm，侧面为13mm，铣面后铝合金铸锭尺寸为488×1757×4180mm；
E、铸锭加热：将锯切铣面后的短铸锭置于加热炉中加热，加热炉制度为440℃保温4h后升温至500℃保温4h出炉轧制；
F、热轧：加热保温后的短铸锭在轧机辊道上长宽对调后进行热轧，短铸锭初始道次变形量3.7％，轧至200mm过程中，单道次变形量逐渐增加，但是不超过9％；轧至57.9mm过程中，单道次变形量9～16％；由57.9mm轧至35mm时，道次加工率依次为18.2％～15.6％，最后一个道次变形量为10.4％，热轧下线厚度35.8mm，终轧温度385℃；
G、预拉伸：铝合金板材经过热轧下线冷却后，进行拉伸处理以矫正板型，施加的拉伸率为1.1％，屈服强度150MPa，拉伸速率4.0mm/s；
H、高温退火：铝合金板材经过预拉伸处理后，进行退火处理，退火温度410℃，保温时间3h；
I、锯切包装：退火后铝合金板材退火冷却至室温，进行成品锯切定尺，成品尺寸为35.0×4200×4200mm，验收包装。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，步骤D中铝合金铸锭铣面后厚度为615mm，控制的总体加工率为94％。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，步骤F中铝合金铸锭厚度在300～250mm轧制过程中，单道次的变形量为15％-13.5％-13.5％-····，此对比例中采用的开始轧制变形量控制较大，最后不能轧制成功，出现鳄鱼嘴，导致轧制失败。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，步骤F中铝合金铸锭厚度在最后一道次的变形量为15％时，终轧温度320℃。
表一和表二分别为实施例1和实施例2的成品力学性能，表三和表四分别为实施例1和实施例2的板材预拉伸前后的不平度。表一和表二中方向为取样测试的方向，0°为沿轧制方向取样，90°为垂直轧制方向取样。
表一
表二
从表一和表二中可以看出，采用本发明技术制得的超大宽幅铝合金板材在成品性能上均匀性较好，经过预拉伸后的高温热处理，铝合金板材在板宽方向上，强度基本保持一致，性能的均匀性得到了保证。
表三实施例1与2预拉伸前后的横向相对不平度
| 编号 | 预拉伸前 | 预拉伸后 |
| 实施例1 | 0.68％ | 0.2％ |
| 实施例2 | 0.88％ | 0.2％ |
表四实施例1与2预拉伸前后的纵向相对不平度
| 编号 | 预拉伸前 | 预拉伸后 |
| 实施例1 | 0.028％ | 0.014％ |
| 实施例2 | 0.028％ | 0.014％ |
从表三和表四中可以看出，采用预拉伸处理后，5A06超大宽幅铝合金板材的不平度得到了有效的降低，且对实际的板材表面观察发现，未出现表面滑移线等缺陷，这说明当前的预拉伸工艺参数能够改善铝合金板材的不平度。
表五实施例1～2和对比例1～3轧制对比情况
| 编号 | 轧制情况 |
| 实施例1 | 未出现鳄鱼嘴 |
| 实施例2 | 未出现鳄鱼嘴 |
| 对比例1 | 出现鳄鱼嘴 |
| 对比例2 | 出现鳄鱼嘴 |
| 对比例3 | 边部出现开裂，尺寸3800×3800 |
通过观察实施例1～2和对比例1～3的实际轧制情况，可以看出，不合理的加工率选择会导致轧制时出现侧边及头尾部大面积鳄鱼嘴情况，这种情况影响后续轧制，严重时只能报废处理，终轧温度较低则会出现边部开裂，影响成品率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种超大宽幅铝合金板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、配料：将制备超大宽幅铝合金板材的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si≤0.10％、Fe≤0.20％、Cu≤0.08％、Mn≤0.55％、Mg：6.0～6.3％、Cr≤0.05％、Zn≤0.15％、Ti：0.023～0.045％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配制好的铝合金原料加入到熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，经过静置、精炼、扒渣、在线除气、过滤工序后，将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭，其中熔炼温度730~750℃，精炼温度720~740℃，铸造温度670~690℃；
C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；
D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭锯切为长度4150~4200mm的短铸锭，短铸锭切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层，铣面后铸锭厚度450~500mm，即总加工率控制在92~93%之间；
E、铸锭加热：将锯切铣面后的短铸锭置于加热炉中加热，加热炉制度为440℃保温4h后升温至500℃保温4h出炉轧制；
F、热轧：加热保温后的短铸锭在轧机辊道上长宽对调后进行热轧，短铸锭厚度自出炉厚度降到200mm过程中时，控制每道次变形量在3.5~9%；以每道次9~16%的变形量轧制至40~60mm的任意厚度后再以每道次14~20%的变形量轧制至35mm，最后一道次加工率在10~10.5%，控制终轧温度大于370℃；
G、预拉伸：铝合金板材经过热轧下线冷却后，进行拉伸处理以矫正板型，施加的拉伸率为1.0~1.2%，拉伸速率4.0mm/s；
H、高温退火：铝合金板材经过预拉伸处理后，进行退火处理，退火温度410℃，保温时间3h；
I、锯切包装：退火后铝合金板材退火冷却至室温，进行成品锯切定尺，验收包装。
2.如权利要求1所述超大宽幅铝合金板材的制备方法，其特征在于，步骤B采用半连续水冷铸造方式将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭。
3.如权利要求2所述超大宽幅铝合金板材的制备方法，其特征在于，步骤C中均匀化处理的温度为520±5℃，保温时间为18~22h，出炉后的铝合金铸锭强风冷却至室温。
4.如权利要求3所述超大宽幅铝合金板材的制备方法，其特征在于，步骤D铣面量大面为18~35mm，侧面为10~15mm。
5.如权利要求4所述超大宽幅铝合金板材的制备方法，其特征在于，步骤E中加热炉为推进式加热炉。
6.如权利要求5所述超大宽幅铝合金板材的制备方法，其特征在于，步骤G预拉伸的屈服强度为150MPa。
7.如权利要求6所述超大宽幅铝合金板材的制备方法，其特征在于，步骤I成品尺寸为35.0×4200×4200mm。
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Denomination of invention: A preparation method of super wide aluminum alloy plate Effective date of registration: 20210730 Granted publication date: 20210209 Pledgee: Bank of Harbin Co.,Ltd. Shenyang Branch Pledgor: TIANJIN ZHONGWANG ALUMINIUM INDUSTRY Co.,Ltd. Registration number: Y2021990000659 |