CN110923525B

CN110923525B - 一种高性能7系铝合金薄板的制备工艺

Info

Publication number: CN110923525B
Application number: CN201911400624.1A
Authority: CN
Inventors: 赵俊才; 葛浩龙; 蔡鹏程; 崔学团; 付彦军; 景子毅; 玄宝; 杜凤彪; 祖立成
Original assignee: Tianjin Zhongwang Aluminium Industry Co ltd
Current assignee: Tianjin Zhongwang Aluminium Industry Co ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2039-12-30
Also published as: CN110923525A

Abstract

本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种高性能7系铝合金薄板的制备工艺，合金成分为：Si≤0.10％、Fe≤0.15％、Cu：1.7～1.9％、Mg：2.4～2.55％、Zn：5.8～6.0％、Cr≤0.24％、Ni≤0.04％、Ti≤0.03％、Mn≤0.05％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al，通过对配方和工艺的改进，使得制备的铝合金薄板在宽度方向上的不平度及性能均匀性得到了保证，解决现有轧制工艺制备超大宽幅铝合金卷材，卷材宽度方向上的性能均匀性以及卷材平整度不佳的问题。

Description

一种高性能7系铝合金薄板的制备工艺

技术领域

本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种高性能7系铝合金薄板的制备工艺。

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。

厚度≤4mm的7系铝合金超宽板材需要经气垫式连续退火炉生产，当温度高于480℃时，板材经水冷后板形较差，易引起弓背、下垂等缺陷，在风冷段容易引起划伤。同时由于退火炉的炉区长度有限，在保温时间较长时，板材在退火炉的速度较慢，易引起板材在退火炉内断裂。由于固溶温度和固溶时间的限制，普通成分的7系铝合金性能不能满足客户需求或板形较差，不平度不满足客户需求。

2系和7系铝合金冷轧板材对热轧轧制和卷取提出了较高要求，当板材较薄时，卷取存在较大风险。当热轧温度过高时或卷取力过大时板材卷材表面会出现较多粘伤；当终轧温度较低，轧制乳液无法完全挥发而导致卷材表面会出现乳液斑。卷材宽度越宽，对卷取张力要求越大，同时板材中间出现褶皱的风险增大，严重时出现无法卷取导致轧制失败。实际生产时，卷材宽度越大、合金强度越高，热轧终轧厚度就越大。终轧厚度较大热轧卷需要多道次冷轧才能达到终轧厚度，当冷轧累计变形量达到65％，卷材因变形强化而导致冷轧无法进行下去，需要中间退火才能完成继续轧制。引入中间退火导致成本大幅增加，也增大逾期交付的风险。当冷轧变形率增大到60％，板形无法有效保证。此外宽幅卷材在气垫式连续退火炉固溶时，会出现双弓背，当弓背高度大于退火炉的炉膛高度时，板材划伤无法避免。本专利解决7系板材在热轧轧制卷取困难，冷轧板形不良，固溶后性能和板形之间的协调问题，解决冷轧板材的表面质量，为客户提供优质产品。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有轧制工艺制备宽幅铝合金卷材，卷材宽度方向上的性能均匀性以及卷材平整度不佳的问题，提供一种高性能7系铝合金薄板的制备工艺。

为达到上述目的，本发明提供一种高性能7系铝合金薄板的制备工艺，包括以下步骤：

A、配料：将制备7系铝合金薄板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si≤0.10％、Fe≤0.15％、Cu：1.7～1.9％、Mg：2.4～2.55％、Zn：5.8～6.0％、Cr≤0.24％、Ni≤0.04％、Ti≤0.03％、Mn≤0.05％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；

B、熔铸：计算各铝合金原料用量并将配制好的铁块、铜块、镁块、工业硅块和铝锭分别转入熔炼炉内熔融至半熔化状态，加锌锭(锌锭刚能完全淹没，以防止烧损)进行扒渣，使得铝液表面无明显浮渣残留，当铝合金原料完全融熔化后，对合金成分进行检测，当成分合格后进行倒炉熔炼，倒炉温度为740～750℃，采用氯氩混合气对熔体进行精炼、扒渣处理，精炼时间为30～45min，精炼后的铝液熔铸为铝合金铸锭；

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在冷却室冷却后切去头尾并铣去铝合金铸锭表面凝壳层；

E、铸锭加热：将锯切铣面后的铝合金铸锭置于加热炉中加热，加热炉温度为420～430℃，保温时间为3～6h；

F、热轧：加热保温后的铝合金铸锭出炉进行轧制，热粗轧开轧温度为410±10℃，热粗轧的中间坯厚度为40±2mm，中间坯宽度为2250±5mm，热精轧的开轧温度为360±10℃，热轧终轧厚度为3.5±0.2mm，切边后宽度为2235±5mm，为保证热轧卷材卷取成功，增加乳液喷射压力和喷嘴组数，热轧终轧温度为270±10℃；

G、冷轧：铝合金卷材热轧下线后进行冷轧，经过两个道次轧制到2.0mm，冷轧总变形量为40～45％，轧制速度维持在240mm/min，控制卷取张力，保证卷材质量；

H、固溶退火：将冷轧后的铝合金卷材进行固溶处理，固溶温度为480±10℃，保温时间为210±30s；

I、拉伸矫直：将固溶处理后铝合金卷材水冷至室温后进行拉伸矫直，拉伸率为1～1.5％；

J、双级时效：将拉伸矫直后的铝合金卷材进行双级时效处理，时效制度为100℃*12h+120℃*12h；

K、检验：将双级时效后铝合金卷材进行表面质量、尺寸低倍、高倍组织、力学性能检验，对满足客户要求的产品进行包装。

进一步，步骤B精炼后的铝液采用双级陶瓷过滤板进行过滤熔铸。

进一步，步骤C中均匀化处理温度为470～480℃，保温时间为23～48h。

进一步，步骤E加热炉为推进式加热炉。

进一步，步骤G冷轧道次为3.5mm→2.4mm→2.0mm。

进一步，步骤H固溶退火方式为气垫式连续退火。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的高性能7系铝合金薄板的制备工艺，原料配方中Si属于杂质元素，将Si元素的含量控制在0.10％以下，含量较高的Si元素会形成Mg₂Si(Fe，Cr)SiAl₁₂、AlFeMnSi等粗大、难溶相，这些粗大化合物在板材板形过程中引起应力集中，导致板材延伸率降低。过量的Fe会形成(Fe，Cr)SiAl₁₂、Al₇Cu₂Fe和FeAl₃等化合物，这些化合物属于杂质相，该相的尺寸较大，易引起板材的脆性断裂，降低板材的延伸率，因此将Fe的含量控制在0.15％以下。

提高Cu/Mg比值，可以形成更多的Al₂MgCu相来提高合金的强度。并且Cu能够溶解至GP区，提高了GP区的稳定温度范围，较低了淬火延迟对板材力学性能的影响。因此将Cu含量控制在1.7～1.9％，Mg含量2.4～2.55％，采用AA标准的中限。Zn元素的含量为5.8～6.0％，采用合金中的上限。合金中总化学元素10.8％以内，合金铸造难度没有明显提高。

2、本发明所公开的高性能7系铝合金薄板的制备工艺，铸锭加热制度为420-430℃，保温时间为3-6h，出炉进行轧制，开轧温度为410±10℃，热粗轧的中间坯厚度为40mm，中间坯宽度为2250mm，热精轧的开轧温度为360±10℃，热轧终轧厚度为3.5mm，进行切边后宽度为2235mm，保证了卷材轧制效果。并且为保证热轧卷材卷取成功，增加了乳液喷射压力和喷嘴组数，热轧终轧温度为270±10℃。

3、本发明所公开的高性能7系铝合金薄板的制备工艺，对经气垫式连续退火炉处理的卷材进行时效处理，为保证板材卷材的板形，特将时效制度选取为时效制度为100℃*12h+120℃*12h，先低温时效保证晶内形成大量细小弥散的GP区，这些细小弥散的析出相作为第二级时效析出物的形核核心。保证板材强度时，也最大程度的保证合金的板形。

4、本发明所公开的高性能7系铝合金薄板的制备工艺，对冷轧后的铝合金卷材进行高温固溶退火处理和拉伸矫直处理，使铝合金卷材在宽度方向上的不平度及性能均匀性得到了保证，成品板材的不平度满足≤1/3GB，力学性能满足欧标、美标、国标要求。

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

一种高性能7系铝合金薄板的制备工艺，包括以下步骤：

A、配料：将制备7系铝合金薄板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：

元素	Si	Fe	Cu	Mg	Mn	Zn	Cr	Ni	Ti	杂质	Al
												含量	0.06	0.12	1.84	2.54	0.04	5.9	0.22	0.04	0.02	0.1	余量

B、熔铸：计算各铝合金原料用量并将配制好的铁块、铜块、镁块、工业硅块和铝锭分别转入熔炼炉内熔融至半熔化状态，加锌锭(锌锭刚能完全淹没，以防止烧损)进行扒渣，使得铝液表面无明显浮渣残留，当铝合金原料完全融熔化后，对合金成分进行检测，当成分合格后进行倒炉熔炼，倒炉温度为740～750℃，采用氯氩混合气对熔体进行精炼、扒渣处理，精炼时间为30～45min，精炼后的铝液采用双级陶瓷过滤板过滤熔铸为铝合金铸锭，铝合金铸锭规格为520mm*2220mm*7400mm；

C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化处理温度为470～480℃，保温时间为23～48h；

E、铸锭加热：将锯切铣面后的铝合金铸锭置于推进式加热炉中加热，加热炉温度为420～430℃，保温时间为3～6h；

F、热轧：加热保温后的铝合金铸锭出炉进行轧制，热粗轧开轧温度为410±10℃，热粗轧的中间坯厚度为40mm，中间坯宽度为2250mm，热精轧的开轧温度为360±10℃，热轧终轧厚度为3.5mm，切边后宽度为2235mm，为保证热轧卷材卷取成功，增加乳液喷射压力和喷嘴组数，热轧终轧温度为270±10℃；

G、冷轧：铝合金卷材热轧下线后进行冷轧，冷轧道次为3.5mm→2.4mm→2.0mm，轧制速度维持在240mm/min，控制卷取张力，保证卷材质量；

H、固溶退火：将冷轧后的铝合金卷材进行固溶处理，固溶温度为480℃，保温时间为210s，固溶退火方式为气垫式连续退火加热，水淬；

I、拉伸矫直：将固溶处理后铝合金卷材水冷至室温后进行拉伸矫直，拉伸率为1.5％；

J、双级时效：将拉伸矫直后的铝合金卷材进行双级时效处理，时效制度为100℃*12*h+120℃*12h；

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，步骤A将制备7系铝合金薄板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：

元素	Si	Fe	Cu	Mg	Mn	Zn	Cr	Ni	Ti	杂质	Al
												含量	0.08	0.11	1.83	2.56	0.05	5.8	0.23	0.04	0.03	0.1	余量

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，步骤A将制备7系铝合金薄板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：

元素	Si	Fe	Cu	Mg	Mn	Zn	Cr	Ni	Ti	杂质	Al
												含量	0.05	0.13	1.78	2.53	0.04	5.9	0.24	0.03	0.02	0.1	余量

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于，步骤F中加热保温后的铝合金铸锭出炉进行轧制，热粗轧开轧温度为410±10℃，热粗轧的中间坯厚度为40mm，中间坯宽度为2350mm，热精轧的开轧温度为360±10℃，热轧终轧厚度为4.5mm，切边后宽度为2235mm，为保证热轧卷材卷取成功，增加乳液喷射压力和喷嘴组数，热轧终轧温度为270±10℃；

步骤G中铝合金卷材热轧下线后进行冷轧，冷轧道次为4.5mm→2.9→2.0mm，轧制速度维持在240mm/min，控制卷取张力，保证卷材质量。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，步骤A将制备7系铝合金薄板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：

元素	Si	Fe	Cu	Mg	Mn	Zn	Cr	Ni	Ti	杂质	Al
												含量	0.12	0.2	1.67	2.54	0.05	5.7	0.24	0.01	0.01	0.1	余量

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于，对比例2在水冷过程中，淬火水压由1.0bar提升至2.0bar，但减少水冷喷头数量，保证合金具有相同的冷却强度。

实施例1～4与对比例1～2所制备7系铝合金薄板的屈服强度、抗拉强度、延伸率以及不平度的测试结果见表1。

表1

通过对7系高强度铝合金的成分优化和对制备工艺的优化，新的7系铝合金成分能够保证合金较高的强度，而新的制备工艺能够获得板形较好，力学性能优异，抗拉强度达到587MPa，屈服强度达到520MPa，延伸率达到13.5％，完全满足EN485性能要求：抗拉强度≥540MPa，屈服强度≥470MPa，延伸率≥7％。

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

1.一种高性能7系铝合金薄板的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

B、熔铸：计算各铝合金原料用量并将配制好的铁块、铜块、镁块、工业硅块和铝锭分别转入熔炼炉内熔融至半熔化状态，加锌锭进行扒渣，使得铝液表面无明显浮渣残留，当铝合金原料完全融熔化后，对合金成分进行检测，当成分合格后进行倒炉熔炼，倒炉温度为740～750℃，采用氯氩混合气对熔体进行精炼、扒渣处理，精炼时间为30～45min，精炼后的铝液熔铸为铝合金铸锭；

C、均匀化：铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理；

H、固溶退火：将冷轧后的铝合金卷材进行固溶处理，固溶温度为480±10℃，保温时间为210±30s：

2.如权利要求1所述高性能7系铝合金薄板的制备工艺，其特征在于，步骤B精炼后的铝液采用双级陶瓷过滤板进行过滤熔铸。

3.如权利要求1所述高性能7系铝合金薄板的制备工艺，其特征在于，步骤C中均匀化处理温度为470～480℃，保温时间为23～48h。

4.如权利要求1所述高性能7系铝合金薄板的制备工艺，其特征在于，步骤E加热炉为推进式加热炉。

5.如权利要求1所述高性能7系铝合金薄板的制备工艺，其特征在于，步骤G冷轧道次为3.5mm→2.4mm→2.0mm。

6.如权利要求1所述高性能7系铝合金薄板的制备工艺，其特征在于，步骤H固溶退火方式为气垫式连续退火。