CN111254329A

CN111254329A - 一种6061铝合金中厚板的轧制工艺

Info

Publication number: CN111254329A
Application number: CN202010116389.1A
Authority: CN
Inventors: 张立鑫; 祖立成; 杜凤彪; 张冉; 陈金生
Original assignee: Tianjin Zhongwang Aluminium Industry Co ltd
Current assignee: Tianjin Zhongwang Aluminium Industry Co ltd
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2020-06-09

Abstract

本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种6061铝合金中厚板的轧制工艺，铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：0.4～0.8％、Fe≤0.7％、Cu：0.15～0.4％、Mn≤0.15％、Mg：0.8～1.2％、Cr：0.04～0.35％、Zn≤0.25％、Ti≤0.15％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al，通过在热轧后增加冷轧工序和调整固溶工艺使合金板材获得了晶粒结构均匀且细小的晶粒组织，提高了合金各项性能的均匀性，同时强度和塑性协同提高。

Description

一种6061铝合金中厚板的轧制工艺

技术领域

本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种6061铝合金中厚板的轧制工艺。

背景技术

6061铝合金以镁、硅为主要合金元素，可以热处理强化，具有中等强度，是目前应用最广泛的铝合金之一。通常6061铝合金中厚板的生产工艺路径为熔铸-均热-锯切铣面-热轧-固溶淬火-拉伸-时效。通常中厚板铝合金板材采用热轧的生产方式进行工业生产，将铝合金铸锭加热后进行轧制，其变形抗力降低，塑性提高，容易进行塑性变形且在轧制过程中不易开裂。通常6061铝合金的热轧开轧温度范围为450～500℃不等，热轧下线温度范围为440～500℃，固溶热处理温度范围一般为540～560℃。

由于6系铝合金热轧的下线温度比较高，热轧后合金内部储能较低，在固溶的过程中合金中没有足够的储能使合金发生充分的再结晶形成等轴且细小的晶粒组织，所以通常6系铝合金中厚板的晶粒结构比较粗大，且由于轧制导致合金晶粒沿轧制方向拉长，横截面、纵截面及表面的晶粒形状差异较大，具有一定的方向性，厚度方向上组织结构也具有不均匀性，一般表现为板材心部晶粒较大，表面晶粒较小的不均匀晶粒结构。

随着材料应用的不断发展，对合金材料的要求也越来越高，因此有必要寻求一种新轧制工艺，使6061中厚板拥有更均匀且细小的晶粒结构，优化力学性能和其他性能的各向异性。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有轧制工艺制备的6061铝合金中厚板晶粒结构不均匀，影响中厚板应用范围的问题，提供一种6061铝合金中厚板的轧制工艺。

为达到上述目的，本发明提供一种6061铝合金中厚板的轧制工艺，包括以下步骤：

A、配料：将制备铝合金中厚板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：0.4～0.8％、Fe≤0.7％、Cu：0.15～0.4％、Mn≤0.15％、Mg：0.8～1.2％、Cr：0.04～0.35％、Zn≤0.25％、Ti≤0.15％、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置于熔炼炉中熔炼为液态铝合金，经扒渣、过滤后将液态铝合金熔铸为铝合金铸锭；

C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至530～565℃，保温6～12h，快速冷却至室温；

D、锯切铣面：将均匀化热处理后的铝合金铸锭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480～530℃，保温时间为2～18h；

F、热轧：将加热保温后的铝合金铸锭出炉热轧至成品厚度2倍的中间坯下线，预留50％的冷轧变形量，热轧终轧温度为440～500℃；

G、冷轧：将热轧后的铝合金板材冷却至室温后在热轧机上直接进行冷轧变形至板材成品厚度，冷轧过程中要严格控制板材在轧制过程中的温度，冷轧轧制过程中温度不超过200℃；

H、固溶淬火：将冷轧后的铝合金板材进行固溶处理，固溶温度为525～545℃，保温时间为15～40min，保温结束后淬火出炉；

I、拉伸矫直：将固溶淬火后铝合金板材水冷至室温后进行拉伸矫直，拉伸率为1.7～2.4％；

J、时效：将拉伸矫直后的铝合金板材进行时效处理，时效温度为160～180℃，保温时间为8～15h；

K、检验：将时效后铝合金板材进行表面质量、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将配置好的铝合金原料依次投入熔炼炉中进行熔炼，并使用熔剂进行精炼覆盖，投料后待炉内出现铝水时开始搅拌，搅拌均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度730～750℃，将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度720～740℃，精炼时间为20min，精炼后的铝合金熔体在720±5℃静置20min，将精炼后的铝合金熔体通入高纯氩气并搅拌熔体，除去铝合金熔体中的杂质气体，然后将除气后的铝合金熔体通过孔径≥50ppi的泡沫陶瓷过滤板过滤，过滤温度为720±5℃。

进一步，步骤B液体铝合金置于630mm×1620mm的结晶器铸造铝合金铸锭。

进一步，步骤E中加热炉为推进式加热炉。

进一步，步骤F中间坯的厚度为80～100mm。

进一步，步骤H将冷轧后的铝合金板材置于辊底炉中进行固溶淬火处理。

进一步，步骤H淬火方式为水冷，水冷淬火速度为10～40℃/s。

本发明的有益效果在于：

.本发明所公开的6061铝合金中厚板的轧制工艺，通过在热轧后增加冷轧工序，通过增加在线冷轧工序，增加轧制后中厚板6061合金的内部的位错及缺陷等储能，同时调整固溶工艺，采用温度相对较低，时间较短的固溶工艺，使合金在固溶过程中发生均匀普遍的完全再结晶行为，形成均匀且细小的再结晶晶粒，最终使合金板材合获得了晶粒结构均匀且细小的等轴晶晶粒组织，提高了合金各项性能的均匀性，同时强度和塑性协同提高。热轧后进行冷轧的工艺在铝合金薄板的生产中比较常见，在铝合金中厚板的生产中由于设备能力限制通常只采用热轧变形的方式，不采用冷轧工艺，所以通常的普通工艺下线的热轧中厚板铝合金由于热轧下线温度高，合金在热轧变形过程中发生部分动态再结晶行为等因素，热轧下线后的合金内部储能较低，在后续固溶工艺中很难发生再结晶行为，晶粒组织通常方向性明显且晶粒较大。本工艺通过热轧至中间坯后，采取在线冷却冷轧的方式，应用到铝合金中厚板的生产中，增加合金轧制后下线储能，之后采用低温短时固溶工艺，保证元素回溶效果的前提下使合金中发生普遍的完全再结晶行为，再结晶晶粒组织代替原有晶粒组织，合金形成均匀且细小的等轴晶再结晶晶粒组织，这种晶粒组织会使合金获得更优异的力学性能和更小的各向异性。

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。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为铝合金板材测试晶粒结构时取样位置示意图；

图2为实施例1中铝合金板材各截面金相图；

图3为实施例2中铝合金板材各截面金相图；

图4为对比例1中铝合金板材各截面金相图；

图5为对比例2中铝合金板材各截面金相图。

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6061铝合金中厚板的轧制工艺，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，6061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	0.61	0.30	0.26	0.08	1.02	0.12	0.011	0.02	0.05	余量

B、熔铸：将配置好的铝合金原料依次投入熔炼炉中进行熔炼，并使用熔剂进行精炼覆盖，投料后待炉内出现铝水时开始搅拌，搅拌均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度730℃，将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度720℃，精炼时间为20min，精炼后的铝合金熔体在720℃静置20min，将精炼后的铝合金熔体通入高纯氩气并搅拌熔体，除去铝合金熔体中的杂质气体，然后将除气后的铝合金熔体通过孔径≥50ppi的泡沫陶瓷过滤板过滤，过滤温度为720℃，扒渣、过滤后的液体铝合金置于630mm×1620mm的结晶器铸造铝合金铸锭；

C、均匀化：将铝合金铸锭在均质炉中进行均匀化热处理，均匀化热处理的工艺为：铝合金铸锭升温至560℃，保温8h，快速冷却至室温；

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480℃，保温时间为2h；

F、热轧：将加热保温后的铝合金铸锭出炉热轧至成品厚度2倍的中间坯下线，中间坯的厚度为100mm，预留50％的冷轧变形量，热轧终轧温度为460℃；

G、冷轧：将热轧后的铝合金板材冷却至室温后在热轧机上直接进行冷轧变形至板材成品厚度50mm，冷轧过程中要严格控制板材在轧制过程中的温度，冷轧后板材下线温度200℃；

H、固溶淬火：将冷轧后的铝合金板材进行固溶处理，固溶温度为530℃，其中加热时间为45min，保温时间为15min，保温结束后淬火出炉；

I、拉伸矫直：将固溶淬火后铝合金板材水冷至室温后进行拉伸矫直，拉伸率为2.0％；

J、时效：将拉伸矫直后的铝合金板材进行时效处理，时效温度为170℃，保温时间为12h；

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中6061铝合金原料各元素质量百分数配比为：

元素	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	杂质	Al
											含量	0.59	0.38	0.30	0.08	1.00	0.11	0.014	0.02	0.05	余量

步骤F中间坯的厚度为80mm。步骤G成品厚度为40mm，冷轧后板材下线温度185℃。

对比例1

一种6061铝合金中厚板的轧制工艺，包括以下步骤：

元素	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	杂质	Al
											含量	0.61	0.33	0.26	0.08	1.05	0.09	0.011	0.02	0.05	余量

F、热轧：将加热保温后的铝合金铸锭出炉热轧至成品厚度50mm，热轧后板材下线温度460℃；

G、固溶淬火：将冷轧后的铝合金板材进行固溶处理，固溶温度为545℃，其中加热时间为45min，保温时间为25min，保温结束后淬火出炉；

H、拉伸矫直：将固溶淬火后铝合金板材水冷至室温后进行拉伸矫直，拉伸率为2.0％；

I、时效：将拉伸矫直后的铝合金板材进行时效处理，时效温度为170℃，保温时间为12h；

J、检验：将时效后铝合金板材进行表面质量、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。

对比例2

对比例2与对比例1的区别在于，步骤A中6061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	0.58	0.39	0.31	0.77	0.99	0.08	0.013	0.02	0.05	余量

步骤F将加热保温后的铝合金铸锭出炉热轧至成品厚度40mm，热轧后板材下线温度470℃。

实施例1～2和对比例1～2得到的6061铝合金板材力学性能测试结果，见表1。

表1

从表1中可以看出调整后的热轧+冷轧的综合轧制工艺以及固溶制度相比较于传统工艺的热轧、固溶生产板材，其强度和性能均有一定程度的提高，可以满足各项标准要求。

如图1所示为铝合金板材测试晶粒结构时取样位置示意图，其中L、T、S分别代表轧制后板材的长度方向，横向以及厚度方向，RD代表轧制方向，S-T面为横截面、L-S面为纵截面、L-T面为表面。取样位置分别为板材厚度位置的1/10、1/4及1/2位置，在图上标记为1/10S、1/4S及1/2S，每个位置所取样品分别对其横截面纵截面和表面进行晶粒检测。

如图4和图5所示，通过传统工艺生产的中厚板6061板材的晶粒在纵截面上晶粒有明显的沿着轧向分布的方向性，且横截面、纵截面、表面的晶粒形貌和尺寸相差明显，晶粒普遍较大，尺寸远超过200μm。晶粒的不均匀分布导致了合金某些性能的各向异性，以及合金的性能不均匀。通过调整后的工艺生产的板材金相如图2和图3所示，从图中可以明显的看出，通过新工艺生产的板材完全消除了晶粒分布的方向性，而且横截面、纵截面、表面的晶粒形貌和尺寸相近，晶粒细小且分布均匀，平均晶粒尺寸约为50μm，均匀的晶粒结构可以促进合金的各项性能的均匀性，使合金的各项性能协同提高。

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6061铝合金中厚板的轧制工艺，其特征在于，包括以下步骤：

A、配料：将制备铝合金中厚板的铝合金原料按照重量百分比进行配料，即：Si：0.4～0.8％、Fe≤0.7％、Cu：0.15～0.40％、Mn≤0.15％、Mg：0.8～1.2％、Cr：0.04～0.35％、Zn≤0.25％、Ti≤0.15％、单个杂质≤0.05％，合计≤0.15％，余量为Al；

2.如权利要求1所述6061铝合金中厚板的轧制工艺，其特征在于，步骤B将配置好的铝合金原料依次投入熔炼炉中进行熔炼，并使用熔剂进行精炼覆盖，投料后待炉内出现铝水时开始搅拌，搅拌均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度730～750℃，将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度720～740℃，精炼时间为20min，精炼后的铝合金熔体在720±5℃静置20min，将精炼后的铝合金熔体通入高纯氩气并搅拌熔体，除去铝合金熔体中的杂质气体，然后将除气后的铝合金熔体通过孔径≥50ppi的泡沫陶瓷过滤板过滤，过滤温度为720±5℃。

3.如权利要求2所述6061铝合金中厚板的轧制工艺，其特征在于，步骤B液体铝合金置于630mm×1620mm的结晶器铸造铝合金铸锭。

4.如权利要求1所述6061铝合金中厚板的轧制工艺，其特征在于，步骤E中加热炉为推进式加热炉。

5.如权利要求1所述6061铝合金中厚板的轧制工艺，其特征在于，步骤F中间坯的厚度为80～100mm。

6.如权利要求1所述6061铝合金中厚板的轧制工艺，其特征在于，步骤H将冷轧后的铝合金板材置于辊底炉中进行固溶淬火处理。

7.如权利要求1所述6061铝合金中厚板的轧制工艺，其特征在于，步骤H淬火方式为水冷，水冷淬火速度为10～40℃/s。