CN112547831A - 一种大宽幅铝合金带筋板及其生产方法和挤压穿孔针 - Google Patents
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Abstract
一种大宽幅铝合金带筋板及其生产方法和挤压穿孔针，属于铝合金材料加工领域。该大宽幅铝合金带筋板的生产方法，熔铸、预热、挤压制成铝合金带筋管材，淬火后进行切割展平，在进行热处理，得到满足船体使用的超宽幅、高强度、高耐腐蚀的大宽幅铝合金带筋板；并且提供了一种挤压穿孔针进行挤压，相比于铝合金实心铸锭挤压后，性能能够进一步提高。该生产方法能够避免现有工艺中为了实现大宽幅铝合金船板批量生产采用搅拌摩擦焊的焊接道次，减少焊缝数量，大大提高船舶整体强度及密封性，降低成产成本，提升生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金材料加工领域，具体涉及一种大宽幅铝合金带筋板及其生产方法和挤压穿孔针。
背景技术
船舶的工作环境要求其结构材料具有高强度、高韧性、高耐蚀性、抗疲劳、抗冲击及良好的焊接性等综合性能，尤其是行驶在海洋环境中的船舶，因海水含有大量的Cl－，是一种典型的电解溶液，具有很强的腐蚀性，在这种强腐蚀环境及应力作用下，更要求船舶用材料具有优异的抗电化学腐蚀及抗应力腐蚀性能。
由于铝合金具备高强度和耐蚀性、优良的加工成形性和焊接性、易回收及抗老化等特点，使得铝合金在船舶制造上的应用越来越多，前景广阔。船舶用板材实际生产中多使用5系铝合金，采用单动卧式正向挤压机进行板材挤压，但现有最大吨位的225MN挤压机仅能挤压出800mm宽带筋板，对于800mm以上的大宽幅铝合金带筋板国内多采用多段式拼接成型技术，拼接板材无论是机械性能、密闭性、还是耐渗透腐蚀性能方面均低于一体化板材，此外传统5系铝合金挤压型材力学性能难以满足军工使用标准，国内对于军工船板多依赖于国外进口。因此，提高高强高耐蚀性大宽幅船舶用铝合金带筋板的力学性能以及改善生产工艺的研究具有重大的现实意义。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决应用现有挤压生产设备无法生产出800mm大宽幅以上甚至1500mm超大宽幅以上的船舶用带筋板、船舶用5系铝合金力学性能及耐蚀性差的技术问题，提供一种大宽幅铝合金带筋板及其生产方法和挤压穿孔针。其对大宽幅铝合金带筋板的铝合金成分优化、挤压穿孔针结构改进，生产工艺改进、包括最佳热处理工艺及后期板材展平工序改进，得到满足船体使用的超宽幅、高强度、高耐腐蚀的大宽幅铝合金带筋板，能够避免现有工艺中为了实现大宽幅铝合金船板批量生产采用搅拌摩擦焊的焊接道次，减少焊缝数量，大大提高船舶整体强度及密封性，降低成产成本，提升生产效率。
本发明的一种大宽幅铝合金带筋板的生产方法，包括以下步骤：
步骤1：备料
根据制备的大宽幅铝合金带筋板的成分要求，称量铝合金原料；
所述的大宽幅铝合金带筋板，其包括的成分及各个成分的质量百分数为：Si：0.02～0.07％，Fe：0.10～0.15％，Cu：0.01～0.05％，Mn：0.9～1.0％，Mg：6.2～6.8％，Ti：≤0.08％，Zr：≤0.06％，Zn：≤0.02％，余量为Al和不可避免的杂质，其中，杂质中单个元素：≤0.05％，杂质元素总计：≤0.15％；
步骤2：熔铸
将铝合金原料加入熔炼炉，熔炼后浇铸，得到铝合金实心铸锭；
步骤3：预热
顺着铝合金实心铸锭挤压方向，将铝合金实心铸锭轴向上分为三段，分别为铝合金实心铸锭首段、铝合金实心铸锭中段和铝合金实心铸锭尾段，控制铝合金实心铸锭首段加热温度460～480℃，铝合金实心铸锭中段温度控制在450～470℃，铝合金实心铸锭尾段温度控制在440～460℃，得到预热后的铸锭；
将模具进行预热，预热温度控制范围为400～450℃，保温时间为10～15h；
顺着铝合金实心铸锭挤压方向，将挤压筒沿轴向上分为三段，分别为挤压筒首段、挤压筒中段和挤压筒尾段，并采用三段式分段预热，挤压筒首段温度420～440℃，挤压筒中段400～420℃，挤压筒尾段380～400℃，得到预热后的挤压筒；
步骤4：挤压
将预热后的铝合金实心铸锭置于预热后的挤压筒中，向预热模具方向进行挤压，得到挤压后的铝合金带筋管材；挤压速度为0.2～0.4mm/s；
步骤5：淬火
将挤压后的铝合金带筋管材进行在线风冷淬火，进入淬火区温度为340～360℃，淬火后温度<110℃，得到淬火后铝合金带筋管材；
步骤6：切开展平
沿淬火后铝合金带筋管材轴向切割，切割后沿切割线拉伸，使用预留展开模具进行展平处理，得到大宽幅铝合金带筋板材；
步骤7：冷作硬化加工
将大宽幅铝合金带筋板材进行加工硬化拉伸处理，拉伸率为3～6％，优选为4～5％，得到拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材；
步骤8：热处理
将拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材220～310℃稳定化退火1～3h后，再于140～160℃敏化处理50～110h，得到大宽幅铝合金带筋板。
所述的步骤1中，进一步地，大宽幅铝合金带筋板，其包括的成分及各个成分的质量百分数优选为：Si：0.05％，Fe：0.13％，Cu：0.01％，Mn：1.0％，Mg：6.4％，Ti：0.08％，Zr：0.06％，Zn：0.02％，余量为Al和不可避免的杂质，其中，杂质中单个元素：≤0.05％，杂质元素总计：≤0.15％。
所述的步骤2中，铝合金铸锭的外径为780mm。
所述的步骤3中，铝合金实心铸锭首段为铝合金实心铸锭长度的1/3，铝合金实心铸锭尾段为铝合金实心铸锭长度1/3，剩余长度为铝合金实心铸锭中段。
所述的步骤3中，靠近模具的一端作为挤压筒首段，挤压筒首段为挤压筒长度的1/3，远离模具的一端作为挤压筒尾段，挤压筒尾段为挤压筒长度1/3，剩余长度为挤压筒中段。
所述的步骤4中，挤压后，挤压压余长度为15～30mm。
所述的步骤4中，挤压后的铝合金带筋管材为圆管带筋管材，管材内径达到550mm，管材壁厚为4～6mm，管材外筋个数为8根立筋，立筋高度为100mm。
所述的步骤7中，使用大型拉伸矫直机对大宽幅铝合金带筋板材进行加工硬化拉伸处理，在提高产品机械性能的同时减少了产品的内应力，内应力的产生使得后期产品在抗腐蚀性能方面得到减弱。
所述的步骤8中，优选为290～310℃稳定化退火1～3h，更优选为300℃稳定化退火2h。
所述的步骤8中，优选为150℃敏化处理90～110h，更优选为100h。
一种大宽幅铝合金带筋板，采用上述大宽幅铝合金带筋板的生产方法制得，其屈服强度为190～200MPa，抗拉强度为310～320MPa，延伸率为14～16％，抗晶间腐蚀单位面积损失质量为20～30mg/cm2。
本发明的一种挤压穿孔针，包括实心连接轴，实心连接轴的一端连接挤压杆，实心连接轴的另一端连接挤压随动针，并且实心连接轴、挤压杆、挤压随动针同轴，在实心连接轴周向套设有一体式挤压垫，挤压随动针为空心圆柱结构。
优选为，挤压随动针远离连接轴的一端设置有20°倒角，挤压随动针靠近连接轴的一端设置环状压余台阶，压余台阶的外径～挤压随动针的外径＝5～6mm。
本发明的一种大宽幅铝合金带筋板的生产方法，包括以下步骤：
S1：备料熔铸
根据制备的大宽幅铝合金带筋板的成分要求，称量铝合金原料；
将铝合金原料加入熔炼炉，熔炼后浇铸，得到铝合金铸锭；
所述的大宽幅铝合金带筋板，其包括的成分及各个成分的质量百分数为：Si：0.02～0.07％，Fe：0.10～0.15％，Cu：0.01～0.05％，Mn：0.9～1.0％，Mg：6.2～6.8％，Ti：≤0.08％，Zr：≤0.06％，Zn：≤0.02％，余量为Al和不可避免的杂质，其中，杂质中单个元素：≤0.05％，杂质元素总计：≤0.15％；
S2：镗孔
将铝合金铸锭镗孔，得到铝合金空心铸锭；
S3：预热
将铝合金空心铸锭沿周向进行分段，以挤压时，铝合金空心铸锭在挤压筒中的相对位置，分为上端、下端、左端和右端，然后每段分别预热，上端温度控制在440～460℃，下端温度控制在460～480℃，左端温度控制在450～470℃，右端温度控制在450～470℃，得到预热后的铸锭；
将模具预热，预热温度控制范围为400～450℃，保温时间为10～15h；
顺着铝合金空心铸锭挤压方向，将挤压筒沿轴向上分为三段，分别为挤压筒首段、挤压筒中段和挤压筒尾段，并采用三段式分段预热，挤压筒首段温度420～440℃，挤压筒中段400～420℃，挤压筒尾段380～400℃，得到预热后的挤压筒；
S4：挤压
将预热后的铸锭空心中设置挤压随动针，然后置于预热后的挤压筒中，向预热模具方向进行挤压，得到挤压后的铝合金带筋管材；挤压速度为0.2～0.4mm/s；
S5：淬火
将挤压后的铝合金带筋管材进行在线风冷淬火，进入淬火区温度为340～360℃，淬火后温度<110℃，得到淬火后铝合金带筋管材；
S6：切开展平
沿淬火后铝合金带筋管材轴向切割，切割后沿切割线拉伸，使用预留展开模具进行展平处理，得到大宽幅铝合金带筋板材；
S7：冷作硬化加工
将大宽幅铝合金带筋板材进行加工硬化拉伸处理，拉伸率为3～6％，优选为4～5％，更优选为5％，得到拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材；
S8：热处理
将拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材220～310℃稳定化退火1～3h后，再于140～160℃敏化处理50～110h，得到大宽幅铝合金带筋板。
所述的S1中，铝合金铸锭的外径为780mm。
所述的S1中，进一步地，大宽幅铝合金带筋板，其包括的成分及各个成分的质量百分数优选为：Si：0.05％，Fe：0.13％，Cu：0.01％，Mn：1.0％，Mg：6.4％，Ti：0.08％，Zr：0.06％，Zn：0.02％，余量为Al和不可避免的杂质，其中，杂质中单个元素：≤0.05％，杂质元素总计：≤0.15％。
所述的S2中，铝合金空心铸锭的内径为
其中，
为铝合金空心铸锭的内径，π为圆周率，取3.14，△d为挤压管材展切开平时的损失量，优选为100mm，L为最终制备的大宽幅铝合金带筋板的宽度，铝合金空心铸锭的外径为
铝合金空心铸锭长度为1100～1500mm。
所述的S3中，将铝合金空心铸锭沿周向均分为4段。
所述的S4中，挤压后，挤压压余长度为15～30mm。
所述的S4中，挤压后的铝合金带筋管材为无缝圆管带筋管材，铝合金带筋管材内径为挤压随动针的外径，管材壁厚为4～6mm，管材外筋个数为8根立筋，立筋高度为100mm。
所述的S4中，优选为，挤压随动针的外径和铝合金空心铸锭的内径相差4～6mm，挤压随动针的长度为铝合金空心铸锭长度+(100～200)mm。
所述的S4中，挤压选用225MN单动卧式挤压机，225MN单动卧式挤压机包括挤压筒、挤压杆和模具，挤压筒的挤压出口处设置有模具，挤压时，挤压杆和挤压筒配合进行挤压，挤压杆和挤压穿孔针螺接。
所述的S7中，使用大型拉伸矫直机对大宽幅铝合金带筋板材进行加工硬化拉伸处理，在提高产品机械性能的同时减少了产品的内应力，内应力的产生使得后期产品在抗腐蚀性能方面得到减弱。
所述的S8中，优选为290～310℃稳定化退火1～3h，更优选为300℃稳定化退火2h。
所述的S8中，优选为150℃敏化处理90～110h，更优选为100h。
一种大宽幅铝合金带筋板，采用上述生产方法制得，制得的大宽幅铝合金带筋板，屈服强度为200～215MPa，抗拉强度为335～355MPa，延伸率为11～14％，抗晶间腐蚀单位面积损失质量为10～14mg/cm2。
所述的大宽幅铝合金带筋板的宽度为800～2400mm。
本发明的有益效果在于：
1、成分优化方面，相较于传统5系铝合金成分，Mg含量控制在6.2～6.8％范围内具有较高的机械性能，由于Mg含量增加，使固溶强化效果增强，但随Mg含量的增加，铝合金挤压型材的热裂倾向加重。过渡元素Mn的提高在Al-Mg合金中能提高Mg元素的固溶度，并阻止铝合金再结晶过程，提高再结晶温度，同时降低挤压型材的热裂倾向，所以控制Mn0.9～1.0％，Mn/Zr联合控制Zr引起的各向异性。挤压温度提升对于挤压成型效果较好，产品不同位置的金属流动性显著增加，端面立筋、端头、圆管各个位置的金属流动速度趋于稳定，这样挤压产品后期尺寸精度得到大幅度提高，为产品后期展开整形过程预留了足够的调整空间，成分优化后的合金主要元素为Mg，合金的强度随着Mg含量的增加而提高，Mg以β相Mg5Al8合金化合物存在，而Mn与Zr元素主要起到抑制再结晶温度抗粗化的作用，后期同样起到一定的强化作用。
2、挤压穿孔针方面：由于合金成分中Mg含量大幅提高，导致铝合金硬度大幅提高，传统挤压设备会由于压力不足导致憋压抱死等事故，采用高温挤压出来的产品往往由于合金的高温下抗力超过变形抗力上限而开裂，更加严重时会出现返帽，残铝抱死挤压杆，设备则无法正常运转。通过设计的挤压穿孔针，改变传统的挤压生产方式(挤压杆+模具垫正向挤压)，在挤压杆前端螺接挤压穿孔针，通过挤压穿孔针中的挤压随动针随动挤压铝合金空心铸锭的方式完成硬质合金挤压材的制备。采用挤压随动针的优点是铸锭内表面与挤压随动针表面发生摩擦，而铸锭外表面与挤压筒内壁发生摩擦，挤压随动针与模具型材间隙构成制品的横截面，有效的增加了挤压空心铸锭的单位受力压力，实现了硬质合金薄壁型材挤压的可能。
挤压穿孔针、挤压垫设计为一体式结构，并于挤压杆螺接，保证挤压穿孔系统的轴向同心度，提升挤压管材尺寸精度，同时挤压随动针为空心结构，在保证使用强度的同时，避免了由于挤压穿孔针自重而造成的挤压系统偏心情况出现提高了产品压出的壁厚精度。同时挤压随动针设计为锥度20°的锥形结构，这种结构在挤压过程中有效的保证了空心挤压铸锭与挤压穿孔针的及时分离开来；挤压随动针靠近挤压垫一侧根部为二段式台阶设计，使得挤压末期残铝更加容易脱离挤压穿孔针，以往尝尝出现挤压末期挤压穿孔针被挤压残料抱死无法正常退出挤压杆的情况，并且挤压穿孔针设计在根部对应挤压末期，不影响挤压成品质量。
因此，随动式挤压穿孔针，实现无缝管正向挤压，避免出现挤压焊合线，提高铝合金管材质量。
3、工艺优化方面：本发明记载的船舶用大宽幅铝合金带筋板生产方法，通过熔铸、挤压工艺制成铝合金带筋管材，然后进行切割展平，形成大宽幅一体化铝合金带筋板，代替传统多段式拼接板材，无焊缝，大幅提高产品机械性能、密闭性、耐渗透腐蚀性。
挤压过程中铝合金空心铸锭采用分段加热的目的主要为控制铸锭上下左右空心环的温度，铝合金空心铸锭的心部与挤压穿孔针紧密贴合，二者的温差直接影响挤压过程中挤压空心铸锭心部的摩擦拉应力，同时挤压穿孔针由于自重的下坠会随着挤压杆的前进而发生摆动，摆动幅度的大小直接影响挤压制品的壁厚差即偏壁情况，所以在挤压过程中，铝合金空心铸锭的下端温度要求高于铝合金空心铸锭的上部温度，通过提升下端挤压温度提升下端的金属的流动性及流动速度，较好的流动性减小了穿孔针下坠的偏差，同时左右温度的稳定均匀控制着挤压穿孔针的作用摆动，挤压穿孔针左右摆动随着左右两侧金属的稳定流动而保持恒定，最终保证制品的左右壁厚尺寸保持较高水平。
4、本发明的超大宽幅铝合金带筋板的生产方法，冷作硬化加工过程控制拉伸率为5～15％，提高产品机械性能的同时减少了产品的内应力，提高后期产品在抗腐蚀能力。
5、本发明的超大宽幅铝合金带筋板属于不可热处理强化铝合金，主要通过加工硬化来提高强度。如果在生产方法中，不经过热处理过程即220～300℃稳定化退火2h后，在进行150℃敏化处理50～100h，合金性能并不稳定，在室温下长时间使用会发生时效软化，本发明的热处理过程能够规避时效软化现象，通过稳定化退火会使β相的分布更加均匀，进而获得稳定的良好力学性能与良好的耐蚀性能。
6、通过本发明的生产方法，能够提高挤压过程中配件间隙配合度和挤压过程的稳定性，对型材进行尺寸矫正及冷加工处理以达到装配使用尺寸要求。通过整体断面的挤压成型，不仅有效的提高了船板的一体化强度，同时也减少了以往多道次拼接后产品出现的一系列缺陷问题，整体壁板加工更加方便，具有较高的强度及抗海水腐蚀性能。超宽幅带筋板的优势在于减少搅拌摩擦焊接工序的同时，保证了船板的刚性和密封性，降低了产品生产成本，提升了生产效率。
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为本发明的挤压穿孔针的结构示意图；
附图标记：101为实心连接轴、102为一体式挤压垫、103为挤压随动针、1031为压余台阶、1032为倒角、104为挤压杆。
图2为本发明的铝合金空心铸锭的预热分段示意图；
图中，201为上端、202为下端、203为左端、204为右端。
图3为本发明的挤压筒的预热分段示意图；
图中，301为挤压筒首段、302为挤压筒中段、303为挤压筒尾段。
图4为本发明的挤压过程中装配示意图；
图中，103为挤压随动针，1031为压余台阶，2为铝合金空心铸锭，3为挤压筒。
图5为本发明经挤压后的铝合金带筋管材示意图。
图6为本发明经挤压后铝合金切割展平后铝合金带筋板材示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例中采用了一种大宽幅铝合金带筋板制备用挤压穿孔针，其结构示意图见图1，包括实心连接轴101，实心连接轴101外套设有一体式挤压垫102，实心连接轴101两侧分别螺接挤压杆104与挤压随动针103，并且实心连接轴101、挤压杆104、挤压随动针103同轴，所述挤压随动针103为外径Φ545mm的空心圆柱结构。
挤压随动针103远离实心连接轴101一端设有20°倒角1032，在挤压随动针103靠近实心连接轴101一侧根部设有环状压余台阶1031，压余台阶1031外径厚于挤压随动针103外径5mm。
一种大宽幅铝合金带筋板的生产方法，包括以下步骤：
S1：按照以下重量份数比配制铝合金原料，Si：0.05％，Fe：0.13％，Cu：0.01％，Mn：1.0％，Mg：6.3％，Ti：0.08％，Zr：0.06％，Zn：0.02％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质中单个元素：≤0.05％，杂质元素合计：≤0.15％；
S2.熔铸：将配制好的铝合金原料按照先小料后大料，先高熔点、后低熔点的顺序加入熔炼炉，熔炼后将铝合金熔液浇入结晶器进行铸造，得到外径为Φ780mm的铝合金铸锭；
S3.镗孔锯切：将铝合金铸锭镗孔，制成铝合金空心铸锭，铸锭内径
铸锭外径
铸锭长度为1100～1500mm；
S4.预热：将铝合金空心铸锭2沿周向均分为4段，根据其在挤压筒的相对位置，分为上端201、下端202、左端203和右端204，并且进行分段预热(示意图见图2)，上端温度控制在450℃，下端温度控制在470℃，左端和右端温度必须控制在460℃、模具预热温度控制范围为440℃，保温时间14h；
顺着铝合金空心铸锭挤压方向，将挤压筒3沿轴向上分为三段，靠近模具一端的挤压筒为挤压筒首段301、然后依次为挤压筒中段302和挤压筒尾段303(示意图见图3)，并采用三段式分段预热，挤压筒首段440℃，挤压筒中段420℃，挤压筒尾段温度400℃；
S4.挤压：预热后的铝合金空心铸锭2的空心中套设挤压机随动针103后，整体送入铝合金挤压机的预热后的挤压筒3中，通过挤压杆对挤压穿孔针的一体式挤压垫的挤压力，将铝合金空心铸锭挤压至模具中，挤压成型，得到铝合金带筋管材，其示意图见图5；其中，挤压杆的挤压速度为0.3mm/s，挤压铸锭压余长度必须控制在20mm之间，挤压过程的装配示意图见图4；
S5.淬火：经挤压后的铝合金带筋管材进行风冷淬火，进入淬火区温度350℃，淬火后温度低于110℃，得到淬火后铝合金带筋管材；
S6.机械切开展平：沿淬火后铝合金带筋管材轴向使用激光进行切割，切割前需要沿型材轴向方向进行切割线确认，切割开以后产品通过大型起重吊车进行沿切割线拉伸开，然后使用预留展开模具进行展平处理，实现大宽幅铝合金带筋板材的制备，展平后铝合金带筋板材示意图见图6；
S7.冷作硬化加工：使用拉伸矫直机对大宽幅铝合金带筋板材进行加工硬化拉伸处理，拉伸率为5％，得到拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材；
S8.热处理：将拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材带筋板材经过300℃×2h稳定化退火后，在150℃×100h敏化处理，得到大宽幅铝合金带筋板。
产品目标力学性能屈服强度RP0.2＝200MPa、抗拉强度Rm＝340MPa、延伸率A50＝11％，抗剥落腐蚀性能N级，抗晶间腐蚀单位面积质量损失≤15mg/cm2。
实施例2
一种大宽幅铝合金带筋板的生产方法，包括如下步骤：
S1.配料：按照以下重量份数比配制铝合金原料，Si：0.05％，Fe：0.13％，Cu：0.01％，Mn：1.0％，Mg：6.3％，Ti：0.08％，Zr：0.06％，Zn：0.02％，余量为Al和不可避免的杂质，其中，杂质中单个元素：≤0.05％，杂质元素合计：≤0.15％；
S2.熔铸：将配制好的铝合金原料按照先小料后大料，先高熔点、后低熔点的顺序加入熔炼炉，熔炼后将铝合金熔液浇入结晶器进行铸造，得到铝合金铸锭；
S3.镗孔锯切：将铝合金铸锭镗孔，制成铝合金空心铸锭，铸锭内径
铸锭外径
S4.预热：将铝合金空心铸锭周向分为4段进行分别预热，每段在长度方向预热制度一致，上端温度控制在450℃，下端温度控制在470℃，左右温度必须控制在460℃、模具预热温度控制范围为440℃，保温时间14h、顺着铝合金空心铸锭挤压方向，将挤压筒沿轴向上分为三段，靠近模具的挤压筒为挤压筒首段、然后依次为挤压筒中段和挤压筒尾段，并采用三段式分段预热，挤压筒首段温度430℃，挤压筒中段410℃，挤压筒尾段390℃；
S4.挤压：预热后的铝合金空心铸锭预套挤压机随动针后送入铝合金挤压机中挤压成型，得到铝合金带筋管材，其中挤压机的挤压速度为0.3mm/s，挤压铸锭压余长度控制在40mm；
S5.淬火：经挤压后的铝合金带筋管材进行风冷淬火，进入淬火区温度350℃，淬火后温度低于110℃，得到淬火后铝合金带筋管材；
S6.机械切开展平：沿淬火后铝合金带筋管材轴向使用激光进行切割，切割前需要沿型材轴向方向进行切割线确认，切割开以后产品通过大型起重吊车进行沿切割线拉伸开，然后使用预留展开模具进行展平处理，实现大宽幅铝合金带筋板材的制备；
S7.冷作硬化加工：使用拉伸矫直机对大宽幅铝合金带筋板材进行加工硬化拉伸处理，拉伸率为5％；
S8.热处理：将带筋板材经过300℃×2h稳定化退火后，在150℃×100h敏化处理。
得到的大宽幅铝合金带筋板材的宽度为：545mm×3.14－100mm≈1600mm。
本实施例中采用了一种船舶用大宽幅铝合金带筋板制备用挤压穿孔针，其结构示意图见图1，包括实心连接轴101，实心连接轴101外套设有一体式挤压垫102，实心连接轴101两侧分别螺接挤压杆104与挤压随动针103，所述挤压随动针103为外径Φ545mm的空心圆柱结构。工作时，将铝合金空心铸锭套至挤压随动针103上，在挤压筒内挤压杆104推动一体式挤压垫102带动铝合金空心铸锭向模具方向运动，挤压随动针103穿过挤压模具实现挤压功能。
为提高连续挤压工作效率，挤压随动针103远离实心连接轴101一端设有20°倒角1032，在挤压随动针103靠近实心连接轴101一侧根部设有环状压余台阶1031，压余台阶1031外径厚于挤压随动针103外径5mm，使得挤压末期残铝更加统一脱离挤压随动针103，避免出现挤压末期残铝抱死挤压随动针103，人工费时清理问题。
实施例3
一种大宽幅铝合金带筋板的生产方法，包括如下步骤：
S1.配料：按照以下重量份数比配制铝合金原料，Si：0.07％，Fe：0.15％，Cu：0.05％，Mn：0.9％，Mg：6.5％，Ti：0.06％，Zr：0.05％，Zn：0.01％，余量为Al和其他不可以避免的杂质，杂质单个元素：≤0.05％，杂质元素合计：≤0.15％；
S2.熔铸：将配制好的铝合金原料按照先小料后大料，先高熔点、后低熔点的顺序加入熔炼炉，熔炼后将铝合金熔液浇入结晶器进行铸造，得到铝合金铸锭；
S3.镗孔锯切：将铝合金铸锭镗孔，制成铝合金空心铸锭，铸锭内径
铸锭外径
S4.预热：将铝合金空心铸锭断面周向沿均分为4段，根据其在挤压筒的相对位置，分为上端、下端、左端和右端，在长度方向上进行分段预热，上端温度控制在460℃，下端温度控制在480℃，左右温度必须控制在470℃；
模具预热温度控制范围为450℃，保温时间10h；
顺着铝合金空心铸锭挤压方向，将挤压筒沿轴向上分为三段，分别为挤压筒首段、挤压筒中段和挤压筒尾段，并采用三段式分段预热，挤压筒首段温度440℃，挤压筒中段420℃，挤压筒尾段400℃；
S4.挤压：预热后的铝合金空心铸锭预套至挤压机随动针后送入铝合金挤压机中挤压成型，得到铝合金带筋管材，其中挤压机的挤压速度为0.4mm/s，挤压铸锭压余长度控制在30mm；
S5.淬火：经挤压后的铝合金带筋管材进行风冷淬火，进入淬火区温度350℃，淬火后温度低于110℃；
S6.机械切开展平：沿带筋管材轴向使用激光进行切割，切割前需要沿型材轴向方向进行切割线确认，切割开以后产品通过大型起重吊车进行沿切割线拉伸开，然后使用预留展开模具进行展平处理，实现大宽幅铝合金带筋板材的制备；
S7.冷作硬化加工：使用拉伸矫直机对大宽幅铝合金带筋板材进行加工硬化拉伸处理，拉伸率为4％，拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材；
S8.热处理：将带筋板材经过310℃×2h稳定化退火后，在150℃×110h敏化处理，得到大宽幅铝合金带筋板。
本实施例采用了一种船舶用大宽幅铝合金带筋板的挤压穿孔针，其同实施例2，不同之处在于，压余台阶外径比挤压随动针外径多6mm。
对比例1
对比例1与实施例2的区别在于S1配料步骤中，采用合金成分配比如下：
Si：0.05％，Fe：0.13％，Cu：0.01％，Mn：0.7％，Mg：5.5％，Ti：0.08％，Zr：0.02％，Zn：0.02％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质单个元素：≤0.05％，杂质元素合计：≤0.15％。
对比例2
对比例2与实施例2的区别在于S3预热步骤中，铝合金空心铸锭整体预热温度为470℃。
对比例3
对比例3与实施例2的区别在于S7冷作硬化加工步骤中，拉伸率为2％。
对比例4
对比例4与实施例2的区别在于省略步骤S8。
对比例5
本实施例为常规船舶用5系铝合金带筋板材制备方法，包括以下步骤：
S1.配料：Si：0.4％，Fe：0.4％，Cu:0.10％，Mn：0.7％，Mg：4.6％，Zn：0.25％，Ti：0.1％，余量为Al和不可避免的杂质，单个杂质≤0.05％；
S2.熔铸：将配制好的铝合金原料按照先小料后大料，先高熔点、后低熔点的顺序加入熔炼炉，熔炼后将铝合金熔液浇入结晶器进行铸造，得到铝合金实心铸锭；
S3.预热：分别将铝合金实心铸锭整体加热至510℃，模具加热至450℃，挤压筒加热至455℃；
S4.挤压：采用传统正向挤压设备，将铝合金实心铸锭放入挤压机内，挤压杆推动挤压垫带动铝合金铸锭向前运动至挤压模具内，挤压速度为0.1mm/s，得到铝合金板材；
S5.淬火：将步骤S4得到的铝合金板材进行淬火处理，淬火处理的淬火方式为风冷，淬火后的铝合金管材温度为100℃。
将实施例2～3与对比例1～5得到的铝合金板材进行力学性能测试，分别对力学性能、晶间腐蚀性能、挤压后管材壁厚、展平后板材宽幅进行检测，测试结果见表一：
表一：
通过上表可以看出，通过本发明的铝合金带筋板材屈服强度可达200MPa以上，抗拉强度可达340MPa以上，延伸率为12％，抗晶间腐蚀单位面积损失质量低于15mg/cm2，管材壁厚均匀，且展平后可达1600mm。本发明相较于对比例1至对比例4，可见合金成分、空心铸锭分段加热、冷作硬化加工以及热处理对产品力学性能、耐蚀性、尺寸精度均有显著提升。
相较于对比例5常规船舶用5系铝合金带筋板制备方法，本发明产品屈服强度提高约50MPa，屈服强度提高约60MPa，抗晶间腐蚀单位面积损失质量减少约30mg/cm2，且板材宽幅提升近乎一倍。能够应用作为船舶用铝材，能够满足船舶用材要求。
实施例4
一种大宽幅铝合金带筋板的生产方法，包括以下步骤：
S1.配料：按照以下重量份数比配制铝合金原料，Si：0.05％，Fe：0.13％，Cu：0.01％，Mn：1.0％，Mg：6.3％，Ti：0.08％，Zr：0.06％，Zn：0.02％，余量为Al和不可避免的杂质，杂质中单个元素：≤0.05％，杂质元素合计：≤0.15％；
S2.熔铸：将配制好的铝合金原料按照先小料后大料，先高熔点、后低熔点的顺序加入熔炼炉，熔炼后将铝合金熔液浇入结晶器进行铸造，得到铝合金实心铸锭；
S3.预热：
(1)顺着铝合金实心铸锭挤压方向，将铝合金实心铸锭轴向上分为三段，靠近模具的一端为铝合金实心铸锭首段、然后依次为铝合金实心铸锭中段和铝合金实心铸锭尾段，每段长度为铝合金实心铸锭长度的1/3，控制铝合金实心铸锭前段加热温度470℃，铝合金实心铸锭中段温度控制在460℃，铝合金实心铸锭尾段温度控制在450℃；
(2)模具预热温度控制范围为440℃，保温时间14h；
(3)顺着铝合金实心铸锭挤压方向，将挤压筒沿轴向上均分为三段，先进行挤压部分作为挤压筒首段、然后是挤压筒中段和挤压筒尾段，并采用三段式分段预热，挤压筒首段温度430℃，挤压筒中段410℃，挤压筒尾段390℃；
S4.挤压：预热后的铸锭送入铝合金挤压机的挤压筒中挤压成型，得到挤压后的铝合金带筋管材，其中，挤压机的挤压速度为0.3mm/s，挤压铸锭压余长度控制在30mm；
挤压后的铝合金带筋管材为圆管带筋管材，管材内径达到550mm，管材壁厚为4～6mm，管材外筋个数为8根立筋，立筋高度为100mm。
S5.淬火：经挤压后的铝合金带筋管材进行风冷淬火，进入淬火区温度350℃，淬火后温度低于110℃，得到淬火后铝合金带筋管材；
S6.机械切开展平：沿淬火后铝合金带筋管材轴向使用激光进行切割，切割前需要沿型材轴向方向进行切割线确认，切割开以后产品通过大型起重吊车进行沿切割线拉伸开，然后使用预留展开模具进行展平处理，实现大宽幅铝合金带筋板材的制备；
S7.冷作硬化加工：使用拉伸矫直机对带筋板材进行加工硬化拉伸处理，拉伸率为5％，得到拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材；
S8.热处理：将拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材经过300℃×2h稳定化退火后，在150℃×100h敏化处理，得到大宽幅铝合金带筋板。
制备的大宽幅铝合金带筋板抗拉强度315MPa，屈服强度195MPa，伸长率15％，抗晶间腐蚀单位面积质量损失30mg/cm2。
实施例5
与实施例2之间的区别在于，S8经过300℃×1h稳定化退火后，在150℃×50h敏化处理。
其制备的大宽幅铝合金带筋板的性能参数见表一。
实施例6
与实施例2之间的区别在于，S8经过310℃×2h稳定化退火后，在140℃×100h敏化处理。
其制备的大宽幅铝合金带筋板的性能参数见表一。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种大宽幅铝合金带筋板的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：备料
根据制备的大宽幅铝合金带筋板的成分要求，称量铝合金原料；
所述的大宽幅铝合金带筋板，其包括的成分及各个成分的质量百分数为：Si：0.02～0.07％，Fe：0.10～0.15％，Cu：0.01～0.05％，Mn：0.9～1.0％，Mg：6.2～6.8％，Ti：≤0.08％，Zr：≤0.06％，Zn：≤0.02％，余量为Al和不可避免的杂质，其中，杂质中单个元素：≤0.05％，杂质元素总计：≤0.15％；
步骤2：熔铸
将铝合金原料加入熔炼炉，熔炼后浇铸，得到铝合金实心铸锭；
步骤3：预热
顺着铝合金实心铸锭挤压方向，将铝合金实心铸锭轴向上分为三段，分别为铝合金实心铸锭首段、铝合金实心铸锭中段和铝合金实心铸锭尾段，控制铝合金实心铸锭首段加热温度460～480℃，铝合金实心铸锭中段温度控制在450～470℃，铝合金实心铸锭尾段温度控制在440～460℃，得到预热后的铸锭；
将模具进行预热，预热温度控制范围为400～450℃，保温时间为10～15h；
顺着铝合金实心铸锭挤压方向，将挤压筒沿轴向上分为三段，分别为挤压筒首段、挤压筒中段和挤压筒尾段，并采用三段式分段预热，挤压筒首段温度420～440℃，挤压筒中段400～420℃，挤压筒尾段380～400℃，得到预热后的挤压筒；
步骤4：挤压
将预热后的铝合金实心铸锭置于预热后的挤压筒中，向预热模具方向进行挤压，得到挤压后的铝合金带筋管材；挤压速度为0.2～0.4mm/s；
步骤5：淬火
将挤压后的铝合金带筋管材进行在线风冷淬火，进入淬火区温度为340～360℃，淬火后温度<110℃，得到淬火后铝合金带筋管材；
步骤6：切开展平
沿淬火后铝合金带筋管材轴向切割，切割后沿切割线拉伸，使用预留展开模具进行展平处理，得到大宽幅铝合金带筋板材；
步骤7：冷作硬化加工
将大宽幅铝合金带筋板材进行加工硬化拉伸处理，拉伸率为3～6％，得到拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材；
步骤8：热处理
将拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材在220～310℃稳定化退火1～3h后，再于140～160℃敏化处理50～110h，得到大宽幅铝合金带筋板。
2.根据权利要求1所述的大宽幅铝合金带筋板的生产方法，其特征在于，所述的步骤4中，挤压后，挤压压余长度为15～30mm。
3.根据权利要求1所述的大宽幅铝合金带筋板的生产方法，其特征在于，所述的步骤8中，热处理采用，将拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材在290～310℃稳定化退火1～3h，再于150℃敏化处理90～110h。
4.一种大宽幅铝合金带筋板，其特征在于，采用权利要求1～3任意一项所述的大宽幅铝合金带筋板的生产方法制得，其屈服强度为190～200MPa，抗拉强度为310～320MPa，延伸率为14～16％，抗晶间腐蚀单位面积损失质量为20～30mg/cm2。
5.一种挤压穿孔针，其特征在于，该挤压穿孔针包括实心连接轴，实心连接轴的一端连接挤压杆，实心连接轴的另一端连接挤压随动针，并且实心连接轴、挤压杆、挤压随动针同轴，在实心连接轴周向套设有一体式挤压垫，挤压随动针为空心圆柱结构；
挤压随动针远离连接轴的一端设置有20°倒角，挤压随动针靠近连接轴的一端设置环状压余台阶，压余台阶的外径～挤压随动针的外径＝5～6mm。
6.一种大宽幅铝合金带筋板的生产方法，其特征在于，采用权利要求5所述的挤压穿孔针，包括以下步骤：
S1：备料熔铸
根据制备的大宽幅铝合金带筋板的成分要求，称量铝合金原料；
将铝合金原料加入熔炼炉，熔炼后浇铸，得到铝合金铸锭；
所述的大宽幅铝合金带筋板，其包括的成分及各个成分的质量百分数为：Si：0.02～0.07％，Fe：0.10～0.15％，Cu：0.01～0.05％，Mn：0.9～1.0％，Mg：6.2～6.8％，Ti：≤0.08％，Zr：≤0.06％，Zn：≤0.02％，余量为Al和不可避免的杂质，其中，杂质中单个元素：≤0.05％，杂质元素总计：≤0.15％；
S2：镗孔
将铝合金铸锭镗孔，得到铝合金空心铸锭；
S3：预热
将铝合金空心铸锭沿周向进行分段，以挤压时，铝合金空心铸锭在挤压筒中的相对位置，分为上端、下端、左端和右端，然后每段分别预热，上端温度控制在440～460℃，下端温度控制在460～480℃，左端温度控制在450～470℃，右端温度控制在450～470℃，得到预热后的铸锭；
将模具预热，预热温度控制范围为400～450℃，保温时间为10～15h；
顺着铝合金空心铸锭挤压方向，将挤压筒沿轴向上分为三段，分别为挤压筒首段、挤压筒中段和挤压筒尾段，并采用三段式分段预热，挤压筒首段温度420～440℃，挤压筒中段400～420℃，挤压筒尾段380～400℃，得到预热后的挤压筒；
S4：挤压
将预热后的铸锭空心中设置挤压随动针，然后置于预热后的挤压筒中，向预热模具方向进行挤压，得到挤压后的铝合金带筋管材；挤压速度为0.2～0.4mm/s；
S5：淬火
将挤压后的铝合金带筋管材进行在线风冷淬火，进入淬火区温度为340～360℃，淬火后温度<110℃，得到淬火后铝合金带筋管材；
S6：切开展平
沿淬火后铝合金带筋管材轴向切割，切割后沿切割线拉伸，使用预留展开模具进行展平处理，得到大宽幅铝合金带筋板材；
S7：冷作硬化加工
将大宽幅铝合金带筋板材进行加工硬化拉伸处理，拉伸率为3～6％，得到拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材；
S8：热处理
将拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材在220～310℃稳定化退火1～3h后，再于140～160℃敏化处理50～110h，得到大宽幅铝合金带筋板。
7.根据权利要求6所述的大宽幅铝合金带筋板的生产方法，其特征在于，所述的S2中，铝合金空心铸锭的内径为
其中，
为铝合金空心铸锭的内径，π为圆周率，取3.14，△d为挤压管材展切开平时的损失量，L为最终制备的大宽幅铝合金带筋板的宽度，铝合金空心铸锭的外径为
铝合金空心铸锭长度为1100～1500mm。
8.根据权利要求6所述的大宽幅铝合金带筋板的生产方法，其特征在于，所述的S4中，挤压后，挤压压余长度为15～30mm。
9.根据权利要求6所述的大宽幅铝合金带筋板的生产方法，其特征在于，所述的S8中，热处理采用，将拉伸后的大宽幅铝合金带筋板材在290～310℃稳定化退火1～3h，再于150℃敏化处理90～110h。
10.一种大宽幅铝合金带筋板，其特征在于，采用权利要求6～9任意一项所述的大宽幅铝合金带筋板的生产方法制得，制得的大宽幅铝合金带筋板，屈服强度为200～215MPa，抗拉强度为335～355MPa，延伸率为11～14％，抗晶间腐蚀单位面积损失质量为10～14mg/cm2。
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