CN112760510B - 一种铝合金带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种铝合金带材的制备方法，所述铝合金带材的组分及质量百分比为Al≥99.00％、Si与Fe总和≤0.85％、Cu 0.05～0.20％、Mn≤0.05％、Zn≤0.10％、Ti≤0.05％、其余为不可避免的杂质，其中Fe的质量与Si的质量的比值在2.3～2.4之间；熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭，所述制备方法主要包括熔铸、热轧、冷轧、精整。与现有技术相比，该方法制得的铝合金带材各向异性小，抗拉强度在80～90MPa，延伸率可达48％以上，塑性应变比高达1.2以上，深拉冲制性能优良，可以冲制结构复杂的金属零部件，解决了传统钢板防腐蚀能力差、高镁系铝合金冲压成形较困难的问题。

Description

一种铝合金带材及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种铝及铝合金带材的制备领域，尤其是涉及一种铝合金带材的制备方法。
【背景技术】
随着社会的快速发展和人民的经济提高，可持续发展成了热点话题，在汽车行业，节能成为了核心问题，随之汽车轻量化成为降低燃油耗和减少排放的解决技术之一，由于铝合金具有质轻、强度高、耐腐蚀等突出的优点，因此铝合金材料成为最佳选择之一。
现使用最多的就是镀铝钢板和高镁系铝合金作为汽车的零部件，虽然强度较高，但是钢板的防腐蚀能力差，长时间在外裸露容易生锈腐蚀；所述高镁系铝合金的制备方法中，通常也包括熔炼、铸造、均匀化、轧制和退火等步骤，而且生产出的高镁系铝合金强度较高，但是冲压成形较困难，易导致表面质量问题。
因此，有必要提供一种新的铝合金带材的制备方法以解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀性优良、延伸率高的铝合金带材及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种铝合金带材的制备方法，所述铝合金带材的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、按如下组分及质量百分比：Al≥99.00％、Si与Fe总和≤0.85％、Cu 0.05～0.20％、Mn≤0.05％、Zn≤0.10％、Ti≤0.05％、其余为不可避免的杂质，其中Fe的质量与Si的质量的比值在2.3～2.4之间；熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭，具体包括：
步骤S11、选用元素Mn、Zn、Al含量符合上述质量百分比的重熔铝锭作为熔体并熔炼成铝液，熔炼铝液温度不超过750℃，熔体温度达到720℃～750℃后，按上述质量百分比加入元素Fe、Si和Cu；
步骤S12、将所述铝液进行电磁搅拌使其化学成分均匀，再使用扒渣车进行扒渣；
步骤S13、将所述铝液转入保温炉中进行精炼，其中，精炼时加入15～20Kg颗粒状精炼剂，精炼30～40分钟；
步骤S14、精炼完成后再一次进行扒渣，再静置30～40分钟；
步骤S15、将静置结束后的所述铝液依次经过除气箱除气，所述除气箱内的氢含量小于0.12mL/100gAl，其中，所述除气箱除气全程按上述Ti元素的质量百分比在线加入钛丝AlTi5B1A进行晶粒细化，且在线细化Ti含量要求达到0.016％～0.018％；将经所述除气箱处理后的所述铝液经过过滤箱，所述过滤箱采用60PPi陶瓷过滤板过滤；再将经所述过滤箱处理后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭，其中，铸造速度为45～55mm/min，铸造冷却水流量为250～350L/min；
步骤S2、采用热轧工序将所述铸锭制成4.0mm厚的热轧坯料：
步骤S21、对所述铸锭铣削，大面铣削10mm每面，将冷隔偏析铣削干净；
步骤S22、将铣面之后的所述铸锭进行均匀化处理，采用差热分析，确定均匀化工艺温度为575±5℃，保温6小时；均匀化处理后继续保温2小时再出炉轧制，其中，该保温2小时时段中，所述铸锭温度为500～510℃；
步骤S23、将均匀化处理之后的所述铸锭经热连轧机进行轧制，其中热轧粗轧轧制19道次，粗轧后中间坯厚度为30mm，再进行精轧3机架轧制得到厚度为4.0mm的热轧坯料，其中终轧温度为310℃～330℃，轧制过程中使用乳化液进行润滑和冷却；
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为0.5mm的铝合金成品铝卷：
步骤S31、对所述热轧坯料进行冷轧，经3道次轧制最终得到厚度为0.5mm的铝卷带材，且在冷轧过程中使用润滑轧制油；
步骤S32、将所述铝卷带材经过清水清洗以去除铝粉及轧辊脱落的铁粉；
步骤S33、将清洗后的所述铝卷带材在退火炉进行完全再结晶退火处理后得到厚度为0.5mm的所述铝合金成品铝卷，其中，退火温度为290℃并保温4小时；
步骤S4、将所述铝合金成品铝卷拉弯矫直得到所述铝合金带材，所述铝合金带材的不平度为中波波高小于或等于2mm且波长大于或等于600mm，并在所述铝合金带材表面均匀喷晒D40清洗油。
优选的，所述步骤S11中，所述重熔铝锭中铝元素的含量大于或等于99.70％，配制元素Fe、Si、Cu均采用中间合金。
优选的，所述步骤S13中，所述颗粒状精炼剂主要成份为MgCl2及KCl。
优选的，所述步骤S23中，精轧3机架轧制形成4.0mm的所述热轧坯料需依次经过轧制道次为30mm、15mm、8.0mm、4.0mm；所述乳化液采用非离子型乳化剂将水与基础油乳化得到。
优选的，所述步骤S31中，在冷轧时，形成最终厚度0.5mm的所述铝卷带材需经过轧制道次依次为4.0mm、1.8mm、0.85mm、0.5mm。
优选的，所述步骤S31中，冷轧形成最终厚度0.5mm的所述铝卷带材采用表面粗糙度为Ra0.18μm的轧辊轧制。
优选的，所述步骤S31中，所述润滑轧制油中加入质量分数为0.12％～0.15％的添加剂，所述添加剂主要成分为十二醇。
优选的，所述铝合金带材由权利要求1-7任意一项所述铝合金带材的制备方法制成，所述铝合金带材用于汽车发动机隔热罩。。
与现有技术相比，本发明铝合金带材的制备方法通过优异的化学成分设计，尤其是控制Fe的质量与Si的质量的比值，可避免大量的硬脆相β相FeSiAl3的形成，从而提高带材的冲压性能；通过铸锭均匀化工艺、冷轧变形等，得到的铝合金带材抗拉强度在80～90MPa，延伸率可达48％以上，塑性应变比r值高达1.2以上，使得铝合金带材具有优异的综合机械性能，深拉冲制性能优良；采用表面低粗糙度和喷晒清洗油工艺，使得铝合金带材冲制无起皱翘曲开裂现象。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明铝合金带材制备方法的流程框图。
【具体实施方式】
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请结合图1，本发明提供一种铝合金带材的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤S1、按如下组分及质量百分比：Al≥99.00％、Si与Fe总和≤0.85％、Cu 0.05～0.20％、Mn≤0.05％、Zn≤0.10％、Ti≤0.05％、其余为不可避免的杂质，其中Fe的质量与Si的质量的比值在2.3～2.4之间；熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭。
本实施例中，通过控制Fe的质量与Si的质量的比值，有利于所述铸锭易于形成α相Fe2SiAl8，且避免大量的硬脆相β相FeSiAl3的形成，因此通过该方法制得的铝合金带材组织优良，有利于提高铝合金带材的冲压性能。
步骤S1具体还包括：
步骤S11、选用元素Mn、Zn、Al含量符合上述质量百分比的重熔铝锭作为熔体并熔炼成铝液，熔炼铝液温度不超过750℃，熔体温度达到720℃～750℃后，按上述质量百分比加入元素Fe、Si和Cu。
具体的，所述重熔铝锭中铝元素的含量大于或等于99.70％，配制元素Fe、Si、Cu均采用中间合金。本实施例中，其余合金不另外配制加入。
步骤S12、将所述铝液进行电磁搅拌使其化学成分均匀，再使用扒渣车进行扒渣。
步骤S13、将所述铝液转入保温炉中进行精炼，其中，精炼时加入15～20Kg颗粒状精炼剂，精炼30～40分钟。
本实施例中，所述颗粒状精炼剂主要成份为MgCl2及KCl。
步骤S14、精炼完成后再一次进行扒渣，再静置30～40分钟。
步骤S15、将静置结束后的所述铝液依次经过除气箱除气，所述除气箱内的氢含量小于0.12mL/100gAl，其中，所述除气箱除气全程按上述Ti元素的质量百分比在线加入钛丝AlTi5B1A进行晶粒细化，且在线细化Ti含量要求达到0.016％～0.018％；将经所述除气箱处理后的所述铝液经过过滤箱，所述过滤箱采用60PPi陶瓷过滤板过滤；再将经所述过滤箱处理后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭，其中，铸造速度为45～55mm/min，铸造冷却水流量为250～350L/min。
需要说明的是，所述步骤S1中Ti≤0.05％是指铸锭成品总共的Ti含量要求，即包括熔炼时加入的以及在线加入的；所述步骤S15在线细化Ti含量要求达到0.016％～0.018％是指在在线加入的量。
本实施例中，通过严格控制在线晶粒细化剂含量以及铸造工艺参数配合，得到铸锭原始晶粒及内部组织优良，有利于提高带材的深拉性能，所述铝合金带材冲制后，表面不易出现裂痕；所述晶粒细化剂为钛丝AlTi5B1A。
步骤S2、采用热轧工序将所述铸锭制成4.0mm厚的热轧坯料：
步骤S21、对所述铸锭铣削，大面铣削10mm每面，将冷隔偏析等铣削干净。
步骤S22、将铣面之后的所述铸锭进行均匀化处理，采用差热分析，确定均匀化工艺温度为575±5℃，保温6小时；均匀化处理后继续保温2小时再出炉轧制，其中，该保温2小时时段中，所述铸锭温度为500～510℃。
其中，所述均匀化处理可消除枝晶偏析，从而改善所述铸锭化学成分以及铸锭组织不均匀性，有利于提高铝合金带材的深拉性能以及耐腐蚀性能。
步骤S23、将均匀化处理之后的所述铸锭经热连轧机进行轧制，具体的，所述热连轧机为“1+3”热连轧机。其中热轧粗轧轧制19道次，粗轧后中间坯厚度为30mm，再进行精轧3机架轧制得到厚度为4.0mm的热轧坯料，其中终轧温度为310℃～330℃，轧制过程中使用乳化液进行润滑和冷却，所述乳化液采用非离子型乳化剂将水与基础油乳化得到。
相比传统乳化液中离子型乳化剂，本实施例采用非离子型乳化剂在所述乳化液中不是以离子状态存在，不会产生电离，稳定性极高，所述铸锭经轧制后表面细腻，色泽均匀。
具体的，精轧3机架轧制形成4.0mm的所述热轧坯料需依次经过轧制道次为30mm、15mm、8.0mm、4.0mm。其中终轧温度的设计可以保证热轧坯料在动态再结晶中完全再结晶处于有利状态，使其充分再结晶，最终所述铝合金带材的晶粒细小，利于提高带材的冲压性能。
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为0.5mm的铝合金成品铝卷：
步骤S31、对所述热轧坯料进行冷轧，经3道次轧制最终得到厚度为0.5mm的铝卷带材，且在冷轧过程中使用润滑轧制油；
具体的，在冷轧时，形成最终厚度0.5mm的所述铝卷带材需经过轧制道次依次为4.0mm、1.8mm、0.85mm、0.5mm；更优的，冷轧形成最终厚度0.5mm的所述铝卷带材采用表面粗糙度为Ra0.18μm的低粗糙度进行轧辊轧制，经轧制后，所述铝卷带材表面粗糙度低，表面光滑，易于结构复杂的汽车隔热罩冲压成形；轧辊粗糙度过高，带材与冲压模具间摩擦大，冲压成形困难；轧辊粗糙度过低，带材轧制时易打滑。
本实施例中，所述润滑轧制油中加入质量分数为0.15％的添加剂，所述添加剂的主要成分为十二醇，使得所述润滑轧制油可以很好起到润滑轧辊与所述铝卷带材表面的作用，使所述铝卷带材表面粗糙度均一、色泽均匀，不会因所述铝卷带材表面粗糙度差异冲压受力不均而导致变形翘曲。
步骤S32、将所述铝卷带材经过清水清洗以去除铝粉及轧辊脱落的铁粉。
步骤S33、将清洗后的所述铝卷带材在退火炉进行完全再结晶退火处理后得到厚度为0.5mm的所述铝合金成品铝卷，其中，退火温度为290℃并保温4小时。
本实施例中，使用步骤S33的退火工艺，不会导致带材晶粒长大，且退火后晶粒细小，形貌接近等轴晶，得到再结晶立方织构{001}<100>，变形织构与再结晶织构相互平衡，各向异性小，冲压不会导致起皱翘曲。
步骤S4、将所述铝合金成品铝卷拉弯矫直得到所述铝合金带材，所述铝合金带材的不平度为中波波高小于或等于2mm且波长大于或等于600mm，并在所述铝合金带材表面均匀喷晒D40清洗油。
需要说明的是，所述步骤S4中铝合金带材的不平度的中波波高以及波长为带材板形表征指标。
具体的，喷晒D40清洗油可以使铝合金带材表面形成一层轻微油膜，利于冲压隔热罩且深拉不开裂。
本实施例中，通过所述铝合金带材的制备方法制备得到的铝合金带材在进一步冲压加工后，可以作为汽车发动机的隔热罩，实验数据表明，使用所述铝合金带材的制备方法制得的铝合金带材，抗拉强度在80～90MPa，延伸率在48％以上，且沿轧制方向、垂直轧制方向以及与轧制方向成45°方向抗拉强度几乎相近。塑性应变比大于或等于1.2，深拉冲制性能优良；采用带材表面低粗糙度和喷晒清洗油工艺设计，使得铝合金带材冲制无起皱翘曲开裂现象；通过盐雾腐蚀试验显示，耐腐蚀性能优良。
具体的，采用上述铝合金带材的制备方法制备得到的铝合金带材成品厚度0.5mm，其抗拉强度83MPa，且沿轧制方向、垂直轧制方向以及与轧制方向成45°方向抗拉强度相差±1MPa，延伸率52％，制耳率0.48％，塑性应变比r值为1.25，经冲压加工成汽车发动机隔热罩后，未见冲压开裂、起皱及翘曲等不良现象。
与现有技术相比，本发明铝合金带材的制备方法通过优异的化学成分设计，尤其是控制Fe的质量与Si的质量的比值，可避免大量的硬脆相β相FeSiAl3的形成，从而提高带材的冲压性能；通过铸锭均匀化工艺、冷轧变形等，得到的铝合金带材抗拉强度在80～90MPa，延伸率可达48％以上，塑性应变比r值高达1.2以上，使得铝合金带材具有优异的综合机械性能，深拉冲制性能优良；采用表面低粗糙度和喷晒清洗油工艺，使得铝合金带材冲制无起皱翘曲开裂现象。
本发明提供一种以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述铝合金带材的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、按如下组分及质量百分比：Al≥99.00％、Si与Fe总和≤0.85％、Cu 0.05～0.20％、Mn≤0.05％、Zn≤0.10％、Ti≤0.05％、其余为不可避免的杂质，其中Fe的质量与Si的质量的比值在2.3～2.4之间；熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭，具体包括：
步骤S11、选用元素Mn、Zn、Al含量符合上述质量百分比的重熔铝锭作为熔体并熔炼成铝液，熔炼铝液温度不超过750℃，熔体温度达到720℃～750℃后，按上述质量百分比加入元素Fe、Si和Cu；
步骤S12、将所述铝液进行电磁搅拌使其化学成分均匀，再使用扒渣车进行扒渣；
步骤S13、将所述铝液转入保温炉中进行精炼，其中，精炼时加入15～20Kg颗粒状精炼剂，精炼30～40分钟；
步骤S14、精炼完成后再一次进行扒渣，再静置30～40分钟；
步骤S15、将静置结束后的所述铝液依次经过除气箱除气，所述除气箱内的氢含量小于0.12mL/100gAl，其中，所述除气箱除气全程按上述Ti元素的质量百分比在线加入钛丝AlTi5B1A进行晶粒细化，且在线细化Ti含量要求达到0.016％～0.018％；将经所述除气箱处理后的所述铝液经过过滤箱，所述过滤箱采用60PPi陶瓷过滤板过滤；再将经所述过滤箱处理后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭，其中，铸造速度为45～55mm/min，铸造冷却水流量为250～350L/min；
步骤S2、采用热轧工序将所述铸锭制成4.0mm厚的热轧坯料：
步骤S21、对所述铸锭铣削，大面铣削10mm每面，将冷隔偏析铣削干净；
步骤S22、将铣面之后的所述铸锭进行均匀化处理，采用差热分析，确定均匀化工艺温度为575±5℃，保温6小时；均匀化处理后继续保温2小时再出炉轧制，其中，该保温2小时时段中，所述铸锭温度为500～510℃；
步骤S23、将均匀化处理之后的所述铸锭经热连轧机进行轧制，其中热轧粗轧轧制19道次，粗轧后中间坯厚度为30mm，再进行精轧3机架轧制得到厚度为4.0mm的热轧坯料，其中终轧温度为310℃～330℃，轧制过程中使用乳化液进行润滑和冷却；
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为0.5mm的铝合金成品铝卷：
步骤S31、对所述热轧坯料进行冷轧，经3道次轧制最终得到厚度为0.5mm的铝卷带材，且在冷轧过程中使用润滑轧制油；
步骤S32、将所述铝卷带材经过清水清洗以去除铝粉及轧辊脱落的铁粉；
步骤S33、将清洗后的所述铝卷带材在退火炉进行完全再结晶退火处理后得到厚度为0.5mm的所述铝合金成品铝卷，其中，退火温度为290℃并保温4小时；
步骤S4、将所述铝合金成品铝卷拉弯矫直得到所述铝合金带材，所述铝合金带材的不平度为中波波高小于或等于2mm且波长大于或等于600mm，并在所述铝合金带材表面均匀喷晒D40清洗油。
2.根据权利要求1所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S11中，所述重熔铝锭中铝元素的含量大于或等于99.70％，配制元素Fe、Si、Cu均采用中间合金。
3.根据权利要求1所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S13中，所述颗粒状精炼剂主要成分 为MgCl2及KCl。
4.根据权利要求1所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S23中，精轧3机架轧制形成4.0mm的所述热轧坯料需依次经过轧制道次为30mm、15mm、8.0mm、4.0mm；所述乳化液采用非离子型乳化剂将水与基础油乳化得到。
5.根据权利要求1所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S31中，在冷轧时，形成最终厚度0.5mm的所述铝卷带材需经过轧制道次依次为4.0mm、1.8mm、0.85mm、0.5mm。
6.根据权利要求4所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S31中，冷轧形成最终厚度0.5mm的所述铝卷带材采用表面粗糙度为Ra0.18μm的轧辊轧制。
7.根据权利要求1所述的铝合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S31中，所述润滑轧制油中加入质量分数为0.12％～0.15％的添加剂，所述添加剂主要成分为十二醇。
8.一种铝合金带材，其特征在于，所述铝合金带材由权利要求1-7任意一项所述铝合金带材的制备方法制成，所述铝合金带材用于汽车发动机隔热罩。
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