CN113136509B

CN113136509B - 耐海洋环境的5083铝合金板带材及其生产方法

Info

Publication number: CN113136509B
Application number: CN202110431686.XA
Authority: CN
Inventors: 黄前斌; 黄文辉; 叶书铣; 马英义; 陈纪强; 吴镇宇; 庞凤; 覃燕玲
Original assignee: Guangxi Liuzhou Yinhai Aluminum Industry Co ltd
Current assignee: Guangxi Liuzhou Yinhai Aluminum Industry Co ltd
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2041-04-21
Also published as: CN113136509A

Abstract

本发明公开了一种耐海洋环境的5083铝合金板带材及其生产方法，涉及铝合金制造技术领域，该带材生产方法包括如下步骤：熔铸、锯切、铣面、加热、热轧、冷轧、精整；加热步骤中的铸锭加热温度为500～540℃，保温时间为2～12小时；热轧步骤中的热粗轧终轧温度控制在390～450℃，热精轧终轧温度为320～350℃，热轧卷下线后先自然冷却2～4小时再风冷；冷轧步骤中的总加工率为7～12%。本发明生产的板带材具有高强度和优良的耐剥落和晶间腐蚀性能，适用于恶劣海洋环境。

Description

耐海洋环境的5083铝合金板带材及其生产方法

技术领域

本发明涉及铝合金制造技术领域，尤其是一种适用于海洋环境的5083铝合金板带材及其生产方法。

背景技术

5083铝合金具有较高强度、良好的耐蚀性、焊接性及易于加工成形等特点，是Al-Mg系合金中的典型合金，广泛应用于汽车制造业、各类气体液体储罐、船舶、海洋工程、装甲车辆等领域。近年来，随着对节能减排和船舶航速的要求越来越高，船舶和海洋工程结构件对高强度5083铝合金的需求越来越大，但使用常规方法提升强度的同时5083铝合金在海洋环境中易出现剥落和晶间腐蚀，导致材料服役时可能出现失效。因此，高强度耐剥落和晶间腐蚀的5083铝合金板带材在在军事快艇、高速客运舰船、海洋工程等领域具有广泛的应用前景。

中国专利CN102876939B、CN104357690B、CN108251666A、CN110629083A、CN110952007A、学术论文《张晓琴,林林.5083-HXXX铝合金国产化工艺研究[J].铝加工,1997(04):43-46.》、《卢永红. 5083H321铝合金厚板生产工艺研究[J].铝加工，2003(2):49-51.》、《唐伟.5083铝合金H321状态厚板生产工艺研究[J].轻合金加工技术,2004, 032(008):30-32,36.》、《于莉莉, 张星翔, 赵永军,等. 5083-H321铝合金厚板生产工艺研究[J]. 轻合金加工技术,2008(10):23-25+27.》、《孟凡林, 周崇. 冷变形及退火对船用5083铝合金板腐蚀性能的影响[J]. 轻合金加工技术, 2015, v.43;No.458(10):47-51+64.》、《韩帅.5083-H116铝合金板材工艺研究[J].有色金属加工,2016, v.45;No.254(02):34-39.》均报道了5083或接近铝镁合金的板材生产方法。其生产流程为“熔铸→均匀化退火→锯切→铣面→加热→热轧→中间退火→冷轧→退火→精整”或“熔铸→均匀化退火→锯切→铣面→加热→热轧→冷轧→中间退火→冷轧→退火→精整”以及这两种工艺流程的微调。这些工艺流程工序较多，生产周期长，成本较高，且部分工艺流程生产的铝合金板带材耐腐蚀性不足，达不到海洋环境使用的5系铝合金板材按ASTM G66标准试验后剥落腐蚀等级不超过PB级、按ASTM G67晶间腐蚀试验后重量损失≤15mg/cm²的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度、耐剥落及晶间腐蚀性能优良的耐海洋环境的5083铝合金板带材及其生产方法。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种耐海洋环境的5083铝合金板带材的生产方法包括如下步骤：熔铸、锯切、铣面、加热、热轧、冷轧、精整；该生产方法不包含热处理步骤；

所述熔铸步骤中，5083铝合金化学成分的质量百分数为：Si≤0.20%、Fe 0.15～0.35%、Cu≤0.10%、Mn 0.6～1.0%、Mg 4.5～4.9%、Cr 0.10～0.20%、Zn≤0.25%、Ti 0.01～0.05%、其它杂质元素单个≤0.05%、其它元素合计≤0.15%，其余为Al；其中熔炼温度为730～760℃，精炼温度为720～740℃，铸造温度为680～700℃；

所述加热步骤中，铸锭加热温度为500～540℃，保温时间为2～12小时；

所述热轧步骤中，热粗轧终轧温度控制在390～450℃，热精轧终轧温度为320～350℃，热轧卷坯厚度根据成品厚度预留7～12%加工率，热轧卷下线后先自然冷却2～4小时再风冷；

所述冷轧步骤中，经过1道次冷轧至成品厚度，总加工率为7～12%。

上述耐海洋环境的5083铝合金板带材的生产方法技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述成品厚度为1.8～7.0mm。

进一步的，采用上述生产方法制备得到耐海洋环境的5083铝合金板带材。

进一步的，Si0.040%、Fe 0.150%、Cu0.008%、Mn 0.6%、Mg 4.5%、Cr 0.10%、Zn0.021%、Ti0.01%、其它杂质元素单个≤0.05%、其它元素合计≤0.15%，其余为Al。

进一步的，Si0.092%、Fe 0.246%、Cu0.050%、Mn 0.82%、Mg 4.73%、Cr 0.152%、Zn0.082%、Ti0.027%、其它杂质元素单个≤0.05%、其它元素合计≤0.15%，其余为Al。

进一步的，Si0.185%、Fe 0.35%、Cu0.07%、Mn1.00%、Mg 4.90%、Cr 0.20%、Zn0.15%、Ti0.05%、其它杂质元素单个≤0.05%、其它元素合计≤0.15%，其余为Al。

5083是不可热处理强化铝合金，加工硬化是提高强度的主要措施。晶间腐蚀是金属在适宜的腐蚀环境中沿着或紧挨着晶界发生和发展的局部腐蚀破坏形式，腐蚀从材料表面开始，沿着晶界向内部发展，使晶粒间的结合力大大丧失，以致材料的强度几乎完全消失，是一种危害性很大的腐蚀类型。产生晶间腐蚀的根本原因是晶界及其附近区域与晶粒内部存在电化学腐蚀的不均匀性，对于5083这种高镁铝合金，晶间腐蚀主要是由于β相（Mg₂Al₃）主要集中在晶界上析出导致的选择性溶解所致。而β相室温下析出缓慢，在65℃到固溶温度之间快速析出。剥落腐蚀属于一种特殊形式的晶间腐蚀，金属经大压下量冷轧后形成纤维组织，轧制方向的晶粒尺寸远大于厚度和宽度方向。在腐蚀介质作用下，具有晶间腐蚀倾向的铝合金腐蚀沿轧制方向的晶界方向发展，生成的腐蚀产物体积比铝基体大。由于体积膨胀必然会沿着晶界产生张应力，且应力的方向总是与轧制面法向一致，随着应力增大，已经与基体之间失去结合的晶粒向外鼓起，使合金表面鼓泡，严重时会使合金表面呈层状撬起或产生剥落。本发明通过合理控制冷加工率后不进行热处理，可以获得高强度、高耐剥落及晶间腐蚀的平衡，同时简化生产流程。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本发明的生产流程为：熔铸→锯切→铣面→加热→热轧→冷轧1道次→精整，轧制薄带材，尤其是热连轧可轧厚度为2～8mm，成品厚度1.8～7.0mm产品均可使用此生产方法，与常规工艺相比减少了中间退火、成品退火等热处理工序，缩短生产周期，降低生产成本，同时具有高强度和优良的耐剥落和晶间腐蚀性能，适用于恶劣海洋环境。

2、热轧卷终轧温度320～350℃且下线后先自然冷却2～4小时再风冷，可在完成完全再结晶后较快速度冷却而不发生二次相的大量析出，冷轧总加工率7～12%变形程度小，不形成纤维组织，可获得优良的耐剥落腐蚀性能，按ASTM G66标准进行试验后剥落腐蚀等级达N级。

3、小加工率冷轧后不进行退火处理，保留了加工硬化获得较高强度，同时β相（Mg₂Al₃）不会在晶界析出，从而获得优良的耐晶间腐蚀性能，按ASTM G67标准进行晶间腐蚀试验后重量损失≤5.0mg/cm²。

4、对化学成分进行了优化，在国家标准的基础上优化控制杂质元素Si、Fe的上限及主要强化元素Mn、Mg、Cr的范围，使5083铝合金在较小冷轧加工率后获得较高强度和良好塑性，避免大加工率冷轧导致的塑性下降过多及耐剥落腐蚀性能下降。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述：

实施例1

本实施例一种高强度耐剥落及晶间腐蚀5083铝合金板带材生产方法包括以下生产流程：熔铸→锯切→铣面→加热→热轧→冷轧→精整。

（1）熔铸：熔铸后铸锭的化学元素质量百分数为

熔炼温度为745～760℃，精炼温度为730～740℃，铸造温度为680～690℃。

（2）加热：铸锭加热至540℃后保温2小时。

（3）热轧：热粗轧终轧温度为450℃，热精轧终轧温度为320℃，热轧坯料厚度2.0mm。

（4）冷轧：经过1道次冷轧将热轧坯料轧至1.85mm，总加工率7%。

（5）精整：清洗、剪切、包装。

实施例2

本实施例一种高强度耐剥落及晶间腐蚀冷轧5083铝合金板带材生产方法包括以下生产流程：熔铸→锯切→铣面→加热→热轧→冷轧→精整。

（1）熔铸：熔铸后铸锭的化学元素质量百分数为

熔炼温度为730～740℃，精炼温度为720～730℃，铸造温度为690～700℃。

（2）加热：铸锭加热至520℃后保温6小时。

（3）热轧：热粗轧终轧温度为420℃，热精轧终轧温度为350℃，热轧坯料厚度5.55mm。

（4）冷轧：经过1道次冷轧将热轧坯料轧至5.0mm，总加工率9.9%。

（5）精整：清洗、剪切、包装。

实施例3

（1）熔铸：熔铸后铸锭的化学元素质量百分数为

熔炼温度为740～755℃，精炼温度为725～735℃，铸造温度为685～695℃。

（2）加热：铸锭加热至500℃后保温12小时。

（3）热轧：热粗轧终轧温度为390℃，热精轧终轧温度为335℃，热轧坯料厚度7.95mm。

（4）冷轧：经过1道次冷轧将热轧坯料轧至7.0mm，总加工率11.9%。

（5）精整：清洗、剪切、包装。

对比例1

本对比例为一种5083铝合金板带材生产方法包括以下生产流程：熔铸→锯切→铣面→加热→热轧→冷轧→退火→精整。

（1）熔铸：熔铸后铸锭的化学元素质量百分数为

熔炼温度为730～750℃，精炼温度为725～735℃，铸造温度为685～695℃。

（2）加热：铸锭加热至520℃后保温6小时。

（3）热轧：热粗轧终轧温度为420℃，热精轧终轧温度为335℃，热轧坯料厚度4.5mm。

（4）冷轧：将热轧坯料轧至3.0mm，总加工率33.3%。

（5）退火：退火温度140℃，保温时间2小时。

（6）精整：剪切、包装。

对比例2

本实施例一种5083铝合金板带材生产方法包括以下生产流程：熔铸→锯切→铣面→加热→热轧→冷轧→精整。

（1）熔铸：熔铸后铸锭的化学元素质量百分数为

熔炼温度为735～755℃，精炼温度为730～740℃，铸造温度为685～695℃。

（2）加热：铸锭加热至520℃后保温6小时。

（3）热轧：热粗轧终轧温度为420℃，热精轧终轧温度为330℃，热轧坯料厚度4.8mm。

（4）冷轧：将热轧坯料轧至4.0mm，总加工率16.6%。

（5）精整：清洗、剪切、包装。

对比例3

（1）熔铸：熔铸后铸锭的化学元素质量百分数为

（2）加热：铸锭加热至520℃后保温6小时。

（3）热轧：热粗轧终轧温度为425℃，热精轧终轧温度为330℃，热轧坯料厚度4.15mm。

（4）冷轧：将热轧坯料轧至4.0mm，总加工率3.6%。

（5）精整：清洗、剪切、包装。

实施例和对比例的力学性能和耐腐蚀性能如下：

从上表可知，实施例1至3具有良好的力学性能和耐剥落和晶间腐蚀性能，对比例1耐晶间腐蚀性能不足，对比例2因冷轧加工率较大导致强度高、延伸率低，对比例3因冷轧加工率较小导致强度较低。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种耐海洋环境的5083铝合金板带材的生产方法，其特征在于由如下步骤组成：熔铸、锯切、铣面、加热、热轧、冷轧、精整；

所述热轧步骤中，热粗轧终轧温度控制在390～450℃，热精轧终轧温度为320～350℃，热轧卷下线后先自然冷却2～4小时再风冷；

2.根据权利要求1所述的耐海洋环境的5083铝合金板带材的生产方法，其特征在于：所述成品厚度为1.8～7.0mm。

3.一种采用如权利要求1或2所述生产方法制备得到耐海洋环境的5083铝合金板带材。

4.根据权利要求3所述的耐海洋环境的5083铝合金板带材，其特征在于：Si0.040%、Fe0.150%、Cu0.008%、Mn0.6%、Mg4.5%、Cr0.10%、Zn0.021%、Ti0.01%、其它杂质元素单个≤0.05%、其它元素合计≤0.15%，其余为Al。

5.根据权利要求3所述的耐海洋环境的5083铝合金板带材，其特征在于：Si0.092%、Fe0.246%、Cu0.050%、Mn0.82%、Mg4.73%、Cr0.152%、Zn0.082%、Ti0.027%、其它杂质元素单个≤0.05%、其它元素合计≤0.15%，其余为Al。

6.根据权利要求3所述的耐海洋环境的5083铝合金板带材，其特征在于：Si0.185%、Fe0.35%、Cu0.07%、Mn1.00%、Mg4.90%、Cr0.20%、Zn0.15%、Ti0.05%、其它杂质元素单个≤0.05%、其它元素合计≤0.15%，其余为Al。