CN113528900B

CN113528900B - 一种短流程高导电6系铝合金板带材及其制备方法

Info

Publication number: CN113528900B
Application number: CN202110816126.6A
Authority: CN
Inventors: 阙石生; 黄瑞银; 李学云; 张希园; 郑宏智; 吴建新; 韦拥; 陈加龙
Original assignee: Zhonglv Southeast Material Institute Fujian Technology Co ltd; Chinalco Ruimin Co Ltd
Current assignee: Zhonglv Southeast Material Institute Fujian Technology Co ltd; Chinalco Ruimin Co Ltd
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-07-20
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2041-07-20
Also published as: CN113528900A

Abstract

本发明属于铝合金带材的制备领域，具体涉及一种短流程高导电6系铝合金板带材及其制备方法。其化学成分按质量分数计为：Si 0.40‑0.46%，Fe 0.06~0.12%，Cu 0.01~0.04%，Mn 0.01~0.03%，Mg 0.40‑0.50%，Cr≤0.02%，Zn≤0.05%，Ti≤0.02%，余量为铝及不可避免杂质。以铝锭、铝中间合金锭、电解铝水等原料，经熔炼、铸造、热轧、固溶淬火、预拉伸、时效制得板带材。本发明铝合金带材的抗拉强度≥220MPa，屈服强度≥195MPa，电导率≥58%IACS，满足钣金折弯要求（翻边因子r_min/t≤0.50）。

Description

一种短流程高导电6系铝合金板带材及其制备方法

技术领域

本发明属于铝合金带材的制备领域，具体涉及一种短流程高导电6系铝合金板带材及其制备方法。

背景技术

铜和铝作为两种主要导电金属材料，铜面临着资源匮乏及价格高等不利因素，铝作为地球上最丰富的有色金属，具有质量轻、耐腐蚀、成型好、成本低等优点，逐渐在电力导线、储能电站、新能源汽车等领域得以应用。

铝合金中纯铝的电导率最高，以AA1050为例，约为61%IACS，但强度不足。6系铝合金是一种Al-Mg-Si系热处理可强化合金，它具有中等强度、良好的导电性及成型性，成为近些年来在导电材料的研究热门。特别是新能源电动汽车及快充技术的发展，6系铝板带被特斯拉等电动汽车企业所采用，不仅要求具有较高的强度，优异的导电率，兼折弯加工等要求。6系铝合金时效状态电导率普遍在55%IACS左右，在确保强度的条件下，电导率提升至58%IACS及以上难度很大。这是因为提高铝合金的强度，需适当添加一些合金元素，导电率随之降低，冲压折弯的加工性能也随之变差。

专利申请号为201911372828.9的专利申请分别公开了一种高导率6系铝合金材及其生产工艺。通过增加元素B0.015-0.02%，低温450-500℃，长时间保温10-20h均匀化处理，制得抗拉强度250MPa，屈服强度210MPa，延伸率16.7%，电导率32.52Ms/m（56.07%IACS），HB=65材料，面临着电导率不足问题。

专利申请号为201811260377.5的专利申请分别公开了一种T6状态铝合金导电管材及其制备方法，采用低温455-465℃，长时保温16-18小时，制得型材硬度HB≥75，电导率最高为56.8%IACS，同样面临着电导率不足问题。

专利申请号为202010520836X的专利申请分别公开了一种高导电铝合金板带的制备方法，采用增加稀土元素Er0.03~0.05%形成弥散的析出强化相，面临着制造成本上升问题。

本发明对铝合金化学成分进行优化，采用热轧料（无需冷轧）直接固溶和时效处理，使得该铝合金带材具有较高的强度和优异的电导率，抗拉强度≥220MPa，屈服强度≥195MPa，电导率≥58%IACS，满足钣金折弯要求（翻边因子r_min/t≤0.50），可广泛应用在高导电汽车及储能等领域。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种高导电6系铝板及其制备方法，工艺流程搭配合理，生产成本较低。

为实现本发明的目的，采用如下技术方案：

一种短流程高导电6系铝合金板带材：所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si 0.40-0.46%，Fe 0.06~0.12%，Cu 0.01~0.04%，Mn 0.01~0.03%，Mg 0.40-0.50%，Cr≤0.02%，Zn≤0.05%，Ti ≤0.02%，余量为铝及不可避免杂质。

一种短流程高导电6系铝板的制备方法：以铝锭、铝中间合金锭、电解铝水原料，经熔炼、铸造、热轧、固溶淬火、预拉伸、时效、切板制得高导电6系铝合金板带材。

具体制备方法包括以下步骤：

（1）按照合金成分配比，将铝锭、铝中间合金锭和电解铝水原料经熔化、精炼、除渣、除气后半连续铸造成铝合金扁锭；

（2）铝合金扁锭经铣面后进入立推炉进行均匀化热处理，出炉后热轧至厚度2-6mm的热轧卷，终轧温度270~300℃；

（3）将步骤（2）得到热轧卷经连续气垫炉进行固溶、淬火和预拉伸处理；

（4）将步骤（3）得到过饱和固溶状态卷进行200℃~220℃/5~12h时效处理；

（5）将步骤（4）获得的卷材经纵切机或横切成所需的规格，最终制得高导电6系铝合金板带材。

步骤（2）所述均匀化热处理的条件为：先升温540~560℃，保温4-8小时，再降温至500~510℃，保温1-2小时。

步骤（3）中固溶处理温度为500~530℃，保温10~30s；淬火处理采用水淬或风冷，速度≥10℃/s；预拉伸率为0.5%~2%。

本发明的有益效果在于：

本发明采用热轧料直接固溶和时效处理，减少了冷轧道次，缩短周期及降低成本，同时所制得的铝合金性能优良，即抗拉强度≥220MPa，屈服强度≥195MPa，电导率≥58%IACS，满足钣金折弯要求（翻边因子r_min/t≤0.50，r_min为180度折弯最小半径，t为材料厚度）。

附图说明

图1为钣金折弯对比图（左侧为对比折弯橘皮样品；右侧为本发明实施例2折弯合格样品）；

图2为成品晶粒对比图（a为本发明实施例1样品平均晶粒尺寸110.32μm；b为对比样品平均晶粒尺寸234.64μm）。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。

导热与金属中自由电子导电理论基本一致，即金属材料的电导率和导热系数之间遵循维德曼-弗朗兹定律(Wiedeman-Franz)，数学表达式如下：L=λ/（σ﹡T），其中λ为导热系数，σ为导电系数，T温度，L为洛伦兹常数。由此可知，金属的导电系数越高，热导率也越高。

影响6系铝合金导电导热系数的因素较多，如合金元素种类和含量、组织中的晶格畸变程度、缺陷、杂质、第二相及其形貌、尺寸和分布等有关。

本发明着眼于能提供一种短流程高导电6系铝合金板带，涉及的组成成分的质量分数为：Si0.40-0.46%，Fe0.06~0.12%，Cu 0.01~0.04%%，Mn0.01~0.03%，Mg0.40-0.50%，Cr≤0.02%，Zn≤0.05%，Ti ≤0.02%，余量为铝及不可避免杂质。

Mg、Si作为重要元素，Si过剩型容易促进Mg₂Si析出强化，但Si过量容易使材料变硬变脆。

适当的Fe可以增加α-Al形核率，细化晶粒，减少成型时橘皮开裂风险，但晶界数量增多，对自由电子的运动有着强烈的阻碍作用，降低导电及导热性能，与此同时Fe在铝合金中的溶解度很低，过量Fe形成粗大难熔AlFeMn相，影响制品的塑性。因此控制Fe 0.06~0.12%。

适量添加Cu可以减轻6系铝合金的停放效应，能有效降低自然时效速度，减轻停放的不利影响，少量的Cu固溶于α-Al中形成CuAl₂相，起到补充强化的作用。但Cu过多会降低合金的塑性和耐腐蚀性。因此，Cu含量宜控制在0.01~0.04%以下。

通过添加适当的Mn，形成MnAl₆金属化合物，在均匀化或固溶处理过程中， MnAl₆以弥散质点析出并聚集在晶界处，阻碍了晶粒的长大和聚集。同时将合金中的Fe溶解其中，以达到减少有害相。但是加入过多的Mn，反而容易生产硬质多边状初生相，降低合金的加工性能。因此控制Mn含量在0.01~0.03％。

限制Cr、Ti、Zn影响电导率有害元素的使用。

经热轧、固溶淬火、预拉伸、时效制得一种高导电6系铝板。

均匀化热处理：第一阶段采用540~560℃，保温4-8小时有效促使铸造非平衡相完全溶解到基体晶粒中，改善铸锭组织均匀性。第二阶段降温至500~510℃，保温1-2小时，促使部分细小相均匀析出，降低基体过饱和固溶度，减缓热轧温降过程中的偏聚析出长大，避免后续固溶过程中因尺寸过大而不能完全回溶而使得性能下降。

固溶处理既是一个析出相重新回溶的过程，也是经轧制扁长晶粒重新再结晶的过程。在连续气垫炉上，采用固溶温度500~530℃，保温10~30s，水淬或风冷速度≥10℃/s，确保了充分固溶，也避免了晶粒的异常长大。

适当增加预拉伸率0.5%~2%，将产生更多的滑移位错，后续的时效析出驱动力增强，获得更好的时效强度，与此同时，析出相的增加将使固溶原子贫化，晶格畸变程度减轻，电导率得以进一步提升。

采用时效工艺为200℃~220℃/5~12h，将使得材料获得优良的力学性能和电导率。

下面就以具体得实行例子来进行说明。

实施例1

一种短流程高导电6系铝板，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si0.42%，Fe0.08%，Cu0.03%，Mn0.01%，Mg0.45%，Cr0.002%，Zn0.003%，Ti 0.007%，余量为铝及不可避免杂质。

所述一种短流程高导电6系铝板的制作方法为：以铝锭、铝中间合金锭、电解铝水等原料，经熔炼、铸造、热轧、固溶淬火、预拉伸、时效制得一种高导电6系铝板。具体包括以下步骤：

（2）铝合金扁锭经铣面后进入立推炉进行540℃/5h+500℃/2h均匀化热处理，出炉后热轧至厚度5mm的热轧卷，终轧温度270℃；

（3）将步骤（2）得到热轧卷经连续气垫炉进行520℃/20s+15℃/s淬火速率+0.5%预拉伸处理；

（4）将步骤（3）得到过饱和固溶状态卷进行200℃/12h时效处理；

（5）将步骤（4）获得的卷材经纵切机或横切成所需的规格，最终制得一种高导电6系铝板。

本发明所制得的铝合金带材抗拉强度225MPa，屈服强度201MPa，电导率58.5%IACS，满足钣金折弯要求(翻边因子r_min/t=0.33)。

实施例2

一种短流程高导电6系铝板，所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si0.45%，Fe0.12%，Cu0.02%，Mn0.03%，Mg0.48%，Cr0.008%，Zn0.009%，Ti 0.01%，余量为铝及不可避免杂质。

（2）铝合金扁锭经铣面后进入立推炉进行560℃/6h+510℃/2h均匀化热处理，出炉后热轧至厚度3mm的热轧卷，终轧温度300℃；

（3）将步骤（2）得到冷轧卷经连续气垫炉进行500℃/30s+12℃/s淬火速率+2%预拉伸处理；

（4）将步骤（3）得到过饱和固溶状态卷进行220℃/6h的时效处理；

本发明所制得的铝合金带材抗拉强度227MPa，屈服强度194MPa，电导率58.3%IACS，满足钣金折弯要求(翻边因子r_min/t=0.15)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种短流程高导电6系铝合金板带材的制备方法，其特征在于：所述的铝合金板带材其化学成分按质量分数计为：Si 0.40-0.46%，Fe 0.06~0.12%，Cu 0.01~0.04%，Mn 0.01~0.03%，Mg 0.40-0.50%，Cr≤0.02%，Zn≤0.05%，Ti ≤0.02%，余量为铝及不可避免杂质；

所述的短流程高导电6系铝合金板带材的制备方法，包括以下步骤：

（5）将步骤（4）获得的卷材经纵切机或横切成所需的规格，最终制得高导电6系铝合金板带材；

步骤（2）所述均匀化热处理的条件为：先升温540~560℃，保温4-8小时，再降温至500~510℃，保温1-2小时；

步骤（3）中固溶处理温度为500~530℃，保温10~30s。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中淬火处理采用水淬或风冷，速度≥10℃/s。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中预拉伸率为0.5%~2%。