CN113832374B - 一种5a12铝合金热轧坯料及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种5A12铝合金热轧坯料及其生产方法。该方法以纯铝锭和纯镁锭为原料配料熔炼，所得合金液进行精炼，精炼后静置，将静置后所得合金液进行铸造，得到铝合金铸锭；将所得5A12铝合金铸锭进行三级均匀化处理；然后将铸锭进行铣面，铣面后采用“醋酸水空气联合除杂法”进行处理；处理后铸锭依次进行均质加热、热粗轧和热精轧，最终得到产品厚度为8mm的5A12铝合金热轧坯料。通过本发明能够得到宽度为1200～1700mm的大规格5A12铝合金热轧板材坯料，该产品具有表面质量好、强度高、塑性好、坯料内部无气孔、缩孔等优点；从而改善了现有生产大规格5A12铝合金板材对设备要求高、热轧轧制技术复杂的问题。
Description
一、技术领域：
本发明属于铝合金及其制备技术领域，具体涉及一种5A12铝合金热轧坯料及其生产方法。
二、背景技术：
5A12铝合金是高镁含量5系铝合金，属于不可热处理合金，具有强度高、耐蚀性好和切削性好、阳极化处理表面质量好、电弧焊性能良好和抗腐蚀性能良好等特点。5A12合金广泛用于船舶、飞机焊接件、地铁轻轨、导弹零件、防弹装甲等领域。实际应用当中5A12合金以挤压型材为主，挤压型材的原材料一般为圆棒状铸锭，直径小、铸造相对简单，成分易控制、铸造不易开裂。小直径的圆棒铸锭采用普通挤压机可挤压成各种形状零部件，但缺点是生产的零部件规格小，不能应用于大规格零部件及焊接件的生产，如大规格船用板材、航空航天焊接用材、防弹装甲等宽幅压延用材。
为了提高5A12合金在大规格零部件上的应用，能够生产出满足要求的大尺寸铸锭是目前迫切需要解决的技术难题。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题是：为了达到能够生产出满足要求的大尺寸铸锭，本发明提供了一种5A12铝合金热轧坯料及其生产方法。利用本发明技术方案制备的5A12合金宽幅板锭热轧坯料，不但能做厚板生产坯料，而且还能够应用于冷轧薄板带材，该产品具有强度高、塑性好、耐腐蚀性能高、内部无孔洞、夹渣、较高塑性延伸率等优异特点。利用本发明生产的坯料主要用于冷轧薄板带材的生产。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：
本发明提供一种5A12铝合金热轧坯料，以质量百分含量表示，所述铝合金热轧坯料包含以下合金元素：
Si≤0.30％，Cu≤0.05％，Mg 8.1～9.2％，Zn≤0.20％，Mn 0.50～0.90％，Ti0.05～0.15％，Ni≤0.10％，Fe≤0.30％，其它杂质≤0.10％，余量为Al。
另外，提供一种5A12铝合金热轧坯料的生产方法，所述生产方法包括以下步骤：
a、熔炼：以纯铝锭和纯镁锭为原料进行配料熔炼，熔炼过程中控制熔炼温度为720～760℃，熔炼保温时间为20～30min；熔炼过程中加入中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-20Mn、Al-5Ni和Al-5Ti-B进行配料，配料温度为730～750℃，使其熔炼所得合金液成分满足上述坯料的合金元素组成；
b、精炼：将步骤a所得合金液进行精炼，精炼过程中控制温度为720～745℃、精炼时间为30～60min；精炼结束后进行静置，静置时间为30～40min；
c、铸造：将步骤b静置后所得合金液进行铸造，铸造过程中控制浇铸温度为690～725℃，得到铝合金铸锭；
d、三段式均匀化处理：将步骤c所得铸锭采用箱式均热炉进行三段式均匀化处理(通过三段式均匀化处理改善坯料中微观组织形貌)；
e、铸锭预处理：将步骤d均匀化处理后的5A12铸锭进行铣面，铣面后采用“醋酸水空气联合除杂法”去除铸锭表面残余杂物和防止板坯加热“返潮”；
f、均质加热：将步骤e预处理所得铸锭置于加热炉中进行均质加热；
g、热粗轧：将步骤f处理后所得铸锭采用1+1+1热连轧(粗轧机、立辊轧机和精轧机)进行轧制；
h、热精轧：将热粗轧所得坯料采用三道次可逆式轧制过程，轧制获得最终坯料即5A12铝合金热轧坯料。
根据上述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，步骤d中所述三段式均匀化处理的具体过程为：
第一阶段：首先将箱式均热炉炉气温度定在320℃，所测定金属温度达到275～285℃时，改定炉气温度为290℃，在此温度下保温5小时；第二阶段：然后将炉气温度定在380℃，所测定金属温度达到345～355℃时，改定炉气温度360℃，在此温度下保温5小时；第三阶段：最后将炉气温度定在470℃，金属温度达到450～460℃条件下保温12个小时，保温时间完成后推出板锭自然冷却。
根据上述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，步骤e中5A12铸锭进行铣面时，将铸锭双侧小面各铣去20mm、上下两个大面各铣去30mm(完全将激冷晶、偏析层铣去)。
根据上述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，步骤e中5A12铸锭进行铣面后，测定侧面弯曲度≤3mm，大面弯曲度≤2mm(表面手感光滑、无突起)。
根据上述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，步骤e中所述“醋酸水空气联合除杂法”的具体过程为：
1)将铣面后的铸锭放入流动水槽中冲洗表面的微小颗粒；2)冲洗后的铸锭置于85～95℃的纯净水中，纯净水中加入质量百分浓度为1％的醋酸，预热30分钟，铸锭表面温度达到35～45℃(采用便携式热电偶测定铸锭表面金属温度)；3)然后在水箱中通入压缩空气，产生10000～50000个/cm3微小汽泡(实现除杂和防止后续加热“返潮”的目的)。
根据上述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，步骤f中所述均质加热的具体操作为：将步骤e预处理所得铸锭置于推进式加热炉中，加热炉定温520℃，当金属温度达到450～460℃时，改定炉气温度为470℃条件下保温2～4小时，然后出炉轧制。
根据上述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，步骤g中所述热粗轧过程中，轧制开轧温度为440～460℃，终轧温度为380～400℃；热粗轧采用10mm、15mm和20mm三种单次轧制压下量，轧制29道次，粗轧完成后所得板材的厚度为35mm。
根据上述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，步骤g中所述热粗轧过程中采用的润滑介质为乳液，所述乳液浓度为3.5～4.5％，乳液温度控制为60～65℃，pH值为7.8～8.4，乳液润滑喷射压力为0.5～0.6Mpa。
根据上述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，步骤h所述热精轧过程中，开轧温度为370～400℃，终轧温度为320～340℃；每道次压下量分配为15mm、8mm和4mm，终轧板材厚度为8mm；热精轧过程中采用的润滑介质为乳液，乳液浓度为7～8％(轧制原油7～8％，其余为纯水)，乳液温度控制为60～65℃，pH值控制为7.8～8.4，乳液润滑喷射压力为0.5～0.6Mpa。
本发明的积极有益效果：
1、本发明生产方法中，对铸锭坯料所采用的三级均匀化技术是分阶段均匀化。多阶段均匀化升温缓慢，恒温使铸锭速度曲线变缓，从低至高多阶段保温的配合，从而有效防止快速升温所导致的应力释放过快所出现的铸锭开裂；另一方面，不同阶段均匀化能够有效消除铸锭成分偏析。另外，不同温度阶段下应力消除更为彻底。铸坯的第二相的形态、尺寸、分布趋于均匀，减少了偏析，从而改善了塑性变形过程中沿晶粒边界的应力分布，并且在各个部位均匀一致，从而提高后续加工中的工艺性能。
2、针对常温下的板锭放入高温炉后产生冷热交换，在冷热巨大交换下板坯表面会产生很多小水珠，小水珠在高温炉内气氛下对高镁合金产生一定的腐蚀等技术问题。本发明技术方案通过采用“醋酸水空气联合除杂法”对铣面后的铸锭放入纯水当中进行加热，将纯水温度控制在85～95℃，加入1％醋酸，板锭加热30分钟；板锭温度在35～45℃之间，水箱中通入压缩空气，形成大量微小汽泡，将板锭清擦之后，后续加热时表面不再出现小水珠。
3、铝的密度为2.7g/cm3、镁的密度为1.7g/cm3、5A12的镁含量为8.1～9.2％，普通现有的热轧工艺生产技术极易造成设备损坏，本发明技术方案采用29个道次进行可逆式轧制，不但确保生产设备安全而且板坯内部晶粒均匀、无疏松等内部缺陷，使生产的产品5A12铝合金热轧坯料的塑性变形能力提升。
4、利用本发明技术方案制备的5A12铝合金热轧坯料，主要应用于冷轧薄板带材，抗拉强度达到390～410MPa，延伸率≥18％，板带凸度2.5～4％。本发明制备的热轧坯料具有表面质量好、强度高、塑性好、裂边宽度小、坯料内部无气孔、缩孔等优势。
5、通过本发明能够得到宽度为1200～1700mm的大规格5A12铝合金热轧板材坯料，该产品具有表面质量好、强度高、塑性好、坯料内部无气孔、缩孔等优势。从而改善了现有生产大规格5A12铝合金板材对设备要求高，热轧轧制技术复杂的问题。
6、本发明技术方案制备的产品经检测，所得相关性能参数详见表1。
表1本发明制备产品的性能检测结果
四、具体实施例方式：
以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明技术方案保护的范围。
实施例1：
本发明5A12铝合金热轧坯料，以质量百分含量表示，所述铝合金热轧坯料包含以下合金元素：
Si 0.201％，Cu 0.031％，Mg 8.802％，Zn 0.101％，Mn 0.702％，Ti 0.101％，Ni0.060％，Fe 0.150％，其它杂质0.030％，余量为Al。
实施例2：
本发明实施例1所述5A12铝合金热轧坯料的生产方法，该生产方法的详细步骤如下：
a、熔炼：以纯铝锭和纯镁锭为原料进行配料熔炼，熔炼过程中控制熔炼温度为730～750℃，熔炼保温时间为25min；熔炼过程中加入中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-20Mn、Al-5Ni和Al-5Ti-B进行配料，配料温度为730～740℃，使其熔炼所得合金液成分满足实施例1所述坯料的合金元素组成；
b、精炼：将步骤a所得合金液进行精炼，精炼过程中控制温度为720～725℃、精炼时间为30min；精炼结束后进行静置，静置时间为30min；
c、铸造：将步骤b静置后所得合金液进行铸造，铸造过程中控制浇铸温度为695～715℃，得到铝合金铸锭；
d、三段式均匀化处理：将步骤c所得铸锭采用箱式均热炉进行三段式均匀化处理(通过三段式均匀化处理改善坯料中微观组织形貌)；
所述三段式均匀化处理的具体操作过程为：
第一阶段：首先将箱式均热炉炉气温度定在320℃，所测定金属温度达到275～285℃时，改定炉气温度为290℃，在此温度下保温5小时；第二阶段：然后将炉气温度定在380℃，所测定金属温度达到345～355℃时，改定炉气温度360℃，在此温度下保温5小时；第三阶段：最后将炉气温度定在470℃，金属温度达到450～460℃条件下保温12个小时，保温时间完成后推出板锭自然冷却；
e、铸锭预处理：将步骤d均匀化处理后的5A12铸锭进行铣面，铣面时将铸锭双侧小面各铣去20mm、上下两个大面各铣去30mm(完全将激冷晶、偏析层铣去)；5A12铸锭进行铣面后，测定侧面弯曲度≤3mm，大面弯曲度≤2mm(表面手感光滑、无突起)；铣面后采用“醋酸水空气联合除杂法”去除铸锭表面残余杂物和防止板坯加热“返潮”；
所述“醋酸水空气联合除杂法”的具体操作过程为：
1)将铣面后的铸锭放入流动水槽中冲洗表面的微小颗粒；2)冲洗后的铸锭置于85～95℃的纯净水中，纯净水中加入质量百分浓度为1％的醋酸，预热30分钟，铸锭表面温度达到35～45℃(采用便携式热电偶测定铸锭表面金属温度)；3)然后在水箱中通入压缩空气，产生10000～50000个/cm3微小汽泡(从而实现除杂和防止后续加热“返潮”的目的)；
f、均质加热：将步骤e预处理所得铸锭置于加热炉中进行均质加热；
均质加热的具体操作为：将步骤e预处理所得铸锭置于推进式加热炉中，加热炉定温520℃，当金属温度达到450～460℃时，改定炉气温度为470℃条件下保温2.5小时，然后出炉轧制；
g、热粗轧：将步骤f处理后所得铸锭采用1+1+1热连轧(粗轧机、立辊轧机和精轧机)进行轧制；
所述热粗轧过程中，轧制开轧温度为440～450℃，终轧温度为385～395℃；热粗轧采用10mm、15mm和20mm三种单次轧制压下量，轧制29道次，粗轧完成后所得板材的厚度为35mm；所述热粗轧过程中采用的润滑介质为乳液，所述乳液浓度为4.0％，乳液温度控制为60～65℃，pH值为8.0，乳液润滑喷射压力设定0.5Mpa；
热粗轧轧制道次分配如下：
h、热精轧：将热粗轧所得坯料采用三道次可逆式轧制过程，轧制获得最终坯料即5A12铝合金热轧坯料；
所述热精轧过程中，开轧温度为370～390℃，终轧温度为320～330℃；每道次压下量分配为15mm、8mm和4mm，终轧板材厚度为8mm；其中乳液浓度控制为7～8％(轧制原油7～8％，其余为纯水)之间，乳液温度控制为60～65℃，pH值控制在7.8～8.4之间，乳液润滑喷射压力设定为0.55MPa。
本实施例制备所得产品的相关性能检测数据详见表2。
表2本发明制备产品的性能检测结果
实施例3：
本发明5A12铝合金热轧坯料，以质量百分含量表示，所述铝合金热轧坯料包含以下合金元素：
Si 0.221％，Cu 0.022％，Mg 8.668％，Zn 0.113％，Mn 0.689％，Ti 0.088％，Ni0.051％，Fe 0.110％，其它杂质0.030％，余量为Al。
实施例4：
本发明实施例3所述5A12铝合金热轧坯料的生产方法，该生产方法的详细步骤如下：
a、熔炼：以纯铝锭和纯镁锭为原料进行配料熔炼，熔炼过程中控制熔炼温度为735～760℃，熔炼保温时间为20min；熔炼过程中加入中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-20Mn、Al-5Ni和Al-5Ti-B进行配料，配料温度为735～750℃，使其熔炼所得合金液成分满足实施例3所述坯料的合金元素组成；
b、精炼：将步骤a所得合金液进行精炼，精炼过程中控制温度为730～745℃、精炼时间为40min；精炼结束后进行静置，静置时间为35min；
c、铸造：将步骤b静置后所得合金液进行铸造，铸造过程中控制浇铸温度为700～720℃，得到铝合金铸锭；
d、三段式均匀化处理：将步骤c所得铸锭采用箱式均热炉进行三段式均匀化处理(通过三段式均匀化处理改善坯料中微观组织形貌)；
所述三段式均匀化处理的具体操作过程为：
第一阶段：首先将箱式均热炉炉气温度定在320℃，所测定金属温度达到275～285℃时，改定炉气温度为290℃，在此温度下保温5小时；第二阶段：然后将炉气温度定在380℃，所测定金属温度达到345～355℃时，改定炉气温度360℃，在此温度下保温5小时；第三阶段：最后将炉气温度定在470℃，金属温度达到450～460℃条件下保温12个小时，保温时间完成后推出板锭自然冷却；
e、铸锭预处理：将步骤d均匀化处理后的5A12铸锭进行铣面，铣面时将铸锭双侧小面各铣去20mm、上下两个大面各铣去30mm(完全将激冷晶、偏析层铣去)；5A12铸锭进行铣面后，测定侧面弯曲度≤3mm，大面弯曲度≤2mm(表面手感光滑、无突起)；铣面后采用“醋酸水空气联合除杂法”去除铸锭表面残余杂物和防止板坯加热“返潮”；
所述“醋酸水空气联合除杂法”的具体操作过程为：
1)将铣面后的铸锭放入流动水槽中冲洗表面的微小颗粒；2)冲洗后的铸锭置于85～95℃的纯净水中，纯净水中加入质量百分浓度为1％的醋酸，预热30分钟，铸锭表面温度达到35～45℃(采用便携式热电偶测定铸锭表面金属温度)；3)然后在水箱中通入压缩空气，产生10000～50000个/cm3微小汽泡(实现除杂和防止后续加热“返潮”的目的)
f、均质加热：将步骤e预处理所得铸锭置于加热炉中进行均质加热；
均质加热的具体操作为：将步骤e预处理所得铸锭置于推进式加热炉中，加热炉定温520℃，当金属温度达到450～460℃时，改定炉气温度为470℃条件下保温4小时，然后出炉轧制；
g、热粗轧：将步骤f处理后所得铸锭采用1+1+1热连轧(粗轧机、立辊轧机和精轧机)进行轧制；
所述热粗轧过程中，轧制开轧温度为440～450℃，终轧温度为385～395℃；热粗轧采用10mm、15mm和20mm三种单次轧制压下量，轧制29道次，粗轧完成后所得板材的厚度为35mm；所述热粗轧过程中采用的润滑介质为乳液，所述乳液浓度设定为4.0％，乳液温度控制为60～65℃，pH值为8.0，乳液润滑喷射压力设定为0.5Mpa；
热粗轧轧制道次分配如下：
h、热精轧：将热粗轧所得坯料采用三道次可逆式轧制过程，轧制获得最终坯料即5A12铝合金热轧坯料；
所述热精轧过程中，开轧温度为370～390℃，终轧温度为320～330℃；每道次压下量分配为15mm、8mm和4mm，终轧板材厚度为8mm；其中乳液浓度控制为7～8％(轧制原油7～8％，其余为纯水)之间，乳液温度控制为60～65℃，pH值控制为7.8～8.4，乳液润滑喷射压力设定为0.55MPa。
通过拉伸试验，得到本发明产品5A12铝合金板坯的单轴拉伸曲线，进一步得到该板坯的抗拉强度、屈服强度、伸长率等机械性能。
本实施例制备所得产品的相关性能检测数据详见表3。
表3本实施例制备产品的性能检测结果
Claims (6)
1.一种5A12铝合金热轧坯料的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：
a、熔炼：以质量百分含量表示，所述铝合金热轧坯料包含以下合金元素：
Si ≤0.30%，Cu ≤0.05%，Mg 8.1～9.2%，Zn ≤0.20%，Mn 0.50～0.90%，Ti 0.05～0.15%，Ni≤0.10%，Fe ≤0.30%，其它杂质≤0.10%，余量为Al；以纯铝锭和纯镁锭为原料进行配料熔炼，熔炼过程中控制熔炼温度为720～760℃，熔炼保温时间为20～30min；熔炼过程中加入中间合金Al-20Si、Al-50Cu、Al-20Mn、Al-5Ni和Al-5Ti-B进行配料，配料温度为730～750℃，使其熔炼所得合金液成分满足所述坯料的合金元素组成；
b、精炼：将步骤a所得合金液进行精炼，精炼过程中控制温度为720～745℃、精炼时间为30～60min；精炼结束后进行静置，静置时间为30～40min；
c、铸造：将步骤b静置后所得合金液进行铸造，铸造过程中控制浇铸温度为690～725℃，得到铝合金铸锭；
d、三段式均匀化处理：将步骤c所得铸锭采用箱式均热炉进行三段式均匀化处理；
所述三段式均匀化处理的具体过程为：第一阶段：首先将箱式均热炉炉气温度定在320℃，所测定金属温度达到275～285℃时，改定炉气温度为290℃，在此温度下保温5小时；第二阶段：然后将炉气温度定在380℃，所测定金属温度达到345～355℃时，改定炉气温度360℃，在此温度下保温5小时；第三阶段：最后将炉气温度定在470℃，金属温度达到450～460℃条件下保温12个小时，保温时间完成后推出板锭自然冷却；
e、铸锭预处理：将步骤d均匀化处理后的5A12铸锭进行铣面，铣面后采用“醋酸水空气联合除杂法”去除铸锭表面残余杂物和防止板坯加热“返潮”；
所述“醋酸水空气联合除杂法”的具体过程为：1）将铣面后的铸锭放入流动水槽中冲洗表面的微小颗粒；2）冲洗后的铸锭置于85～95℃的纯净水中，纯净水中加入质量百分浓度为1%的醋酸，预热30分钟，铸锭表面温度达到35～45℃；3）然后在水箱中通入压缩空气，产生10000～50000个/cm3微小汽泡；
f、均质加热：将步骤e预处理所得铸锭置于加热炉中进行均质加热；
所述均质加热的具体操作为：将步骤e预处理所得铸锭置于推进式加热炉中，加热炉定温520℃，当金属温度达到450～460℃时，改定炉气温度为470℃条件下保温2～4小时，然后出炉轧制；
g、热粗轧：将步骤f处理后所得铸锭采用1+1+1热连轧进行轧制；
h、热精轧：将热粗轧所得坯料采用三道次可逆式轧制过程，轧制获得最终坯料即5A12铝合金热轧坯料。
2.根据权利要求1所述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，其特征在于：步骤e中5A12铸锭进行铣面时，将铸锭双侧小面各铣去20mm、上下两个大面各铣去30mm。
3.根据权利要求1所述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，其特征在于：步骤e中5A12铸锭进行铣面后，测定侧面弯曲度≤3mm，大面弯曲度≤2mm。
4.根据权利要求1所述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，其特征在于：步骤g中所述热粗轧过程中，轧制开轧温度为440～460℃，终轧温度为380～400℃；热粗轧采用10mm、15mm和20mm三种单次轧制压下量，轧制29道次，粗轧完成后所得板材的厚度为35mm。
5.根据权利要求1所述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，其特征在于，步骤g中所述热粗轧过程中采用的润滑介质为乳液，所述乳液浓度为3.5～4.5%，乳液温度控制为60～65℃，pH值为7.8～8.4，乳液润滑喷射压力为0.5～0.6Mpa。
6.根据权利要求1所述的5A12铝合金热轧坯料的生产方法，其特征在于，步骤h所述热精轧过程中，开轧温度为370～400℃，终轧温度为320～340℃；每道次压下量分配为15mm、8mm和4mm，终轧板材厚度为8mm；热精轧过程中采用的润滑介质为乳液，乳液浓度为7～8%，乳液温度控制为60～65℃，pH值控制为7.8～8.4，乳液润滑喷射压力为0.5～0.6Mpa。
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