CN114411024B - 一种阳极氧化5xxx系铝材用扁锭及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阳极氧化5xxx系铝材用扁锭及其制备方法，所述扁锭包括按质量百分比计的如下组分：0.8%＜Mg＜6.0%；Cu＜0.1%；Mn＜0.1%；0.031%＜Ti＜0.05%，以及余量的Al和不可避免的杂质；该制备方法包括熔炼和半连续铸造；在熔炼过程中，扁锭中的Ti元素的添加方式包括炉内添加或在线添加，炉内添加的形式为Al‑Ti中间合金，在线添加的形式为Al‑Ti‑B丝，并控制炉内添加和在线添加的添加量；在半连续铸造的过程中，铸锭稳定阶段的铸造速度为40~55mm/min，单个结晶器冷却水流量≥45m3/h。本发明通过调控熔炼和铸造工艺，促进扁锭中第二相细小弥散分布、晶粒均匀细小、成分均匀，实现后续铝板带材具有良好表面质量的同时，强度显著提高。

Description

一种阳极氧化5xxx系铝材用扁锭及其制备方法
技术领域
本发明属于铝合金材料领域，具体涉及一种阳极氧化5xxx系铝材用扁锭及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展，铝合金的应用领域越来越广。铝合金材质的产品不仅质量轻、不易被腐蚀且表面平整度好，而且经阳极氧化处理后表面色泽均匀，触感光滑细腻，获得了越来越多的关注。5xxx系铝合金以Mg为主要的添加合金元素，具有中等强度，较好的耐蚀性，较好的成形性能以及较好的表面处理性能，被广泛应用于金属包装、瓶盖等领域。近年来铝合金化妆品瓶盖已替代早期的塑料瓶盖，尤其是在表面质量要求高，深冲比要求大的化妆品瓶盖领域，较低合金化程度的5005、5050等合金是该类产品的主力材料，拥有稳定的客户群体与出货量。
由于化妆品瓶盖需要轧制铝合金板材具有良好的强度和延伸率，经冲压成形后铝材仍能保持表面平整光滑，不能有裂纹、麻点等缺陷，因此当前阳极氧化用铝合金板带材的技术开发主要集中在保证产品表面质量的前提下，进一步提高其强度和延伸率。另外，在铝合金板材冲压成形过程中会在冲杯的杯口出现制耳现象。制耳率高会导致深冲难度提高，深冲开裂风险增加、切边量增加以及表面出现麻点缺陷等不利影响。因此，控制铝合金板材的强度和制耳率的匹配度成为制约该类产品推广应用的关键因素。
铝合金板材的质量又受到铝合金铸锭质量的制约，因此控制铝合金铸锭的质量可一定程度上有利于后续工序的进行，改善铝合金板材的质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种阳极氧化5xxx系铝材用扁锭及其制备方法，通过调控熔炼和铸造工艺，促进扁锭中第二相细小弥散分布、晶粒均匀细小、成分均匀，实现后续铝板带材具有良好表面质量的同时，强度显著提高。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种阳极氧化5000系铝材用扁锭，所述扁锭包括按质量百分比计的如下组分：0.8%＜Mg＜6.0%；Cu＜0.1%；Mn＜0.1%；0.031%＜Ti＜0.05%，以及余量的Al和不可避免的杂质；扁锭的第二相呈细条状或点状均匀分布于晶界处，长度＜25μm；扁锭的晶粒组织均匀细小，最大晶粒尺寸＜700μm，平均晶粒尺寸＜210μm；扁锭的成分分布均匀，边部和中心区域元素偏析差值＜0.2%。
一种阳极氧化5000系铝材用扁锭的制备方法，用以制备所述的阳极氧化5xxx铝材用扁锭，该制备方法包括熔炼和半连续铸造；在熔炼过程中，扁锭中的Ti元素的添加方式包括炉内添加或在线添加，炉内添加的形式为Al-Ti中间合金，在线添加的形式为Al-Ti-B丝，并控制炉内添加和在线添加的添加量；在半连续铸造的过程中，铸锭稳定阶段的铸造速度为40~55mm/min，单个结晶器冷却水流量≥45m3/h。
在熔炼过程中，熔炼温度为720~750℃，转炉时间≤1h，保温温度720~730℃，保温时间1~2h。
熔炼过程中，铝合金熔体的除气过程包括先后进行的炉内除气和在线除气；炉内除气温度730℃，除气时间20~30min，气体采用高纯氩气；在线除气温度720~730℃，气体采用高纯氩气。
在半连续铸造过程中，铸造温度680~715℃。
本发明的有益效果是：本发明通过对熔炼和铸造工艺的调控，促进扁锭中第二相细小弥散分布、晶粒均匀细小、成分均匀，扁锭的第二相呈细条状或点状均匀分布于晶界处，长度＜25um；扁锭的晶粒组织均匀细小，最大晶粒尺寸＜700um，平均晶粒尺寸＜210um；扁锭的成分分布均匀，边部和中心区域元素偏析差值＜0.2%。后续的铝材经阳极氧化后表面光泽度和白亮度高，而且后续加工的铝板带材的强度显著提高，铝合金板带材抗拉强度130~190Mpa，还可以控制制耳率＜3.5%，实现深冲成品率的显著提高。
附图说明
图1为本发明实施例1中单个结晶器冷却水流量50m3/h时，所得铸锭中第二相分布图。
图2为对比例1中单个结晶器冷却水流量45m3/h时，所得铸锭中第二相分布图。
图3为本发明实施例1中单个结晶器冷却水流量50m3/h时，铸锭经加工成阳极氧化板带材的晶粒分布图。
图4为对比例1中单个结晶器冷却水流量45m3/h时，铸锭经加工成阳极氧化板带材的晶粒分布图。
图5为实施例1和对比例1中所加工的铝合金板材的晶粒尺寸及取向分布。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
实施例1：一种阳极氧化5xxx系铝材用扁锭，其特征在于：所述扁锭包括按质量百分比计的如下组分：Cu=0.03%；Mn=0.05%；Mg=1.28%；Ti=0.035%，以及余量的Al和不可避免的杂质；其制备方法包括如下步骤：
（1）熔炼，按照上述组分配制合金成分，其中Ti的添加采用在线添加Al-Ti-B丝的形式，熔炼温度为740℃，转炉时间1h，保温温度725℃，保温时间2h；熔炼过程中的除气包括炉内除气和在线除气，当炉内除气时，其除气温度730℃、除气时间20min，当在线除气时，除气温度725℃；除气过程采用高纯氩气；
（2）半连续铸造，铸造温度683℃，铸造速度50mm/min，单个结晶器冷却水流量50m3/h。
将所制备的铝合金扁锭进行热轧和冷轧制备铝合金板带材，其中热轧的开轧温度为470℃，终轧温度295℃；冷轧后，板材的厚度由10mm减薄到0.4mm，冷轧过程中间退火温度285℃。
图1是实施例中制备的5xxx系铝合金铸锭第二相分布图。可见，铸锭中含Fe第二相尺寸细小，平均尺寸＜10um，呈短棒状且弥散均匀分布于晶界。这样的第二相组织有利于后续轧制工艺进行，通过退火处理过程充分抑制晶粒长大，保证晶粒均匀细小，取向随机分布。如图3所示，成品高表面铝板材的平均晶粒尺寸10.1μm，各取向织构随机分布，其中立方织构面积占比2.7%。由该工艺的铸锭制备出的高表面阳极氧化铝板带抗拉强度182MPa、屈服强度131MPa、延伸率3.1%，制耳率3.3%，粗糙度0.34μm；该铝合金板带材经阳极氧化处理后表面光泽度610GU，光亮度93，满足化妆品瓶盖料等产品对阳极氧化5000系铝材的力学性能、成形性能和表面性能的技术要求。
对比例1是在实施例1基础上半连续铸造的冷却水流量由单个结晶器50m3/h降低到40 m3/h，其它制备工艺未改变。
图2是对比例1中制备的铸锭中第二相分布图。与实施例1相比，由于对比例1铸造过程中冷却水量小导致冷却强度不足，第二相和晶粒粗化明显，对比例1中第二相尺寸较大，呈骨骼状或块状且连续分布。如图4所示，成品铝材的平均晶粒尺寸30.0μm，各取向织构随机分布，其中立方织构面积占比18.5%。该对比例1的铸锭制备出的高表面阳极氧化铝板带抗拉强度153MPa、屈服强度112MPa、延伸率2.6%，制耳率4.5%，不能满足化妆品瓶盖料等产品对阳极氧化5xxx铝材的技术需求。
实施例2：在实施例1的基础上，将合金成分调整为：Cu=0.05%；Mn=0.06%；Mg=0.8%；Ti=0.032；熔炼过程的工艺参数调整为：熔炼温度730℃，转炉时间45min，保温温度728℃，保温时间1h；炉内除气温度730℃、除气时间30min；在线除气温度730℃；半连续铸造的工艺参数调整为：铸造温度为685℃，铸造速度为40 mm/min，冷却水流量为45m3/h。
所制备的铝合金扁锭中，铸锭中含Fe第二相尺寸细小，呈短棒状且弥散均匀分布于晶界，第二相尺寸约20.6um，扁锭的晶粒组织均匀细小，最大晶粒尺寸约672um，平均晶粒尺寸205um；扁锭的成分分布均匀，边部和中心区域元素偏析差值＜0.2%。这样的第二相组织有利于后续轧制工艺进行，通过退火处理过程充分抑制晶粒长大，保证晶粒均匀细小，取向随机分布。
实施例3：在实施例1的基础上，将合金成分调整为：Cu=0.06%；Mn=0.07%；Mg=2.0%；Ti=0.04；熔炼过程的工艺参数调整为：熔炼温度725℃，转炉时间30min，保温温度720℃，保温时间2h；炉内除气温度730℃、除气时间25min；在线除气温度720℃；半连续铸造的工艺参数调整为：铸造温度为708℃，铸造速度为48mm/min，冷却水流量为50m3/h。
所制备的铝合金扁锭中，铸锭中含Fe第二相尺寸细小，呈短棒状且弥散均匀分布于晶界，第二相尺寸约8.5um，扁锭的晶粒组织均匀细小，最大晶粒尺寸482um，平均晶粒尺寸169um；扁锭的成分分布均匀，边部和中心区域元素偏析差值＜0.2%。这样的第二相组织有利于后续轧制工艺进行，通过退火处理过程充分抑制晶粒长大，保证晶粒均匀细小，取向随机分布。
实施例4：在实施例1的基础上，将合金成分调整为：Cu=0.08%；Mn=0.03%；Mg=4.0%；Ti=0.045；熔炼过程的工艺参数调整为：熔炼温度730℃，转炉时间1h，保温温度722℃，保温时间2h；炉内除气温度730℃、除气时间20min；在线除气温度725℃；半连续铸造的工艺参数调整为：铸造温度为702℃，铸造速度为55mm/min，冷却水流量为55m3/h。
所制备的铝合金扁锭中，铸锭中含Fe第二相尺寸细小，呈短棒状且弥散均匀分布于晶界，第二相尺寸约13.6um，扁锭的晶粒组织均匀细小，最大晶粒尺寸538um，平均晶粒尺寸187um；扁锭的成分分布均匀，边部和中心区域元素偏析差值＜0.2%。这样的第二相组织有利于后续轧制工艺进行，通过退火处理过程充分抑制晶粒长大，保证晶粒均匀细小，取向随机分布。
实施例5：在实施例1的基础上，将合金成分调整为：Cu=0.09%；Mn=0.08%；Mg=6.0%；Ti=0.04；熔炼过程的工艺参数调整为：熔炼温度750℃，转炉时间1h，保温温度730℃，保温时间1h；炉内除气温度730℃、除气时间30min；在线除气温度730℃；半连续铸造的工艺参数调整为：铸造温度为715℃，铸造速度为50mm/min，冷却水流量为50m3/h。
所制备的铝合金扁锭中，铸锭中含Fe第二相尺寸细小，呈短棒状且弥散均匀分布于晶界，第二相尺寸约15.2um，扁锭的晶粒组织均匀细小，最大晶粒尺寸598um，平均晶粒尺寸202um；扁锭的成分分布均匀，边部和中心区域元素偏析差值＜0.2%。这样的第二相组织有利于后续轧制工艺进行，通过退火处理过程充分抑制晶粒长大，保证晶粒均匀细小，取向随机分布。
上述实施例2-5中所制备的铝合金扁锭经实施例1所述的热轧和冷轧后，制备得到的铝合金板带材组织晶粒均匀细小、第二相细小且弥散分布，铝材表面光亮、色差小、强度高且制耳率低，表面光泽度GU＞600，光亮度L＞90，表面粗糙度＜0.45μm，抗拉强度130~190MPa，屈服强度＞120MPa，延伸率＞2%，可以满足化妆品瓶盖料等产品对阳极氧化5xxx系铝材的力学性能、成形性能和表面性能的技术要求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种阳极氧化5xxx系铝材用扁锭的制备方法，其特征在于：该制备方法包括熔炼和半连续铸造；在熔炼过程中，扁锭中的Ti元素的添加方式包括炉内添加或在线添加，炉内添加的形式为Al-Ti中间合金，在线添加的形式为Al-Ti-B丝，并控制炉内添加和在线添加的添加量，熔炼温度为720~750℃，转炉时间≤1h，保温温度720~730℃，保温时间1~2h；在半连续铸造的过程中，铸锭稳定阶段的铸造速度为40~55mm/min，单个结晶器冷却水流量≥45m3/h；所制备的阳极氧化5xxx系铝材用扁锭按质量百分比计的如下组分：0.8%＜Mg＜6.0%；Cu＜0.1%；Mn＜0.1%；0.031%＜Ti＜0.05%，以及余量的Al和不可避免的杂质；扁锭的第二相呈细条状或点状均匀分布于晶界处，长度＜25μm；扁锭的晶粒组织均匀细小，最大晶粒尺寸＜700μm，平均晶粒尺寸＜210μm；扁锭的成分分布均匀，边部和中心区域元素偏析差值＜0.2%。
2.根据权利要求1所述的一种阳极氧化5xxx系铝材用扁锭的制备方法，其特征在于：熔炼过程中，铝合金熔体的除气过程包括先后进行的炉内除气和在线除气；炉内除气温度730℃，除气时间20~30min，气体采用高纯氩气；在线除气温度720~730℃，气体采用高纯氩气。
3.根据权利要求1所述的一种阳极氧化5xxx系铝材用扁锭的制备方法，其特征在于：在半连续铸造过程中，铸造温度680~715℃。
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