CN115198073B - 一种均匀化和加热分离的6xxx铝合金板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种均匀化和加热分离的6xxx铝合金板材的制备方法，均匀化热处理过程和热轧前加热处理过程分开进行。首先进行均匀化热处理，将铝合金铸锭以≤30℃/h的速度缓慢升温至530‑570℃，并保温6‑14h，然后以＞80℃/h的速度冷却至200℃以下，再以＞50℃/h的速度冷却至室温。均匀化后的冷却铸锭电导率＜28 MS/m。热轧前加热处理工艺为将均匀化后的铸锭以30‑50℃/h的速度重新加热至490‑540℃，保温1‑4h，然后直接出炉进行热轧，以15‑25道次热轧至4‑8mm，终轧温度为240‑280℃。本发明所获得的板材与均匀化、热轧一体化后所获得的板材的性能一致，但有利于工业排产。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金及其制备方法，具体涉及一种均匀化和加热分离的6xxx铝合金板材的制备方法。
背景技术
随着能源需求与环境污染压力的日趋严峻，降低汽车能源消耗与降低碳排放成为各国以及整个汽车行业面临的主要问题。汽车轻量化是实现汽车节能减排的重要途径之一，铝合金因其具有较高的比强度和比刚度高、良好的抗冲击性能、优异的加工成形性优异以及极高的再回收率等特性，成为汽车轻量化最理想的材料。
6xxx系铝合金作为常用的汽车外覆盖件用板材，需要具有较低的初始屈服强度保证良好的成形性能，高烘烤硬化性能满足强度要求，良好的翻边性能从而包覆内板，以及优异的表面质量满足外观要求。
6xxx合金均匀化铸锭在冷却过程中会有 Mg2Si析出，影响后续的加工过程，进而影响板材的最终性能。因此需要快速冷却，抑制Mg2Si的析出，从而保证制备的板材与均、热一体化的性能一致。
CN 109868398 B号中国专利提出了一种高翻边性能的6xxx系铝合金板材及其制备方法，但其均匀化与热轧是连续进行的，而且采用的箱式中间退火制度。
CN 103173661 B号中国专利提出了一种汽车车身用铝合金板材及其制备方法，其均匀化降温速度为30℃/h，不能满足本发明的需要，同时其成分与本发明不同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种均匀化和加热分离的6xxx铝合金板材的制备方法，所获得的板材与均匀化、热轧一体化后所获得的板材的性能一致，但有利于工业排产
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种均匀化和加热分离的6xxx铝合金板材的制备方法，包括以下步骤：铝合金铸锭制备、均匀化热处理、热轧前加热处理、热轧、一次冷轧、中间退火、最终冷轧、固溶、淬火、预时效。所述均匀化热处理和热轧前加热处理过程分开进行，以便于工业排产。首先进行均匀化热处理，将铝合金铸锭以≤30℃/h的速度缓慢升温至530-570℃，并保温6-14h，然后以＞80℃/h的速度冷却至200℃以下，再以＞50℃/h的速度冷却至室温。均匀化后的铸锭电导率＜28 MS/m。
进一步地，热轧前加热处理工艺为将均匀化后的铸锭以30-50℃/h的速度加热至500-540℃，保温1-4h，然后直接出炉进行热轧，开轧温度热轧前加热处理保温温度一致，以15-25道次热轧至4-8mm，终轧温度为240-280℃。
进一步地，所述的合金板材包括按质量百分比计的如下组分：Si：0.8wt.%~1.5wt.%；Mg：0.2wt.%~0.7wt.%；Cu：≤0.3wt.%；Mn：0.05wt.% ~0.2wt.%；Fe：≤0.3 wt.%，余量为Al及含量均低于0.05wt.%的杂质。
进一步地，所述热轧工艺，开轧温度500-540℃，以15-25道次热轧至4-8mm，终轧温度为240-280℃。
进一步地，所述一次冷轧工艺，将热轧板冷轧至2-4mm，然后进行中间退火。
进一步地，所述中间退火，保温温度为450-510℃，保温时间为15-75s，之后水淬至室温。
进一步地，所述最终冷轧工艺，将中间退火后板材冷轧至0.8-1.2mm，冷轧率为50-80%。
进一步地，所述固溶工艺，保温温度为530-570℃，保温时间为15-75s，之后水淬至室温。
进一步地，所述预时效工艺，预时效温度为70-110℃，保温4-12h。
进一步地，所获得的成品板材，初始屈服强度＜120MPa，烤漆强度＞200MPa，最小翻边因子rmin/t ≤0.5，表面漆刷线优于二级。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
（1）在大规模工业化生产时，个别情况下铸锭均匀化后无法直接热轧，受现场排产等多方面影响，有时需等待数天。因此需要将均匀化后的铸锭先冷却至室温，待生产时重新加热，再进行热轧。此时生产的板材与均匀化、热轧一体化性能差异较大，难以保证批次之间稳定性，主机厂不接受。
这种情况按本发明提供的一种均匀化、加热分离的6xxx板材的制备方法，避免了Mg2Si相在均匀化降温过程中的大量析出，所生产的板材与均匀化、加热一体化所制备板材性能一致，具有优异的成形性能、烘烤性能、翻边性能、漆刷线性能。保证了不同工艺生产板材的批次稳定性，同时利于工厂排产。
（2）本发明提供的均、热分离制度充分考虑了大规模工业化生产的可能性，现有工况条件可以满足均匀化后降温速率的要求；
（3）本发明所提供的一种均匀化和加热分离的6xxx铝合金板材制备方法，通过电导率分析即可判断均匀化后铸锭能否满足制备要求，操作简单、方便，易于执行。
附图说明
图1 均匀化、加热分离的6xxx板材制备工艺步骤；
图2 翻边评价标准示意图；
图3 漆刷线评价标准示意图；
图4 实施例1的均匀化、加热分离的6xxx板材均匀化后SEM组织图；
图5 比较例1的均匀化、加热分离的6xxx板材均匀化后SEM组织图；其中Mg2Si大量析出；
图6 比较例2的均匀化、加热分离的6xxx板材均匀化后金相组织图，其发生过烧现象。
具体实施方式
下面结合具体实施方案对本发明做进一步的补充和说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部。
首先将纯铝、各种中间合金按Si：0.8wt.%~1.5wt.%；Mg：0.2wt.%~0.7wt.%；Cu：≤0.3wt.%；Mn：0.05wt.% ~0.2wt.%；Fe：≤0.3 wt.%，余量为Al及含量均低于0.05wt.%的杂质的成分配比进行熔化，如图1所示，熔体经精炼处理后利用半连铸设备铸造出铸锭，将铸锭进行切头和铣面后放入热处理炉中进行均匀化处理，完成均匀化处理后冷却至室温，待需热轧时，重新将铸锭加热并热轧；热轧完成后，对所得热轧板进行一次冷轧和中间退火，再冷轧至成品板厚度；得到的冷轧板材经固溶、水淬处理后，进行预时效处理即可获得成品板材。
其中，均匀化热处理是将铝合金铸锭以≤30℃/h的速度缓慢升温至530-570℃，并保温6-14h，然后以＞80℃/h的速度冷却至200℃以下，再以＞50℃/h的速度冷却至室温。均匀化后的冷却铸锭电导率＜28 MS/m。热轧前加热处理工艺为：将均匀化后的铸锭以＞30℃/h的速度加热至500-540℃，保温1-4h，然后直接出炉进行热轧，开轧温度热轧前加热处理保温温度一致，以15-25道次热轧至4-8mm，终轧温度为240-280℃。
一次冷轧工艺，将热轧板冷轧至2-4mm，然后进行中间退火。中间退火，保温温度为450-510℃，保温时间为15-75s，之后水淬至室温。最终冷轧工艺，将中间退火后板材冷轧至0.8-1.2mm，冷轧率为50-80%。固溶工艺，保温温度为530-570℃，保温时间为15-75s，之后水淬至室温。预时效工艺，预时效温度为70-110℃，保温4-12h。
所获得的成品板材与均匀化-热轧一体化制备板材性能相当，初始屈服强度＜120MPa，烤漆强度＞200MPa，最小翻边因子rmin/t ≤0.5，表面漆刷线优于二级。保证了不同工艺生产板材的批次稳定性，同时利于工厂排产。
均匀化后样品测试电导率，成品板材在室温停放7天后分别测试力学性能以及烘烤性能，烘烤性能，翻边性能以及漆刷线性能。
电导率测试是将均匀化后样品用2000 目砂纸打磨后，用酒精擦拭样品表面，然后采用 SIGMATEST 型涡流电导率测试仪进行测试，每个样品测试 10 次，取平均值。
烘烤性能测试是对成品板进行2%的预拉伸处理，之后在185℃的油浴炉中保温20min，之后水淬至室温后，测试力学性能。
翻边性能测试从成品板材上截取长度为250mm，宽度为30mm的长条状样品，将样品沿长度方向预拉伸10％后再截取50mm长的矩形试样，然后如图2所示利用压头进行180°弯曲试验，测试翻边因子r/t，其中r为压头半径，t为板厚。试验过程中，需保证支承辊间距为2r+2t+0.1mm。如图2所示对弯曲后的外表面进行金相拍照和等级评价，1级：表面光滑、无微裂纹和连续颈缩；2级：表面轻微粗糙、无微裂纹和连续颈缩；3级：表面有微裂纹或连续颈缩；4级：表面有明显裂纹，其中1级和2级可接受，3级和4级不可接受。最终翻边因子为选取满足翻边后表面质量为2级或优于2级的最小翻边因子。
漆刷线性能测试从成品板材上截取长度为250mm，宽度为35mm的长条状样品，样品长度方向垂直于轧制方向，宽度方向平行于轧制方向，将样品沿长度方向预拉伸10％后，用320目油石打磨，如图3所示对打磨后样品表面形貌进行等级评价，1级：沿宽度方向无明显漆刷线；2级：沿宽度方向存在断续的漆刷线，无贯穿漆刷线；3级：沿宽度方向存在稀疏的贯穿漆刷线；4级：沿宽度方向出现致密的贯穿漆刷线。其中1级和2级可接受，3级和4级不可接受。
实施例1~5按表1、表2所示制备工艺进行制备，均匀化后板材的电导率，最终成品板的性能如表3所示。实施例1~5所得成品板材性能合格。图4所示为均匀化后快速冷却SEM组织。
比较例1~5所得成品板材力学性能不合格。按表1、表2所示制备工艺进行制备，均匀化后板材的电导率，最终成品板的性能如表3所示。比较例1~5所得成品板材性能均不合格。
比较例1均匀化时冷却速度过慢，如图5所示析出大量Mg2Si，在后续制备过程中未充分回溶，使烤漆强度降低，翻边性能变差；
比较例2均匀化温度过高，铸锭发生如图6所示过烧。
比较例3热轧加热速率过慢，且热轧保温温度过低，析出大量Mg2Si，在后续制备过程中未充分回溶，使烤漆强度降低，翻边性能变差；
比较例4冷轧率过高，板材织构分布不均匀，造成漆刷线性能变差。
比较例5预时效温度过高，使Mg-Si团簇大量析出，初始强度过高，烤漆性能下降，翻边性能变差。
表1均匀化、加热分离的6xxx板材均匀、热轧工艺
表2均匀化、加热分离的6xxx板材制备工艺
表3高烘烤6xxx铝合金板材力学性能
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。
Claims (2)
1.一种均匀化和加热分离的6xxx铝合金板材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：铝合金铸锭制备、均匀化热处理、热轧前加热处理、热轧、一次冷轧、中间退火、最终冷轧、固溶、淬火、预时效；
所述合金板材的成分按质量百分比计为：Si：0.8wt.%~1.5wt.%；Mg：0.2wt.%~0.7wt.%；Cu：≤0.3wt.%；Mn：0.05wt.% ~0.2wt.%；Fe：≤0.3 wt.%，余量为Al及含量均低于0.05wt.%的杂质；
所述均匀化热处理是将铝合金铸锭以20℃/h的速度升温至540℃，并保温14h，然后冷却至室温；
均匀化后的铸锭冷却是以85℃/h的速度冷却至200℃以下，再以70℃/h的速度冷却至室温；均匀化后的冷却铸锭电导率为26.8 MS/m；
热轧前加热处理是将均匀化后的铸锭以35℃/h的速度加热至520℃，保温4h；
所述热轧的工艺为：热轧前加热处理的铸锭直接出炉进行热轧，开轧温度与热轧前加热处理保温温度一致，以15-25道次热轧至6mm，终轧温度为240-280℃；
所述一次冷轧的工艺为：将热轧板冷轧至3mm，然后进行中间退火；所述中间退火为：保温温度为450℃，保温时间为75s，之后水淬至室温；
所述最终冷轧的工艺为：将中间退火后板材冷轧至1.2mm，冷轧率为60%；
所述固溶的工艺为：保温温度为570℃，保温时间为75s，之后水淬至室温；
所述预时效的工艺为：预时效温度为110℃，保温4h。
2.一种均匀化和加热分离的6xxx铝合金板材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：铝合金铸锭制备、均匀化热处理、热轧前加热处理、热轧、一次冷轧、中间退火、最终冷轧、固溶、淬火、预时效；
所述合金板材的成分按质量百分比计为：Si：0.8wt.%~1.5wt.%；Mg：0.2wt.%~0.7wt.%；Cu：≤0.3wt.%；Mn：0.05wt.% ~0.2wt.%；Fe：≤0.3 wt.%，余量为Al及含量均低于0.05wt.%的杂质；
所述均匀化热处理是将铝合金铸锭以23℃/h的速度升温至550℃，并保温10h，然后冷却至室温；
均匀化后的铸锭冷却是以95℃/h的速度冷却至200℃以下，再以84℃/h的速度冷却至室温；均匀化后的冷却铸锭电导率为26.4 MS/m；
热轧前加热处理是将均匀化后的铸锭以33℃/h的速度加热至530℃，保温2h；
所述热轧的工艺为：热轧前加热处理的铸锭直接出炉进行热轧，开轧温度与热轧前加热处理保温温度一致，以15-25道次热轧至7mm，终轧温度为240-280℃；
所述一次冷轧的工艺为：将热轧板冷轧至4mm，然后进行中间退火；所述中间退火为：保温温度为510℃，保温时间为60s，之后水淬至室温；
所述最终冷轧的工艺为：将中间退火后板材冷轧至0.8mm，冷轧率为80%；
所述固溶的工艺为：保温温度为530℃，保温时间为15s，之后水淬至室温；
所述预时效的工艺为：预时效温度为80℃，保温12h。
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