CN115612952A - 一种利用大规格铝合金铸锭生产大规格铝合金中厚宽板的方法 - Google Patents

一种利用大规格铝合金铸锭生产大规格铝合金中厚宽板的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用大规格铝合金铸锭生产铝合金中厚宽板的方法。采用本发明的三级均匀化热处理→热轧→拉伸→热轧→拉伸→固溶淬火→拉伸→时效处理的处理工艺，能够实现利用大规格铝合金铸锭生产大规格铝合金中厚宽板。采用本申请的制备方法不仅可以获得高强度、高韧性、高疲劳性能和耐应力腐蚀性的铝合金中厚宽板，还能有效减少淬火过程中铝合金坯板产生的残余应力，使得制备得到的铝合金中厚宽板的板形控制好，横向不平度不超过1mm/m，板材不同部位的残余应力最大值不超过100MPa、差值达50MPa以下，可满足航空大尺寸结构件整体精确制造要求。

Description

一种利用大规格铝合金铸锭生产大规格铝合金中厚宽板的 方法
技术领域
本发明属于铝合金生产加工技术领域，具体涉及一种利用大规格铝合金铸锭（如520mm±5mm以上（厚度）×1620mm±5mm以上（宽度）的铝合金铸锭）生产大规格铝合金中厚宽板（厚度为8mm~30mm、宽度在3000mm以上的铝合金板）的方法。
背景技术
铝合金具有密度低，比强度高、耐蚀性好、高韧性、易加工等一系列优点，广泛应用于国防、能源、建筑、交通等行业。高强度、高韧性的大规格铝合金板材是航空工业领域常用的结构材料之一，随着飞机尺寸的增加及减重的需求，对整体结构件的需求不断增加，机身/机翼蒙皮等部位用铝合金板材尺寸要求越来越大，特别是板材宽度要求不断增加。但是，当铝合金板材的宽度增加后，中厚板材的板形，尤其是横向不平度问题尤为严重。对于厚度为8mm~30mm、宽度在3000mm以上大规格铝合金板材，急需一种改善铝合金中厚宽板板形的方法，并使内部残余应力控制均匀。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明提供一种利用大规格铝合金铸锭生产大规格铝合金中厚宽板的方法。所述方法能够改善大规格铝合金中厚宽板由于固溶淬火导致的大规格铝合金中厚宽板内部残余应力分布不均匀的问题，解决大规格铝合金中厚宽板横向不平度的缺陷，扩大了大规格铝合金中厚宽板的应用场所，以满足航空整体结构件的制造需求。
本发明中，如果没有特殊的定义，术语“大规格铝合金中厚宽板”是指厚度为8mm~30mm、宽度在3000mm以上的铝合金板材。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种利用大规格铝合金铸锭生产大规格铝合金中厚宽板的方法，所述方法包括如下步骤：
1）将厚度为520mm±5mm以上、宽度为1620mm±5mm以上的大规格铝合金铸锭进行三级均匀化热处理；
2）对三级均匀化热处理后的大规格铝合金铸锭进行对称铣面、锯切，制成厚度为500mm±5mm的铝合金板坯；
3）对步骤2）的铝合金板坯进行总热轧变形量为50%~60%的第一次热轧处理，且保证单道次的变形量不低于7%，获得第一铝合金坯材；
4）对步骤3）的第一铝合金坯材进行拉伸变形量为7.5%~10%的第一次拉伸处理，获得第二铝合金坯材；
5）对步骤4）的第二铝合金坯材进行总热轧变形量为20%~30%的第二次热轧处理，且保证单道次的变形量不高于4%，获得第三铝合金坯材；
6）对步骤5）的第三铝合金坯材进行拉伸变形量为1%~2%的第二次拉伸处理，获得第四铝合金坯材；
7）对步骤6）的第四铝合金坯材进行固溶处理，获得第五铝合金坯材；
8）对步骤7）的第五铝合金坯材进行拉伸变形量为0.5%~1%的第三次拉伸处理，获得第六铝合金坯材；
9）对步骤8）的第六铝合金坯材进行时效处理。
根据本发明的实施方式，步骤1）中，所述厚度为520mm±5mm以上、宽度为1620mm±5mm以上的大规格铝合金铸锭是通过如下方法制备得到的：
a）备料：按照7000系铝合金铸锭的配方成分进行配料，分别称取铝锭、锌锭、铝钛中间合金、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、镁锭作为原料；
b）熔炼：将步骤a）中的铝锭、锌锭、铝钛中间合金、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、镁锭和氧化铝颗粒压入熔炼炉内熔炼，得到铝合金熔体；
c）炉内除气精炼：在搅拌条件下，通过导管将干燥的氩气和精炼剂喷入铝合金熔体内进行炉内除气精炼；
d）在线过滤除渣：使用泡沫陶瓷过滤板对步骤c）的熔体进行在线过滤除渣；
e）晶粒细化：通过喂丝机向步骤d）的铝合金熔体中添加Al-Ti-B丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，同时对铝合金熔体施加超声波；
f）半连续直冷铸造：将步骤e）的铝合金熔体经铝液流槽注入结晶器与引锭头形成的腔体里进行半连续直冷铸造，制备得到所述铸锭。
根据本发明的实施方式，步骤a）中，所述7000系铝合金铸锭的配方成分所含元素的重量百分比为：Zn：5.0~10.0%；Mg：1.5~6.5%；Cu：1.3~6.5%；Zr：0.08~0.25%；Ti：0.02~0.06%；V：0.05~0.8%；Fe≤0.08%；Si≤0.06%；Mn≤0.05%；Cr≤0.05%；杂质总量≤0.15%；余量为Al。
根据本发明的实施方式，步骤b）中，将步骤a）中的铝锭、锌锭、铝钛中间合金、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金和氧化铝颗粒压入熔炼炉内，以2~5℃/min的升温速率加热至720℃~750℃进行熔炼20min~30min，随后以2~5℃/min的降温速率将熔体温度降至685℃~700℃，压入镁锭，继续熔炼20min~30min，得到铝合金熔体。
根据本发明的实施方式，步骤b）中，所述氧化铝颗粒加入到铝合金熔体中，其可以填充到熔体表面，避免熔体在缓慢升温过程中产生大量的氧化夹渣。
根据本发明的实施方式，步骤b）中，所述氧化铝颗粒的平均粒径为30~50nm，例如为30nm、40nm或50nm。
根据本发明的实施方式，步骤b）中，所述氧化铝纳米颗粒为α-Al2O3。相较于其他构型的氧化铝，α-Al2O3纳米颗粒能够快速填充到熔体表面的保护膜缝隙中。
根据本发明的实施方式，步骤b）中，采用慢速的升温方式（如以2~5℃/min的升温速率）对合金原料进行熔炼，不仅可以使合金组分充分混合，且由于制备原料中包括Ti、V、Zr等元素，其可以细化晶粒，避免铸锭在退火时产生严重的元素偏析而导致出现不均匀的粗大的晶粒现象。同时，研究发现，采用慢速的升温方式还有利于合金元素在铸造时形成更小粒径的初生的晶相粒子，并保证这些初生的晶相粒子能够在铝合金熔体凝固过程中快速形成新的粒径更小的形核质点，均匀地分布在位错线周围，起到细化晶粒和抑制位错运动的作用，阻止再结晶的形核和长大。同时，该初生的晶相粒子在均匀化处理和热变形过程中也能更快速地以共格二次晶相粒子的形式再次析出，实现强烈钉扎变形组织，抑制合金内部的再结晶，能够更好地细化晶粒，提高铝合金强度和韧性。同时由于熔体中还含有氧化铝颗粒，其可以填充到熔体表面的保护膜缝隙中，避免过长的熔炼时间导致铝液氧化产生夹渣，减少铝液的损失。
根据本发明的实施方式，步骤b）中，所述氧化铝颗粒的加入量为所述熔体总质量的0.01~0.03%，例如为0.01%、0.015%、0.02%、0.025%或0.03%。
根据本发明的实施方式，步骤c）中，所述搅拌的转速为20rpm~40rpm，例如为20rpm、25rpm、30rpm、35rpm或40rpm。
根据本发明的实施方式，步骤c）中，所述精炼剂包括六氯乙烷和碳酸钠。
根据本发明的实施方式，步骤c）中，以精炼剂的总重量计，所述精炼剂包括六氯乙烷60wt%~80wt%，碳酸钠20wt%~40wt%。
根据本发明的实施方式，步骤c）中，所述精炼剂的添加量为0.5~1.0kg/t（熔体质量），例如为0.5kg/t、0.6kg/t、0.7kg/t、0.8kg/t、0.9kg/t或1kg/t。
根据本发明的实施方式，步骤c）中，所述导管为设置多个开孔的导管。
根据本发明的实施方式，步骤c）中，所述导管的孔径为3~6mm，孔密度为1~5孔/cm2。
根据本发明的实施方式，步骤c）中，所述氩气的纯度级别为99.999%。
根据本发明的实施方式，步骤c）中，所述氩气的压力为0.20~0.60MPa，例如为0.20MPa、0.30MPa、0.40MPa、0.50MPa或0.60MPa，气体流量为20~100L/min，例如为20L/min、30L/min、40L/min、50L/min、60L/min、70L/min、80L/min、90L/min或100L/min。
根据本发明的实施方式，步骤c）中，通过导管将氩气和精炼剂喷入铝合金熔体后获得的气体气泡平均大小为0.5~20.0mm。
根据本发明的实施方式，步骤c）中，除气的时间为30~90min。
根据本发明的实施方式，步骤c）中，通入的氩气携带Na2CO3与六氯乙烷均匀的分散在铝合金熔体中，同时在高温条件下精炼剂分解产生的COX与Cl2能够润湿和溶解部分氧化物，增大铝合金熔体对氧化物的粘滞力，经由氩气吹送调整体系平衡状态，并与铝合金熔体中的H结合使得氢固定在氧化物中，由较小的颗粒聚集，形成较大的氧化夹杂，再经由过滤去除，从而降低铝合金熔体中氢含量，同时显著降低铝合金铸锭显微疏松尺寸，提高冶金质量。
根据本发明的实施方式，步骤d）中，使用30~60PPI的泡沫陶瓷过滤板对步骤c）的熔体进行在线过滤除渣。
根据本发明的实施方式，步骤e）中，所述晶粒细化处理是在保温炉内进行的。
根据本发明的实施方式，步骤e）中，所述晶粒细化处理的时间为10~20min。
根据本发明的实施方式，步骤e）中，所述超声波的频率为80~100kHz，例如为80kHz、85kHz、90kHz、95kHz或100kHz。
根据本发明的实施方式，步骤e）中，所述喂丝机的喂丝速度为180cm/min-250cm/min。
根据本发明的实施方式，步骤e）中，所述Al-Ti-B丝晶粒细化剂的直径为10mm~12mm，例如为10mm、11mm或12mm。
根据本发明的实施方式，步骤e）中，所述Al-Ti-B丝晶粒细化剂的加入能够对铝合金熔体进行晶粒细化处理，以此提高合金强度和韧性，减少铸锭热裂倾向。进一步地，配合超声波的施加，能够协同增进晶粒细化的作用，将Al-Ti-B丝晶粒细化剂的细化作用最大化。具体地，Al-Ti-B丝在铝合金熔体中会分解成TiB2粒子和TiAl3粒子，二者能够实现晶粒细化的目的。但是，铝合金熔体中合金元素Zr会包覆在TiB2粒子表面形成ZrB2或Zr的包覆层，抑制了TiB2粒子的晶粒细化作用，Zr还会与TiAl3粒子反应，改变其晶格常数和形核特性，使晶粒粗化，即Zr元素引起的晶粒细化剂“中毒”现象。研究发现，在晶粒细化过程中，施加超高频率的超声波，能够破坏铝合金熔体中合金元素Zr在TiB2粒子表面的附着，充分发挥晶粒细化剂的细化作用。
根据本发明的实施方式，步骤f）中，所述引锭头设置在结晶器的底部。
根据本发明的实施方式，步骤f）中，所述结晶器的底部四周设置加热元件，所述加热元件的加热功率为2~10kW，加热温度为200~800℃。用于对引锭头及结晶器底部的腔体进行加热，以减少引锭头和铝合金熔体之间的温度差，避免由于温度差引起的靠近引锭头部分的铸坯产生冷裂冷隔、结疤、中心裂纹、夹杂等缺陷。
根据本发明的实施方式，步骤f）中，所述引锭头的内部设置加热元件，所述加热元件的加热功率为2~10kW，加热温度为200~800℃。用于减少引锭头和铝合金熔体之间的温度差，避免由于温度差引起的靠近引锭头部分的铸坯产生冷裂冷隔、结疤、中心裂纹、夹杂等缺陷。
相比传统的底部纯铝铺底工艺，本发明通过在结晶器的底部设置加热元件，和/或在引锭头的内部设置加热元件的方式，对引锭头进行加热，以减少引锭头和铝合金熔体之间的温度差，避免由于温度差引起的引锭头部段产生冷裂冷隔、结疤、中心裂纹、夹杂等缺陷。进一步地，在引锭头表面设置隔热层，能够使与引锭头接触的铸锭底部均匀冷却，使得铸锭的内应力均匀，避免底部开裂的可能。
根据本发明的实施方式，步骤f）中，铝液流槽的一端与铝合金熔体相连，另一端与结晶器与引锭头形成的腔体连通。
根据本发明的实施方式，步骤f）中，所述半连续直冷铸造的冷却水压为0.06~0.09MPa，冷却水流量30~40m3/h，铸造速度为15~20mm/min。
根据本发明的实施方式，步骤1）中，所述三级均匀化热处理具体包括如下步骤：将大规格铝合金铸锭在460℃~470℃下进行第一次均匀化处理2~3h，随后升温至480℃~490℃下进行第二次均匀化处理5~6h，最后升温至500℃~510℃下进行第三次均匀化处理2~3h。
根据本发明的实施方式，步骤1）中，在此条件下进行三级均匀化热处理能够均匀地析出纳米弥散相，且该纳米弥散相能够在后续轧制过程中抑制再结晶、钉扎晶界，在时效处理过程中作为核心诱导强化相弥散分布；且能够消除铸造过程中形成的粗大初生第二相，提高合金强度和塑性。
根据本发明的实施方式，步骤3）中，所述第一次热轧处理的总变形量为50%~60%，例如为51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%或60%。
根据本发明的实施方式，步骤3）中，所述第一次热轧处理的单道次的变形量为7%~12%，例如为7%、8%、9%、10%、11%或12%。
根据本发明的实施方式，步骤3）中，所述第一次热轧处理的道次为5~7次。
根据本发明的实施方式，步骤3）中，所述第一次热轧处理的过程中使铝合金铸锭的温度保持在390℃~400℃，例如为390℃、391℃、392℃、393℃、394℃、395℃、396℃、397℃、398℃、399℃或400℃。
根据本发明的实施方式，步骤3）中，所述第一次热轧处理的开轧温度与终轧温度相同。
根据本发明的实施方式，步骤4）中，所述第一次拉伸处理的拉伸变形量为8%、8.5%、9%、9.5%或10%。
根据本发明的实施方式，步骤4）中，所述第一次拉伸处理的拉伸速率为1~5mm/min，例如为1mm/min、2mm/min、3mm/min、4mm/min或5mm/min。
根据本发明的实施方式，步骤5）中，所述第二次热轧处理的总变形量为20%~30%，例如为21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%或30%。
根据本发明的实施方式，步骤5）中，所述第二次热轧处理的单道次的变形量为1%~4%，例如为1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%或4%。
根据本发明的实施方式，步骤5）中，所述第二次热轧处理的道次为5~12次。
根据本发明的实施方式，步骤5）中，所述第二次热轧处理的过程中使铝合金铸锭的温度保持在410℃~450℃，例如为410℃、420℃、430℃、440℃或450℃。
根据本发明的实施方式，步骤5）中，所述第二次热轧处理的开轧温度为410℃~430℃，终轧温度为430℃~450℃。
根据本发明的实施方式，步骤5）中，通过提高终轧温度能够充分释放第一次热轧处理、第一次拉伸处理和第二次热轧处理过程中产生的变形储能，能够缓解合金在热轧变形过程中发生的晶粒再结晶的行为，确保合金内部结晶组织的均一性，避免合金中晶粒组织由于热轧结束后合金内部储能较高。
根据本发明的实施方式，步骤6）中，所述第二次拉伸处理的拉伸变形量为1%、1.2%、1.5%、1.8%或2%。
根据本发明的实施方式，步骤6）中，所述第二次拉伸处理的拉伸速率为0.1~0.5mm/min，例如为0.1mm/min、0.2mm/min、0.3mm/min、0.4mm/min或0.5mm/min。
根据本发明的实施方式，步骤7）中，所述固溶处理的温度为430℃~450℃，例如为430℃、435℃、440℃、445℃或450℃。
根据本发明的实施方式，步骤7）中，所述固溶处理的保温时间为8~10h。
根据本发明的实施方式，步骤7）中，所述固溶处理的激冷介质采用70℃~85℃的水或水雾进行。
根据本发明的实施方式，步骤8）中，所述第三次拉伸处理的拉伸变形量为0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%或1%。
根据本发明的实施方式，步骤8）中，所述第三次拉伸处理的拉伸速率为0.1~0.5mm/min，例如为0.1mm/min、0.2mm/min、0.3mm/min、0.4mm/min或0.5mm/min。
根据本发明的实施方式，步骤9）中，所述时效处理是自然时效或人工时效。
其中，所述自然时效的时间为48h~72h。
其中，所述人工时效的温度为120℃~130℃，所述人工时效的时间为12h~24h。
本发明还提供一种采用上述制备方法制备得到的大规格铝合金中厚宽板。
根据本发明的实施方式，所述铝合金中厚宽板的厚度为8mm~30mm、宽度大于等于3000mm。
根据本发明的实施方式，所述铝合金中厚宽板的横向不平度不超过1mm/m。
根据本发明的实施方式，所述铝合金中厚宽板不同部位的残余应力最大值不超过100MPa、差值不超过50MPa。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种利用大规格铝合金铸锭生产铝合金中厚宽板的方法。研究发现，淬火处理或机加工后都会造成铝合金板材出现扭曲或弯曲等现象，这是由于在板材加工过程中由于淬火处理后形成的残余应力的存在，而产生这种残余应力是因为在淬火过程中存在温度梯度，使板材心部到表面的变形不均匀，导致了残余应力的大小达到或接近材料的屈服强度，产生了非均匀的塑性变形。
采用本发明的铸造工艺，能够制备得到内部无明显缺陷，晶粒细小均匀，无其他冶金缺陷，表面平整的铸锭，这大大降低了淬火处理后铝合金板材的残余应力。具体地，所述方法包括备料、熔炼、炉内除气精炼、在线过滤除渣、晶粒细化和半连续直冷铸造等步骤，通过缓慢的熔炼升温、氧化铝颗粒的加入、氩气和精炼剂的炉内除气精炼、在线过滤除渣等工艺的配合，能够降低铝合金熔体中的氢含量，以减少铸锭中的气孔或针孔，同时去除铝合金熔体中的氧化物和非金属夹杂物，以减少铸锭中的疏松、气孔、夹渣等缺陷，由此可以改善铸造出的铝合金铸锭的质量，从而减少后续制备工艺中淬火过程中铝合金板材产生的残余应力。
在此基础上采用本发明的处理方法，即三级均匀化热处理→热轧→拉伸→热轧→拉伸→固溶淬火→拉伸→时效处理的处理工艺，能够实现利用大规格铝合金铸锭生产大规格铝合金中厚宽板。具体地，通过两次不同变形量（单道次的变形量不低于7%和单道次的变形量不高于4%）的热轧处理工艺，能够缓解合金在热轧变形过程中发生的晶粒再结晶的行为，确保合金内部结晶组织的均一性，避免合金中晶粒组织由于热轧结束后合金内部储能较高，在后续固溶工艺中很难发生再结晶的行为，从而为实现铝合金板材内残余应力的均匀性分布奠定基础。热轧工艺后还需要配合拉伸工艺，能够使板材发生新的塑性变形，因为轧制过程板材受到的应力方向以压应力为主，增加拉伸工艺后给板材施加了拉应力，两个方向的应力叠加可以抵消因淬火产生的残余应力。固溶淬火处理有利于在铝合金板材内形成均匀且细小的再结晶晶粒，最终使合金板材获得了晶粒结构均匀且细小的等轴晶晶粒组织，实现铝合金板材内残余应力的均匀性分布。固溶淬火工艺后再进一步配合拉伸工艺，减小铝合金板材内的残余应力，提高了合金各项性能的均匀性，同时强度和塑性协同提高。进一步研究发现，通过大小拉伸速率的配合（控制三次拉伸处理的拉伸速率，如第一次拉伸处理采用较大的拉伸速率，与大变形量热轧过程相匹配，第二次拉伸处理采用较小的拉伸速率，与小变形量热轧过程相匹配，更好的确保合金内部结晶组织的均一性），能够显著提升铝合金板材内残余应力的均匀性分布。
综上，采用本发明的制备方法不仅可以获得高强度、高韧性、高疲劳性能和耐应力腐蚀性的铝合金中厚宽板，还能有效减少淬火过程中铝合金坯板产生的残余应力，使得制备得到的铝合金中厚宽板的板形控制好，横向不平度不超过1mm/m，板材不同部位的残余应力最大值不超过100MPa、差值达50MPa以下，可满足航空大尺寸结构件整体精确制造要求。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、……、“第六”等仅用于描述目的，而并非指示或暗示相对重要性。
实施例1
（1）备料：7000系铝合金成分所含元素的重量百分比为：Zn：9.0%；Mg：5.5%；Cu：2.3%；Zr：0.20%；Ti：0.04%；V：0.6%；Fe≤0.08%；Si≤0.06%；Mn≤0.05%；Cr≤0.05%；杂质总量≤0.15%；余量为Al；按照此配比分别称取铝锭、锌锭、铝钛中间合金、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、镁锭作为原料；
（2）熔炼：将铝锭、锌锭、铝钛中间合金、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金和占熔体总质量的0.01%的氧化铝颗粒（平均粒径为50nm）压入熔炼炉内，以2℃/min的升温速率加热至725℃进行熔炼20min，随后以2℃/min的降温速率将熔体温度降至685℃，压入镁锭，继续熔炼20min，得到铝合金熔体；
（3）炉内除气精炼：在搅拌（转速为20rpm）条件下，将通过导管将干燥的氩气按照100L/min的流量喷入铝合金熔体内，同时将精炼剂（80wt%的六氯乙烷和20wt%的碳酸钠）按照1.0kg/t的加入量喷入铝合金熔体内进行炉内除气精炼60min；
（4）在线过滤除渣：使用30~60PPI的泡沫陶瓷过滤板对步骤（3）的熔体进行在线过滤除渣；
（5）晶粒细化：将除渣后的铝合金熔体转入保温炉中，同时通过喂丝机向步骤（4）的铝合金熔体中添加Al-Ti-B丝晶粒细化剂（喂丝速度为280cm/min，Al-Ti-B丝晶粒细化剂的直径为10mm）进行晶粒细化处理10min，同时对铝合金熔体施加频率为100kHz的超声波；
（6）半连续直冷铸造：选取内部设置加热元件的引锭头，在铸造开始前将引锭头的温度加热至800℃，铸锭开始时，切断加热元件的电源，让引锭头自然降温。经过在先晶粒细化后的熔体流经铝液流槽，注入结晶器与引锭头形成的腔体里，进行半连续直冷铸造，所述半连续直冷铸造的冷却水压为0.09MPa，冷却水流量35m3/h，铸造速度为15mm/min；获得520mm（厚度）×1620mm（宽度）×4000mm（长度）的7000系铝合金扁铸锭。
（7）均匀化处理：将铸锭在炉内在460℃下进行第一次均匀化处理2h，随后升温至480℃下进行第二次均匀化处理5h，最后升温至500℃下进行第三次均匀化处理2h。
（8）对三级均匀化热处理后的大规格铝合金铸锭进行对称铣面、锯切，制成厚度为500mm±5mm的铝合金板坯；
（9）对步骤（8）的铝合金板坯在395℃下进行总热轧变形量为60%的第一次热轧处理，其中，第一道次热轧变形量为14%，第二道次热轧变形量为14%，第三道次热轧变形量为12%，第四道轧制变形量为10%，第五道轧制变形量为10%，获得第一铝合金坯材；
（10）对步骤（9）的第一铝合金坯材进行拉伸变形量为7.5%的第一次拉伸处理，其中，第一步拉伸至1.5%，第二步拉伸至3%，第三步拉伸至4.5%，第四步拉伸至6%，第五步拉伸至7.5%，拉伸速率为2mm/min，获得第二铝合金坯材；
（11）对步骤（10）的第二铝合金坯材进行总热轧变形量为27%的第二次热轧处理，开轧温度为415℃，终轧温度为450℃，其中，第一道次热轧变形量为4%，第二道次热轧变形量为4%，第三道次热轧变形量为4%，第四道轧制变形量为3%，第五道轧制变形量为3%，第六道轧制变形量为3%，第七道轧制变形量为2%，第八道轧制变形量为2%，第九道轧制变形量为1%，第十道轧制变形量为1%，获得第三铝合金坯材；
（12）对步骤（11）的第三铝合金坯材进行拉伸变形量为2%的第二次拉伸处理，其中，第一步拉伸至0.5%，第二步拉伸至1%，第三步拉伸至0.5%，第四步拉伸至2%，拉伸速率为0.2mm/min，获得第四铝合金坯材；
（13）对步骤（12）的第四铝合金坯材进行固溶处理，固溶处理的温度为440℃，保温时间为8h，固溶结束后采用80℃水雾进行激冷，获得第五铝合金坯材；
（14）对步骤（13）的第五铝合金坯材进行拉伸变形量为0.5%的第三次拉伸处理，其中，第一步拉伸至0.1%，第二步拉伸至0.2%，第三步拉伸至0.4%，第四步拉伸至0.5%，拉伸速率为0.1mm/min，获得第六铝合金坯材；
（15）对步骤（14）的第六铝合金坯材进行自然时效处理72h，锯切成品板材，获得厚度为15mm、宽度为3500mm、长度17500mm的铝合金板材。
对步骤（6）的铸造前的铝合金熔体进行在线测氢，测氧化夹杂含量，测试结果为：含氢量0.09ml/100gAl，氧化夹杂除净率为97.2%。对铝合金铸锭按GB/T 3264-2000的方法进行低倍检测分析晶粒度，测试显示晶粒度为1级。
对铝合金板材的横向不平度进行测量，结果显示为成品板横向不平度为0.9mm/m。对铝合金板材的残余应力进行测量，作为数据统计，在板材长度两端，宽度中心、边缘，共计4个位置采用小孔法测量残余应力，最大值为88MPa，计算板材不同部位残余应力差值为16MPa。铝合金板材的抗拉强度为656MPa，屈服强度为547MPa，断裂韧性为34.2 MPa·m1/2，310MPa下应力腐蚀20天未断。
实施例2
其他操作同实施例1，区别仅在于步骤（3）中精炼剂为50wt%的六氯乙烷，50wt%的碳酸钠。
对步骤（6）的铸造前的铝合金熔体进行在线测氢，测氧化夹杂含量，测试结果为：含氢量0.28ml/100gAl，氧化夹杂除净率为96.8%。对铝合金铸锭按GB/T 3264-2000的方法进行低倍检测分析晶粒度，测试显示晶粒度为1级。
对铝合金板材的横向不平度进行测量，结果显示为成品板横向不平度为1mm/m。对铝合金板材的残余应力进行测量，作为数据统计，在板材长度两端，宽度中心、边缘，共计4个位置采用小孔法测量残余应力，最大值为98MPa，计算板材不同部位残余应力差值为30MPa。铝合金板材的抗拉强度为623MPa，屈服强度为524MPa，断裂韧性为30.1 MPa·m1/2，310MPa下应力腐蚀20天未断。
实施例3
其他操作同实施例1，区别在于步骤（5）中不对铝合金熔体施加超声波。
对铝合金铸锭按GB/T 3264-2000的方法进行低倍检测分析晶粒度，测试显示晶粒度为3级。
对铝合金板材的横向不平度进行测量，结果显示为成品板横向不平度为1mm/m。对铝合金板材的残余应力进行测量，作为数据统计，在板材长度两端，宽度中心、边缘，共计4个位置采用小孔法测量残余应力，最大值为78MPa，计算板材不同部位残余应力差值为48MPa。铝合金板材的抗拉强度为603MPa，屈服强度为556MPa，断裂韧性为27.1 MPa·m1/2，310MPa下应力腐蚀20天未断。
对比例1
其他操作同实施例1，区别仅在于省略步骤（10）的第一次拉伸处理，第二次拉伸处理的变形量为6%，第三次拉伸处理的变形量为4%。
对铝合金板材的横向不平度进行测量，结果显示为成品板横向不平度为10mm/m。对铝合金板材的残余应力进行测量，作为数据统计，在板材长度两端，宽度中心、边缘，共计4个位置采用小孔法测量残余应力，最大值为165MPa，计算板材不同部位残余应力差值为108MPa。铝合金板材的抗拉强度为542MPa，屈服强度为448MPa，断裂韧性为21.2 MPa·m1/2，310MPa下应力腐蚀12天未断。
对比例2
其他操作同实施例1，区别仅在于省略步骤（11）的第二次热轧处理，第一次热轧处理的总热轧变形量为87%。
对铝合金板材的横向不平度进行测量，结果显示为成品板横向不平度为28mm/m。对铝合金板材的残余应力进行测量，作为数据统计，在板材长度两端，宽度中心、边缘，共计4个位置采用小孔法测量残余应力，最大值为145MPa，计算板材不同部位残余应力差值为178MPa。铝合金板材的抗拉强度为532MPa，屈服强度为428MPa，断裂韧性为22.8MPa·m1/2，310MPa下应力腐蚀14天未断。
对比例3
其他操作同实施例1，区别仅在于调换步骤（9）和步骤（11）的两次热轧处理工艺步骤的顺序。
对铝合金板材的横向不平度进行测量，结果显示为成品板横向不平度为12mm/m。对铝合金板材的残余应力进行测量，作为数据统计，在板材长度两端，宽度中心、边缘，共计4个位置采用小孔法测量残余应力，最大值为175MPa，计算板材不同部位残余应力差值为138MPa。铝合金板材的抗拉强度为498MPa，屈服强度为401MPa，断裂韧性为19.6 MPa·m1/2，310MPa下应力腐蚀10天未断。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用大规格铝合金铸锭生产大规格铝合金中厚宽板的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1）将厚度为520mm±5mm以上、宽度为1620mm±5mm以上的大规格铝合金铸锭进行三级均匀化热处理；
2）对三级均匀化热处理后的大规格铝合金铸锭进行对称铣面、锯切，制成厚度为500mm±5mm的铝合金板坯；
3）对步骤2）的铝合金板坯进行总热轧变形量为50%~60%的第一次热轧处理，且保证单道次的变形量不低于7%，获得第一铝合金坯材；
4）对步骤3）的第一铝合金坯材进行拉伸变形量为7.5%~10%的第一次拉伸处理，获得第二铝合金坯材；
5）对步骤4）的第二铝合金坯材进行总热轧变形量为20%~30%的第二次热轧处理，且保证单道次的变形量不高于4%，获得第三铝合金坯材；
6）对步骤5）的第三铝合金坯材进行拉伸变形量为1%~2%的第二次拉伸处理，获得第四铝合金坯材；
7）对步骤6）的第四铝合金坯材进行固溶处理，获得第五铝合金坯材；
8）对步骤7）的第五铝合金坯材进行拉伸变形量为0.5%~1%的第三次拉伸处理，获得第六铝合金坯材；
9）对步骤8）的第六铝合金坯材进行时效处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中，所述大规格铝合金铸锭是通过如下方法制备得到的：
a）备料：按照7000系铝合金铸锭的配方成分进行配料，分别称取铝锭、锌锭、铝钛中间合金、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、镁锭作为原料；
b）熔炼：将步骤a）中的铝锭、锌锭、铝钛中间合金、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、镁锭和氧化铝颗粒压入熔炼炉内熔炼，得到铝合金熔体；
c）炉内除气精炼：在搅拌条件下，通过导管将干燥的氩气和精炼剂喷入铝合金熔体内进行炉内除气精炼；
d）在线过滤除渣：使用泡沫陶瓷过滤板对步骤c）的熔体进行在线过滤除渣；
e）晶粒细化：通过喂丝机向步骤d）的铝合金熔体中添加Al-Ti-B丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理，同时对铝合金熔体施加超声波；
f）半连续直冷铸造：将步骤e）的铝合金熔体经铝液流槽注入结晶器与引锭头形成的腔体里进行半连续直冷铸造，制备得到所述铸锭。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤a）中，所述7000系铝合金铸锭的配方成分所含元素的重量百分比为：Zn：5.0~10.0%；Mg：1.5~6.5%；Cu：1.3~6.5%；Zr：0.08~0.25%；Ti：0.02~0.06%；V：0.05~0.8%；Fe≤0.08%；Si≤0.06%；Mn≤0.05%；Cr≤0.05%；杂质总量≤0.15%；余量为Al；
和/或，步骤b）中，将步骤a）中的铝锭、锌锭、铝钛中间合金、铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金和氧化铝颗粒压入熔炼炉内，以2~5℃/min的升温速率加热至720℃~750℃进行熔炼20min~30min，随后以2~5℃/min的降温速率将熔体温度降至685℃~700℃，压入镁锭，继续熔炼20min~30min，得到铝合金熔体；
和/或，步骤b）中，所述氧化铝颗粒的加入量为所述熔体总质量的0.01~0.03%；
和/或，步骤c）中，以精炼剂的总重量计，所述精炼剂包括六氯乙烷60wt%~80wt%，碳酸钠20wt%~40wt%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤e）中，所述超声波的频率为80~100kHz；所述喂丝机的喂丝速度为180cm/min-250cm/min；所述晶粒细化处理的时间为10~20min；
和/或，步骤f）中，所述半连续直冷铸造的冷却水压为0.06~0.09MPa，冷却水流量30~40m3/h，铸造速度为15~20mm/min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1）中，所述三级均匀化热处理包括如下步骤：将大规格铝合金铸锭在460℃~470℃下进行第一次均匀化处理2~3h，随后升温至480℃~490℃下进行第二次均匀化处理5~6h，最后升温至500℃~510℃下进行第三次均匀化处理2~3h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3）中，所述第一次热轧处理的单道次的变形量为7%~12%，所述第一次热轧处理的道次为5~7次，所述第一次热轧处理的开轧温度与终轧温度相同。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5）中，所述第二次热轧处理的单道次的变形量为1%~4%，所述第二次热轧处理的道次为5~12次，所述第二次热轧处理的开轧温度为410℃~430℃，终轧温度为430℃~450℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4）中，所述第一次拉伸处理的拉伸速率为1~5mm/min；
步骤6）中，所述第二次拉伸处理的拉伸速率为0.1~0.5mm/min；
步骤8）中，所述第三次拉伸处理的拉伸速率为0.1~0.5mm/min。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7）中，所述固溶处理的温度为430℃~450℃，所述固溶处理的保温时间为8~10h，所述固溶处理的激冷介质采用70℃~85℃的水或水雾进行；
和/或，步骤9）中，所述时效处理是自然时效或人工时效，所述自然时效的时间为48h~72h；所述人工时效的温度为120℃~130℃，所述人工时效的时间为12h~24h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝合金中厚宽板的厚度为8mm~30mm、宽度大于等于3000mm；
和/或，所述铝合金中厚宽板的横向不平度不超过1mm/m；所述铝合金中厚宽板不同部位的残余应力最大值不超过100MPa、差值不超过50MPa。
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