CN115852216A - 一种全铝运煤列车用5083铝合金板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全铝运煤列车用5083铝合金板材及其制备方法。以质量百分含量表示，板材中各化学成分组成为：Si 0.20～0.30％、Fe 0.20～0.30％、Cu 0.03～0.07％、Mn 0.45～0.60％、Mg 4.4～4.8％、Cr 0.10～0.20％、Zn≤0.10％、Ti 0.015～0.03％，余量为Al。根据板材中各化学成分组成配料，然后依次进行熔炼、精炼、铸造、锯头铣面、均热、热轧、冷轧开坯、中间退火、冷轧成品和稳定化处理；最后经精整切片、包装，得到全铝运煤列车用5083铝合金板材。本发明所得产品提高了运煤列车用5083铝合金板材的疲劳强度、抗拉强度及耐腐蚀等性能。
Description
一、技术领域：
本发明涉及一种铝合金板材及其制备方法，具体涉及一种全铝运煤列车用5083铝合金板材及其制备方法。
二、背景技术：
由河南明泰铝业有限公司提供铝合金材料所生产的1.3万节全铝运煤火车车皮，近段时间来先后投放到国内大秦铁路和神华铁路线上，运行状态良好。相比不锈钢车皮，全铝运煤车每节车皮自重降低约700公斤。
随着“车辆轻量化”成为轨道交通发展方向，承担大宗货物运输的运载火车减轻自重、减少排放，被国家交通部提上议事日程。与此前在车体制造中广泛使用的钢铁材料相比，铝合金具有质量轻、成型优、强度高、耐腐蚀等特性，成为重载列车减轻自重、降低能耗的较佳选择。
目前，不少欧美国家都采用铝合金材料来制造铁路车辆，例如：美国目前新制造的高速重载列车95％以上都是铝合金车皮。
近年来，通过成立专项团队对重载列车用铝合金材料进行项目研究，河南明泰铝业有限公司成功研发出“全铝运煤列车用铝合金板材应用技术”，从而让铝合金材料在铁路机车、车辆及其零部件中得到应用。减轻了铁路火车整车重量，为铁路货运提速提供保障。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题是：根据目前采用铝合金材料制造铁路车辆的发展状况，本发明提供一种全铝运煤列车用5083铝合金板材及其制备方法。通过本发明技术方案制备的全铝运煤列车用5083铝合金板材，提高了运煤列车用5083铝合金板材的疲劳强度、抗拉强度及耐腐蚀等性能，进而满足运煤列车用5083铝合金板材的使用要求。
为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：
本发明提供一种全铝运煤列车用5083铝合金板材，以质量百分含量表示，所述5083铝合金板材中各化学成分组成为：Si 0.20～0.30％、Fe 0.20～0.30％、Cu 0.03～0.07％、Mn 0.45～0.60％、Mg 4.4～4.8％、Cr 0.10～0.20％、Zn≤0.10％、Ti 0.015～0.03％，余量为Al。
另外，提供一种全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，包括熔炼、铸造、锯头铣面、均热、热轧、冷轧开坯、中间退火、冷轧成品和稳定化处理，其中：
所述铸造过程中，控制铸造温度为690～720℃、铸造水温为25～35℃、铸造水压为0.2～0.6kg/cm2、铸造速度为35～50mm/min、铸造水流量为90～230m3/h；铸造中检测氢含量≤0.15ml/100gAl；
所述均热的具体过程为：所得铸锭在加热炉中进行均热处理，加热制度为：第一阶段铸锭温度为480～500℃，保温时间12～14小时；第二阶段铸锭温度为520～530℃，保温时间为4小时；出炉温度为480～500℃；
所述热轧：将均热后所得铸锭先进行热粗轧，经过19～23道次的轧制，轧至厚度为26～28mm的毛坯料，乳液压力为0.1～0.3MPa，浓度为3～8％，粗轧后温度为390～450℃；然后进行热精轧，轧制速度为2.0～2.6m/s，经连续3次轧制至厚度8.0±0.5mm，乳液压力为0.2～0.45MPa，浓度为5～8％，压缩空气压力为0.2～0.5MPa；
所述冷轧开坯，是由厚度为8.0±0.5mm经1道次轧制，道次分配为8.0→6.8mm，轧制后的厚度为6.8mm，轧制速度为1.6～2.6m/s；厚度公差为±0.05mm，宽度公差为0～3mm；
所述中间退火时，退火炉内金属温度为330～340℃，保温时间为4～5h；
所述冷轧成品，是由厚度为6.8±0.5mm经1道次轧制，道次分配为6.8→6.0mm，轧制后卷材的厚度为6.0mm，轧制速度为1.6～2.6m/s；厚度公差为±0.05mm，宽度公差为0～3mm；
所述稳定化处理：将6.0mm厚度的铝卷送入退火炉中进行加热，控制金属温度为80～90℃，保温时间为1～2h。
根据上述的全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，配料后投入熔炼炉中进行熔炼；熔炼中进行炉前分析、成分调整、扒渣、导炉、精炼除气、调整温度。
根据上述的全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，熔炼温度为740～760℃，熔炼时间为60～70min；熔炼后所得合金液置于静置炉中进行精炼，精炼温度为730～750℃，精炼时间为45～60min。
根据上述的全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，所述锯头铣面时，首先锯床对铸锭进行锯头，锯头长度为150～160mm；再用铣床进行铣面，铣面量为小面单侧15～18mm，大面单侧15～16mm。
根据上述的全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，所述中间退火后所得板材的性能检测，抗拉强度为305～385MPa，延伸率为10～20％，屈服强度为215～285Mpa。
本发明的积极有益效果：
1、本发明提供的全铝运煤列车用5083铝合金板材的生产方法中，经熔铸得到5083铝合金铸锭，熔铸过程中严格控制镁的质量含量，使其在4.4～4.8％之间；对5083铝锭进行均匀化热处理，均热温度在480～530℃之间分两阶段实施；对经过均匀化热处理的5083铸锭首先经过大变形量的热粗轧，然后在390～450℃温度下进行热精轧，至厚度8.0±0.5mm；对热轧后的5083铝卷材进行小变形量的冷轧，并进行中间退火，小变形量的冷轧处理，得到5083铝卷材半成品；经过稳定化退火处理、切片，得到5083铝合金板材成品。本发明运煤列车用5083铝合金板材的生产方法，严格控制合金元素镁的含量，通过均匀化热处理、热轧(热粗轧和热精轧)、冷轧开坯、中间退火、冷轧成品、稳定化热处理等工序相配合，最终提高运煤列车用5083铝合金板材的疲劳强度、抗拉强度及耐腐蚀性，进而满足了运煤列车用5083铝合金板材的使用要求。
2、利用本发明技术方案制备的5083铝合金板材成品，能够提高运煤列车用5083铝合金板材的疲劳强度、抗拉强度及耐腐蚀性，剥落腐蚀A级，晶间腐蚀5～10％，延长了车厢的使用寿命，进而满足了运煤列车用5083铝合金板材的使用要求。
四、具体实施方式：
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：
本发明全铝运煤列车用5083铝合金板材，以质量百分含量表示，所述5083铝合金板材中各化学成分组成为：Si 0.25％、Fe 0.22％、Cu 0.04％、Mn 0.48％、Mg 4.5％、Cr0.15％、Zn 0.08％、Ti 0.015％，余量为Al。
实施例2：
本发明实施例1所述全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，其详细步骤如下：
a、熔炼：按照实施例1所述5083铝合金板材中各化学成分组成进行配料(单个杂质成分含量0.03％，总杂质含量0.1％)，配料后加入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度为740℃，熔炼时间为60min；熔炼后所得合金液置于静置炉中进行精炼，精炼温度为730℃，精炼时间为45min；
b、铸造：将步骤a所得铝合金溶液进行铸造，铸造温度为700℃、铸造水温为30℃、铸造水压为0.5kg/cm2、铸造速度为40mm/min、铸造水流量为200m3/h，铸造中检测氢含量≤0.15ml/100gAl；铸造成厚度为500mm、宽度为1300mm的铝合金铸锭；
c、锯头、铣面：将步骤b所得铸锭采用锯床进行锯头、铣床进行铣面，锯头长度为150mm，小面单侧铣面量为16mm，大面单侧铣面量为15mm；
d、均热：将步骤c所得铸锭放入加热炉中进行均热处理，热处理制度为：第一阶段铸锭温度为490℃，保温时间13小时；第二阶段铸锭温度为520℃，保温时间为4小时；出炉温度为490℃；
e、热轧：对步骤d所得铸锭先进行热粗轧，经过20道次的轧制(道次分配为500→476→450→420→390→360→330→300→270→240→210→
190→170→150→130→110→95→80→60→40→28mm，在第15道轧制后进行切头、滚边)，粗轧至厚度为28mm的毛坯料，乳液压力为0.25MPa，浓度为5％，粗轧后温度为400℃；而后进行热精轧，轧制速度为2.3m/s，经连续3次轧制至厚度8.0±0.5mm，乳液压力为0.35MPa，浓度为6％，压缩空气压力为0.4MPa，热轧精轧后温度330℃；道次分配为28→20→12→8mm；
f、冷轧开坯：将步骤e所得热轧卷材由8.0±0.5mm经1次轧制，轧制后的厚度为6.8mm，轧制速度为2.0m/s，厚度公差为±0.05mm，宽度公差为1mm；然后进行拉弯矫直和清洗，速度为45m/min，水温为90℃；
g、中间退火：将步骤f所得卷材半成品放入退火炉中，控制金属温度升至330℃，保温4h后出炉自然冷却；
h、冷轧成品：将步骤g所得冷轧卷材由6.8mm经1次轧制，轧制后的厚度为6.0mm，轧制速度为2.2m/s，厚度公差为±0.05mm，宽度公差为1mm；
i、稳定化处理：将步骤h所得冷轧卷材放入退火炉中，控制金属温度升至80℃，保温1h，最后经精整切片、包装，即得成品全铝运煤列车用5083铝合金板材。对所得成品进行力学性能及组织性能检测(检测数据详见表1)。
实施例3：
本发明全铝运煤列车用5083铝合金板材，以质量百分含量表示，所述5083铝合金板材中各化学成分组成为：Si 0.27％、.29％、Cu 0.047％、Mn 0.455％、Mg 4.5％、Cr0.13％、Zn 0.007％、Ti 0.016％，余量为Al。
实施例4：
本发明实施例3所述全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，与实施例2基本相同，不同之处在于：
d、均热：将步骤c所得铸锭放入加热炉中进行均热处理，热处理制度为：第一阶段铸锭温度为490℃，保温时间14小时；第二阶段铸锭温度为525℃，保温时间为4小时；出炉温度为490℃；
e、热轧：对步骤d所得铸锭先进行热粗轧，经过19道次轧制(道次为476→450→420→390→360→330→300→270→240→210→190→170→150→130→110→95→80→60→40→28mm，在第14道轧制后进行切头、滚边)，粗轧至厚度为28mm的毛坯料，乳液压力为0.20MPa，浓度为4％，粗轧后温度为430℃；而后进行热精轧，轧制速度为2.3m/s，经连续3次轧制至厚度8.0±0.5mm，乳液压力为0.4MPa，浓度为5％，压缩空气压力为0.3MPa，热轧精轧后温度330℃；道次分配为28→20→12→8mm。
对本实施例所得成品进行力学性能及组织性能检测(检测数据详见表1)。
实施例5：
本发明全铝运煤列车用5083铝合金板材，以质量百分含量表示，所述5083铝合金板材中各化学成分组成为：Si 0.25％、Fe 0.25％、Cu 0.05％、Mn 0.55％、Mg 4.6％、Cr0.18％、Ti 0.025％，余量为Al。
实施例6：
本发明实施例5所述全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，与实施例2基本相同，不同之处在于：
d、均热：将步骤c所得铸锭放入加热炉中进行均热处理，热处理制度为：第一阶段铸锭温度为495℃，保温时间12小时；第二阶段铸锭温度为520℃，保温时间为4小时；出炉温度为490℃；
e、热轧：对步骤d所得铸锭先进行热粗轧，经过21道次的轧制(道次分配为476→462→450→430→400→370→340→310→280→250→220→
190→170→150→130→110→90→70→50→40→35→26mm，在第16道轧制后进行切头、滚边)，粗轧至厚度为26mm的毛坯料，乳液压力为0.30MPa，浓度为6％，粗轧后温度为400℃；而后进行热精轧，轧制速度为2.3m/s，经连续3次轧制至厚度8.0±0.5mm，乳液压力为0.3MPa，浓度为6％，压缩空气压力为0.35MPa，热轧精轧后温度330℃；
对本实施例所得成品进行力学性能及组织性能检测(检测数据详见表1)。
实施例7：
本发明全铝运煤列车用5083铝合金板材，以质量百分含量表示，所述5083铝合金板材中各化学成分组成为：Si 0.26％、Fe 0.3％、Cu 0.06％、Mn 0.50％、Mg 4.7％、Cr0.14％、Ti 0.025％，余量为Al。
实施例8：
本发明实施例7所述全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，与实施例2相同。对本实施例所得成品进行力学性能及组织性能检测(检测数据详见表1)。
表1本发明实施例制备所得产品的相关性能检测数据
Claims (6)
1.一种全铝运煤列车用5083铝合金板材，其特征在于，以质量百分含量表示，所述5083铝合金板材中各化学成分组成为：Si 0.20～0.30％、Fe 0.20～0.30％、Cu 0.03～0.07％、Mn 0.45～0.60％、Mg 4.4～4.8％、Cr 0.10～0.20％、Zn≤0.10％、Ti 0.015～0.03％，余量为Al。
2.一种全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，包括熔炼、铸造、锯头铣面、均热、热轧、冷轧开坯、中间退火、冷轧成品和稳定化处理，其特征在于：
所述铸造过程中，控制铸造温度为690～720℃、铸造水温为25～35℃、铸造水压为0.2～0.6kg/cm2、铸造速度为35～50mm/min、铸造水流量为90～230m3/h；铸造中检测氢含量≤0.15ml/100gAl；
所述均热的具体过程为：所得铸锭在加热炉中进行均热处理，加热制度为：第一阶段铸锭温度为480～500℃，保温时间12～14小时；第二阶段铸锭温度为520～530℃，保温时间为4小时；出炉温度为480～500℃；
所述热轧：将均热后所得铸锭先进行热粗轧，经过19～23道次的轧制，轧至厚度为26～28mm的毛坯料，乳液压力为0.1～0.3MPa，浓度为3～8％，粗轧后温度为390～450℃；然后进行热精轧，轧制速度为2.0～2.6m/s，经连续3次轧制至厚度8.0±0.5mm，乳液压力为0.2～0.45MPa，浓度为5～8％，压缩空气压力为0.2～0.5MPa；
所述冷轧开坯，是由厚度为8.0±0.5mm经1道次轧制，道次分配为8.0→6.8mm，轧制后的厚度为6.8mm，轧制速度为1.6～2.6m/s；厚度公差为±0.05mm，宽度公差为0～3mm；
所述中间退火时，退火炉内金属温度为330～340℃，保温时间为4～5h；
所述冷轧成品，是由厚度为6.8±0.5mm经1道次轧制，道次分配为6.8→6.0mm，轧制后卷材的厚度为6.0mm，轧制速度为1.6～2.6m/s；厚度公差为±0.05mm，宽度公差为0～3mm；
所述稳定化处理：将6.0mm厚度的铝卷送入退火炉中进行加热，控制金属温度为80～90℃，保温时间为1～2h。
3.根据权利要求2所述的全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，其特征在于：配料后投入熔炼炉中进行熔炼；熔炼中进行炉前分析、成分调整、扒渣、导炉、精炼除气、调整温度。
4.根据权利要求2所述的全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，其特征在于：熔炼温度为740～760℃，熔炼时间为60～70min；熔炼后所得合金液置于静置炉中进行精炼，精炼温度为730～750℃，精炼时间为45～60min。
5.根据权利要求2所述的全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，其特征在于：所述锯头铣面时，首先锯床对铸锭进行锯头，锯头长度为150～160mm；再用铣床进行铣面，铣面量为小面单侧15～18mm，大面单侧15～16mm。
6.根据权利要求2所述的全铝运煤列车用5083铝合金板材的制备方法，其特征在于：所述中间退火后所得板材的性能检测，抗拉强度为305～385MPa，延伸率为10～20％，屈服强度为215～285Mpa。
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2022
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