CN116005085A - 一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺 - Google Patents
一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺，包括以下步骤：步骤1，将5R60合金板进行再结晶退火处理；步骤2，对步骤1所得的铝合金板材进行冷轧处理，采用大辊径板厚比，进行多道次冷轧后，最终变形量为10%~70%；其中，所述辊径板厚比为10~125。本发明通过大辊径板厚比的冷轧工艺，可以有效的改善5R60板材的微观组织，特别是厚度方向微观组织，进而提升5R60板材的轧透性，使厚度方向的性能均匀，抑裂性好，获得板形良好性能优异的冷轧板。本发明的生产工艺简单，易操作，可解决5R60板材冷轧过程中易开裂、力学性能不均匀等问题。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金制造领域，具体涉及一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺。
背景技术
5XXX系Al-Mg合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性能好、成形性好以及可焊性良好等优点，在船舶、特种车辆等领域有着广泛应用。但传统5XXX合金以Mg为主合金元素，合金中不含Zn或含有微量的Zn基本没有析出强化效应，析出相β-Al3Mg2形核困难，沉淀相尺寸较大，合金是非热处理析出强化型合金，只能通过固溶和加工硬化提高强度，强度相对较低。但Al-Mg合金由于沿晶界析出的β相与Al基体的电位差相对较小，具有优异的耐蚀性。此外Al-Mg合金具有良好的成形性和可焊性。随着船舶运输业和特种车辆的不断发展，人们对于船舶用和特种车辆用铝合金的力学性能、耐腐蚀性能等综合性能的要求在不断提高。目前国际上广泛使用的AA5059合金，H321/116态合金抗拉强度为370MPa，屈服强度270MPa，延伸率为10%，且合金的耐腐蚀性能都较以往合金有所提高；但仍不能满足高性能铝合金的发展需求。
5R60铝合金为中国兵器科学研究院内蒙金属材料研究所和河南万达铝业有限公司最新研发的具有完全自主知识产权的低密度、高动态响应性、耐腐蚀的新一代高性能5XXX系铝合金，具有高比强度、良好的防护性能、突出的耐蚀性、良好的焊接性、良好的低温性能等综合性能优势，合金H131态抗拉强度≥410MPa，屈服强度≥335MPa，延伸率≥6%。但在板材加工制备过程中发现，不同的冷轧工艺会对该合金的力学性能造成较大的影响。
本发明针对5R60合金板材制备过程，提出一种用于5R60板材制备的大辊径板厚比冷轧工艺，通过该冷轧工艺的实施，可获得性能优异、轧透性好、抑裂的5R60铝合金板材。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于5R60板材制备的大辊径板厚比冷轧工艺，通过该工艺使5R60合金板材在获得优良力学性能的同时，轧透性和抑裂性也表现的更好。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺，包括以下步骤：
步骤1，将5R60合金板进行再结晶退火处理；
步骤2，对步骤1所得的板材进行冷轧处理，采用大辊径板厚比，进行多道次冷轧后，最终变形量为10%~70%；
其中，所述辊径板厚比为10~125。
优选地，所述步骤1中，5R60合金板的化学成分，按照质量百分比计，包括：
5.3%~6.5%Mg，0.50%~1.10%Zn，0.02%~0.13%Sc，0~0.15%Cu，0.6%~1.2%Mn，0.02%~0.06%Ti，0.03%~0.18%Zr，0~0.25%Fe，0~0.2%Si，余量为Al和不可避免的杂质；其中，单个杂质含量≤0.05%，杂质合计≤0.15%。
更优选地，所述步骤1中，5R60合金板的化学成分，按照质量百分比计，包括：
5.9%Mg，0.80%Zn，0.10%Sc，0.10%Cu，0.90%Mn，0.04%Ti，0.15%Zr，0.20%Fe，0.15%Si，余量为Al和不可避免的杂质；其中，单个杂质含量≤0.05%，杂质合计≤0.15%。
优选地，所述步骤1中，再结晶退火的条件为：温度250~400℃，时间30~150min。
优选地，所述步骤2中，第一次冷轧变形量为25%~55%。
优选地，所述步骤2中，辊径板厚比为22.5~62.5。
优选地，所述步骤2中，采用的轧辊的辊径为600~2000mm，板厚为16~60mm。
本发明的有益效果为：
1、本发明公开了一种用于5R60板材制备的大辊径板厚比冷轧工艺，属于铝合金加工工程技术领域。对5R60合金板在250~400℃保温30~150min进行再结晶退火；冷却后进行冷轧，采用大辊径板厚比进行多道次冷轧，轧辊辊径为600~2000mm，合金板板厚为16~60mm，辊径板厚比为10~125，变形量为10%~70%。
2、本发明通过大辊径板厚比的冷轧工艺，可以有效的改善5R60板材的微观组织，特别是厚度方向微观组织，进而提升5R60板材的轧透性，使厚度方向的性能均匀，抑裂性好，获得板形良好性能优异的冷轧板。本发明的生产工艺简单，易操作，可解决5R60板材冷轧过程中易开裂、力学性能不均匀等问题。
3、一般情况下，铝合金板材工作辊辊径的减小利于整体淬火，使整体具有均一的硬度，提高了刚性，利于厚度控制，而大辊径会对板材产生一些不利影响，比如，由于辊径较大，淬火深度无法达到辊心，因而使得心部材料的性能较低，在辊径锻造过程中会产生裂纹性缺陷并使裂纹性缺陷扩展，最终导致冷轧辊超声检测缺陷超标。但是本发明将辊径和板厚作为变量比例，经过研究发现，大的辊径板厚比的处理方法反而可以有效改善5R60板材的微观组织，特别是厚度方向微观组织，通过大辊径板厚比冷轧工艺的实施，提升了5R60板材的轧透性，使厚度方向的性能均匀。通过大辊径板厚比冷轧工艺，使合金具有良好加工硬化效果而获得较为优异的力学性能。因此使用该冷轧变形工艺后得到的合金板材，相对于常规冷轧工艺，往往具有更为优异的力学性能，且合金厚度方向的性能均匀，抑裂性好，板形良好。
4、本发明的生产工艺相对简单，易操作，特别适用于5R60板材的工业化生产。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例1大辊径板厚比冷轧工艺下所制备的板材电子背散射衍射(EBSD)图；
图2是本发明对比例1小辊径板厚比冷轧工艺下所制备的板材电子背散射衍射(EBSD)图。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
本发明中的辊径板厚比指的是辊径与板厚的数值之比。
通过工业化熔铸大规格5R60（1#）、5059（2#）合金铸锭，其化学成分如表1所示，合金铸锭经均匀化退火并热轧得到16~60mm厚的合金板。
下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
将60mm厚的1#合金板进行350℃/60min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为1800mm，板厚为60mm，辊径板厚比为30，轧制变形量为33%，冷轧终轧厚度为40mm。
实施例2
将40mm厚的1#合金板进行300℃/120min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为1600mm，板厚为40mm，辊径板厚比为40，轧制变形量为50%，冷轧终轧厚度为20mm。
实施例3
将20mm厚的1#合金板进行400℃/30min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为1200mm，板厚为20mm，辊径板厚比为60，轧制变形量为70%，冷轧终轧厚度为6mm。
实施例4
将40mm厚的1#合金板进行350℃/60min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为1000mm，板厚为40mm，辊径板厚比为25，轧制变形量为50%，冷轧终轧厚度为20mm。
实施例5
将50mm厚的1#合金板进行350℃/60min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为1500mm，板厚为50mm，辊径板厚比为30，轧制变形量为40%，冷轧终轧厚度为30mm。
实施例6
将30mm厚的1#合金板进行350℃/60min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为1500mm，板厚为30mm，辊径板厚比为50，轧制变形量为33%，冷轧终轧厚度为20mm。
实施例7
将26mm厚的1#合金板进行350℃/60min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为1300mm，板厚为26mm，辊径板厚比为50，轧制变形量为38.5%，冷轧终轧厚度为16mm。
实施例8
将16mm厚的1#合金板进行400℃/30min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为2000mm，板厚为16mm，辊径板厚比为125，轧制变形量为37.5%，冷轧终轧厚度为10mm。
实施例9
将16mm厚的1#合金板进行300℃/120min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为1400mm，板厚为16mm，辊径板厚比为87.5，轧制变形量为62.5%，冷轧终轧厚度为6mm。
实施例10
将16mm厚的1#合金板进行300℃/120min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为800mm，板厚为16mm，辊径板厚比为50，轧制变形量为30%，冷轧终轧厚度为11.2mm。
对比例1将60mm厚的1#合金板进行350℃/60min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为500mm，板厚为60mm，辊径板厚比为8.3，轧制变形量为33%，冷轧终轧厚度为40mm。
对比例2将40mm厚的1#合金板进行300℃/120min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为300mm，板厚为40mm，辊径板厚比为7.5，轧制变形量为50%，冷轧终轧厚度为20mm。
对比例3将20mm厚的1#合金板进行400℃/30min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为180mm，板厚为20mm，辊径板厚比为9.0，轧制变形量为70%，冷轧终轧厚度为6mm。
对比例4将40mm厚的2#合金板进行350℃/60min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为1000mm，板厚为40mm，辊径板厚比为25，轧制变形量为50%，冷轧终轧厚度为20mm。
对比例5将50mm厚的2#合金板进行350℃/60min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为1500mm，板厚为50mm，辊径板厚比为30，轧制变形量为40%，冷轧终轧厚度为30mm。
对比例6将30mm厚的2#合金板进行350℃/60min再结晶退火处理，然后将合金板材进行多道次冷轧，轧辊直径为1500mm，板厚为30mm，辊径板厚比为50，轧制变形量为33%，冷轧终轧厚度为20mm。
实验例
1、对合金板在250~400℃保温30~150min进行再结晶退火，之后采用不同辊径板厚比的冷轧工艺，如表2所示。
表2列出了采用上述方法制备合金板材的各项指数。
2、根据GB/T 228.1-2021《金属材料拉伸试验 第1部分：室温试验方法》对冷轧后的合金板材进行拉伸测试，特别是厚度方向的拉伸性能进行测试，测试结果如表3。
表3列出了采用上述方法制备合金板材的力学性能。
结果表明，与对比例1-3的“小辊径板厚比”工艺相比，实施例1-3大辊径板厚比冷轧工艺实施后合金强度明显上升，且合金横向力学性能与纵向力学性能相比差距较小，且横向合金力学性能波动也较小。与AA5059合金相比，5R60合金的力学性能整体偏高，这与合金的成分和处理工艺密切相关，且采用大辊径板厚比冷轧工艺可保证5R60合金不开裂，抑裂性好，这是由于采用大辊径板厚比冷轧工艺，板材残余应力随着轧制的进行不断增大，进而导致压应力减小，拉应力增加，从而确保轧制过程的顺利进行，冷轧板材不易开裂。
实施例4-6与对比例4-6相比，对比例4-6在大辊径板厚比冷轧条件下表现并不佳，说明此大辊径板厚比冷轧工艺更加适用于5R60合金，可获得力学性能更加优良的合金冷轧板，且不会出现开裂现象，而实施例7-10进一步证明了这一点。
此外，从图1和图2的比较能够看出，与常规工艺（小辊径板厚比）相比，本发明的大辊径板厚比的板材晶粒更细小，且动态再结晶更充分，有许多小晶粒生成，性能更加优异，厚度方向性能也更加均匀。
以上实验结果表明，对于5R60合金板材来说，通过大辊径板厚比冷轧工艺的实施，能够避免常规冷轧工艺的不足，获得力学性能优异的合金板材，且合金具有良好的轧透性和抑裂性，满足合金工业化生产的需要。
本发明所述的工艺参数不仅限于实施例中所选用的几种具体工艺，在所述参数范围内均可达到相同效果。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (7)
1.一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将5R60合金板进行再结晶退火处理；
步骤2，对步骤1所得的板材进行冷轧处理，采用大辊径板厚比，进行多道次冷轧后，最终变形量为10%~70%；
其中，所述辊径板厚比为10~125。
2.根据权利要求1所述的一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺，其特征在于，所述步骤1中，5R60合金板的化学成分，按照质量百分比计，包括：
5.3%~6.5%Mg，0.50%~1.10%Zn，0.02%~0.13%Sc，0~0.15%Cu，0.6%~1.2%Mn，0.02%~0.06%Ti，0.03%~0.18%Zr，0~0.25%Fe，0~0.2%Si，余量为Al和不可避免的杂质；其中，单个杂质含量≤0.05%，杂质合计≤0.15%。
3.根据权利要求1所述的一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺，其特征在于，所述步骤1中，5R60合金板的化学成分，按照质量百分比计，包括：
5.9%Mg，0.80%Zn，0.10%Sc，0.10%Cu，0.90%Mn，0.04%Ti，0.15%Zr，0.20%Fe，0.15%Si，余量为Al和不可避免的杂质；其中，单个杂质含量≤0.05%，杂质合计≤0.15%。
4.根据权利要求1所述的一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺，其特征在于，所述步骤1中，再结晶退火的条件为：温度250~400℃，时间30~150min。
5.根据权利要求1所述的一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺，其特征在于，所述步骤2中，第一次冷轧变形量为25%~55%。
6.根据权利要求1所述的一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺，其特征在于，所述步骤2中，辊径板厚比为22.5~62.5。
7.根据权利要求1所述的一种用于含钪铝合金板材的大辊径板厚比的冷轧制备工艺，其特征在于，所述步骤2中，采用的轧辊的辊径为600~2000mm，板厚为16~60mm。
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