CN116536550A - 铝合金板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝合金板材及其制备方法，该铝合金板材用于制作鱼盆其中，所述铝合金板材的组分及质量百分比为：Si≤0.15％、Fe0.15～0.35％、Cu≤0.10％、Mg4.20～4.50％、Mn0.40～0.60％、Cr0.10～0.20％、Zn≤0.10％、Ti0.004～0.04％，余量为Al；其中，元素Fe/Si＝2.0～3.0。通过该制备方法不仅可以获取导热性能优良且质量轻并用于制作鱼盆的铝合金板材，同时还能使制备得到的铝合金板材的抗拉强度达到270～290Mpa，屈服强度大于或等于125MPa，延伸率大于或等于18％，平均塑性应变比大于或等于0.8。

Description

铝合金板材及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及铝加工技术领域，尤其是涉及一种铝合金板材及其制备方法。
【背景技术】
鱼盆作为远洋捕鱼船的重要结构，用于存储捕捞的鱼并进行冷藏保鲜，相关技术中作为远洋捕鱼业的鱼盆大多数使用不锈钢材料制作，其强度高，质量重(密度7.7～8.0*103kg/m3)，深冲性能良好，导热性能较差(导热系数为16W/(m·K))。
虽然采用不锈钢材料制作的鱼盆强度高且深冲性能优良，但其导热性能较差，当鱼盆冷却时需要消耗大量的冰块，且冷却效率低，容易导致远洋捕捞上来的海鱼新鲜程度受到影响，严重时还会因为冷冻不及时导致海鱼腐烂，损失较大，另外采用不锈钢材料制作的鱼盆，其质量较重，不便于进行搬运。
因此，有必要提供一种导热性能优良且质量轻的金属材料来解决上述问题。
【发明内容】
本发明实施例的目的在于提供一种铝合金板材的制备方法及铝合金板材，以解决相关技术采用不锈钢制作鱼盆，而导致其导热性能差且质量重的问题。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供了一种铝合金板材的制备方法，该铝合金板材用于制作鱼盆，其包括以下步骤：
步骤S1、按如下组分及质量百分比配料，熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭：
Si≤0.15％、Fe0.15～0.35％、Cu≤0.10％、Mg4.20～4.50％、Mn0.40～0.60％、Cr0.10～0.20％、Zn≤0.10％、Ti0.004～0.04％，余量为Al；其中，元素Fe/Si＝2.0～3.0；具体包括：
步骤S11、按上述组分及质量百分比的配料制备熔体，并通过熔炼炉将所述熔体熔炼成铝液；其中，熔炼铝液时的温度小于或等于750℃，元素Fe、Mn、Cr在熔体的温度达到730～750℃后采用熔剂型中间合金的方式添加，元素Mg采用镁锭添加，元素Ti采用在线加入Al-5Ti-1B丝的方式配置；
步骤S12、将所述铝液转入精炼保温炉内进行精炼；
步骤S13、将精炼后的所述铝液进行扒渣并静置处理；
步骤S14、将静置后的所述铝液经过除气箱进行除气，除气后的所述铝液经过过滤箱进行双级过滤，过滤后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭；其中，在所述铝液进入所述除气箱之前按所述配料中元素Ti的质量百分比以在线加入Al-5Ti-1B丝的方式配置，除气箱使用氩气进行除气，除气箱的压力为0.15～0.25MPa，除气箱的流量为2～5Nm3/h，除气箱中的石墨转子的转速为280～450rpm；铸造温度为685～700℃，铸造速度为47～50mm/min，铸造水流量为160～250L/min；
步骤S2、对所述铸锭进行热轧，得到厚度为5.0mm的热轧坯料：
步骤S21、对所述铸锭进行铣削；
步骤S22、将经铣削之后的所述铸锭通过保温炉进行均匀化处理；均匀化处理时保温炉内的炉气温度为540±5℃，铸锭温度为440±5℃，并保温时间为3h，再将所述炉气温度降至500±5℃，并保温8h后出炉；
步骤S23、对均匀化处理后的所述铸锭进行热连轧，得到厚度为5.0mm的热轧坯料；
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为1.5mm的成品铝卷：
其中，所述冷轧的轧制道次依次为5.0mm→3.6mm→2.6mm→2.0±0.03mm→1.5mm；轧制道次2.6mm→2.0±0.03mm后，对带材依次进行第一次清洗和中间退火，轧制道次2.0±0.03mm→1.5mm后，对厚度为1.5mm的带材依次进行第二次清洗和成品退火，得到所述成品铝卷；
步骤S4、对所述成品铝卷进行精整分切，得到厚度为1.5mm的铝合金板材。
优选的，所述步骤S1中，元素Mg作为Al-Mg合金的添加元素。
优选的，所述步骤S12中，所述精炼依次进行两次；第一次精炼使用颗粒状精炼剂35-45kg+Ar进行喷粉精炼30～35min，第二次精炼使用氩气精炼10～15min。
优选的，所述步骤S23中，所述热连轧包括采用单机架进行的热粗轧和采用三机架依次进行的热精轧，热粗轧的轧制道次为27次，热粗轧后的中间坯料的厚度为23mm，所述三机架对所述中间坯料依次进行的轧制道次为23mm→13mm→8.5mm→5.0mm的连续热精轧，以得到轧制厚度为5.0mm的所述热轧坯料。
优选的，所述步骤S23中，热连轧的终轧温度为320～340℃。
优选的，所述步骤S3中，所述第一次清洗和所述第二次清洗分别使用带碱液的清洗液进行；其中，第一次清洗的速度和第二次清洗的速度均为小于或等于100m/min，所述清洗液的PH值为11～13。
优选的，所述步骤S3中，中间退火的金属温度为390±10℃，保温时间为6h；成品退火的金属温度400±5℃，保温时间为4h。
优选的，所述步骤S3中，所述中间退火和所述成品退火均采用氮气保护。
优选的，所述步骤S4中，所述精整分切依次包括对所述成品铝卷的分切、横切以及贴膜。
第二方面，本发明实施例提供了一种铝合金板材，所述铝合金板材由上述铝合金板材的制备方法制成，所述铝合金板材用于制作鱼盆。
与现有技术相比，本发明中的铝合金板材的制备方法通过铸锭组分和工艺的设计、热轧工艺的设计、冷轧工艺的设计以及精整分切工艺的设计，不仅可以获取导热性能优良且质量轻并用于制作鱼盆的铝合金板材，同时还能使制备得到的铝合金板材的抗拉强度达到270～290Mpa，屈服强度大于或等于125MPa，延伸率大于或等于18％，平均塑性应变比大于或等于0.8，表面质量优良，无撕膜起皮现象，无油斑，综合机械性能优异，深冲性能优良，冲压无开裂，使其满足制作鱼盆所需的其它性能。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明实施列提供的一种铝合金板材的制备方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的一种铝合金板材的制备方法制备得到的铝合金板材的第二相金相图；
图3为本发明实施例提供的一种铝合金板材的制备方法制备得到的铝合金板材的晶粒金相图；
图4为本发明实施例提供的一种铝合金板材的制备方法制备得到的铝合金板材制作的鱼盆。
【具体实施方式】
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
结合附图1所示，本发明实施例提供了一种铝合金板材的制备方法，该制备方法制备的铝合金板材为基于牌号为5083的铝合金板材，用于制作运用于渔船、特别是远洋捕鱼船上的鱼盆，其包括以下步骤：
步骤S1、按组分及质量百分比配料，熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭。
具体地，组分及质量百分比配料为：Si≤0.15％、Fe0.15～0.35％、Cu≤0.10％、Mg4.20～4.50％、Mn0.40～0.60％、Cr0.10～0.20％、Zn≤0.10％、Ti0.004～0.04％，余量为Al；其中，元素Fe/Si＝2.0～3.0。
本实施例中，元素Mg作为Al-Mg合金的添加元素，可以通过固溶强化来提高铝合金板材的强度。
过低的元素Mg含量，强化效果较弱，容易导致铝合金板材的强度较低；而过高的元素Mg含量，在铸造时容易形成粗大的第二相颗粒，并在晶界出形成偏析，进而降低铝合金板材的成形性能。而通过将元素Mg的含量范围控制再4.20～4.50％，即可以在保证铝合金板材的强度的同时，还能充分满足冲压成形性能的要求。
元素Fe和元素Si作为Al-Mg合金中不可避免的微量元素，对其合金第二相粒子种类和分布具有很大影响，容易影响铝合金板材的力学性能和成形性能。而将元素Fe/Si的质量比控制在2.0～3.0之间，可以生成Al(MnFe)Si相粒子，这种粒子有利于后续轧制过程中的破碎，得到细小弥散的第二相粒子，从而提高铝合金板材的力学性能和成形性能。
所述步骤S1具体包括以下子步骤：
步骤S11、按上述组分及质量百分比的配料制备熔体，并通过熔炼炉将所述熔体熔炼成铝液；其中，熔炼铝液时的温度小于或等于750℃，元素Fe、Mn、Cr在熔体的温度达到730～750℃后采用熔剂型中间合金的方式添加，元素Mg采用镁锭添加，元素Ti采用在线加入Al-5Ti-1B丝的方式配置，其它合金元素不另外配制加入。
当加入所述熔剂型中间合金后使其在所述熔炼炉内保温20分钟以上同时进行大于或等于30min的电磁搅拌；当加入所述镁锭后进行10～15min的机械搅拌；最后进行扒渣。
通过电磁搅拌和机械搅拌可以使各组分更均匀。
步骤S12、将所述铝液转入精炼保温炉内进行精炼。
本实施例中，所述精炼依次进行两次；第一次精炼使用颗粒状精炼剂35-45kg+Ar进行喷粉精炼30～35min，第二次精炼使用氩气精炼10～15min。通过采用两次精炼的方式，可以有效减少气、渣和碱金属的含量，减轻后序轧制及冲压过程中的开裂倾向。
步骤S13、将精炼后的所述铝液进行扒渣，之后静置15～20min。
静置可以使浮渣悬浮出来。
步骤S14、将静置后的所述铝液经过除气箱进行除气，除气后的所述铝液经过过滤箱进行双级过滤，过滤后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭；其中，在所述铝液进入所述除气箱之前按所述配料中元素Ti的质量百分比以在线加入Al-5Ti-1B丝的方式进行配制，除气箱使用氩气进行除气，除气箱的压力为0.15～0.25MPa，除气箱的流量为2～5Nm3/h，除气箱中的石墨转子的转速为280～450rpm；铸造温度为685～700℃，铸造速度为47～50mm/min，铸造水流量为160～250L/min。
其中，加入Al-5Ti-1B丝的方式进行配制时进行晶粒细化。
通过铸造工艺的参数配合，可以有效的除气和除渣，得到均匀的铸锭原始晶粒及大量的第二相颗粒，有利于提升成品铝卷的冲压性能；另外，铸造水(冷却水)能力足够，铸锭晶粒不易长大，第二相颗粒不易集聚长大，也有利于提升成品铝卷的冲压性能。
步骤S2、对所述铸锭进行热轧，得到厚度为5.0mm的热轧坯料。
步骤S21、对所述铸锭进行铣削，大面铣削为15mm每面，斜面和立面铣削8mm每面。
通过铣削可以将冷隔、夹渣等去除干净。
步骤S22、将经铣削之后的所述铸锭通过保温炉进行均匀化处理；均匀化处理时保温炉内的炉气温度为540±5℃，铸锭温度为440±5℃，并保温时间为3h，再将所述炉气温度降至500±5℃时，并保温8h后出炉。
保温炉内的炉气温度为540±5℃，可以防止元素Mg析出铸锭表面氧化，铝合金板材贴膜冲压成型后撕膜时可带出表面的氧化镁，产生撕膜起皮的现象，而利用本发明的冲压件则可以改变这种现象。
采用差热分析手段确定的双级均匀化处理工艺：第一级均匀化的目的是为了使Al3Mg2相回溶，充分利用Mg原子的固溶强化效果，并使得凝固时形成的粗大的Al3Mg2相回溶，之后在均匀化后出炉冷却过程中析出细小弥散Al3Mg2相，进而改善铝合金板材的耐腐蚀性能和强度；第二级均匀化的目的是为了使Mg2Si和富Fe相发生球化。通过双级均匀化处理可以使Mg2Si和富Fe相发生球化，使Al3Mg2相细小弥散析出，从而消除晶内偏析，改善铸锭组织的不均匀性，使弥散相均匀分布于基体中，如附图2所示，第二相弥散均匀分布，利于本发明的冲压件的各向异性的消除，以改善冲压性能，使冲压后板形平整。
步骤S23、对均匀化处理后的所述铸锭进行热连轧，得到厚度为5.0mm的所述热轧坯料。
其中，所述热连轧包括采用单机架进行的热粗轧和采用三机架依次进行的热精轧，热粗轧的轧制道次为27次，热粗轧后的中间坯料的厚度为23mm，所述三机架对所述中间坯料依次进行的轧制道次为23mm→13mm→8.5mm→5.0mm的连续热精轧，以得到轧制厚度为5.0mm的所述热轧坯料。
其中，单机架进行的热粗轧和采用三机架依次进行的热精轧可以理解为铝合金铸锭的“1+3”热连轧，其根据二级系统自动下发轧制参数数据。
本实施例中，所述热轧坯料的厚度可以存在±0.05mm的差异；热连轧的终轧温度为320～340℃。终轧温度的设计可以使热轧坯料完全再结晶，有利于提升成品铝卷的冲压性能。
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为1.5mm的成品铝卷。
其中，所述冷轧的轧制道次依次为5.0mm→3.6mm→2.6mm→2.0±0.03mm→1.5mm；轧制道次2.6mm→2.0±0.03mm后，对带材依次进行第一次清洗和中间退火，轧制道次2.0±0.03mm→1.5mm后，对厚度为1.5mm的带材依次进行第二次清洗和成品退火，得到所述成品铝卷。
第一次清洗和第二次清洗可以去除轧制油及铝粉，使成品铝卷的表面干净，冲压时不会因异物导致表面产生压坑及划伤等表面质量问题。
本实施例中，所述第一次清洗和所述第二次清洗分别使用带碱液的清洗液进行；其中，第一次清洗的速度和第二次清洗的速度均为小于或等于100m/min，所述清洗液的PH值为11～13。
本实施例中，中间退火的金属温度为390±10℃，保温时间为6h；成品退火的金属温度400±5℃，保温时间为4h。
本实施例中，所述中间退火和所述成品退火均采用氮气保护，这样可以防止元素Mg高温氧化产生色差。
通过上述中间退火和成品退火的工艺设计，可以保证铝合金板材能完全再结晶，同时强度满足5083-O的性能要求，使其深拉性能优良，冲压不开裂；且中间退火前冷轧的总加工率为60％，中间退火后冷轧加工率为25％；成品退火后金相如附图3所示，平均晶粒度等级为7.5级，平均晶粒尺寸为22.95μm。晶粒越细，吕德斯效应越明显，冲压后越容易出现褶皱缺陷，通过增加中间退火，成品高温退火后其平均晶粒尺寸增大为22.95μm，吕德斯延长消失，冲压后褶皱缺陷得到明显改善；晶粒长大，材料的屈服强度下降，同样有利于提高冲压性能；成品45°方向的塑性应变比值为0.918，平均塑性应变比值为0.826，塑性应变比越大铝合金板材越不易变薄，冲压性能则越好，利于冲压性能的改善。
步骤S4、对所述成品铝卷进行精整分切，得到厚度为1.5mm的铝合金板材。
本实施例中，所述精整分切依次包括对所述成品铝卷的分切、横切以及贴膜。
与现有技术相比，本实施例中的铝合金板材的制备方法通过铸锭组分和工艺的设计、热轧工艺的设计、冷轧工艺的设计以及精整分切工艺的设计，不仅可以获取导热性能优良且质量轻并用于制作鱼盆的铝合金板材，同时还能使制备得到的铝合金板材的抗拉强度达到270～290Mpa，屈服强度大于或等于125MPa，延伸率大于或等于18％，成品的平均塑性应变比大于或等于0.8，表面质量优良，无撕膜起皮现象，无油斑，综合机械性能优异，深冲性能优良，冲压无开裂，另外，铝合金板材的吕德斯延长消失，冲压后褶皱缺陷得到明显改善，且耐腐蚀性能好，即制备得到的铝合金板材还能满足制作鱼盆所需其它性能，如图4所示。
具体地，采用铝合金材料制作鱼盆需，需保证铝合金材料具备以下特性：厚度为1.5mm，抗拉强度为270～290MPa，屈服强度大于或等于125MPa，延伸率大于或等于18％，平均塑性应变比大于或等于0.8，且综合机械性能优良，冲压无开裂，无撕膜起皮现象，表面质量优良，无油斑。
经过验证，采用本实施例的铝合金板材制作鱼盆时，其厚度为1.5mm，抗拉强度为282MPa，屈服强度为131MPa，延伸率为19.5％，平均塑性应变比为0.826，综合机械性能优良，深冲性能优良，冲压无开裂现象，无撕膜起皮现象，表面质量优良，无油斑，完全满足制作鱼盆的所有需求。
另外，本发明还提供了一种铝合金板材的实施例，该铝合金板材由上述实施例中的铝合金板材的制备方法制成，所述铝合金板材用于制作鱼盆。
由于本实施例中的铝合金板材采用上述实施例中铝合金板材的制备方法制成，因此其也能达到上述实施例中铝合金板材的制备方法所达到的技术效果，在此不作赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种铝合金板材的制备方法，该铝合金板材用于制作鱼盆，其特征在于，所述铝合金板材的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、按如下组分及质量百分比配料，熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭：
Si≤0.15％、Fe0.15～0.35％、Cu≤0.10％、Mg4.20～4.50％、Mn0.40～0.60％、Cr0.10～0.20％、Zn≤0.10％、Ti0.004～0.04％，余量为Al；其中，元素Fe/Si＝2.0～3.0；具体包括：
步骤S11、按上述组分及质量百分比的配料制备熔体，并通过熔炼炉将所述熔体熔炼成铝液；其中，熔炼铝液时的温度小于或等于750℃，元素Fe、Mn、Cr在熔体的温度达到730～750℃后采用熔剂型中间合金的方式添加，元素Mg采用镁锭添加，元素Ti采用在线加入Al-5Ti-1B丝的方式配置；
步骤S12、将所述铝液转入精炼保温炉内进行精炼；
步骤S13、将精炼后的所述铝液进行扒渣并静置处理；
步骤S14、将静置后的所述铝液经过除气箱进行除气，除气后的所述铝液经过过滤箱进行双级过滤，过滤后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭；其中，在所述铝液进入所述除气箱之前按所述配料中元素Ti的质量百分比以在线加入Al-5Ti-1B丝的方式配置，除气箱使用氩气进行除气，除气箱的压力为0.15～0.25MPa，除气箱的流量为2～5Nm3/h，除气箱中的石墨转子的转速为280～450rpm；铸造温度为685～700℃，铸造速度为47～50mm/min，铸造水流量为160～250L/min；
步骤S2、对所述铸锭进行热轧，得到厚度为5.0mm的热轧坯料：
步骤S21、对所述铸锭进行铣削；
步骤S22、将经铣削之后的所述铸锭通过保温炉进行均匀化处理；均匀化处理时保温炉内的炉气温度为540±5℃，铸锭温度为440±5℃，并保温时间为3h，再将所述炉气温度降至500±5℃，并保温8h后出炉；
步骤S23、对均匀化处理后的所述铸锭进行热连轧，得到厚度为5.0mm的热轧坯料；
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为1.5mm的成品铝卷：
其中，所述冷轧的轧制道次依次为5.0mm→3.6mm→2.6mm→2.0±0.03mm→1.5mm；轧制道次2.6mm→2.0±0.03mm后，对带材依次进行第一次清洗和中间退火，轧制道次2.0±0.03mm→1.5mm后，对厚度为1.5mm的带材依次进行第二次清洗和成品退火，得到所述成品铝卷；
步骤S4、对所述成品铝卷进行精整分切，得到厚度为1.5mm的铝合金板材。
2.根据权利要求1所述的铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，元素Mg作为Al-Mg合金的添加元素。
3.根据权利要求1所述的铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S12中，所述精炼依次进行两次；第一次精炼使用颗粒状精炼剂35-45kg+Ar进行喷粉精炼30～35min，第二次精炼使用氩气精炼10～15min。
4.根据权利要求1所述的铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S23中，所述热连轧包括采用单机架进行的热粗轧和采用三机架依次进行的热精轧，热粗轧的轧制道次为27次，热粗轧后的中间坯料的厚度为23mm，所述三机架对所述中间坯料依次进行的轧制道次为23mm→13mm→8.5mm→5.0mm的连续热精轧，以得到轧制厚度为5.0mm的所述热轧坯料。
5.根据权利要求4所述的铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S23中，热连轧的终轧温度为320～340℃。
6.根据权利要求1所述的铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述第一次清洗和所述第二次清洗分别使用带碱液的清洗液进行；其中，第一次清洗的速度和第二次清洗的速度均为小于或等于100m/min，所述清洗液的PH值为11～13。
7.根据权利要求6所述的铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，中间退火的金属温度为390±10℃，保温时间为6h；成品退火的金属温度400±5℃，保温时间为4h。
8.根据权利要求7所述的铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述中间退火和所述成品退火均采用氮气保护。
9.根据权利要求1所述的铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述精整分切依次包括对所述成品铝卷的分切、横切以及贴膜。
10.一种铝合金板材，其特征在于，所述铝合金板材由权利要求1至9任意一项所述的铝合金板材的制备方法制成，所述铝合金板材用于制作鱼盆。
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