CN117265303B - 铝合金板带材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金板带材及其制备方法。该方法包括：将铝合金原料进行熔炼，得到熔融铝合金；将熔融铝合金进行半连续铸造，得到铝合金铸锭；将铝合金铸锭进行均热处理，得到均匀化的铝合金铸锭；将均匀化的铝合金铸锭进行热轧，得到热轧铝材；将热轧铝材进行一次冷轧，得到第一冷轧铝材；将第一冷轧铝材进行中间退火，得到第一退火铝材；将第一退火铝材进行二次冷轧，得到第二冷轧铝材；将第二冷轧铝材进行最终退火，得到最终退火铝材；将最终退火铝材进行辊矫矫直，得到铝合金板带材。本发明通过包括一次冷轧、较低温度的中间退火、二次冷轧、最终退火和辊矫矫直的方法制备得到的铝合金板带材在冲压后能够形成无表面条纹缺陷的优异表面。

Description

铝合金板带材及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，特别涉及一种冲压表面质量优异的铝合金板带材及其制备方法。

背景技术

5052铝合金具有中高强度，抗腐蚀性能、疲劳性能和焊接性能良好，从而被广泛应用于制作焊接构件和船舶领域，其中汽车用5052板带材在汽车行业应用广泛。退火态下的5052铝合金在Mg原子的固溶作用下容易形成柯氏气团（属于原子聚集的一种形式），这会对位错运动产生影响，产生钉扎位错的作用。在拉伸过程中柯氏气团与位错运动交互作用，位错运动在钉扎与脱钉运动中交替进行，拉伸曲线上形成上下屈服点，宏观上形成吕德斯效应。这使得零件冲压成形后出现表面条纹缺陷，条纹长度5-15cm，宽度约5-10mm，随机分布，如图3所示。5052铝合金冲压成的零件表面存在竖纹缺陷，对产品涂装后的表面质量造成影响，甚至造成材料承载能力及疲劳性能衰减，这些均是客户无法接受的。尤其近年以来，在环保和降碳减排方面需求的促进下，汽车生产厂2C1B（2涂1烘烤）工艺迅速发展并得到了应用。传统的3C2B（3涂2烘烤）工艺能够较好地覆盖铝板表面轮廓，与传统3C2B涂装工艺约100μm的工艺漆膜总厚度相比，2C1B工艺漆膜总厚度最多只有约80μm，减薄20%以上，这使得其对铝板表面轮廓的遮盖力大大降低，造成了油漆对铝板表面轮廓的覆盖能力不足，车身产品外观质量将会出现明显降低。冲压条纹缺陷严重制约了5052铝合金在新能源轻量化领域的广泛应用。

因此，本领域中急需一种冲压后无表面条纹缺陷的铝合金。

发明内容

本公开的目的在于提供一种铝合金板带材及其制备方法，以解决现有技术中铝合金板带材冲压后存在表面条纹的技术问题。

为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供了一种用于制备铝合金板带材的方法，该方法包括以下步骤：步骤S1，将铝合金原料进行熔炼，得到熔融铝合金；步骤S2，将熔融铝合金进行半连续铸造，得到铝合金铸锭；步骤S3，将铝合金铸锭进行均热处理，得到均匀化的铝合金铸锭；步骤S4：将均匀化的铝合金铸锭进行热轧，得到热轧铝材；步骤S5：将热轧铝材进行一次冷轧，得到第一冷轧铝材；步骤S6：将第一冷轧铝材在160~200℃的温度下进行中间退火，得到第一退火铝材；步骤S7：将第一退火铝材进行二次冷轧，得到第二冷轧铝材；步骤S8：将第二冷轧铝材在350~420℃的温度下进行最终退火，得到最终退火铝材；步骤S9：将最终退火铝材进行辊矫矫直，得到铝合金板带材。

进一步地，铝合金为5052铝合金。

进一步地，在步骤S4中，热轧铝材的厚度为5.0~6.0mm。

进一步地，在步骤S5中，一次冷轧的冷轧率为50%~70%。

进一步地，在步骤S6中，中间退火的温度为180~190℃。

进一步地，在步骤S8中，最终退火的温度为380~400℃。

进一步地，在步骤S9中，辊矫矫直量为0.4~0.6%。

进一步地，铝合金的成分按重量百分比计为Si≤0.20%，Fe≤0.30%，Cu≤0.10%，Mn：0.02-0.09%，Mg：2.2-2.8%，Cr：0.15-0.35%，余量为Al，各成分的总重量百分比为100%。

根据本公开的另一个方面，提供了一种通过本发明的上述方法制备的铝合金板带材。

进一步地，铝合金板带材的晶粒截距平均值在20~30μm的范围内。

本发明通过包括一次冷轧、较低温度的中间退火、二次冷轧、最终退火和辊矫矫直的方法制备得到的铝合金板带材在冲压后能够形成无表面条纹缺陷的优异表面。

附图说明

图1是实施例1中制备的铝合金板带材经冲压成形后的表面无条纹图。

图2是实施例1中制备的铝合金板带材的晶粒组织分布图。

图3是对比例1中制备的铝合金板带材经冲压成形后的表面有条纹图。

图4是对比例1中制备的铝合金板带材的晶粒组织分布图。

图5是实施例1与对比例1中制备的铝合金板带材的单向拉伸应力应变曲线对比图。

图6是实施例2中制备的铝合金板带材经冲压成形后的表面无条纹图。

图7是实施例2中制备的铝合金板带材的晶粒组织分布图。

图8是实施例2中制备的铝合金板带材的单向拉伸应力应变曲线图。

图9是实施例3中制备的铝合金板带材经冲压成形后的表面无条纹图。

图10是实施例3中制备的铝合金板带材的晶粒组织分布图。

图11是实施例3中制备的铝合金板带材的单向拉伸应力应变曲线图。

图12是对比例2中制备的铝合金板带材经冲压成形后的表面有条纹图。

图13是对比例2中制备的铝合金板带材的晶粒组织分布图。

图14是对比例2中制备的铝合金板带材的单向拉伸应力应变曲线图。

图15是对比例3中制备的铝合金板带材经冲压成形后的表面有条纹图。

图16是对比例3中制备的铝合金板带材的晶粒组织分布图。

图17是对比例3中制备的铝合金板带材的单向拉伸应力应变曲线图。

图18是对比例4中制备的铝合金板带材经冲压成形后的表面有条纹图。

图19是对比例4中制备的铝合金板带材的晶粒组织分布图。

图20是对比例4中制备的铝合金板带材的单向拉伸应力应变曲线图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例和附图来详细说明本公开。

本发明人发现，铝合金板带材冲压成形后表面出现的条纹缺陷与Mg原子产生的柯氏气团对位错的钉扎作用密切相关。如果能增大晶粒尺寸减少位错，则可以降低Mg原子的钉扎作用，消除材料吕德斯效应，从而能够改善或者消除铝合金板带材冲压成形后表面出现的条纹缺陷。

本发明人对如何增大铝合金板带材中的晶粒尺寸进行了调查和研究，结果发现冷轧增加中间退火能够降低冷轧产生的晶界能，避免成品退火时形核过多而导致的晶粒尺寸偏小，冷轧完成后进行最终退火能够保证铝合金板带材充分再结晶。以上工艺结合退火后进行辊矫矫直能够保证铝合金板带材的晶粒截距平均值在20-30μm的范围内，从而可以消除吕德斯效应，使铝合金板带材冲压成形后的表面无条纹缺陷出现。

因此，针对背景技术中所提及的现有技术中存在的不足，本公开的一个具体实施方式提供了一种用于制备铝合金板带材的方法，该方法包括以下步骤：步骤S1，将铝合金原料进行熔炼，得到熔融铝合金；步骤S2，将熔融铝合金进行半连续铸造，得到铝合金铸锭；步骤S3，将铝合金铸锭进行均热处理，得到均匀化的铝合金铸锭；步骤S4：将均匀化的铝合金铸锭进行热轧，得到热轧铝材；步骤S5：将热轧铝材进行一次冷轧，得到第一冷轧铝材；步骤S6：将第一冷轧铝材在160~200℃的温度下进行中间退火，得到第一退火铝材；步骤S7：将第一退火铝材进行二次冷轧，得到第二冷轧铝材；步骤S8：将第二冷轧铝材在350~420℃的温度下进行最终退火，得到最终退火铝材；步骤S9：将最终退火铝材进行辊矫矫直，得到铝合金板带材。

本申请通过包括一次冷轧、较低温度的中间退火、二次冷轧、最终退火和辊矫矫直的方法制备得到的铝合金板带材在冲压后能够形成无表面条纹缺陷的优异表面。

例如，中间退火的温度可以为160℃、161℃、162℃、163℃、164℃、165℃、166℃、167℃、168℃、169℃、170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃、180℃、181℃、182℃、183℃、184℃、185℃、186℃、187℃、188℃、189℃、190℃、191℃、192℃、193℃、194℃、195℃、196℃、197℃、198℃、199℃或200℃。

例如，最终退火的温度可以为350℃、351℃、352℃、353℃、354℃、355℃、356℃、357℃、358℃、359℃、360℃、361℃、362℃、363℃、364℃、365℃、366℃、367℃、368℃、369℃、370℃、371℃、372℃、373℃、374℃、375℃、376℃、377℃、378℃、379℃、380℃、381℃、382℃、383℃、384℃、385℃、386℃、387℃、388℃、389℃、390℃、391℃、392℃、393℃、394℃、395℃、396℃、397℃、398℃、399℃、400℃、401℃、402℃、403℃、404℃、405℃、406℃、407℃、408℃、409℃、410℃、411℃、412℃、413℃、414℃、415℃、416℃、417℃、418℃、419℃或420℃。

在本发明的一些实施方式中，铝合金为5052铝合金。5052产品具有中高强度，抗腐蚀性能、疲劳性能和焊接性能良好，且在汽车行业应用广泛。然而，铝合金并不限于此，其可以为本领域技术人员已知的任何铝合金。

在本发明的一些实施方式中，在步骤S4中，热轧铝材的厚度为5.0~6.0mm。通过将热轧铝材的厚度限定在该范围内，可以更好地确保一次冷轧的冷轧率在50%~70%的范围内。

例如，热轧铝材的厚度可以为5.0mm、5.1mm、5.2mm、5.3mm、5.4 mm、5.5mm、5.6mm、5.7mm、5.8mm、5.9mm或6.0mm。

在本发明的一些实施方式中，在步骤S5中，一次冷轧的冷轧率为50%~70%。在该冷轧率范围内，可以避免冷变形量过大产生过高的晶界能，从而可以更好地控制晶粒尺寸。

例如，一次冷轧的冷轧率可以为50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%或70%。为了方便控制，工业化优选一次冷轧的冷轧率为55%。

在本发明的一些实施方式中，在步骤S6中，中间退火的温度为180~190℃。将中间退火的温度保持在该范围内，可以更好地消除冷轧产生的晶界能，避免退火时形核过多而导致晶粒尺寸偏小。例如，中间退火的温度可以为180℃、181℃、182℃、183℃、184℃、185℃、186℃、187℃、188℃、189℃或190℃。

在本发明的一些实施方式中，在步骤S8中，最终退火的温度为380~400℃。在该范围内进行最终退火，既可以更好地消除冷轧产生的晶界能，还可以更好地确保铝合金板带材充分再结晶，从而进一步避免晶粒尺寸偏小。例如，最终退火的温度可以为380℃、381℃、382℃、383℃、384℃、385℃、386℃、387℃、388℃、389℃、390℃、391℃、392℃、393℃、394℃、395℃、396℃、397℃、398℃、399℃或400℃。

在本发明的一些实施方式中，在步骤S9中，辊矫矫直量为0.4~0.6%。将辊矫矫直量控制在范围内可以更好地确保铝合金板带材的表面质量。

在本发明的一些实施方式中，铝合金的成分按重量百分比计为Si≤0.20%，Fe≤0.30%，Cu≤0.10%，Mn：0.02-0.09%，Mg：2.2-2.8%，Cr：0.15-0.35%，余量为Al，各成分的总重量百分比为100%。然而，铝合金的成分并不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要选择合适的铝合金。

根据本发明的另一个典型的实施方式，提供了一种通过本发明的上述方法制备的铝合金板带材。

通过本发明的方法制备得到的铝合金板带材在冲压后能够形成无表面条纹缺陷的优异表面。

在本发明的一些实施方式中，铝合金板带材的晶粒截距平均值在20~30μm的范围内。将铝合金板带材的晶粒截距平均值保持在该范围内可以很好地消除材料的吕德斯效应，从而确保铝合金板带材冲压后无表面条纹出现。

例如，铝合金板带材的晶粒截距平均值可以为20μm、21μm、22μm、23μm、24μm、25μm、26μm、27μm、28μm、29μm或30μm。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例

实施例1

按如下步骤制备铝合金板带材，铝合金板带材的成分按重量百分比计为Si：0.14%，Fe：0.22%，Cu：0.03%，Mn：0.02%，Mg：2.5%，Cr：0.17%，余量为Al，各成分的总重量百分比为100%。

步骤S1，将按上述合金成分称重的铝、硅、镁、铜、锰、铁、铬金属置入熔炉中，加热直至完全熔化，得到熔融铝合金；

步骤S2，将熔融铝合金在750℃的温度下进行半连续铸造，得到铝合金铸锭；

步骤S3，将铝合金铸锭在500℃的温度下进行均热处理8小时，得到均匀化的铝合金铸锭；

步骤S4，将均匀化的铝合金铸锭在480℃的温度下进行热轧，终轧温度≥320℃，时间为19min，得到厚度为5.5mm的热轧铝材；

步骤S5：将热轧铝材在常温下进行一次冷轧，得到厚度为2.4mm的第一冷轧铝材，冷轧率为56%；

步骤S6：将第一冷轧铝材在180℃的温度下进行中间退火2小时，得到第一退火铝材；

步骤S7：将第一退火铝材在常温下进行二次冷轧，得到厚度为1.5mm的第二冷轧铝材；

步骤S8：将第二冷轧铝材在400℃的温度下进行最终退火2小时，得到最终退火铝材；

步骤S9：将最终退火铝材进行辊矫矫直，辊矫矫直量为0.5%，得到铝合金板带材。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于步骤S6中的温度为160℃和步骤S8中的温度为350℃，其他步骤均与实施例1相同。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于步骤S6中的温度为200℃和步骤S8中的温度为420℃，其他步骤均与实施例1相同。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于无步骤S6（中间退火）和步骤S9（辊矫矫直），并且步骤S8的最终退火温度为330℃，其他步骤均与实施例1相同。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于步骤S6中的温度为150℃，其他步骤均与实施例1相同。

对比例3

对比例3与实施例1的区别在于步骤S6中的温度为210℃，其他步骤均与实施例1相同。

对比例4

对比例4与实施例1的区别在于步骤S6中的温度为430℃，其他步骤均与实施例1相同。

性能测试方法

1.冲压后表面的测试方法

将生产的铝合金板带材进行分切及冲压成形，冲压工艺使用的是电池包电控箱盖板冲压模具结构，冲压速度为8SPM，压边力为120t，冲压模具垫片间隙保持一致，为0.1mm。

2.晶粒截距平均值的测试方法

将生产的铝合金板带材切成8mm×8mm的小方块试样并依次使用120目、360目、800目、1200目和2000目的砂纸进行研磨，定期（砂纸目数越高，时间越长，时间依次为30s、60s、120s、180s、300s）将试样研磨方向旋转，磨样机转速控制在350rpm；然后进行粗抛和精抛处理。采用金相显微镜（型号：德国Axio Scope A1）观察试样纵向截面的金相分布。在放大倍率200倍条件下，采用截点法即通过计数给定长度的测量线段与晶粒边界相交截部分的截点数P来测定晶粒度，统计晶粒截距平均值。

3.拉伸测试方法

将生产的铝合金板带材按国标GBT228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法》进行拉伸测试。

性能测试结果

1.冲压后表面有无条纹

图1、图6、图9分别是实施例1-3中制备的铝合金板带材经冲压成形后的表面无条纹图，图3、图12、图15、图18分别是对比例1-4中制备的铝合金板带材经冲压成形后的表面有条纹图，从图1、图6、图9和图3、图12、图15、图18的比较中可以看出，实施例1-3中制备的铝合金板带材经冲压成形后，表面光滑无条纹缺陷，满足客户使用要求。

2.晶粒截距平均值

图2、图7、图10分别是实施例1-3中制备的铝合金板带材的晶粒组织分布图，图4、图13、图16、图19分别是对比例1-4中制备的铝合金板带材的晶粒组织分布图，实施例1-3中制备的铝合金板带材的晶粒截距平均值分别为24μm、23μm、27μm，对比例1-4中制备的铝合金板带材的晶粒截距平均值分别为14μm、16μm、18μm、17μm。可见，实施例1-3中制备的铝合金板带材的晶粒截距平均值在20~30μm以内且明显大于对比例1-4中制备的铝合金板带材的晶粒截距平均值。

3.拉伸测试结果

图5是实施例1与对比例1中制备的铝合金板带材的单向拉伸应力应变曲线对比图，图8、图11分别是实施例2-3中制备的铝合金板带材的单向拉伸应力应变曲线图，图14、图17、图20分别是对比例2-4中制备的铝合金板带材的单向拉伸应力应变曲线图。对于对比例1-4中制备的铝合金板带材，工程应力-工程应变曲线进入屈服阶段后波动剧烈，相比之下，对于实施例1-3中制备的铝合金板带材，工程应力-工程应变曲线屈服阶段波动较小，较为平顺光滑。

从以上测试结果可以看出，根据本发明的方法制备的铝合金板带材在冲压成形后晶粒截距平均值在20~30μm以内，无表面条纹缺陷，外观均匀性优良，表面光滑，并且疲劳性能不衰减，工程应力-工程应变曲线屈服阶段波动较小（即无吕德斯效应）。相比之下，对比例1-4制备的铝合金板带材在冲压成形后晶粒截距平均值明显小于20μm，其表面条纹缺陷明显，且工程应力-工程应变曲线进入屈服阶段后波动剧烈（即存在吕德斯效应）。

上述的实施例仅是对本公开技术方案的描述，而非对其范围的限定。尽管该领域的普通技术人员能够参考上述实例进行各种修改，但只要不脱离本公开设计精神的前提下都应在本公开的保护范围内。

以上仅涉及本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于制备铝合金板带材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，将铝合金原料进行熔炼，得到熔融铝合金；

步骤S2，将所述熔融铝合金进行半连续铸造，得到铝合金铸锭；

步骤S3，将所述铝合金铸锭进行均热处理，得到均匀化的铝合金铸锭；

步骤S4：将所述均匀化的铝合金铸锭进行热轧，得到热轧铝材；

步骤S5：将所述热轧铝材进行一次冷轧，得到第一冷轧铝材；

步骤S6：将所述第一冷轧铝材在160~200℃的温度下进行中间退火，得到第一退火铝材；

步骤S7：将所述第一退火铝材进行二次冷轧，得到第二冷轧铝材；

步骤S8：将所述第二冷轧铝材在350~420℃的温度下进行最终退火，得到最终退火铝材；

步骤S9：将所述最终退火铝材进行辊矫矫直，得到铝合金板带材，

其中，所述铝合金的成分按重量百分比计为Si≤0.20%，Fe≤0.30%，Cu≤0.10%，Mn：0.02-0.09%，Mg：2.2-2.8%，Cr：0.15-0.35%，余量为Al，各成分的总重量百分比为100%。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝合金为5052铝合金。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述热轧铝材的厚度为5.0~6.0mm。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述一次冷轧的冷轧率为50%~70%。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S6中，所述中间退火的温度为180~190℃。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S8中，所述最终退火的温度为380~400℃。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S9中，辊矫矫直量为0.4~0.6%。

8.通过权利要求1-7中任一项所述的方法制备的铝合金板带材。

9.根据权利要求8所述的铝合金板带材，其特征在于，所述铝合金板带材的晶粒截距平均值在20~30μm的范围内。