CN108286029B - 提高5083铝合金板材耐蚀性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高5083铝合金板材耐蚀性能的铸锭均匀化方法，将铸锭切割成块状；然后将铸锭在500‑560℃温度下保温4‑8h进行均匀化处理；将铸锭热轧至8‑10mm；进行五个道次的低变形量的冷轧，轧后铝板的厚度为4mm；冷轧后，材料退火，获得高耐腐蚀性5083铝合金的O态板材。解决了现有工业生产中5083铝合金板的均匀化能源消耗大，时间长，金属氧化损失严重的问题，并且耐腐蚀性能很好。
Description
技术领域
本发明属于铝合金加工技术领域，涉及一种提高5083铝合金板材耐蚀性能的铸锭均匀化方法。
背景技术
5083铝合金具有较高的强度与良好的耐腐蚀性，因此被广泛用于造船业。工业上5083船板的生产工艺流程主要是铸造、均匀化、热轧、冷轧和退火。其中均匀化热处理一直被认为是5083板材生产中不可缺少的一部分，均匀化工艺影响随后热处理过程中板材的回复和再结晶行为，从而导致不同的微观结构；均匀化对第二相的尺寸，密度及分布也有重要的影响；消除或者减小实际结晶条件下偏离平衡组织的遗传微结构亦可通过均匀化实现。
传统的5083板材的铸锭均匀化工艺是460～470℃/24h，该工艺能耗大，材料的“氧化损失”效应严重，而高耐蚀性能高效率低成本的5083船板需求越来越迫切。因此，为了提高经济效益，节约能源和满足日益增长的市场需求，一些企业希望在板材的生产中优化均匀化这一工序。另一方面，国内和国外学者针对5083铸锭未均匀化、低温单级均匀化以及低温-高温复合均匀化制度下，板材的微观组织和耐蚀性能等进行了研究，部分学者研究认为铸锭均匀化对晶粒大小及第二相析出影响较小，而5083铝合金主要用于船板业，对腐蚀性能要求较高，但铸锭经均匀化加工成板材的耐腐蚀性能研究极少。
中国专利CN102876939A公开了一种5083镁铝合金在温度为460℃-475℃条件下保温24-25h进行均匀化退火处理的工艺。但是其均匀化能源消耗大，时间长，金属氧化损失严重。专利CN101880802A公开了一种Al-Mg系高镁铝合金的制造方法，其均匀化制度为450-480℃，处理时间为10-24h，虽然强度和拉伸性能好，烤漆后不会出现软化，满足成形性和对抗冲击性，但并没有考虑到耐蚀性这一重要性能。因此，探索科学合理的5083船板均匀化制度及相应的加工工艺生产出符合要求的板材势在必行。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供一种提高5083铝合金板材耐蚀性能的铸锭均匀化方法，解决了现有工业生产中5083铝合金板的均匀化能源消耗大，时间长，金属氧化损失严重的问题，并且耐腐蚀性能很好。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种提高5083铝合金板材耐蚀性能的铸锭均匀化方法按照以下步骤进行：
步骤1，将铸锭切割成块状；
步骤2，然后将铸锭在500-560℃温度下保温4-8h进行均匀化处理；
步骤3，将铸锭热轧至8-10mm；
步骤4，进行五个道次的低变形量的冷轧，轧后铝板的厚度为4mm；
步骤5，冷轧后，材料退火，获得高耐腐蚀性5083铝合金的O态板材。
进一步的，所述步骤1中，将铸锭切割成厚度为510-530mm的块状。
进一步的，所述步骤3中，将铸锭在510℃下经过多道次热轧至8-10mm。
进一步的，所述步骤3中，整个热加工过程保证温度高于360℃。
进一步的，所述步骤4中，冷轧变形量为45％-55％。
进一步的，所述步骤5中，材料在500-520℃退火3小时。
本发明的有益效果是，将5083铝合金铸锭在(500-560)℃温度下保温(4-8)h进行均匀化处理，随后进行热轧，冷轧和退火；通过改变均匀化的工艺中的温度和时间，使得板材中的Al6Mn相较多，未发现Mg2Si相，板材基体中的位错密度降低，晶粒尺寸更加细小均匀，这些微观组织特性共同决定了板材的抗腐蚀性得以增强。同时节约能源，提高经济效益和满足日益增长的市场需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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他的附图。
图1是本发明实施例中板材O-1、O-2和O-3在3.5％NaCl溶液中的极化曲线测试结果图。
图2通过Tafel区域和线性拟合得出Ecorr(图2a)和jcorr(图2b)。
图3是5083-O态板材轧向面和横截面的晶粒分布图，其中，(a)O-1 RS；(b)O-1 HS；(c)O-2 RS；(d)O-2 HS；(e)O-3 RS；(f)O-3 HS。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种提高5083铝合金板材耐蚀性能的铸锭均匀化方法，按照以下步骤进行：
步骤1，将铸锭切割成厚度为510-530mm的块状；
步骤2，然后将铸锭在500-560℃温度下保温4-8h进行均匀化处理；
均匀化温度是影响合金组织最显著的因素，有研究发现，在低于固相线以下并靠近此温度的某一温度进行均匀化热处理时可使第二相发生熔解和球化，但是如果热处理温度过高时会产生液相，使合金发生过烧。因此，在保证合金不发生过烧的情况下，均匀化退火的温度越高，越有利于第二相的熔解，组织越弥散，性能也就越好。
通过实验我们可以发现，在较低温度(500℃以下)进行均匀化处理后富铁相形态变化不大，第二相数量较多，枝晶粗大；升高温度到530℃和560℃时，粗大的第二相熔解，变为短棒状，枝晶结构越细小，组织越弥散，铝合金中难溶第二相主要为富铁相；但温度继续升高会导致第二相粗大(575℃)甚至发生过烧(590℃)。因此我们选择了温度500℃-560℃，缩短了保温时间到4-8h。本发明的保温时间短，具有能耗低，周期短等优点。
步骤3，将铸锭在510℃下经过多道次(≧3)热轧至8-10mm，整个热加工过程保证温度高于360℃；
步骤4，进行五个道次的低变形量的冷轧，冷轧变形量为45％-55％，轧后铝板的厚度为4mm左右；
步骤5，冷轧后，材料在500-520℃退火3小时，获得高耐腐蚀性5083铝合金的O态板材。
将试样样品切割成矩形棒(40mm×25mm×4mm)并用金相砂纸将线切割样品的边缘研磨至2000#金相砂纸。在腐蚀之前样品按照晶间腐蚀标准进行预处理，之后在金相显微镜下观察并统计最大穿透深度，划定晶间腐蚀等级并通过目视检查确定EXCO等级，及测定其极化曲线。
实施例1
将铸锭切割成厚度为510mm的块状；然后将铸锭在500℃温度下保温4h进行均匀化处理；将铸锭在510℃下经过3道次热轧至8mm，整个热加工过程保证温度高于360℃；进行五个道次的低变形量的冷轧，冷轧变形量为45％-55％，轧后铝板的厚度为4mm；冷轧后，材料在500℃退火3小时，获得高耐腐蚀性5083铝合金的O态板材。
实施例2
将铸锭切割成厚度为520mm的块状；然后将铸锭在530℃温度下保温6h进行均匀化处理；将铸锭在510℃下经过4道次热轧至9mm，整个热加工过程保证温度高于360℃；进行五个道次的低变形量的冷轧，冷轧变形量为45％-55％，轧后铝板的厚度为4mm；冷轧后，材料在510℃退火3小时，获得高耐腐蚀性5083铝合金的O态板材。
实施例3
将铸锭切割成厚度为530mm的块状；然后将铸锭在560℃温度下保温8h进行均匀化处理；将铸锭在510℃下经过3道次热轧至10mm，整个热加工过程保证温度高于360℃；进行五个道次的低变形量的冷轧，冷轧变形量为45％-55％，轧后铝板的厚度为4mm；冷轧后，材料在520℃退火3小时，获得高耐腐蚀性5083铝合金的O态板材。
对比例1
将铸锭在465℃下保温24h，在510℃下经过4道次热轧至9mm，整个热加工过程保证温度高于360℃。最后进行五个道次的低变形量的冷加工，冷轧至4mm。冷轧后，材料在510℃退火3小时。
对比例2
未进行均匀化处理，其他条件同对比例1。
对比例3
将铸锭在560℃下保温24h进行均匀化处理，其他条件同对比例1。
对比例4
将铸锭在500℃下保温12h进行均匀化处理，其他条件同对比例1。
对比例5
将铸锭在450℃下保温5h进行均匀化处理，其他条件同对比例1。
表1为两种板材所取试样测得的最大晶间腐蚀深度，每种板材所取3个试样的最大腐蚀深度相差较小，比较例1-5的最大腐蚀渗透深度分别为47.66μm、42.97μm、62.50μm、55.47μm及48.36μm，即465℃×24h及未均匀化制度板材的腐蚀性能稍优于其他，且晶间腐蚀等级均为3级，而实施例1、2、3的最大腐蚀渗透深度分别为26.69、26.15、27.10μm，即530℃×6h板材的晶间腐蚀深度最浅，抗晶间腐蚀性能最佳，且晶间腐蚀等级均为2级，总体可以看到实施例板材的抗腐蚀性能优于比较例的板材，说明不同的均匀化制度对板材的晶间腐蚀抗力影响不同。
表1晶间腐蚀实验结果统计
根据表1我们选取晶间腐蚀性能较优的比较例1和比较例2，以及实施例最佳的实施例2进行电化学行为的比较分析。图2是通过Tafel外推和线性拟合方法从含NaCl为3.5％的水溶液中测得的极化曲线(图1)计算所得的自腐蚀电位(Ecorr)和自腐蚀电流密度(jcorr)的值。为使结果更具有可靠性，每种板材进行三次腐蚀试验。比较例1，实施例2及比较例2分别用O-1，O-2，O-3表示。样品O-1的Ecorr的均值为-462.2mV，从图2(a)得实验结果的误差棒可以得出，试验结果波动较小，板材耐腐蚀性能稳定。O-3样品的Ecorr均值为-455.8mV，稍大于O-1且测试结果更稳定。样品O-2的Ecorr为-437.8mV，测试结果稍有波动。根据自腐蚀电位的含义可知其电位越低，越易发生腐蚀，板材耐腐蚀性能越差，因此O-2板材的整体耐腐蚀性能优于O-1与O-3。图2(b)为O态板材每个试样的jcorr计算结果及误差分析，其中O-1、O-2和O-3的jcorr均值分别为46.1875μA/cm2、37.1924μA/cm2和37.9643μA/cm2，分析比较得出，相比O-3，O-1的自腐蚀电流密度大，腐蚀速率较快，但其误差小测试结果较稳定；O-3自腐蚀电流密度稍大于O-2，即O-2板材整体的腐蚀速率慢，耐腐蚀较优。
图3为由铸造、轧制和退火后产生的O态板材的轧向面(RS)和横截面(HS)的金相组织。图3(a)显示O-1板材中的晶粒组织为再结晶后的晶粒，小晶粒和尺寸稍大的晶粒共存，变形组织为未完全转变为新的、无畸变的等轴晶即再结晶形核时不均匀分布，晶粒组织测量所得的平均尺寸为24.47μm。O-3与O-1晶粒尺寸及分布相似，整体上而言，晶粒尺寸不均匀，大小晶粒随机分布，晶粒平均的尺寸是23.64μm，略小于O-1。
图3(c)为O-2轧向面的晶粒分布图，从中可以看出，晶粒尺寸细小为无畸变的等轴晶，晶粒平均尺寸为21.75μm。晶间腐蚀的测量是以沿着横截面最大的腐蚀渗透的深度为标准，因此有必要研究三种板材的横截面晶粒组织。从图3(b)和(f)分别为O-1和O-3的横截面的晶粒组织，从中O-3板材的晶粒分布图可以看出，1号部位的尺寸大于2号部位，尺寸分布不均匀，但整体晶粒尺寸小于O-1。图3(d)为O-2横截面的晶粒组织，细小再结晶均匀分布，相比O-1、O-3晶粒尺寸小，分布更均匀。因此，不同均匀化后的板材横截面的晶粒组织不同，这些差异将导致板材的耐腐蚀性能不同。
可以说明，在相同的轧制及退火工艺条件下，经465℃均匀化24h的O态板材晶间腐蚀、剥落腐蚀和极化曲线测试结果均显示其腐蚀敏感性大于未均匀化O态板材，而530℃均匀化6h的板材耐腐蚀性能最优，且三者晶间腐蚀与剥落腐蚀形貌均呈现为点腐蚀，未形成晶间网络和剥蚀，因此，板材的抗腐蚀敏感性高，符合船板耐腐蚀性能要求。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种提高5083铝合金板材耐蚀性能的铸锭均匀化方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
步骤1，将铸锭切割成厚度为510-520mm的块状；
步骤2，然后将铸锭在500-530℃温度下保温4-6h进行均匀化处理；
步骤3，将铸锭在510℃下经过3-4道次热轧至8-9mm，整个热加工过程保证温度高于360℃；
步骤4，进行五个道次的低变形量的冷轧，冷轧变形量为45%-55%，轧后铝板的厚度为4mm；
步骤5，冷轧后，材料退火，在500-510℃退火3小时，获得高耐腐蚀性5083铝合金的O态板材。
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