CN110036127A - 制造耐磨铝合金板材产品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造轧制耐磨铝合金产品的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供铝合金的轧制原料材料，所述铝合金具有Mg 4.20％‑5.5％、Mn 0.50％‑1.1％、Fe至多0.40％、Si至多0.30％、Cu至多0.20％、Cr至多0.25％、Zr至多0.25％、Zn至多0.30％、Ti至多0.25％、不可避免的杂质和余量的铝；(b)对所述轧制原料进行加热；(c)将所述原料热轧至处于15mm‑40mm范围内的中间规格；(d)将所述原料由中间规格热轧至处于3mm‑15mm范围内的最终规格，并且其中，热轧机出口温度处于130℃‑285℃的范围内；(e)将热轧原料冷却至环境温度。

Description

制造耐磨铝合金板材产品的方法
技术领域
本发明涉及制造耐磨Al-Mg-Mn板材(plate)产品的方法。所述板材材料可尤其适合用于制造卡车的翻斗。
背景技术
卡车(lorries/trucks)中的翻斗或翻斗本体的耐磨或耐磨损铝合金板材材料通常由Al-Mg-Mn合金(例如AA5456、AA5083和AA5383)制成，并且以H32状态、更优选以H34状态提供。H3x(其中“x”选自1至11)要求对象铝材料至少经热轧，随后冷却至环境温度，任选地进行中间退火，通过冷轧进行应***化并且进行最终退火热处理。至少最终退火热处理是单独的分批保温过程(batch thermal process)，在该过程中将卷材放置在炉或加热器(维持在足以引起复原或最终机械性能的温度下)中。此种分批保温操作要求在正确的温度下将卷材加热几小时，之后通常将此种卷材在环境条件下冷却。此类铝合金的组成范围列于表1中。
表1.AA5456、AA5083和AA5383的合金组成(以wt％计)，并且其中，剩余由各自＜0.05、总共＜0.15的杂质构成，并且余量由铝构成。
合金组成 AA5456 AA5083 AA5383
Mg 4.7-5.5 4.0-4.9 4.0-5.2
Mn 0.5-1.0 0.4-1.0 0.7-1.0
Si ＜0.25 ＜0.40 ＜0.25
Fe ＜0.40 ＜0.40 ＜0.25
Cu ＜0.10 ＜0.10 ＜0.20
Cr 0.05-0.20 0.05-0.25 ＜0.25
Zr - - ＜0.20
Zn ＜0.25 ＜0.25 ＜0.4
Ti ＜0.20 ＜0.15 ＜0.15
发明内容
本发明的目的是提供制造Al-Mg-Mn合金板材产品的方法，该产品具有耐磨度、强度和可弯曲性的良好平衡。本发明的另一目的是提供与H3x生产路线相比的制造Al-Mg-Mn合金板材产品的替代方法。
具体实施方式
如本文以下将要理解的，除非另有说明，铝合金牌号和状态代号(temperdesignations)指由铝业协会在2016年颁布并且本领域技术人员已知的“AluminiumStandards and Data and the Registration Records”中的铝业协会标号。
除非另有说明，对于合金组成或优选的合金组成的任何描述，所提及的百分比均为重量百分比。
如本文所用的，术语“至多”和“至多约”明确包括但不限于其所指的特定的合金成分的零重量百分比的可能性。例如，含有至多0.1％的Zn的合金可包括不含Zn的合金。
如本文所用的，当用于描述组成范围或合金添加量时，术语“约”意味着合金添加的实际的量可由于如本领域技术人员所理解的因素(如标准工艺变量)从标称的预期量而变化。
本发明满足或超越这一目的和其它目的以及进一步的优点，本发明提供一种制造轧制耐磨铝合金产品(理想地用于翻斗或翻斗本体)的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供铝合金的轧制原料材料，所述铝合金以wt％计具有包含以下的组成，
Mg 4.20％-5.5％；
Mn 0.50％-1.1％；
Fe至多0.40％、优选至多0.30％；
Si至多0.30％、优选至多0.20％；
Cu至多0.20％、优选至多0.1％；
Cr至多0.25％；
Zr至多0.25％；
Zn至多0.30％、优选至多0.1％；
Ti至多0.25％、优选0.005％-0.10％；
不可避免的杂质各自<0.05％、总共<0.2％，余量的铝；
(b)将所述轧制原料加热至处于475℃-535℃范围内的温度；任选地，在将所述轧制原料加热到所述温度范围之前进行单独的均化处理；
(c)在一个或多个轧制步骤中，将所述原料热轧至处于15mm-40mm、优选15mm-30mm范围内的中间规格，并且其中，优选地，热轧机出口温度处于370℃-495℃的范围内；
(d)在一个或多个轧制步骤中，将所述原料由中间规格热轧至处于3mm-15mm范围内的最终规格，并且其中，所述热轧机出口温度处于130℃-285℃的范围内；以及
(e)将处于最终规格的热轧原料由热轧机出口温度冷却(优选空气冷却)至环境温度并储存。接下来，处于最终规格的经冷却的原料适用于进行精加工操作(例如校平)以改善产品平整度、边缘修整和切割、以及定长剪切(cut-to-length)。任选地，可施加恢复退火。
根据本发明的方法使得能够生产Al-Mg-Mn板材产品，该板材产品具有至少215MPa的抗拉屈服强度、至少320MPa的最大抗拉强度以及至少100HB的硬度。根据本发明的方法使得能够生产Al-Mg-Mn板材产品，该板材产品具有非常好的耐磨度。另外，该方法使得能够生产Al-Mg-Mn板材产品，该板材产品具有非常好的可弯曲性，特别是其在3.5倍(优选3倍)材料厚度的弯曲半径下允许大于90°的弯曲角度。可弯曲性是重要参数，因为它允许将使用Al-Mg-Mn板材产品的产品塑形或成形(而不是焊接操作)为特定形状。
由于不需要将原料冷轧至较薄规格的操作，以更有效的制造过程实现了这些性能。在现有技术中所要求的为了获得H3x状态(例如H32和H34)而在冷轧操作后进行的任何最终退火热处理(特别是分批退火)也是不需要的。本发明的方法可更经济地操作，以提供具有相同或更优冶金性能的板材产品。
可将Al-Mg-Mn合金作为铸锭或板坯提供，以用于使用本领域常规的、用于铸造产品的铸造技术(例如DC铸造、EMC铸造、EMS铸造)制造成轧制原料，并且所述铸锭或板坯优选具有处于约220mm以上(例如400mm、500mm或600mm)范围内的铸锭厚度。在另一实施方式中，还可使用由连续铸造(例如带式连铸机或单辊式连铸机)产生的薄规格板坯，并且所述薄规格板坯具有至多约40mm的厚度。对轧制原料进行铸造后，通常对厚铸态的铸锭进行刮制(scalped)，以去除铸锭的铸造表面附近的偏析区域。
热轧前的预热通常在约475℃-535℃范围内的温度下进行。在任一情况下，预热都会降低铸态材料中合金元素的偏析。在多个步骤中，可有意地将Zr、Cr和Mn沉淀，以控制热轧机出口原料的微观结构。如果处理在约475℃以下进行，所得均化效果是不充分的。如果温度高于约535℃，可能发生共晶熔化，导致不希望的孔的形成。上述预热处理的优选时间为1小时至24小时(例如8小时或18小时)。热轧优选在高于约500℃的温度下开始。
在第一次热轧操作中，使用可逆或不可逆的轧机机座在一个或多个道次(passes)中对加热的原料进行开坯热轧(breakdown hot rolling)，该轧机机座用于将原料的厚度减小至15mm-40mm、优选15mm-30mm、更优选15mm-25mm的规格范围。开坯轧制优选在约500℃以上的温度下开始。优选地，应对热轧机过程温度进行控制，以便使得在最后的轧制道次之后，原料的热轧机出口温度处于约370℃-495℃的范围内。更优选的下限为约400℃。更优选的上限为约465℃。
接下来，在开坯热轧后，将原料供应到轧机中，以将其在一个或多个道次中热精轧至处于3mm-15mm(例如7mm或10mm)范围内的最终规格。热精轧操作可例如使用可逆式轧机或串列式轧机进行。总的来说，铸造轧制原料的厚度通常减少(将加工步骤(c)和(d)一起计算)至少约65％、更通常减少80％-99％。当将原料投入加工步骤(d)时，优选将热轧原料的平均温度保持在370℃-495℃的温度下。更优选的下限为约400℃。更优选的上限为约465℃。
轧制原料的热轧机出口温度的控制对于达到冶金性能的期望的平衡而言是重要的，并且优选地应控制热轧机温度，以便使得在最后的轧制道次之后，原料的热轧机出口温度处于约130℃-285℃的范围内。优选的下限为约150℃、更优选约175℃。优选的上限为约275℃、更优选约250℃、且更优选约235℃。在原料的出口温度过低时，最终产品的强度和硬度将过高，并且不利地影响可弯曲性。过低的出口温度还可在轧制操作期间以及在随后的精加工操作中不利地影响原料的卷取行为。而在过高的出口温度下，至少原料的强度和硬度将过低，并且提供性能的不利平衡。
在最后的热轧步骤后，接着将处于最终规格的热轧原料冷却至环境温度。在优选的实施方式中，在加工步骤(e)期间，通过热轧原料的立即卷取，并且允许其在周围环境中冷却至环境温度并且储存，将处于最终规格的热轧原料由热轧机出口温度冷却至环境温度。
对热轧过程以及冷却至环境温度的小心控制产生了Al-Mg-Mn板材产品，该产品具有完全未重结晶的微观结构，并提供了所需的性能(包括耐磨度或耐磨损性)平衡。完全未重结晶是指微观结构的重结晶度不大于约25％、优选不大于约20％、更优选不大于10％。
在根据本发明的方法制造的铝合金产品中，Mg含量应处于约4.20％-5.5％的范围内，并形成合金的主要强化元素。Mg含量的优选的下限为约4.6％、更优选约4.75％，以提供增加的耐磨度。Mg含量的优选的上限为约5.3％。
Mn含量应处于约0.50％-1.1％的范围内，并且是另一必要的合金元素。Mn含量的优选的上限为约0.95％、更优选约0.85％，以提供强度和可弯曲性的平衡。
为了控制最终产品的微观结构，在Mn的添加后，优选有目的地添加各自至多约0.25％的Cr或Zr，以作为分散体形成元素。Cr的优选添加量处于约0.05％-0.25％、更优选约0.05％-0.20％的范围内。当有目的地添加Cr时，优选Zr水平不超过0.05％，并且优选小于约0.02％。
在使用本发明的合金产品生产的铸锭和焊接接头两者的固化期间，Ti作为晶粒细化剂是重要的。Ti水平不应超过约0.25％，并且Ti的优选范围为约0.005％-0.10％。Ti可作为唯一的元素加入，或与作为铸造助剂的硼或碳(用于晶粒尺寸控制)一起加入。
在本发明的实施方式中，Al-Mg-Mn合金以wt％计由以下组成：Mg4.20％-5.5％、Mn0.50％-1.1％、Fe至多0.40％、Si至多0.30％、Cu至多0.20％、Cr至多0.25％、Zr至多0.25％、Zn至多0.30％、Ti至多0.25％、不可避免的杂质各自<0.05％、总共<0.2％，余量的铝；并且具有本文所述和要求保护的优选的较窄组成范围。
根据本发明的方法能够生产Al-Mg-Mn板材材料，所述Al-Mg-Mn板材材料具有如本文所述和要求保护的组成，并且在LT方向上具有至少215MPa、优选至少240MPa、更优选至少255MPa的抗拉屈服强度。LT方向上的最大抗拉强度为至少320MPa、优选至少340MPa、更优选至少360MPa。硬度为至少100HB。使用Erichsen-317测试装置(ISO 8251)在砂轮测试中测量的耐磨度小于0.045g/mm、优选小于0.042g/mm、更优选小于0.040g/mm。通过Taber磨试器(Taber abraser)测试测量的耐磨度小于0.410mg/rev、优选小于0.407mg/rev。根据DIN-EN-ISO 7438，板材材料的弯曲能力在于：该板材材料在3.5倍以上材料厚度、优选3倍以上材料厚度的弯曲半径下具有大于90°的弯曲角度。
通过根据本发明的方法获得的耐磨板材材料是用于卡车和农用车辆上的翻斗或翻斗本体的基底和/或侧面的理想候选材料，并且对于各种产品(例如沙子、泥土、沙砾、沥青、以及诸如玉米粒、玉米秸秆和土豆的收获作物)的整批运输而言，该耐磨板材材料是理想的。
在本发明的另一方面，本发明涉及翻斗或翻斗本体，所述翻斗或翻斗本体的基底或侧面中并入了通过根据本发明的方法获得的至少一种铝合金板材产品。
在本发明的另一方面，本发明涉及通过根据本发明的方法获得的铝合金板材产品在翻斗或翻斗本体中的用途，所述翻斗或翻斗本体的基底或侧面中并入了所述板材产品。
附图说明
图1示出了具有底盘2和驾驶室1的翻斗卡车的示例。底盘2支撑下框架3。下框架3支撑翻斗本体4，铰链5将翻斗本体4连接至下框架3。在这一配置中，翻斗本体4在铰链5的后部具有悬垂部分6，使得其从底盘2向后延伸一段距离。在卡车的后部提供了保险杠8，并且板7使翻斗本体4闭合。图2示出了图1的翻斗卡车，其中，翻斗本体4被翘起。
现将参考根据本发明的非限制性的实施方式来说明本发明。
实施例
将通过根据本发明的方法获得的板材产品与商业上可获得的板材产品进行比较。合金no.1、no.2和no.3是对比产品，合金no.4是根据本发明的合金。合金no.1、no.2和no.3的板材产品分别具有8mm、7mm和10mm的厚度，并且都处于H34状态。合金no.4的板材具有7mm的厚度。
表2列出了所测试的板材产品的标称组成。合金no.1是商业上可获得的AA5456合金的标称组成。合金no.2是商业上可获得的AA5083合金的标称组成。合金no.3是商业上可获得的AA5383合金的标称组成。合金no.4是根据本发明用于制造板材产品的合金的标称组成。根据本发明，将合金no.4DC铸造成轧制铸锭，在510℃(该温度也是热轧机入口温度)下刮制并加热约28小时，在开坯轧机中滚压至18mm的中间规格，并且出口温度为约450℃。随后在可逆式轧机中使用450℃的入口温度和约230℃的出口温度将其滚压至7mm，并立即在该温度下卷取以冷却至环境温度。该板材材料具有完全未重结晶的微观结构。在环境温度下，将板材产品展开、校平并定长剪切。
表2.以wt％计的合金组成、余量的杂质和铝。
对于所有四种板材产品，LT方向的机械性能已根据DIN EN 10002进行了测试，其中，Rm为抗拉强度，R0.2为屈服强度，并且A为断裂延伸率。结果列于表3中。
在表3中，列出了根据两种测试方法测量的板材产品的耐磨度。使用Erichsen-317测试装置(ISO 8251)进行使用砂轮的耐磨度测试，该测试装置包括覆盖有磨光纸的轮，磨光纸在测试样品上来回移动施加规定的力。指定了磨光纸的等级，并将其用于所有样品。对用60级砂纸进行10,000次双程(double strokes)后的重量损失进行了定义，重量损失是指就砂纸宽度而言的每mm的质量损失(g/mm)。在另一耐磨度测试中，使用根据Taber的标准化设置对样品进行测试，其中，具有指定表面的两个磨轮以规定的力在旋转的材料样品上旋转。两个磨轮沿相反方向旋转，这意味着材料磨损在横向上发生。在2,000转后测量重量损失，重量损失是指就循环次数(转数)而言的每转的质量损失(mg/rev)。所施用的测试参数为：60转/分钟、转数2,000(产生400米的滑移轨迹)、所施用的力10N、环境温度、环境介质空气相对湿度25％；运动类型：滚动、摩擦道半径：31.75mm(U＝200mm)，摩擦辊H-18，对于每个系列的测试，使用新的摩擦辊。
此外，已根据DIN-EN-ISO 7438对所有板材产品的弯曲能力进行了测试。来自合金no.1、no.2和no.3的板材在4.5倍以上材料厚度的弯曲半径下，具有大于90°的弯曲角度；而来自合金no.4的板材在3.5倍材料厚度(在更好的实例中甚至小于3倍)的弯曲半径下，具有大于90°的弯曲角度。
表3.机械(LT方向)和耐磨度测试的测试结果。
1弯曲半径＝弯曲因子×材料厚度
从表3的结果可以看出，根据本发明的板材材料具有与H34条件下的基准材料相似或更好的机械性能，同时具有显著提高的耐磨度。合金no.4的可弯曲性也显著更好，从而产生了改善的成形性。通过对热轧实践的小心控制，根据本发明的方法避免了任何对冷轧操作的需要。还克服了对冷轧操作后的任何最终退火处理的需要。
通过根据本发明的方法获得的耐磨板材材料是用于卡车和农用车辆上的翻斗或翻斗本体的基底和/或侧面的理想候选材料，并且对于各种产品的整批运输而言，该耐磨板材材料是理想的。
本发明不限于前述实施方式，其可在所附权利要求限定下在本发明范围内广泛地变化。

Claims (16)

1.一种制造轧制耐磨铝合金产品的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供铝合金的轧制原料材料，所述铝合金以wt％计具有包含以下的组成，
不可避免的杂质各自<0.05％、总共<0.2％，余量的铝；
(b)将所述轧制原料加热至处于475℃-535℃范围内的温度；
(c)在一个或多个轧制步骤中，将所述原料热轧至处于15mm-40mm、优选15mm-30mm范围内的中间规格，并且其中，优选地，热轧机出口温度处于370℃-495℃的范围内；
(d)在一个或多个轧制步骤中，将所述原料由中间规格热轧至处于3mm-15mm范围内的最终规格，并且其中，所述热轧机出口温度处于130℃-285℃的范围内；
(e)将处于最终规格的热轧原料由热轧机出口温度冷却至环境温度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述处于最终规格的热轧原料由热轧机出口温度冷却至环境温度是通过对所述热轧原料进行卷取进行的。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(c)期间，所述热轧机出口温度处于400℃-465℃的范围内。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在步骤(d)期间，所述热轧机出口温度处于175℃-250℃的范围内。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，在热轧至最终规格后，所述方法没有任何冷轧步骤。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，在将原料热轧至最终规格并接着冷却至环境温度后，不对所述铝合金产品进行任何进一步的热处理。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述铝合金具有最多0.95％、并且优选最多0.85％的Mn含量。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，所述铝合金具有至少4.6％、并且优选至少4.75％的Mg含量。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述铝合金具有处于0.05％-0.20％范围内的Cr含量。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，在将原料热轧至最终规格并接着冷却至环境温度后，所述铝合金产品具有至少100HB的硬度。
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，在将原料热轧至最终规格并接着冷却至环境温度后，所述铝合金产品具有至少215MPa、并且优选至少240MPa的抗拉屈服强度。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，在将原料热轧至最终规格并接着冷却至环境温度后，所述铝合金产品具有至少320MPa、并且优选至少340MPa的最大抗拉强度。
13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中，在将原料热轧至最终规格并接着冷却至环境温度后，所述铝合金产品具有小于0.045g/mm、并且优选小于0.042g/mm的耐磨度，所述耐磨度使用Erichsen-317测试装置(ISO 8251)在砂轮测试中测量。
14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其中，在将原料热轧至最终规格并接着冷却至环境温度后，根据DIN-EN-ISO 7438，所述铝合金产品在3.5倍以上材料厚度、并且优选3倍以上材料厚度的弯曲半径下具有大于90°的弯曲角度的弯曲能力。
15.翻斗、优选翻斗本体，所述翻斗、优选翻斗本体的基底或侧面中并入了通过如权利要求1-14中任一项所述的方法获得的铝板材中的至少一种板材。
16.通过如权利要求1-14中任一项所述的方法获得的铝合金板材在翻斗中、更优选在翻斗本体中的用途。
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