CN111270113B - 一种低制耳率5052铝合金板材的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种低制耳率5052铝合金板材的生产工艺，铝合金原料为Mg：2.2～2.6％，Fe：0.05～0.35％，Si≤0.16％，Mn≤0.10％，Cr：0.20～0.25％，Cu≤0.03％，Zn≤0.04％，Ti≤0.025％，单个杂质≤0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al，从调整铸锭成分和均匀化工艺的角度来达到改善基体组织取向分布的目的，从而降低材料的制耳率，提高5052铝合金板材的成品率。
Description
技术领域
本发明属于铝合金制造技术领域，涉及一种低制耳率5052铝合金板材的生产工艺。
背景技术
5052是一种具有良好耐腐蚀性能、易成型性能和适中强度的铝合金，广泛应用于船舶，压力容器以及交通运输等领域。5052的主要添加元素为Mg，另外还由少量的Si、Fe、Cr、Mn等元素，主要通过塑性形变来提高强度。目前，工业上生产的用于制作压力容器的5052都是通过控制轧制变形率和退火温度来改善制耳性能，但是提高效果有限，材料在实际应用过程中成品率并不高，因此需要改进5052的生产工艺，以期得到稳定的低制耳率5052板材。
影响制耳率的主要因素是板材在轧制过程中形成的织构组织，这种组织具有明显的各向异性，使得材料变形不均匀。而控制轧制变形率和O态退火工艺只能部分改善材料的各向异性，且效果并不显著。本文从调整铸锭均匀化制度的角度出发，通过适当提高均匀化温度来改变铸锭中的第二相尺寸，从而改善后续轧制变形和O态退火的组织分布，并且增加再结晶时的形核质点，促进晶粒的均匀分布，减轻了材料的各向异性。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有5052铝合金板材通过控制轧制变形率和退火温度来改善制耳性能，提高效果不佳的问题，提供一种低制耳率5052铝合金板材的生产工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种低制耳率5052铝合金板材的生产工艺，包括如下步骤：
A、按照如下质量百分比配料：Mg：2.56％，Fe：0.38％，Si：0.15％，Mn：0.06％％，Cr：0.183％，Cu：0.001％，Zn：0.004％，Ti：0.023％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，各组分的重量百分比总和为100％，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，得到铝合金熔体；
B、将铝合金熔体在720～740℃条件下进行精炼，精炼时间为20～40min，将精炼后的铝合金熔体熔铸为铝合金铸锭；
C、将铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的铝合金铸锭送入加热炉里在540～580℃下加热10h后自然冷却至室温进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为2.0mm；
D、将冷轧后铝合金卷材加热至320℃退火2h后再次进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为1.0mm，冷轧道次为5次，5次冷轧道次依次为1.8mm、1.6mm、1.4mm、1.2mm、1.0mm，冷轧后的铝合金卷材在360℃进行退火，退火时间为2h；
E、将退火后的铝合金卷材在矫直机中进行矫直处理；
F、将矫直后的铝合金卷材按照规定尺寸要求进行锯切、定尺、包装。
进一步，步骤C中加热炉为推进式加热炉。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的低制耳率5052铝合金板材的生产工艺，5052合金含有Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr等元素，根据所需性能的不同适当调整其成分范围，当合金含量处于某一范围时，有助于提高材料的综合性能，下面对其中重要的几种合金元素含量的控制范围的实际意义进行说明：
Mg元素具有提高铝合金强度的效果，其含量控制在2.2～2.6％之间，既可以使材料的性能达到使用标准，又不至于Mg元素添加过多导致材料的强度过剩，达到降低成本的目的；
Fe元素能与Al元素形成FeAl3，具有细化再结晶晶粒和促进再结晶的作用，但是过量的Fe对其合金的铸造过程产生有害影响，因此该合金的成分在0.05～0.35％之间最为合适；
Si元素能够与Fe、Al形成Al-Fe-Si三元相，在后期均匀化过程中转化为FeAl3，粗大的FeAl3会为再结晶提供形核质点，提高材料的各向同性。但是过量的Si会消耗Mg元素，降低材料强度，因此该元素的含量在0～0.16之间最为合适。
Mn元素过多时，易于在铝合金中形成粗大的硬脆化合物，同样会损害铝合金的性能，一般添加量小于0.1％；
Cr元素具有改善铝合金韧性的作用，Cr与Al会形成Al7Cr，该相也可增加再结晶过程中的形核质点，促进再结晶。但是过多的Cr会增加合金的淬火敏感性，因此Cr元素下限控制在0.20％，上限控制在0.25％。
2、本发明所公开的低制耳率5052铝合金板材的生产工艺，由于Mg与Al形成的化合物结构同α-Al基体相近，这导致Al-Mg合金的时效强化效果甚微，故5052铝合金为不可热处理强化型变形铝合金，因此其强化方式主要是形变强化。对其进行冷变形加工，可以使合金的强度上升，延伸率下降，对其进行退火处理，可以使其延伸率上升，硬度下降。因此需要将冷变形加工和退火处理工艺进行结合，本专利采取了冷轧、退火、二次冷轧、二次退火的工艺，每次冷轧变形后均进行了退火。冷加工变形率会改变基体的织构取向，而退火可以在一定程度上调整取向的分布，因此冷变形和退火必须控制在一个合理的范围之内，才能使合金的综合性能达到标准要求。当前工艺也主要是改变材料的退火温度和时间以达到提高材料各向同性的目的，但是收效甚微。
此外，铸锭均匀化可以减轻铸造过程中的偏析现象，同时可以改变其中析出相的大小，为后期O态退火提供条件。本发明从调整铸锭成分和均匀化工艺的角度来达到改善基体组织取向分布的目的，从而降低材料的制耳率。
3、本发明所公开的低制耳率5052铝合金板材的生产工艺，流程简单，能源消耗低，最终可获得性能优异且稳定的产品。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种低制耳率5052铝合金板材的生产工艺，包括如下步骤：
A、按照如下重量份数比配制铝合金原料：
| 元素 | Mg | Fe | Si | Mn | Cr | Cu | Zn | Ti | 杂质 | Al |
| 含量 | 2.469 | 0.084 | 0.044 | 0.011 | 0.163 | 0.001 | 0.004 | 0.019 | 0.05 | 余量 |
将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，得到铝合金熔体；
B、将铝合金熔体在720～740℃条件下进行精炼，精炼时间为20～40min，将精炼后的铝合金熔体熔铸为铝合金铸锭；
C、将铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的铝合金铸锭送入加热炉里在540℃下加热10h后自然冷却至室温后进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为2.0mm；
D、将冷轧后铝合金卷材加热至320℃退火2h后再次进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为1.0mm，冷轧道次依次为1.8mm、1.6mm、1.4mm、1.2mm、1.0mm，冷轧后的铝合金卷材在360℃进行退火，退火时间为2h；
E、将退火后的铝合金卷材在矫直机中进行矫直处理；
F、将矫直后的铝合金卷材按照规定尺寸要求进行锯切、定尺、包装。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，步骤C将铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的铝合金铸锭送入加热炉里在560℃下加热10h后自然冷却至室温后进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为2.0mm。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，步骤C将铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的铝合金铸锭送入加热炉里在580℃下加热10h后自然冷却至室温后进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为2.0mm。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，步骤A按照如下重量份数比配制铝合金原料：
| 元素 | Mg | Fe | Si | Mn | Cr | Cu | Zn | Ti | 杂质 | Al |
| 含量 | 2.411 | 0.301 | 0.108 | 0.019 | 0.175 | 0.003 | 0.004 | 0.024 | 0.05 | 余量 |
将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，得到铝合金熔体。
实施例5
实施例5与实施例4的区别在于，步骤C将铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的铝合金铸锭送入加热炉里在560℃下加热10h后自然冷却至室温后进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为2.0mm。
实施例6
实施例6与实施例4的区别在于，步骤C将铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的铝合金铸锭送入加热炉里在580℃下加热10h后自然冷却至室温后进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为2.0mm。
实施例7
实施例7与实施例1的区别在于，步骤A按照如下重量份数比配制铝合金原料：
| 元素 | Mg | Fe | Si | Mn | Cr | Cu | Zn | Ti | 杂质 | Al |
| 含量 | 2.56 | 0.38 | 0.15 | 0.06 | 0.183 | 0.001 | 0.004 | 0.023 | 0.05 | 余量 |
将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，得到铝合金熔体。
实施例8
实施例8与实施例7的区别在于，步骤C将铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的铝合金铸锭送入加热炉里在560℃下加热10h后自然冷却至室温后进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为2.0mm。
实施例9
实施例9与实施例7的区别在于，步骤C将铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的铝合金铸锭送入加热炉里在580℃下加热10h后自然冷却至室温后进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为2.0mm。
对实施例1～实施例9最终成品板材进行制耳率测试，试验结果如表1所示。
表1
经过上述多组对比试验发现，在5052成分允许范围内适当增加合金中的Fe、Si含量或提高铸锭均匀化温度均可降低成品板材的制耳率。但在实际生产中，除了要考虑产品的性能，还要兼顾设备以及生产成本。经过筛选后可知，当合金中Fe≥0.38，Si≥0.15，且铸锭均匀化温度≥560℃时，合金的制耳率较为优异。若继续提高合金含量则会提高生产成本，同时铸造难度也会增加，过高的均匀化温度也会增加工艺难度和增加生产成本。
现今主流观点认为的制耳率处于1％左右为优异标准，实施例7～9中所述的成分、均匀化制度及变形率作为工艺参考均可生产出制耳性能优异的5052产品，且均匀化温度在一定范围内时，温度越高制耳性能也越优异。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种低制耳率5052铝合金板材的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、按照如下质量百分比配料：Mg：2.56％，Fe：0.38％，Si：0.15％，Mn：0.06％％，Cr：0.183％，Cu：0.001％，Zn：0.004％，Ti：0.023％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，各组分的重量百分比总和为100％，将配制好的铝合金原料加入熔炼炉中均匀混合后熔炼为液态铝合金，得到铝合金熔体；
B、将铝合金熔体在720～740℃条件下进行精炼，精炼时间为20～40min，将精炼后的铝合金熔体熔铸为铝合金铸锭；
C、将铝合金铸锭进行锯切铣面，将锯切铣面后的铝合金铸锭送入加热炉里在540～580℃下加热10h后自然冷却至室温进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为2.0mm；
D、将冷轧后铝合金卷材加热至320℃退火2h后再次进行冷轧，冷轧后铝合金卷材的厚度为1.0mm，冷轧道次为5次，5次冷轧道次依次为1.8 mm、1.6 mm、1.4 mm、1.2 mm、1.0mm，冷轧后的铝合金卷材在360℃进行退火，退火时间为2h；
E、将退火后的铝合金卷材在矫直机中进行矫直处理；
F、将矫直后的铝合金卷材按照规定尺寸要求进行锯切、定尺、包装。
2.如权利要求1所述的低制耳率5052铝合金板材的生产工艺，其特征在于，步骤C中加热炉为推进式加热炉。
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