CN113802033A - 一种耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材及其制备工艺和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材及其制备工艺和应用，铝合金带材化学成分质量百分含量为：Si：0.50‑0.70％、Fe：0.65‑0.70％、Cu：0.18‑0.22％、Mn：1.40‑1.60％、Mg：0.002‑0.003％、Cr：0.008‑0.011％、Zn：0.0018‑0.0020％、Ti：0.028‑0.032％，其他单个杂质≤0.03％、总杂质合计≤0.15％，余量为Al，经熔铸、锯铣、均热、热轧、冷轧、拉弯矫直、退火、拉弯矫直加工而成，厚度为0.7~0.85mm。本发明制备的铝合金带材具有良好的耐腐蚀及力学性能，延伸率高，方便施工，且后工序制品板面细腻、折弯不易开裂、报废率低，能够适用于需要防腐蚀的海洋工程，船舶内部表面装饰，同时抵抗海风或海水的侵蚀。

Description

一种耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材及其制备工艺和应用
技术领域
本发明属于耐腐蚀及船舶装饰材料技术领域，具体涉及一种耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材及其制备工艺和应用。
背景技术
随着海洋运输的不断发展，船舶作为最有效的水上运输工具，其设计与加工变得越来越重要。与传统的海运船舶一味的追求造船数量和造船吨位不同，随着高新技术、新型船舶、绿色船舶的发展，船舶自身重量轻，才能更好的节约燃油，实现高效。在船舶的内装设计中，内装材料的选材非常重要，合理选材可以让室内能耗得到缓解，让环境污染得到减少，同时让室内空间更加舒适，使其更加适合海洋运输及旅游行业的发展。
目前，大多数的船舶基材都是复合岩棉板或胶合板，前者材料的容重非常大，同时不具备良好的导热性，施工的时不环保，后者价格比较低廉，但是会释放出大量的苯和甲醛等污染性气体，危害人体健康；且传统的船舶装修用基材，板材不可弯曲，在特殊不规则角落或者弧形区域施工困难，装修难度系数大。另外，作为最有效的海上运输工具，船舶的装饰材料还不可避免的会遇到含有酸、碱、盐或其他造成腐蚀的成份，容易受到海水和海风的侵蚀，无疑会对材料产生锈蚀，大幅度降低了耐腐蚀性能，影响其使用寿命。
铝合金具有比强度高、耐海水腐蚀性能好、可焊接，易加工成形、无低温脆性、无磁性等特性，在造船中应用可有效减轻船舶的质量，提高稳定性、增大航速，已经成为造船行业的主要结构材料之一。3003 铝材是铝锰合金系列的一款常见的产品，也是目前应用最广的一种防锈铝。3003铝材为中等强度，具有良好的成形性能、高的抗腐蚀性能（对大气、淡水、海水、食品、有机酸、汽油、中性无机盐水溶液等均有良好的耐蚀性），可应用于船舶的内装、液化石油气罐的顶板和侧板。
3003系列铝材的材质主要包括铝、硅、铜、锌、锰、铁等，目前热轧带材的难题在于晶粒粗大，使材料的力学性能下降，而这种性能的遗传，常会导致后工序制品因板面不细腻、折弯开裂、橘皮、冲制破孔等报废。另外，3003合金热轧带材在加工过程中，由于合金元素在铝固溶体和熔体中的溶解度差异，合金元素通常以金属间化合物的形式聚集于晶面，化合物粒子的析出，造成晶间腐蚀，严重影响合金的耐腐蚀性和使用寿命。
综上所述，研发一种耐腐蚀性能好，易于加工，抗弯折开裂的3003 铝材，对船舶的内装装饰具有重要的应用价值。
发明内容
针对现有技术中存在的铝合金材料晶间腐蚀严重，晶粒粗大及后工序制品因板面不细腻、折弯开裂、橘皮、冲制破孔等报废的问题，本发明公开了一种耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材及其制备工艺和应用，加工成的铝合金带材耐腐蚀性能和力学性能好，并能够解决加工时折弯开裂的问题，减少铝合金均热时间，缩短工期，降低成本。
本发明通过以下技术方案实现：
一种耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材，其特征在于，所述的铝合金带材化学成分质量百分含量为：Si：0.50-0.70％、Fe：0.65-0.70％、Cu：0.18-0.22％、Mn：1.40-1.60％、Mg：0.002-0.003％、Cr：0.008-0.011％、Zn：0.0018-0.0020％、Ti：0.028-0.032％，其他单个杂质≤0.03％、总杂质合计≤0.15％，余量为Al；
优选地，所述的铝合金带材化学成分质量百分含量为：Si：0.60％、Fe：0.70％、Cu：0.20％、Mn：1.50％、Mg：0.003％、Cr：0.01％、Zn：0.002％、Ti：0.03％，其他单个杂质≤0.03％、总杂质合计≤0 .15％，余量为Al。
进一步地，所述的铝合金带材的厚度为0.7~0.85mm。
进一步地，所述的耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材的制备工艺，包括以下步骤：
（1）熔铸：按照铝合金带材化学成分质量百分含量，进行熔炼、精炼，并铸造成铸锭；
（2）锯铣；
（3）均热：锯铣后的铸锭采用两级加热，第一级在温度580-620℃下保温4.5~6小时，第二级在480~500℃保温0.75~1.2小时；
（4）热轧：1+4热连轧，粗轧15道次，将铸锭加工至厚度为45~55mm，然后进行精轧，精轧成厚度为3.5~5.0mm的带材，热轧终轧温度为310±5℃，热轧速度为350-450m/min；
（5）冷轧：将热轧后的带材冷轧三道次至厚度为0.7~0.85mm，冷轧轧制速度600~800m/min；
（6）拉弯矫直、退火、拉弯矫直；
进一步地，步骤（1）中所述的熔炼温度为750-760℃，精炼温度为740~750℃，铸造温度为690~700℃，铸造速度为60mm/min，水温20~30℃。
进一步地，步骤（5）冷轧总加工率80~85%，冷轧出口温度为130~150℃。
进一步地，步骤（6）中所述的退火条件为：200℃保温4小时， 300℃保温2小时，220℃保温8小时。
进一步地，步骤（2）锯铣后的铸锭厚度为622~640mm。
本发明中，所述的耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材在船舶内装装饰材料中的应用，具有良好的耐腐蚀性能和拉伸强度。
晶间腐蚀是局部腐蚀的一种，其为沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀，主要由于晶粒表面和内部化学成分的差异以及晶界杂质或应力的存在。由于合金元素在铝固溶体和熔体中的溶解度差异，合金元素通常以金属间化合物的形式聚集于晶面，从而为晶间腐蚀创造有利的条件，严重影响材料的耐腐蚀性能，进而也会影响合金材料的力学性能和使用寿命。
本发明采用两级加热工艺，阻碍第二晶相的长大和其它杂质的溶解，使晶粒长大的趋势减弱，有利于消除和减少晶内偏析，高温短时均热，使晶粒细化，消除和减少晶内偏析，使其具有较好的化学均一性和组织均一性，从而增加铝合金材料的抗拉强度和屈服强度，提高延伸率，增强可加工性，后续制品时板面细腻、折弯不易开裂、报废率低。同时梯度降温铝合金中的合金元素固溶在基体中，抑制合金析出，减少晶间腐蚀的趋势，增强材料的耐腐蚀性。本发明降低热轧的终轧温度，在一定程度上加大晶粒破碎程度，同时避免热轧过程中固溶在基体中的合金元素析出，影响耐腐蚀性能。
有益效果
本发明制备的铝合金带材具有良好的耐腐蚀及力学性能，延伸率高，方便施工，后工序制品板面细腻、折弯不易开裂、报废率低，能够适用于需要防腐蚀的海洋工程，船舶内部表面装饰，同时抵抗海风或海水的侵蚀，且金属铝相较于金属铁或其它合金材料，密度小，材质轻，采用铝合金带材作为船舶内部的装饰材料，可降低船舶自身重量。
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、完整的描述，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。
实施例1
（1）熔铸：按照铝合金带材化学成分质量百分含量：Si：0.60％、Fe：0.70％、Cu：0.20％、Mn：1.50％、Mg：0.003％、Cr：0.01％、Zn：0.002％、Ti：0.03％，其他单个杂质≤0.03％、总杂质合计≤0 .15％，余量为Al，进行熔炼、精炼，并铸造成铸锭；其中，熔炼温度为755±5℃，精炼温度为745±5℃，铸造温度为695±5℃，铸造速度为60mm/min，水温25±5℃；
（2）锯铣：对步骤（1）中铸锭进行锯铣，锯铣后的厚度为630mm；
（3）均热：锯铣后的铸锭采用两级加热，第一级在温度600℃下保温5小时，第二级在490℃下保温1小时；
（4）热轧：1+4热连轧，粗轧15道次，将铸锭加工至厚度为50mm，然后采用4机架热连轧机进行精轧，精轧成厚度为4.5mm的带材，热轧终轧温度为310±5℃，热轧速度为350m/min；
（5）冷轧：将热轧后厚度为4.5mm的带材冷轧三道次至厚度为0.79mm的带材，冷轧道次分配：4.5→2.25（50%）→1.13（50%）→0.79（30%），冷轧轧制速度600m/min，冷轧出口温度为140℃，冷轧总加工率为82.4%；
（6）拉弯矫直：对冷轧后的带材进行矫直、切边，出口温度为40℃；
（7）退火：200℃保温4小时， 300℃保温2小时，220℃保温8小时；
（7）拉弯矫直：对退火后的带材进行矫直、切边，出口温度为40℃。
实施例2
（1）熔铸：按照铝合金带材化学成分质量百分含量：Si：0.70％、Fe：0.65％、Cu：0.18％、Mn：1.40％、Mg：0.003％、Cr：0.011％、Zn：0.0018％、Ti:0.032％，其他单个杂质≤0.03％、总杂质合计≤0 .15％，余量为Al，进行熔炼、精炼，并铸造成铸锭；其中，熔炼温度为755±5℃，精炼温度为745±5℃，铸造温度为695±5℃，铸造速度为60mm/min，水温25±5℃；
（2）锯铣: 对步骤（1）中铸锭进行锯铣，锯铣后的厚度为622mm；
（3）均热：锯铣后的铸锭采用两级加热，第一级在温度620℃下保温4.5小时，第二级在500℃保温0.75小时；
（4）热轧：1+4热连轧，粗轧15道次，将铸锭加工至厚度为45mm，然后采用4机架热连轧机进行精轧，精轧成厚度为3.5mm的带材，热轧终轧温度为310±5℃，热轧速度为400m/min；
（5）冷轧：将热轧后厚度为3.5mm的带材冷轧三道次至厚度为0.70mm的带材，冷轧道次分配：3.5→2.0（43%）→1.0（50%）→0.70（30%），冷轧轧制速度700m/min，冷轧出口温度为130℃，冷轧总加工率为80%；
（6）拉弯矫直：对冷轧后的带材进行矫直、切边，出口温度为40℃；
（8）退火：200℃保温4小时， 300℃保温2小时，220℃保温8小时；
（7）拉弯矫直：对退火后的带材进行矫直、切边，出口温度为40℃。
实施例3
（1）熔铸：按照铝合金带材化学成分质量百分含量：Si：0.50％、Fe：0.70％、Cu：0.22％、Mn：1.60％、Mg：0.002％、Cr：0.008％、Zn：0.002％、Ti:0.028％，其他单个杂质≤0.03％、总杂质合计≤0 .15％，余量为Al，进行投料，熔炼、精炼，并铸造成铸锭；其中，熔炼温度为755±5℃，精炼温度为745±5℃，铸造温度为685±5℃，铸造速度为60mm/min，水温25±5℃；
（2）锯铣：对步骤（1）中铸锭进行锯铣，锯铣后的厚度为622mm；
（3）均热：锯铣后的铸锭采用两级加热，第一级在温度580℃下保温6小时，第二级在480℃保温1.2小时；
（4）热轧：1+4热连轧，粗轧15道次，将铸锭加工至厚度为55mm，然后采用4机架热连轧机进行精轧，精轧成厚度为5.0mm的带材，热轧终轧温度为310±5℃，热轧速度为450m/min；
（5）冷轧：将热轧后厚度为5.0mm的带材冷轧三道次至厚度为0.45mm的带材，冷轧道次分配：5.0→2.5（50%）→1.3（48%）→0.85（35%），冷轧轧制速度800m/min，冷轧出口温度为150℃，冷轧总加工率为83%；
（6）拉弯矫直：对冷轧后的带材进行矫直、切边，出口温度为40℃；
（7）退火：200℃保温4小时， 300℃保温2小时，220℃保温8小时；
（8）拉弯矫直：对退火后的带材进行矫直、切边，出口温度为40℃。
对比例1
对比例1改变步骤（3）中的均热条件，锯铣后的铸锭采用两级加热，第一级在温度600℃下保温10小时，第二级在490℃保温1小时，其余步骤与实施例1相同。
对比例2
对比例2改变步骤（3）中的均热条件，锯铣后的铸锭采用一级加热，第一级在温度600℃下保温10小时，其余步骤与实施例1相同。
对比例3
对比例3改变步骤（4）热轧中的热轧终轧温度为330±5℃，其余步骤与实施例1相同。
铝合金带材性能测试及分析
（1）对实施例1~3及对比例1~3中制备的铝合金带材的抗拉强度、屈服强度及延伸率进行测试，测试结果如下表1所示，由表1可知，本发明中的均热工艺对制备的铝合金带材的力学性能影响较大，采用两级加热工艺，阻碍第二相的长大和其它杂质的溶解，使晶粒长大的趋势减弱，有利于消除和减少晶内偏析，其其具有较好的化学均一性和组织均一性，从而增加铝合金材料的抗拉强度和屈服强度，提高延伸率，增强可加工性，后续制品时板面细腻、折弯不易开裂、报废率低。
表1 3003合金的力学性能分析
Figure 256512DEST_PATH_IMAGE001
。
（2）耐腐蚀性能分析：根据GB/T12967.3-2008标准对3003铝合金的耐腐蚀特性进行测试，试验用3003铝合金尺寸为60mm×30mm，在YWX/Q-250B盐雾腐蚀箱内，设置箱内温度为50℃±2℃，采用挂片连续喷雾的方式进行盐雾试验，氯化钠的浓度为5%，pH至为3.2，盐雾腐蚀8、24、48、72小时后，分析腐蚀失重，结果如下表2所示：由表2可知，均热工艺会对铝合金带材的耐腐蚀性能产生影响，采用两级加热工艺使晶粒细化，消除和减少晶内偏析，同时梯度降温铝合金中的合金元素固溶在基体中，抑制合金析出，减少晶间腐蚀的趋势，增强材料的耐腐蚀性；另外，本发明降低热轧的终轧温度，在一定程度上加大晶粒破碎程度，避免热轧过程中表面合金元素的析出，影响耐腐蚀性能。
表2 3003合金盐雾腐蚀失重比率（%）分析
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
（3）本发明均热采用两级加热工艺，减少均热时间，按照每个热轧均热炉装200t，每次退火节省6小时，一年十万吨可节约3000个工时；每吨铝消耗电40kW·h，每kW·h时0.5元，一年十万吨可节约6万元，人工按每小时20元，一般需要4个人，一年生产十万吨可节约至少24万以上，综合以上，一年十万吨可节约30万元以上。。

Claims (9)

1.一种耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材，其特征在于，所述的铝合金带材化学成分质量百分含量为：Si：0.50-0.70％、Fe：0.65-0.70％、Cu：0.18-0.22％、Mn：1.40-1.60％、Mg：0.002-0.003％、Cr：0.008-0.011％、Zn：0.0018-0.0020％、Ti：0.028-0.032％，其他单个杂质≤0.03％、总杂质合计≤0.15％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材，其特征在于，所述的铝合金带材化学成分质量百分含量为：Si：0.60％、Fe：0.70％、Cu：0.20％、Mn：1.50％、Mg：0.003％、Cr：0.01％、Zn：0.002％、Ti：0.03％，其他单个杂质≤0.03％、总杂质合计≤0 .15％，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材，其特征在于，所述的铝合金带材的厚度为0.7~0.85mm。
4.一种权利要求1~3任一项所述的耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）熔铸：按照铝合金带材化学成分质量百分含量，进行熔炼、精炼，并铸造成铸锭；
（2）锯铣；
（3）均热：锯铣后的铸锭采用两级加热，第一级在温度580-620℃下保温4.5~6小时，第二级在480~500℃下保温0.75~1.2小时；
（4）热轧：1+4热连轧，粗轧15道次，将铸锭加工至厚度为45~55mm，然后进行精轧，精轧成厚度为3.5~5.0mm的带材，热轧终轧温度为310±5℃，热轧速度为350-450m/min；
（5）冷轧：将热轧后的带材冷轧三道次至厚度为0.7~0.85mm，冷轧轧制速度600~800m/min；
（6）拉弯矫直、退火、拉弯矫直。
5.根据权利要求4所述的耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中所述的熔炼温度为750-760℃，精炼温度为740~750℃，铸造温度为690~700℃，铸造速度为60mm/min，水温20~30℃。
6.根据权利要求4所述的耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材的制备工艺，其特征在于，步骤（5）冷轧总加工率80~85%，冷轧出口温度为130~150℃。
7.根据权利要求4所述的耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材的制备工艺，其特征在于，步骤（6）中所述的退火条件为：200℃保温4小时， 300℃保温2小时，220℃保温8小时。
8.根据权利要求4所述的耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材的制备工艺，其特征在于，步骤（2）锯铣后的铸锭厚度为622~640mm。
9.一种权利要求1~3任一项所述的耐腐蚀船舶装饰用铝合金带材在船舶内装装饰材料中的应用。
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