CN115151665A - 制造铝合金轧制产品的方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种制造可热处理铝合金的铝合金轧制产品的方法，所述方法包括：将可热处理铝合金半连续铸造成轧制锭；将所述轧制锭均匀化到峰值金属温度(PMT)，并且由此所述铝合金具有与DSC信号相关联的绝对值小于2J/g的比能量；在多个热轧制步骤中将所述轧制锭热轧制成最终轧制规格为至少1mm的热轧制产品，由此所述热轧制产品在最后三个轧制步骤中的至少一个轧制步骤期间具有比PMT低不到50℃的温度；将处于最终轧制规格的所述热轧制产品从热轧机出口温度淬火到低于175℃；可选地进行应力消除并且对所述经过淬火和可选地经过应力消除的热轧制产品进行时效处理。

Description

制造铝合金轧制产品的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年12月23日提交且名为“Method of Manufacturing anAluminium Alloy Rolled Product”的欧洲专利申请号19219448.8的权益和优先权，所述申请的内容以引用的方式整体并入本文。
技术领域
本文描述了一种制造铝合金薄板、沙特板或板产品，诸如可热处理铝合金的方法。铝合金薄板、沙特板或板产品可用于多种多样的应用中，例如，用作工装板或沙特板和装甲板。
背景技术
在工业规模上，尤其是由2XXX系列、6XXX系列和7XXX系列铝合金的可热处理铝合金制造铝合金轧制薄板、沙特板和板产品的工艺或方法包括呈以下顺序的以下工艺步骤：
(i).从铝合金铸造轧制锭，并且优选在铸造之前对熔融铝进行脱气和过滤之后进行；
(ii).对轧制锭进行预热和/或均匀化；
(iii).将锭热轧制成处于中间轧制规格或最终轧制规格的轧制产品，并且进行卷绕或定长切割并冷却到环境温度；
(iv).可选地将热轧制产品冷加工(例如，冷轧制)到最终轧制规格；
(v).从环境温度加热到目标固溶热处理温度，以对轧制产品进行固溶热处理(“SHT”)，以尽可能多地将可溶元素(类似于锌、镁、锰和铜)的所有或基本上所有部分带入固溶体中；
(vi).例如通过喷雾淬火或者在水或其他合适的淬火介质中进行浸入淬火中的一者将SHT轧制产品快速地冷却到175℃或更低的温度，并且优选地冷却到环境温度，以防止或最小化铝合金中的二次相的不受控的析出；此外，可采用空气和空气喷射；
(vii).可选地对经过SHT和冷却的产品进行拉伸或压缩以消除应力并且提高产品平整度；以及
(viii).根据可热处理铝合金和所需的条件，对轧制产品进行时效处理(即，自然时效处理或人工时效处理或其组合)，例如直至T3、T4、T6、T7或T8状态。
所得的轧制产品是高质量的，并且尤其可用于航空航天应用，而且用作装甲板和工装板。
每个工艺步骤都需要其自身的昂贵的硬件和支持工具，并且铝合金产品在每个工艺步骤之前和之后都需要大量处理，从而导致工业环境中的复杂的物流***。
一种制造铝板产品的替代方法是通过使用所谓的铸造板来进行。这些铸造板适合作为工装板，例如以用于制造半导体相关装置和用于机械零件。例如，这种方法包括呈以下顺序的以下步骤：熔化铝合金；在铸造之前对熔融铝进行脱气和过滤；铸造以产生板坯；以及进行用于将板坯切片成预定厚度的切片步骤，以及优选地表面平滑处理步骤。所述方法优选地包括在铸造步骤之后以及在切片步骤之前执行的用于均匀化的热处理步骤。铝合金不会经受任何热机械变形过程，诸如热轧制。铸造板的缺点是，由在类似于铁、锰、铜、锌、镁和硅等元素的晶粒边界处的组合和析出所引起的不可避免的相(在凝固之后往往呈共晶形式)在类似于均匀化和SHT的后续处理步骤中无法完全溶解，并且仍然作为裂纹萌生的位点，由此会降低机械性质(例如，极限拉伸强度、疲劳、伸长率、韧性等)，或者作为局部腐蚀(例如，点状腐蚀)的引发剂，并且对于类似于阳极化的最终处理而言可能也是有害的。铸造合金中存在的任何氧化物层也将保持处于其原始形状，因此也会降低机械性质。由于基本上维持了铸态微观结构，并且所述铸态微观结构在很大程度上取决于局部冷却速度，因此与轧制板产品相比较，机械性质会随着测试位置的变化而发生较大的变化，从而使得铸造板不适合于许多关键工程应用。
本领域中的现有方法提出了铝合金轧制锭在热轧制之前需要进行冶金均匀化热处理。取决于合金，均匀化温度与热轧制温度之间的差异是在30℃与150℃之间。因此，在离开均匀化炉与开始热轧制之间必须对锭进行冷却。锭的所需的冷却速率是在150℃/小时与500℃/小时之间。这些方法包括在根据铝合金在450℃至600℃之间的温度下对所述锭进行冶金均匀化热处理之后并在热轧制之前对尺寸为250至800mm的厚度、1000至2000mm的宽度以及2000至8000mm的长度的铝合金轧制锭进行冷却，其中以150至500℃/小时的速率执行值为30℃至150℃的冷却，其中从其均匀化温度开始冷却的整个锭上的差热小于40℃。
发明内容
本发明涵盖的实施方案由权利要求而非本发明内容限定。本发明内容是对本发明的各个方面的高度概括，并且介绍了在以下的具体实施方式部分中将进一步描述的一些概念。本发明内容并不意图确认所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不意图孤立地用来确定所要求保护的主题的范围。主题应通过参考整个说明书的适当部分、任何或所有附图以及每项权利要求来理解。
本文描述了一种制造可热处理铝合金的厚度为至少1mm的铝合金轧制产品的方法，所述方法包括以下步骤：将可热处理铝合金半连续铸造成厚度为至少250mm的轧制锭；将所述轧制锭均匀化到峰值金属温度(PMT)，并且由此所述铝合金具有与DSC信号相关联的绝对值小于2J/g的比能量；在多个热轧制步骤中将所述轧制锭热轧制成最终轧制规格为至少1mm的热轧制产品，由此所述热轧制产品在最后三个轧制步骤中的至少一个轧制步骤期间具有比PMT低不到50℃的温度；将处于最终轧制规格的所述热轧制产品从热轧机出口温度淬火到低于175℃；可选地对处于最终轧制规格的所述经过淬火的热轧制产品进行应力消除；以及对所述经过淬火和可选地经过应力消除的热轧制产品进行时效处理。
本发明的其他目的和优点将从以下非限制性实例和附图的详细描述中变得显而易见。
附图说明
现在将参考附图描述本发明，其中图1是根据现有技术的方法的示意图，图2是根据本发明的方法的示意图。
图1提供了根据现有技术的例如用于制造7XXX系列铝合金的板产品的方法的示意性流程图。在第一步骤20中，通过半连续铸造或连续铸造技术来铸造7XXX系列铝合金的轧制原料。在步骤30中，优选地在400℃至480℃的范围内的温度下对轧制锭进行均匀化和/或预热。在步骤40中将轧制锭热轧制成较薄的规格，并且在离开最后一个热轧制机架时对所述轧制锭进行卷绕(对于较薄规格的产品)并缓慢地冷却到环境温度，或者对于较厚规格的产品，将所述轧制锭缓慢地冷却到环境温度并进行定长切割，并且可选地在步骤50中进一步冷轧制成最终规格并随后进行定长切割。在最终规格下，在步骤60中通常在400℃至480℃的范围内的温度下对轧制产品进行固溶热处理，并且在步骤70中进行淬火。在拉伸操作80中，对产品进行应力消除并且提高产品平整度，之后进行时效处理操作90，例如通过人工时效处理至T7651状态来进行。
图2提供了根据本发明的例如也用于制造7XXX系列铝合金的板产品的方法的示意性流程图。在第一步骤20中，通过半连续铸造，优选地借助于DC铸造来铸造7XXX系列铝合金的厚度为至少250mm的轧制原料。在步骤30中对轧制锭进行均匀化。在步骤40中将轧制锭热轧制成最终热轧制规格为至少1mm的热轧制产品，并且在离开热轧制机架时在步骤45中淬火到低于175℃，并优选地低于60℃。热轧制产品不经受随后的退火或固溶热处理。可选地，在拉伸操作80中，对处于其最终热轧制规格的热轧制产品进行应力消除并且提高产品平整度，之后进行时效处理操作90，例如通过使用本领域中常规的时效处理做法人工时效处理至T7651状态来进行。
具体实施方式
如本文在下文将了解的，除了另有指示之外，铝合金名称和回火名称是指如由铝业协会(Aluminum Association)于2018年所出版并时常更新的《铝标准和数据以及注册记录》(Aluminium Standards and Data and the Registration Records)中的铝业协会名称，并且对于本领域技术人员而言是熟知的。回火名称也在欧洲标准EN515中进行了规定。
对于合金组成或优选的合金组成的任何描述，除非另有指示，否则所有对百分比的提及均按重量百分比计。
如本文所采用的术语“高达”和“高达约”明确包括但不限于其所涉及的特定合金组分的重量百分比为零的可能性。例如，高达0.1％的Cu可包括不具有Cu的铝合金。
如本文所使用，除非上下文另有明确指示，否则“一个”、“一种”或“所述”的含义包括单数和复数个提及物。
如本文所使用，板的厚度通常大于约15mm。例如，板可指厚度大于约15mm、大于约20mm、大于约25mm、大于约30mm、大于约35mm、大于约40mm、大于约45mm、大于约50mm或大于约100mm的铝产品。
如本文所使用，沙特板(也被称为薄板)的厚度通常为约4mm至约15mm。例如，沙特板的厚度可为约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约11mm、约12mm、约13mm、约14mm或约15mm。
如本文所使用，薄板通常是指厚度小于约4mm的铝产品。例如，薄板的厚度可小于约4mm、小于约3mm、小于约2mm、小于约1mm、小于约0.5mm、小于约0.3mm或小于约0.1mm。
本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，指定范围“1至10”应被视为包括最小值1与最大值10之间(并且包括1和10)的任何和所有子范围；即，所有子范围均以最小值1或更大值开始(例如，1至6.1)，并且以最大值10或更小值结束(例如，5.5至10)。
如本文所使用，“环境温度”的含义可包括约15℃至约30℃的温度，例如约15℃、约16℃、约17℃、约18℃、约19℃、约20℃、约21℃、约22℃、约23℃、约24℃、约25℃、约26℃、约27℃、约28℃、约29℃或约30℃。
本文描述的是一种制造铝合金轧制板产品的替代方法。本发明满足或超越了这个和其他目的以及另外的优点，其提供了一种制造可热处理铝合金的具有如本文所描述的厚度(例如，至少1mm)的铝合金轧制产品(即，薄板、沙特板或板)的方法，所述方法包括呈以下顺序的以下步骤：
(a)对厚度为至少250mm的轧制锭进行半连续铸造；
(b)在峰值金属温度(“PMT”)下对轧制锭进行预热和/或均匀化，并且由此所述铝合金在所述预热和/或均匀化之后具有与差示扫描量热法(“DSC”)信号相关联的绝对值小于2J/g的比能量；
(c)优选地在多个热轧制步骤中将轧制锭热轧制成最终轧制规格为至少1mm的热轧制产品，由此热轧制产品在最后三个轧制步骤或轧制道次中的至少一个轧制步骤或轧制道次期间具有比PMT低不到50℃的温度；
(d)将处于最终热轧制规格的热轧制产品从热轧机出口温度淬火到低于175℃，优选地低于100℃，并且最优选地低于60℃；
(e)可选地对处于最终热轧制规格的经过淬火的热轧制产品进行应力消除；以及
(f)对经过淬火和可选地经过应力消除的热轧制产品进行时效处理，即自然时效处理或人工时效处理。
本文描述的方法在步骤(c)的热轧制操作到最终轧制规格之后并在步骤(f)期间的任何时效处理步骤之前不进行或没有任何退火或固溶热处理。
本文描述的方法使用相对高的热轧机入口温度和相对高的热轧机出口温度，使得整个或至少大部分热轧制过程是在铝合金处于通常用于主题铝合金的固溶热处理的温度范围时执行，并且因此，之后在最后一个热轧制步骤之后离开热轧制轧机时进行淬火。这避免了对轧制过程之后接下来的单独的固溶热处理的需求，从而使得本文描述的过程更经济，因为它更具时间效率并且不需要固溶热处理炉的容量。所得的铝合金薄板、沙特板或板产品提供了期望的一组工程性质，这非常类似于或略低于使用本领域中常规的方法产生的工程性质，同时通过避免本领域中常规的方法中所需的一些处理步骤，尤其是退火或固溶热处理而提供了显著的成本效益。
铝合金被提供为锭或板坯以通过半连续铸造技术(例如，直接激冷(DC)铸造、电磁铸造(EMC)铸造和电磁搅拌(EMS)铸造)制造成轧制产品。在优选的实施方案中，半连续铸造是通过对轧制锭进行DC铸造来进行。半连续铸造的轧制锭的厚度为至少250mm，并且优选地大于约350mm。最大厚度为约800mm，并且优选地为约600mm。与使用较薄规格的连续铸造锭(例如，高达约40mm)相比较，从至少250mm的厚规格的半连续铸造的轧制锭开始会导致轧制产品的变形程度更高，并且导致例如组成颗粒的解体，从而在时效处理至最终回火态时带来更高的强度和更好的损伤容限性质。如果在脱气和过滤操作之后仍可能存在任何氧化物，则更高的变形程度还会导致铸态结构中任何氧化物的有利解体和显著减小的尺寸。如本领域中所已知，也可使用晶粒细化剂，诸如含有钛和硼或钛和碳的那些晶粒细化剂。铝合金中的Ti含量高达0.15％，例如在0.01％至0.1％的范围内。可选地，例如通过以下方式来对尤其是具有高合金化的2XXX系列和7XXX系列铝合金的半连续铸造的轧制锭进行应力消除：将所述轧制锭在约275℃至450℃，例如约300℃至400℃的范围内的温度下保持高达约24小时，例如10至20小时，并且优选地之后缓慢地冷却到环境温度。在轧制锭的半连续铸造之后，通常对轧制锭进行修整，以去除锭的铸态表面附近的偏析区并且提高轧制锭平整度和表面质量。
均匀化热处理的目的至少为：(i)尽可能多地溶解在凝固期间形成的粗糙可溶相，以及(ii)降低局部浓度梯度(微观偏析)以有助于溶解步骤。预热处理也实现了这些目的中的一些。优选地，在本文描述的方法中，轧制锭至少是在允许简化制造过程的后续步骤并且尤其是克服在热轧制之后进行固溶热处理的需求的条件下均匀化。
通常，预热是指将轧制锭加热到设定温度并且在这个温度下均热设定时间，之后在该温度左右开始热轧制。均匀化是指应用于轧制锭的加热、均热和冷却循环(具有一个或多个均热步骤)，在此循环中，均匀化之后的最终温度是环境温度。在均匀化循环中应用的在最高温度下的均热是指在峰值金属温度(“PMT”)下的均热。在此之后，将均匀化的锭再加热或预热到起始热轧制温度，这也被称为热轧机入口温度。
如本领域中所已知，均匀化可在温度升高的一个阶段或若干阶段中进行以避免初期熔化。这通过以下方式来实现：允许铸态条件下存在的相逐渐溶解，从而升高剩余相的初期熔化温度。在应用存在处于不同和升高的温度的两个或更多个均热步骤或阶段的均匀化循环的情况下，PMT是指在该循环中采用的均热步骤所处的最高温度。例如，在用于典型的7xxx系列合金的两步骤均匀化过程中，存在在约455℃与470℃之间(例如，处于约469℃)的第一步骤以及在约470℃与485℃之间(例如，处于约475℃)的第二步骤，以优化各种相的溶解过程，这取决于确切或给定的铝合金组成。在此实例中，约475℃的温度是峰值金属温度。
在优选的实施方案中，在同样具有两个或更多个均热步骤的均匀化循环中，在热轧制之前因在低于PMT的温度下均热而未遵循PMT，除了从PMT逐渐冷却到热轧制入口温度，从而将此轧制入口温度保持尽可能接近PMT。这是为了避免形成有害的析出物。
在一个或多个均匀化温度下的均热时间是在约1至50小时，例如约2至35小时的范围内。可选地，在均匀化温度下的均热时间为2至45小时、3至40小时、4至35小时、5至30小时、6至25小时或10至20小时。可应用的加热速率是由本领域技术人员确定的加热速率。
由于热轧制产品在热轧制过程之后的任何阶段都不接受任何后续固溶热处理并且为了确保获得一组期望的机械性质，本文描述的方法的一个重要特征是在峰值金属温度(PMT)下尽可能多地将有助于铝合金的硬化的可溶元素和相(例如，类似于锌、镁、铜、硅、锰和锂等元素)的所有或基本上所有部分带入固溶体中。PMT应当尽可能高，同时避免所使用的铝合金熔化。对于2XXX系列和7XXX系列铝合金，这意味着PMT温度应优选地比主题铝合金的初期熔化温度低不到15℃，并且更优选地低不到10℃，并且最优选地比主题铝合金的初期熔化温度低不到7.5℃。均匀化步骤的PMT取决于铝合金，并且对于2XXX系列铝合金，通常是在约430℃至505℃的范围内，并且优选地是在约470℃至500℃的范围内；对于6XXX系列铝合金，通常是在约480℃至580℃的范围内，并且优选地是在约500℃至560℃的范围内；并且对于7XXX系列铝合金，通常是在约430℃至490℃的范围内，并且优选地是在约470℃至485℃的范围内。
均匀化的质量通常通过类似于差示扫描量热法(“DSC”)的技术来进行验证。已经发现，在预热和/或均匀化之后并在热轧制操作之前，对于主题或给定铝合金，相的残余熔化峰的绝对值必须低于2J/g。在优选的实施方案中，它低于1.0J/g，并且更优选地低于0.5J/g，并且最优选地低于0.2J/g。这在本领域中通常在取自轧制锭中合金元素最丰富的位置的样品处进行测量。由于合金元素的宏观偏析是由半连续铸造操作引起的，因此样品应取自轧制锭的三分之一厚度和四分之一宽度的位置。优选的测量设备是TA Instruments910DSC(TA Instruments；New Castle,DE)，其使用20℃/分钟的加热速率从室温开始进行直到最终熔化的样本在DSC设备中称重为约45mg为止。在50℃与600℃之间的温度范围内执行测量，并且Al99.995用作参考材料。在测试期间利用氩气以300ml/min的流速连续吹扫样品室。
本文描述的方法的另一个重要特征是热轧制过程，其中将轧制锭在多个热轧制步骤或热轧制道次中轧制成最终轧制规格为至少1mm的热轧制产品，并且由此对轧制温度进行控制，使得热轧制产品在最后三个轧制步骤或热轧制道次中的至少一个轧制步骤或热轧制道次期间具有比在均匀化步骤期间应用的PMT低不到约50℃的温度。在一个实施方案中，热轧制产品在最后三个轧制步骤中的至少一个轧制步骤期间具有比PMT低约5℃至50℃的范围内，以及更优选地比PMT低约5℃至40℃的范围内的温度。例如，热轧制产品具有比PMT低约5℃、约10℃、约15℃、约20℃、约25℃、约30℃、约35℃、约40℃、约45℃，或它们之间的任何温度的温度。在热轧制过程的优选的实施方案中，热轧制产品在最后一个轧制步骤或轧制道次期间在离开或退出热轧制轧机时具有在此温度范围内的温度。高的热轧制出口温度确保了所有或基本上所有合金元素在热轧制操作期间都保持到固溶体中，之后在退出最后一个热轧制机架时进行淬火步骤。
在一个实施方案中，热轧机入口温度是在比均匀化步骤期间应用的PMT低不到约40℃的温度范围内，优选地是在比主题或给定铝合金的PMT低约5℃至40℃的范围内，并且优选地是在比主题或给定铝合金的PMT低约5℃至30℃的范围内。例如，热轧机入口温度可比PMT低约5℃、约10℃、约15℃、约20℃、约25℃、约30℃、约35℃、约40℃，或它们之间的任何温度。
根据第一热轧制操作中的热轧制产品的最终规格，使用可逆或不可逆的轧机机架使受热的轧制锭在一个或多个道次中经受粗轧(breakdown)热轧制，所述可逆或不可逆的轧机机架用于将原料的厚度减小到约15mm或更大的规格范围。接着，在粗轧热轧制之后，可将原料供应到轧机以在一个或多个道次中热精轧制到在1mm至15mm，例如约3mm或约10mm的范围内的最终规格。可例如使用可逆轧机或串联轧机来完成热精轧制操作。
在所述方法的实施方案中，使用在比均匀化步骤期间应用的PMT低不到约40℃的温度范围内，并具有如本文所描述的优选范围的热轧机入口温度来将铝合金热轧制到最终热轧制规格，并且由此对轧制温度进行控制，使得热轧制产品在最后三个轧制步骤或热轧制道次中的至少一个轧制步骤或热轧制道次期间具有比均匀化步骤期间应用的PMT低不到约50℃，并具有如本文所描述的优选范围的温度。
在所述方法的实施方案中，在第一系列的热轧制步骤中将铝合金热轧制到中间热轧制规格，之后是中间加热步骤，然后在第二系列的热轧制步骤中热轧制到最终热轧制规格。优选地，在中间热轧制规格下，将轧制产品快速地冷却或淬火到低于约150℃，并且优选地低于100℃，以便于处理并避免形成粗糙的析出物。接着，将轧制产品再加热到在比均匀化步骤期间应用的PMT低不到约40℃的范围内，优选地在比主题或给定的铝合金的PMT低约5℃至40℃的范围内，并且优选地在比主题铝合金的PMT低约5℃至30℃的范围内，并具有如本文所描述的优选范围的温度，以确保尽可能多地将有助于铝合金的硬化的可溶元素和相的所有或基本上所有部分带回到固溶体中，并且之后进行第二系列的热轧制步骤直至最终热轧制规格。
在所述方法的另一个实施方案中，在第一系列的热轧制步骤中将铝合金热轧制到中间热轧制规格，之后是中间加热步骤，然后在第二系列的热轧制步骤中热轧制到最终热轧制规格。优选地，在中间热轧制规格下，将轧制产品尽可能快地带入中间再加热，以最小化温度损失，通常避免下降到比PMT低约150℃以上，并且优选地避免下降到比PMT低约100℃以上。接着，将轧制产品再加热到在比均匀化步骤期间应用的PMT低不到约40℃的范围内，优选地在比主题或给定的铝合金的PMT低约5℃至40℃的范围内，并且优选地在比主题铝合金的PMT低约5℃至30℃的范围内，并具有如本文所描述的优选范围的温度，以确保尽可能多地将有助于铝合金的硬化的可溶元素和相的所有或基本上所有部分带回到固溶体中，并且之后进行第二系列的热轧制步骤直至最终热轧制规格。
在所述方法的另一个实施方案中，在第一系列的热轧制步骤中将铝合金热轧制到中间热轧制规格，由此热轧制入口温度对于主题铝合金领域的技术人员而言是已知的并且通常低于如本文所描述的方法的优选的热轧机入口温度。当处于中间热轧制规格时，将轧制材再加热到在比均匀化步骤期间应用的PMT低不到约40℃的范围内，优选地在比主题铝合金的PMT低约5℃至40℃的范围内，并且优选地在比主题或给定铝合金的PMT低约5℃至30℃的范围内，并具有如本文所描述的优选范围的温度，以确保尽可能多地将有助于铝合金的硬化的可溶元素和相的所有或基本上所有部分带回到固溶体中，并且之后进行第二系列的热轧制步骤直至最终热轧制规格。
在一个实施方案中，铝合金产品已经在工艺步骤(c)中在热轧制轧机中以多个热轧制步骤或热轧制道次热轧制成最终轧制规格为至少1.0mm的热轧制产品。在优选的实施方案中，最终轧制规格为至少1.5mm，并且更优选地为至少3mm。在另一实施方案中，最终轧制规格为至少5mm，优选地为至少15mm，并且更优选地为至少25.4mm(1.0英寸)。
在一个实施方案中，铝合金产品已经在工艺步骤(c)中在热轧制轧机中以多个热轧制步骤或热轧制道次热轧制成最终轧制规格为最大254mm(10.0英寸)的热轧制产品。在一个实施方案中，最终轧制规格为最大203.2mm(8.0英寸)。在一个实施方案中，最终轧制规格为最大152.4mm(6.0英寸)，并且优选地为最大101.6mm(4.0英寸)。
在一个实施方案中，铝合金产品已经在工艺步骤(c)中在热轧制轧机中以多个热轧制步骤或热轧制道次热轧制成最终轧制规格在5.0mm至12mm，以及优选地5.0mm至10mm的范围内的热轧制沙特板产品。
在淬火步骤(d)中，铝合金轧制产品利用液体(例如，水、油或水-油乳液)和/或气体(例如，空气)或另一种选择的淬火介质进行淬火。在步骤(d)期间的淬火操作的实施方案中，淬火速率为至少约10℃/秒至约600℃/秒，并且优选地为至少约20℃/秒至约500℃/秒，以至少在从热轧机出口温度至约175℃或更低，以及优选地低于约100℃或更低的温度范围内。例如，淬火可以如下速率执行：约30℃/秒、约40℃/秒、约50℃/秒、约70℃/秒、约80℃/秒、约90℃/秒、约100℃/秒、约200℃/秒、约300℃/秒、约400℃/秒、约500℃/秒、约600℃/秒或它们之间的任何速率。在本文描述的实施方案中，淬火操作是将铝合金热轧制产品从热轧机出口温度降低至约60℃或更低的温度，或约环境温度，例如约30℃或约25℃或约20℃。
在本发明的优选的实施方案中，步骤(d)期间的淬火操作与热轧制操作同步执行，更优选地至少与至少三个热轧制步骤或热轧制道次同步执行。
在淬火操作之后，对于较薄规格的轧制产品(通常具有小于10mm的规格)，可对冷却的轧制产品进行卷绕，或者对于较厚规格的产品(典型地具有大于10mm的规格，更典型地具有大于15mm的规格，以及最典型地具有大于25.4mm的规格)，对所述轧制产品进行定长切割。
在一个实施方案中，尤其是对于2XXX系列和7XXX系列铝合金，可对处于最终轧制规格的经过热轧制和淬火的轧制材进行应力消除。可通过冷轧制、拉伸、整平或压缩来进行应力消除。
在一个实施方案中，步骤(e)期间的应力消除和产品平整度改进借助于优选地在环境温度下进行冷轧制来完成，通过在冷轧制操作之前施加其原始厚度的不到5％的冷轧制压下率来进行。优选地，冷轧制压下率是其原始厚度的不到3％，并且更优选地不到1％。在根据本发明的方法中，除此目的之外，不对铝合金轧制产品进行另外的冷轧制步骤或冷轧制操作。
在另一个实施方案中，步骤(e)期间的应力消除是通过在其原始长度的约0.1％至5％的范围内整平来完成，以消除其中的残余应力并且提高轧制产品的平整度。优选地，整平是在约0.1％至2％，更优选地约0.1％至1.5％的范围内进行。优选地，整平操作是在环境温度下执行。
在优选的实施方案中，步骤(e)期间的应力消除是通过在其原始长度的约0.5％至8％的范围内拉伸来完成，以消除其中的残余应力并且提高轧制产品的平整度。优选地，拉伸是在约0.5％至6％，更优选地约1％至3％的范围内进行。优选地，拉伸操作是在环境温度下执行。
在工艺步骤(f)中，对铝合金轧制产品进行时效处理，即自然时效处理或人工时效处理或它们的组合，具体地时效处理至T3、T4、T6、T7或T8回火态，这取决于所使用的可热处理铝合金和实现最终机械性质所需的条件。
在下一工艺步骤中的实施方案中，例如，期望的结构形状或近终结构形状接着可从经过时效处理的板产品或型材机械加工而成。
在铝合金为2XXX系列铝合金的实施方案中，时效处理至期望的回火态以实现最终机械性质选自具有以下项的组：T3、T4、T6和T8。针对T6和T8回火态的人工时效处理步骤优选地包括在130℃至210℃的范围内的温度下持续4至30小时的范围内的均热时间的至少一个时效处理步骤。
在优选的实施方案中，将2XXX系列铝合金时效处理至期望的回火态以实现最终机械性质是通过自然时效处理至T3回火态，更优选地T351、T37或T39回火态来进行。
在优选的实施方案中，将2XXX系列铝合金时效处理至期望的回火态以实现最终机械性质是达到T6回火态。
在优选的实施方案中，将2XXX系列铝合金时效处理至期望的回火态以实现最终机械性质是达到T8回火态，更优选地为T851、T87或T89回火态。
在铝合金为6XXX系列铝合金的实施方案中，时效处理至期望的回火态以实现最终机械性质选自具有以下项的组：T4和T6。
在铝合金为7XXX系列铝合金的实施方案中，时效处理至期望的回火态以实现最终机械性质选自具有以下项的组：T4、T5、T6和T7。时效处理步骤优选地包括在120℃至210℃的范围内的温度下持续4至30小时的范围内的均热时间的至少一个时效处理步骤。
在一个实施方案中，将7XXX系列铝合金时效处理至期望的回火态以实现最终机械性质是达到T6回火态。
在优选的实施方案中，将7XXX系列铝合金时效处理至期望的回火态以实现最终机械性质是达到T7回火态，更优选地为T73、T74、T76、T77或T79回火态。
用于制造成轧制产品的热轧制锭或板坯可在其任一侧或两侧上设有包覆层，然后根据本文描述的方法处理该复合材料。特别地，在处理2XXX系列铝合金，例如2X24系列的铝合金时，这种包覆层是有用的。这种包覆层或复合材料产品利用可热处理铝合金的芯体和通常含较高纯度合金的包覆层，所述包覆层的腐蚀保护芯体。包覆层包括但不限于基本上非合金的铝或含有不超过0.1％或1％的所有其他元素的铝。本文名称为1xxx型系列的铝合金包括所有铝业协会(AA)合金，包括1000型、1100型、1200型和1300型的子类。因此，芯体上的包覆层可选自各种铝业协会合金，诸如1060、1045、1100、1200、1230、1135、1235、1435、1145、1345、1250、1350、1170、1175、1180、1185、1285、1188、1199或7072。此外，尤其是对于2XXX系列芯体合金，AA7XXX系列合金(诸如含有锌(0.8％至1.3％)的7072)可用作包覆层，并且通常含有超过1％的合金添加剂的AA6XXX系列合金的合金(诸如6003或6253)可用作包覆层。其他合金也可用作包覆层，只要它们为芯体合金提供特别充分的整体腐蚀保护即可。一个或多个包覆层通常比芯体薄得多，每层占总复合材料厚度的约1％至15％或20％或可能25％。包覆层更典型地占总复合材料厚度的约1％至12％左右。
根据本发明的方法特别用于生产可热处理铝合金，尤其是2XXX系列、6XXX系列和7XXX系列铝合金中的铝合金的沙特板或板产品。
在一个实施方案中，2XXX系列合金是来自某种铝合金，其具有包含以下项的以重量％计的组成：
Figure BDA0003809166850000171
余量为铝和杂质。通常，此类杂质各自的存在量<0.05％，总计<0.15％。
在优选的实施方案中，2XXX系列铝合金是来自AA2X24系列铝合金，其中X等于0、1、2、3、4、5、6、7或8。特别优选的铝合金是在AA2024、AA2524和AA2624的范围内。
可选地，铝合金可为根据以下铝合金名称之一的2XXX系列铝合金：AA2001、A2002、AA2004、AA2005、AA2006、AA2007、AA2007A、AA2007B、AA2008、AA2009、AA2010、AA2011、AA2011A、AA2111、AA2111A、AA2111B、AA2012、AA2013、AA2014、AA2014A、AA2214、AA2015、AA2016、AA2017、AA2017A、AA2117、AA2018、AA2218、AA2618、AA2618A、AA2219、AA2319、AA2419、AA2519、AA2021、AA2022、AA2023、AA2025、AA2026、AA2027、AA2028、AA2028A、AA2028B、AA2028C、AA2029、AA2030、AA2031、AA2032、AA2034、AA2036、AA2037、AA2038、AA2039、AA2139、AA2040、AA2041、AA2044、AA2045、AA2050、AA2055、AA2056、AA2060、AA2065、AA2070、AA2076、AA2090、AA2091、AA2094、AA2095、AA2195、AA2295、AA2196、AA2296、AA2097、AA2197、AA2297、AA2397、AA2098、AA2198、AA2099或AA2199。
在一个实施方案中，6XXX系列合金是来自某种铝合金，其具有包含以下项的以重量％计的组成：
Figure BDA0003809166850000181
余量为铝和杂质。通常，此类杂质各自的存在量<0.05％，总计<0.15％。
在一个实施方案中，6XXX系列铝合金选自具有6011、6016、6056、6061、6063和6082以及它们的近似组成变体的组。
可选地，铝合金可为根据以下铝合金名称之一的6XXX系列铝合金：AA6101、AA6101A、AA6101B、AA6201、AA6201A、AA6401、AA6501、AA6002、AA6003、AA6103、AA6005、AA6005A、AA6005B、AA6005C、AA6105、AA6205、AA6305、AA6006、AA6106、AA6206、AA6306、AA6008、AA6009、AA6010、AA6110、AA6110A、AA6011、AA6111、AA6012、AA6012A、AA6013、AA6113、AA6014、AA6015、AA6016、AA6016A、AA6116、AA6018、AA6019、AA6020、AA6021、AA6022、AA6023、AA6024、AA6025、AA6026、AA6027、AA6028、AA6031、AA6032、AA6033、AA6040、AA6041、AA6042、AA6043、AA6151、AA6351、AA6351A、AA6451、AA6951、AA6053、AA6055、AA6056、AA6156、AA6060、AA6160、AA6260、AA6360、AA6460、AA6460B、AA6560、AA6660、AA6061、AA6061A、AA6261、AA6361、AA6162、AA6262、AA6262A、AA6063、AA6063A、AA6463、AA6463A、AA6763、A6963、AA6064、AA6064A、AA6065、AA6066、AA6068、AA6069、AA6070、AA6081、AA6181、AA6181A、AA6082、AA6082A、AA6182、AA6091或AA6092。
在一个实施方案中，所述方法是制造6XXX系列铝合金工装沙特板或板产品，以用于制造半导体相关装置，尤其是从铝合金板获得的真空室元件。真空室元件是用于制造真空室结构和真空室的内部部件(诸如真空室主体、阀体、法兰、连接元件、密封元件、扩散器和电极)的元件。特别地，所述真空室元件通过对铝合金板进行机械加工和表面处理(即，阳极化)而获得。
在一个实施方案中，7xxx系列铝合金具有包含以下项的以重量％计的组成：
Zn 4％至9.8％，优选地5.5％至8.7％，
Mg 1％至3％，
Cu 高达2.5％，优选地1％至2.5％，
以及可选地选自由以下项组成的组的一种或多种元素：
Figure BDA0003809166850000191
杂质和余量的铝。通常，此类杂质各自的存在量<0.05％，并且总计<0.15％。
可选地，铝合金可为根据以下铝合金名称之一的7XXX系列铝合金：AA7019、AA7020、AA7021、AA7085、AA7108、AA7108A、AA7015、AA7017、AA7018、AA7030、AA7033、AA7046、AA7046A、AA7003、AA7009、AA7010、AA7012、AA7016、AA7116、AA7122、AA7023、AA7026、AA7029、AA7129、AA7229、AA7032、AA7033、AA7036、AA7136、AA7040、AA7140、AA7041、AA7049、AA7049A、AA7149、AA7249、AA7349、AA7449、AA7050、AA7050A、AA7150、AA7250、AA7055、AA7155、AA7255、AA7056、AA7060、AA7064、AA7065、AA7068、AA7168、AA7075、AA7175、AA7475、AA7278A、AA7081、AA7181、AA7185、AA7090、AA7099或AA7199。
在本发明的实施方案中，所述方法是制造铝合金工装沙特板或板产品或者非航空航天结构沙特板或板。
在本发明的实施方案中，所述方法是制造铝合金装甲板产品，尤其是作为提供抗雷爆性的装甲车辆的底部结构、装甲车辆的门、装甲车辆的发动机罩或前挡泥板、炮塔的一部分。铝合金装甲板产品优选地来自7XXX系列合金，并且这将包括选自由以下项组成的组的7XXX系列铝合金：AA7020、AA7449、AA7050、AA7056、AA7081、AA7181、AA7085、AA7185，以及它们的近似组成的改型。
实施例
在半连续DC铸造的工业规模上，已经铸造出440mm厚和1740mm宽的铝合金轧制锭。
铝合金由以下项组成：6.55％Zn、2.37％Mg、2.15％Cu、0.10％Zr、0.10％Fe和0.07％Si，余量是不可避免的杂质和铝。
通过在350℃下均热约12小时，之后冷却到环境温度来对铸造锭进行应力消除。
以20℃/分钟的标准加热速率从室温开始对铸态应力消除样品进行DSC测量，直到样本在TA Instruments 910DSC设备中最终熔化为止。此测量指示熔化共晶相在482℃下的峰值为18.7J/g，熔化S相在488℃下的峰值为0.3J/g，并且熔化Mg2Si相在542℃下的峰值为0.5J/g，总计为19.5J/g。
根据本文描述的方法，轧制锭通过以下方式来均匀化：以约35℃/小时的平均加热速度加热到470℃，之后在470℃下进行12小时均热，接着以约35℃/小时加热到475℃，之后在475℃下进行25小时均热，并且冷却到环境温度。在475℃下均热是本次两阶段均匀化循环中应用的最高温度，并且也是此循环中具有最高温度的最后一个步骤；因此，475℃是峰值金属温度(PMT)。
在锭的三分之一厚度和四分之一宽度处取得的30x30x10 mm的样品上执行均匀化材料的DSC测量，使所述均匀化材料经受上文提及的均匀化循环和水淬火，其中已经取出45mg的DSC样本，使所述样本从室温开始经受20℃/分钟的标准加热速率，直到样本在氩气气氛下在TA Instruments 910DSC设备中最终熔化为止。这导致总共熔化的残余相的峰值为0.5J/g，从而提供非常好的均匀化的铝合金锭并且非常适合用于根据本发明的方法中。
然后将均匀化的轧制锭快速地运送到第一热轧制机架，并且接着在多个轧制步骤中热轧制成最终厚度为70mm的板，然后在离开最后一个热轧制步骤时，利用乳液进行水淬火，直至约60℃。热轧制起始温度为约470℃，并且热轧制出口温度为约450℃。
铝合金板产品已经经受人工时效处理并且接受了关于其机械性质的测试。
例证
例证1是一种制造可热处理铝合金的厚度为至少1mm的铝合金轧制产品的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将可热处理铝合金半连续铸造成厚度为至少250mm的轧制锭；(b)将所述轧制锭预热和/或均匀化到峰值金属温度(PMT)，并且由此所述铝合金具有与差示扫描量热法(DSC)信号相关联的绝对值小于2J/g的比能量；(c)在多个热轧制步骤中将所述轧制锭热轧制成最终轧制规格为至少1mm的热轧制产品，由此所述热轧制产品在最后三个轧制步骤中的至少一个轧制步骤期间具有比PMT(℃)低不到50℃的温度；(d)将处于最终轧制规格的所述热轧制产品从热轧机出口温度淬火到低于175℃；(e)可选地对处于最终轧制规格的所述经过淬火的热轧制产品进行应力消除；以及(f)对所述经过淬火和可选地经过应力消除的热轧制产品进行时效处理。
例证2是根据任何前述或后续例证所述的方法，其中所述方法在步骤(c)的所述热轧制到最终热轧制规格之后不进行任何固溶热处理。
例证3是根据任何前述或后续例证的方法，其中在步骤(d)期间的所述淬火与至少最后一个热轧制步骤同步执行。
例证4是根据任何前述或后续例证的方法，其中所述铝合金选自具有2XXX系列、6XXX系列和7XXX系列铝合金的组。
例证5是根据任何前述或后续例证的方法，其中所述铝合金具有与DSC信号相关联的绝对值小于1.0J/g，以及优选地绝对值小于0.5J/g的比能量。
例证6是根据任何前述或后续例证的方法，其中对于2XXX系列和7XXX系列铝合金产品，所述PMT比给定铝合金的初期熔化温度低不到15℃，并且优选地低不到10℃。
例证7是根据任何前述或后续例证的方法，其中热轧机入口温度是在比所述铝合金的所述PMT低不到40℃，以及优选地比所述铝合金的固相线温度低不到30℃的温度范围内。
例证8是根据任何前述或后续例证的方法，其中处于最终轧制规格的所述热轧制产品的所述热轧机出口温度是在比所述铝合金的所述PMT低不到40℃的温度范围内，并且优选地是在比所述铝合金的所述PMT低不到30℃的范围内。
例证9是根据任何前述或后续例证的方法，其中在步骤(e)期间，所述应力消除是通过在其原始长度的约0.5％至8％的范围内，以及优选地在其原始长度的约0.5％至6％的范围内拉伸来进行。
例证10是根据任何前述或后续例证的方法，其中处于最终热轧制规格的所述热轧制产品是5mm或更多、优选地10mm或更多，并且更优选地25.4mm或更多。
例证11是根据任何前述或后续例证的方法，其中在步骤(c)期间，在第一系列的热轧制步骤中将所述轧制锭热轧制到中间热轧制规格，之后是中间加热步骤，然后在第二系列的热轧制步骤中热轧制到至少1mm的最终热轧制规格。
例证12是根据任何前述或后续例证的方法，其中所述中间加热步骤是达到在比所述铝合金的所述PMT低不到40℃，以及优选地比所述铝合金的所述PMT低不到30℃的范围内的温度。
例证13是根据任何前述或后续例证的方法，其中所述铝合金是2XXX系列铝合金，其具有包含以下项的以重量％计的组成：
Figure BDA0003809166850000231
Figure BDA0003809166850000241
例证14是根据任何前述或后续例证的方法，其中所述铝合金是6XXX系列铝合金，其具有包含以下项的以重量％计的组成：
Figure BDA0003809166850000242
例证15是根据任何前述或后续例证的方法，其中所述铝合金是7XXX系列铝合金，其具有包含以下项的以重量％计的组成：
Zn 4％至9.8％，优选地5.5％至8.7％，
Mg 1％至3％，
Cu 高达2.5％，优选地1％至2.5％，
以及可选地选自由以下项组成的组的一种或多种元素：
Zr高达0.3％，Cr高达0.3％，Mn高达0.45％，Ti高达0.15％，Sc高达0.5％，Ag高达0.5％，
Fe 高达0.3％，
Si 高达0.3％，杂质和余量的铝。
以上引用的所有专利、出版物和摘要以引用的方式整体并入本文。为了实现本发明的各个目的，已经描述了本发明的各种实施方案。应认识到，这些实施方案仅是说明本发明的原理。在不脱离如随附权利要求中所定义的本发明的精神和范围的情况下，其众多修改和改动对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种制造可热处理铝合金的厚度为至少1mm的铝合金轧制产品的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将可热处理铝合金半连续铸造成厚度为至少250mm的轧制锭；
(b)将所述轧制锭预热和/或均匀化到峰值金属温度(PMT)，并且由此所述铝合金具有与差示扫描量热法(DSC)信号相关联的绝对值小于2J/g的比能量；
(c)在多个热轧制步骤中将所述轧制锭热轧制成最终轧制规格为至少1mm的热轧制产品，由此所述热轧制产品在最后三个轧制步骤中的至少一个轧制步骤期间具有比PMT(℃)低不到50℃的温度；
(d)将处于最终轧制规格的所述热轧制产品从热轧机出口温度淬火到低于175℃；
(e)可选地对处于最终轧制规格的所述经过淬火的热轧制产品进行应力消除；以及
(f)对所述经过淬火和可选地经过应力消除的热轧制产品进行时效处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法在步骤(c)的所述热轧制到最终热轧制规格之后不进行任何固溶热处理。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤(d)期间的所述淬火与至少最后一个热轧制步骤同步执行。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述铝合金选自具有2XXX系列、6XXX系列和7XXX系列铝合金的组。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述铝合金具有与DSC信号相关联的绝对值小于1.0J/g，以及优选地绝对值小于0.5J/g的比能量。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中对于2XXX系列和7XXX系列铝合金产品，所述PMT比给定铝合金的初期熔化温度低不到15℃，并且优选地低不到10℃。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中热轧机入口温度是在比所述铝合金的所述PMT低不到40℃，以及优选地比所述铝合金的固相线温度低不到30℃的温度范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中处于最终轧制规格的所述热轧制产品的所述热轧机出口温度是在比所述铝合金的所述PMT低不到40℃的温度范围内，并且优选地是在比所述铝合金的所述PMT低不到30℃的范围内。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在步骤(e)期间，所述应力消除是通过在其原始长度的约0.5％至8％的范围内，以及优选地在其原始长度的约0.5％至6％的范围内拉伸来进行。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中处于最终热轧制规格的所述热轧制产品是5mm或更多、优选地10mm或更多、并且更优选地25.4mm或更多。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中在步骤(c)期间，在第一系列的热轧制步骤中将所述轧制锭热轧制到中间热轧制规格，之后是中间加热步骤，然后在第二系列的热轧制步骤中热轧制到至少1mm的最终热轧制规格。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述中间加热步骤是达到在比所述铝合金的所述PMT低不到40℃，以及优选地比所述铝合金的所述PMT低不到30℃的范围内的温度。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述铝合金是2XXX系列铝合金，其具有包含以下项的以重量％计的组成：
Figure FDA0003809166840000031
14.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述铝合金是6XXX系列铝合金，其具有包含以下项的以重量％计的组成：
Figure FDA0003809166840000032
15.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述铝合金是7XXX系列铝合金，其具有包含以下项的以重量％计的组成：
Zn 4％至9.8％，优选地5.5％至8.7％，
Mg 1％至3％，
Cu 高达2.5％，优选地1％至2.5％，
以及可选地选自由以下项组成的组的一种或多种元素：
Zr高达0.3％，Cr高达0.3％，Mn高达0.45％，Ti高达0.15％，Sc高达0.5％，Ag高达0.5％，
Fe 高达0.3％，
Si 高达0.3％，杂质和余量的铝。
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