CN104561696B - 高铁用5083铝合金板材及其生产方法 - Google Patents
高铁用5083铝合金板材及其生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高铁用5083铝合金板材及其生产方法。以重量百分含量表示，高铁用5083铝合金板材由原料Si 0.20～0.30%，Fe 0.20～0.30%，Cu 0.03～0.07%，Mn 0.45～0.60%，Mg 5.0～5.3%，Cr 0.10～0.20%，Ti 0.015～0.03%，Zn 0～0.10%和余量为Al制成。生产方法包括原料配制、熔炼、铸造、锯头洗面、均热、热粗轧、热精轧、冷轧、拉弯矫正、退火和切片包装。利用本发明方法提高了高铁用5083铝合金板材的疲劳强度、抗拉强度及延伸率等性能，完全能够满足高铁用5083铝合金板材的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于铝合金材料加工技术领域，具体涉及一种高铁用铝合金板材及其生产方法。
背景技术
近年来，随着我国高铁技术的不断发展，高铁列车在国内普及的同时也在“走出国门”。由于铝合金的密度较低，而具有较高的强度，因此，铝合金是高铁实现轻量化最好的材料，使用铝合金可以很大的减轻高铁列车的自重。其中，5083铝合金板材就是高铁用铝合金材料家族中的重要组成。虽然高铁市场前景广阔，但国内真正能够生产制造符合高铁用5083板材性能要求的厂家屈指可数。高铁用5083铝板材对材料的抗拉强度、疲劳强度、延伸率、抗腐蚀性能和焊接性能等有着较高的要求。而5083铝合金属于变形铝合金，是不可热处理强化铝合金，不能通过热处理的方法强化，常出现疲劳强度低、抗拉强度不均、延伸率低等问题。现有生产工艺生产的高铁用5083铝板材还不能完全满足高铁用板材的性能要求。因而，如何提供一种高铁用5083铝合金板材的生产方法，以满足高铁用5083铝合金板材的使用要求，是目前本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种高铁用5083铝合金板材及其生产方法。利用本发明方法提高了高铁用5083铝合金板材的疲劳强度、抗拉强度及延伸率等性能，完全能够满足高铁用5083铝合金板材的使用要求。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种高铁用5083铝合金板材，以重量百分含量表示，所述高铁用5083铝合金板材由原料Si 0.20～0.30%，Fe 0.20～0.30%，Cu 0.03～0.07%，Mn 0.45～0.60%，Mg 5.0～5.3%，Cr 0.10～0.20%，Ti 0.015～0.03%，Zn 0～0.10%和余量为Al制成。
另外，提供一种上述高铁用5083铝合金板材的生产方法，包括原料配制、熔炼、铸造、锯头铣面、均热、热粗轧、热精轧、冷轧、拉弯矫正、退火和切片包装，其中：
a、在铸造过程中控制铸造温度为690～720℃、铸造水温为25～35℃、铸造水压为0.2～0.6kg/cm2、铸造速度为35～50mm/min、铸造水流量为90～230m3/h；
b、锯头铣面过程中：锯床对铸造成的铝合金铸锭进行锯头，锭头长度为150±2mm；再用铣床进行铣面，铣面量为小面单侧15±1mm，大面单侧15±1mm；
c、均热过程中采用加热炉进行加热铝合金铸锭，其加热制度为：第一阶段铸锭温度为480～500℃，保温时间12～14小时；第二阶段铸锭温度为520～530℃，保温时间为4小时，出炉温度为480～500℃；
d、热粗轧铝合金铸锭由厚度为470～490mm经过19～23道次的轧制，轧至厚度为20～25mm的毛坯料；热粗轧过程中乳液压力为0.1～0.3MPa，质量浓度为3～8%，粗轧后温度为390～450℃；
e、热精轧过程中：轧制速度为2.0～2.6m/s，经连续4次轧制至厚度为7.5±0.5mm；在热精轧过程中乳液压力为0.2～0.45MPa，质量浓度为3～8%，压缩空气压力为0.2～0.5 MPa；
f、冷轧是由厚度为7.5±0.5mm经3次轧制，3道次分配为7.5→6.0→5.3→4.0mm，轧制后的厚度为4.0mm；轧制速度为1.6～2.6m/s；
g、退火过程中退火炉内金属温度为340～350℃，保温时间为4h。
根据上述的高铁用5083铝合金板材的生产方法，铸造中检测氢含量≤0.15ml/100gAl。
根据上述的高铁用5083铝合金板材的生产方法，铸造后所得铝合金铸锭的厚度为500～520mm，宽度为1300～1350mm。
根据上述的高铁用5083铝合金板材的生产方法，铝合金铸锭铣面后厚度由500～520mm铣至470～490mm。
根据上述的高铁用5083铝合金板材的生产方法，拉弯矫正过程中的参数为：延伸率0.3～0.8%，速度45～50m/min，水温为80～85℃。
根据上述的高铁用5083铝合金板材的生产方法，轧制过程中控制厚度公差为±0.05mm，宽度公差为0～3mm。
根据上述的高铁用5083铝合金板材的生产方法，退火后产品的性能检测为：抗拉强度275～350MPa，延伸率20～26%，屈服强度125～200MPa，疲劳强度160～170MPa。
本发明的积极有益效果：
1、本发明技术方案中严格控制镁元素质量含量，通过各工艺合理和规范的限定，提高了5083铝合金板材的抗拉强度、疲劳强度和延伸率，所得5083铝合金板材的抗拉强度为275～350MPa、延伸率20～26%、屈服强度125～200MPa和疲劳强度160～170MPa，所得产品完全能够满足高铁用5083铝合金板材较高强度、延伸率及焊接性能等的使用要求，弥补了我国高铁用5083铝合金板材的市场空白。表1为本发明5083铝合金板材力学性能测试结果。
。
2、本发明技术方案，经熔铸得到5083铝合金铸锭，熔铸过程中严格控制镁的质量含量，使其在5.0～5.3%之间；对5083铝锭进行均匀化热处理，均热温度在480～530℃之间分两阶段实施；对经过均匀化热处理的5083铸锭首先经过大变形量的热粗轧，然后在390～450℃温度下进行热精轧，轧至厚度7.5±0.5mm；对热轧后的5083铝卷材进行小变形量的冷轧，并进行拉弯矫直及清洗处理，得到5083铝卷材半成品；经过稳定化退火处理、切片，得到5083铝合金板材成品。本发明高铁用5083铝合金板材的生产方法，严格控制合金元素镁的含量，通过均匀化热处理、热轧（热粗轧和热精轧）、冷轧、稳定化热处理等工序相配合，最终提高高铁用5083铝合金板材的疲劳强度、抗拉强度及延伸率，进而满足了高铁用5083铝合金板材的使用要求。
具体实施方式：
以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明的内容。
实施例1：
本发明高铁用5083铝合金板材，以重量百分含量表示，由原料Si
0.27%，Fe 0.29%，Cu
0.047%，Mn 0.455%，Mg
5.15%，Cr 0.13%，Ti
0.016%，Zn 0.007%和余量为Al制成。
实施例2：
本发明高铁用5083铝合金板材，以重量百分含量表示，由原料Si
0.25%，Fe 0.25%，Cu
0.05%，Mn 0.55%，Mg
5.05%，Cr 0.18%，Ti
0.025%和余量为Al制成。
实施例3：
本发明高铁用5083铝合金板材，以重量百分含量表示，由原料Si
0.26%，Fe 0.30%，Cu
0.06%，Mn 0.5%，Mg
5.25%，Cr 0.14%，Ti
0.025%和余量为Al制成。
实施例4：
本发明高铁用5083铝合金板材，以重量百分含量表示，由原料Si
0.2%，Fe 0.22%，Cu
0.07%，Mn 0.45%，Mg
5.0%，Cr 0.10%，Ti
0.03%，Zn 0.005%和余量为Al制成。
实施例5：
本发明高铁用5083铝合金板材，以重量百分含量表示，由原料Si
0.30%，Fe 0.20%，Cu
0.03%，Mn 0.6%，Mg
5.3%，Cr 0.20%，Ti
0.015%，Zn 0.008%和余量为Al制成。
实施例6：
本发明高铁用5083铝合金板材，以重量百分含量表示，由原料Si
0.24%，Fe 0.27%，Cu
0.055%，Mn 0.5%，Mg
5.1%，Cr 0.16%，Ti
0.02%和余量为Al制成。
实施例7：
本发明实施例1高铁用5083铝合金板材的生产方法，详细步骤如下：
a、原料配制：按照实施例1所述高铁用5083铝合金板材的原料配比比例配制各种合金成分；
b、熔炼：将步骤a配制的各种合金成分加入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为750℃，熔炼后得到铝合金溶液；然后采用静止炉进行精炼，精炼温度为730℃，精炼时间60min；
c、铸造：将所得铝合金溶液在铸造温度为700℃、铸造水温为30℃、铸造水压为0.4kg/cm2、铸造速度为40mm/min、铸造水流量为160m3/h条件下铸造成厚度为510mm、宽度为1320mm的铝合金铸锭；铸造中检测氢含量≤0.15ml/100gAl；
d、锯头铣面：将得到的铝合金铸锭锯头、铣面，锯头长度150±2mm，小面单侧铣面量15±1mm，大面单侧铣面量15±1mm；经过铣面后铝合金铸锭的厚度为480mm；
e、均热：将铣面后的铸锭放入加热炉中进行加热，其加热制度为：第一阶段铸锭温度为490℃，保温时间13小时；第二阶段铸锭温度为525℃，保温时间为4小时，出炉温度为490℃；
f、热轧：对均热后的铸锭先进行粗轧，由厚度为480mm经过20道次的轧制，轧至厚度为22mm的毛坯料；热粗轧过程中乳液压力为0.2MPa，质量浓度为5%，粗轧后温度为420℃；
g、热精轧：轧制速度为2.2m/s，经连续4次轧制至厚度为7.5±0.5mm；在热精轧过程中乳液压力为0.3MPa，质量浓度为5%，压缩空气压力为0.35MPa；
h、冷轧及精整加工：冷轧是由厚度为7.5±0.5mm经3次轧制，3道次分配为7.5→6.0→5.3→4.0mm，轧制后的厚度为4.0mm；轧制速度为2.0m/s；然后进行拉弯矫直和清洗（拉弯矫直的参数：延伸率0.5%，速度48m/min，水温为82℃）；
i、退火：将步骤h得到的卷材半成品放入退火炉中，控制金属温度345℃，保温4h，然后进行分切、包装，即得成品；最后进行力学性能及组织性能检测（详见表1）。
实施例8：
本发明实施例2高铁用5083铝合金板材的生产方法，详细步骤如下：
a、原料配制：按照实施例2所述高铁用5083铝合金板材的原料配比比例配制各种合金成分；
b、熔炼：将步骤a配制的各种合金成分加入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为720℃，熔炼后得到铝合金溶液；然后采用静止炉进行精炼，精炼温度为720℃，精炼时间60min；
c、铸造：将所得铝合金溶液在铸造温度为690℃、铸造水温为25℃、铸造水压为0.2kg/cm2、铸造速度为35mm/min、铸造水流量为90m3/h条件下铸造成厚度为500mm、宽度为1300mm的铝合金铸锭；铸造中检测氢含量≤0.15ml/100gAl；
d、锯头铣面：将得到的铝合金铸锭锯头、铣面，锯头长度150±2mm，小面单侧铣面量15±1mm，大面单侧铣面量15±1mm；经过铣面后铝合金铸锭的厚度为470mm；
e、均热：将铣面后的铸锭放入加热炉中进行加热，其加热制度为：第一阶段铸锭温度为480℃，保温时间14小时；第二阶段铸锭温度为530℃，保温时间为4小时，出炉温度为480℃；
f、热轧：对均热后的铸锭先进行粗轧，由厚度为470mm经过19道次的轧制，轧至厚度为20mm的毛坯料；热粗轧过程中乳液压力为0.1MPa，质量浓度为3%，粗轧后温度为390℃；
g、热精轧：轧制速度为2.0m/s，经连续4次轧制至厚度为7.5±0.5mm；在热精轧过程中乳液压力为0.2MPa，质量浓度为3%，压缩空气压力为0.2MPa；
h、冷轧及精整加工：冷轧是由厚度为7.5±0.5mm经3次轧制，3道次分配为7.5→6.0→5.3→4.0mm，轧制后的厚度为4.0mm；轧制速度为1.6m/s；然后进行拉弯矫直和清洗（拉弯矫直的参数：延伸率0.3%，速度45m/min，水温为80℃）；
i、退火：将步骤h得到的卷材半成品放入退火炉中，控制金属温度340℃，保温4h，然后进行分切、包装，即得成品；最后进行力学性能及组织性能检测（详见表1）。
实施例9：
本发明实施例3高铁用5083铝合金板材的生产方法，详细步骤如下：
a、原料配制：按照实施例3所述高铁用5083铝合金板材的原料配比比例配制各种合金成分；
b、熔炼：将步骤a配制的各种合金成分加入熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为760℃，熔炼后得到铝合金溶液；然后采用静止炉进行精炼，精炼温度为750℃，精炼时间60min；
c、铸造：将所得铝合金溶液在铸造温度为720℃、铸造水温为35℃、铸造水压为0.6kg/cm2、铸造速度为50mm/min、铸造水流量为230m3/h条件下铸造成厚度为520mm、宽度为1350mm的铝合金铸锭；铸造中检测氢含量≤0.15ml/100gAl；
d、锯头铣面：将得到的铝合金铸锭锯头、铣面，锯头长度150±2mm，小面单侧铣面量15±1mm，大面单侧铣面量15±1mm；经过铣面后铝合金铸锭的厚度为490mm；
e、均热：将铣面后的铸锭放入加热炉中进行加热，其加热制度为：第一阶段铸锭温度为500℃，保温时间12小时；第二阶段铸锭温度为530℃，保温时间为4小时，出炉温度为500℃；
f、热轧：对均热后的铸锭先进行粗轧，由厚度为490mm经过23道次的轧制，轧至厚度为25mm的毛坯料；热粗轧过程中乳液压力为0.3MPa，质量浓度为8%，粗轧后温度为450℃；
g、热精轧：轧制速度为2.6m/s，经连续4次轧制至厚度为7.5±0.5mm；在热精轧过程中乳液压力为0.45MPa，质量浓度为8%，压缩空气压力为0.5MPa；
h、冷轧及精整加工：冷轧是由厚度为7.5±0.5mm经3次轧制，3道次分配为7.5→6.0→5.3→4.0mm，轧制后的厚度为4.0mm；轧制速度为2.6m/s；然后进行拉弯矫直和清洗（拉弯矫直的参数：延伸率0.8%，速度50m/min，水温为85℃）；
i、退火：将步骤h得到的卷材半成品放入退火炉中，控制金属温度350℃，保温4h，然后进行分切、包装，即得成品；最后进行力学性能及组织性能检测（详见表1）。
实施例10：
本发明实施例4高铁用5083铝合金板材的生产方法同实施例7。
实施例11：
本发明实施例5高铁用5083铝合金板材的生产方法同实施例7。
实施例12：
本发明实施例6高铁用5083铝合金板材的生产方法同实施例7。
Claims (6)
1.一种高铁用5083铝合金板材，其特征在于：以重量百分含量表示，所述高铁用5083铝合金板材由原料Si 0.20～0.30%，Fe 0.20～0.30%，Cu 0.03～0.07%，Mn 0.45～0.60%，Mg 5.0～5.3%，Cr 0.10～0.20%，Ti 0.015～0.03%，Zn 0～0.10%和余量为Al制成；
所述高铁用5083铝合金板材的生产方法，包括原料配制、熔炼、铸造、锯头铣面、均热、热粗轧、热精轧、冷轧、拉弯矫正、退火和切片包装，其中：
a、在铸造过程中控制铸造温度为690～720℃、铸造水温为25～35℃、铸造水压为0.2～0.6kg/cm2、铸造速度为35～50mm/min、铸造水流量为90～230m3/h；
b、锯头铣面过程中：锯床对铸造成的铝合金铸锭进行锯头，锭头长度为150±2mm；再用铣床进行铣面，铣面量为小面单侧15±1mm，大面单侧15±1mm；
c、均热过程中采用加热炉进行加热铝合金铸锭，其加热制度为：第一阶段铸锭温度为480～500℃，保温时间12～14小时；第二阶段铸锭温度为520～530℃，保温时间为4小时，出炉温度为480～500℃；
d、热粗轧铝合金铸锭由厚度为470～490mm经过19～23道次的轧制，轧至厚度为20～25mm的毛坯料；热粗轧过程中乳液压力为0.1～0.3MPa，质量浓度为3～8%，粗轧后温度为390～450℃；
e、热精轧过程中：轧制速度为2.0～2.6m/s，经连续4次轧制至厚度为7.5±0.5mm；在热精轧过程中乳液压力为0.2～0.45MPa，质量浓度为3～8%，压缩空气压力为0.2～0.5 MPa；
f、冷轧是由厚度为7.5±0.5mm经3次轧制，3道次分配为7.5→6.0→5.3→4.0mm，轧制后的厚度为4.0mm；轧制速度为1.6～2.6m/s；
g、退火过程中退火炉内金属温度为340～350℃，保温时间为4h。
2.根据权利要求1所述的高铁用5083铝合金板材，其特征在于：铸造中检测氢含量≤0.15ml/100gAl。
3.根据权利要求1所述的高铁用5083铝合金板材，其特征在于：铸造后所得铝合金铸锭的厚度为500～520mm，宽度为1300～1350mm。
4.根据权利要求1所述的高铁用5083铝合金板材，其特征在于，拉弯矫正过程中的参数为：延伸率0.3～0.8%，速度45～50m/min，水温为80～85℃。
5.根据权利要求1所述的高铁用5083铝合金板材，其特征在于，轧制过程中控制厚度公差为±0.05mm，宽度公差为0～3mm。
6.根据权利要求1所述的高铁用5083铝合金板材，其特征在于，退火后产品的性能检测为：抗拉强度275～350MPa，延伸率20～26%，屈服强度125～200MPa，疲劳强度160～170MPa。
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