一種7×××鋁合金板材大鑄錠順向軋制工藝研究

張宏亮 ，王海濱，徐克宇，王兆立，趙亮

(東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150060)

7×××鋁合金板材屬于Al-Zn系合金，具有強(qiáng)度高、塑性好、機(jī)加后不易變形等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高速列車、地鐵及動(dòng)車組等制造業(yè)。隨著國內(nèi)軌道客車制造業(yè)及航空航天工業(yè)的迅速發(fā)展，7×××鋁合金板材的需求量大幅增加，為滿足市場(chǎng)需求，拓寬生產(chǎn)窄口，提高生產(chǎn)效率，開展了本次生產(chǎn)試驗(yàn)。本試驗(yàn)主要研究了順向軋制對(duì)7×××鋁合金板材熱軋工藝、T4狀態(tài)力學(xué)性能、內(nèi)部組織及表面質(zhì)量的影響，確定了最佳的順向軋制生產(chǎn)工藝，為生產(chǎn)出符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及用戶要求的鋁合金板材提供了理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

選用熔鑄分廠半連續(xù)鑄造方式生產(chǎn)的規(guī)格為300mm×1320mm×3200mm和300mm×1150mm×2400mm的7×××鋁合金鑄錠，化學(xué)成分符合GB/T3190的規(guī)定。

1.2 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值

7×××合金T4狀態(tài)3mm～50mm厚板材的力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

表1 7×××板材試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值

1.3 工藝流程

熔鑄→均火→銑面→加熱→熱軋→剪切→淬火→拉伸→鋸切→性能檢測(cè)→驗(yàn)收→包裝、交貨。

1.4 試驗(yàn)內(nèi)容

① 加熱

鑄錠采用推進(jìn)式加熱爐加熱，上氣流定溫540℃，下氣流定溫520℃，加熱時(shí)間為10～12小時(shí)，開軋溫度為360℃～400℃，可根據(jù)實(shí)際加熱情況延長或縮短加熱時(shí)間，以保證出爐溫度。記錄加熱時(shí)間、出爐溫度。

② 熱軋

熱軋成品厚度分別為12mm、15mm。記錄道次壓下量、軋制力、軋制時(shí)間、板形、熱軋終了溫度、終了厚度。

③ 淬火

采用輥底式淬火爐進(jìn)行淬火，淬火制度：定溫460±2℃/加熱30min，保溫25min。

④ 拉伸

采用板材拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸，拉伸量為1.2%～3.0%。

⑤ 鋸切

精密鋸床鋸切成品，切取試樣進(jìn)行檢測(cè)。

⑥ 對(duì)比分析大鑄錠與小鑄錠的T4狀態(tài)板材組織、力學(xué)性能。

2 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

2.1 推進(jìn)式加熱爐加熱試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)鑄錠按1.4①節(jié)所述參數(shù)加熱。為保證加熱質(zhì)量，試驗(yàn)料生產(chǎn)時(shí)采用分區(qū)加熱，在試驗(yàn)料前后各留有10個(gè)空墊。加熱試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 鑄錠加熱情況

由表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出加熱時(shí)間為10.5h～11.1h，鑄錠溫度均為中限；因此， 所 定加熱制度可行。

2.2 熱軋情況及分析

熱軋參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果見表3。熱軋機(jī)的設(shè)備能力：熱軋機(jī)額定負(fù)荷20 MN；實(shí)際負(fù)荷2.9 MN～12 MN，未超負(fù)荷。

表3 熱軋工藝參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果

由表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：在成品厚度一致的情況下，7×××合金鑄錠順向軋制熱軋的最大軋制力、最大道次加工率均大于橫向軋制，軋制道次少于橫向軋制，滾邊道次多于橫向軋制。這是因?yàn)椋?×××合金順向軋制鑄塊采用推進(jìn)式加熱爐加熱，其熱傳遞方式為傳導(dǎo)，加熱速度慢，但鑄錠內(nèi)外溫差小，到溫?zé)彳垥r(shí)鑄錠內(nèi)外變形抗力接近，且都較小，熱軋容易進(jìn)行。但由于順向軋制鑄錠沒有進(jìn)行刨邊，邊部為鑄造表面，存在較多偏析瘤，熱軋非常容易裂邊，需增加滾邊次數(shù)。7×××合金橫軋鑄錠采用鏈?zhǔn)郊訜釥t加熱，其熱傳遞方式為輻射，加熱速度快，但鑄錠內(nèi)外溫差大，變形抗力差別大，因此道次壓下量、道次加工率相對(duì)較低。橫軋鑄錠邊部為鋸切表面，相對(duì)于鑄造表面容易加工，因此滾邊次數(shù)相對(duì)較少?？梢姡樝蜍堉?×××合金鑄錠，熱軋開軋溫度可沿用橫軋開軋溫度：360℃～400℃，熱軋的最大道次壓下量、最大道次加工率均略高于橫向軋制，軋制道次少于橫向軋制，滾邊道次多于橫向軋制。

2.3 力學(xué)性能分析

7×××合金順向軋制的板材在淬火、拉伸后切取力學(xué)性能試樣，進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果與橫軋板材進(jìn)行對(duì)比。具體結(jié)果見表4。

表4 7×××鋁合金試驗(yàn)料力學(xué)性能

由表4的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：7×××順向軋制板材與橫向軋制板材力學(xué)性能非常接近，說明順向軋制對(duì)7×××板材力學(xué)性能影響不大。這是因?yàn)榇慊鸢宀牧W(xué)性能主要取決于淬火工藝參數(shù)及本身合金特性?？梢?×××順向軋制板材淬火溫度可采用與橫軋相同的460±2℃。

2.4 組織分析

試驗(yàn)料的高倍組織與橫軋的7×××鋁合金板材的高倍組織對(duì)比見圖1。

圖1 7×××板材高倍組織

由圖1可以看出用大方鑄錠、推進(jìn)式加熱爐生產(chǎn)出的7×××板材與橫向軋制生產(chǎn)出的板材高倍組織沒有差異，高倍組織中強(qiáng)化相分布均勻，高倍組織無過燒，符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 結(jié)論

(1)順向軋制7×××合金鑄錠，熱軋開軋溫度可沿用橫軋開軋溫度：360℃～400℃，熱軋的最大道次壓下量、最大道次加工率均大于橫向軋制，軋制道次少于橫向軋制，滾邊道次多于橫向軋制；

(2)順向軋制對(duì)7×××板材力學(xué)性能沒有明顯影響；

(3)順向軋制對(duì)7×××板材內(nèi)部組織沒有明顯影響；

(4)7×××順向軋制板材淬火溫度可采用與橫軋相同的460±2℃；

(5)7×××板材順向軋制時(shí)，熱軋易產(chǎn)生裂邊，對(duì)板材成品率存在潛在影響。