5A12-O薄板工藝開發(fā)與研究

肖順華

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司壓延廠，重慶 九龍坡 401326）

5A12-O薄板工藝開發(fā)與研究

肖順華

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司壓延廠，重慶 九龍坡 401326）

通過試制開發(fā)出5A12鋁合金大生產(chǎn)條件下軋制與熱處理工藝，獲得批量生產(chǎn)能力。

5A12；熱軋；冷軋；熱處理；工業(yè)化

0 前言

5A12屬于5×××系合金，是以Mg為主要合金元素的鋁合金，其Mg含量為8.3% ～ 9.6%，抗蝕性好，強(qiáng)度較高，是具有高附加值的產(chǎn)品，主要用于焊接結(jié)構(gòu)件。由于其Mg含量較高，比LF6等常用高鎂合金Mg含量高出近一倍，具有強(qiáng)烈的加工硬化效應(yīng)，軋制困難且軋制過程中容易出現(xiàn)開裂，已不能簡單參照LF6等高鎂合金生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)，必須系統(tǒng)開展5A12合金生產(chǎn)工藝研究與開發(fā)。本文結(jié)合我廠設(shè)備能力，通過多次工藝方案試驗(yàn)，得出最佳工藝方案，不但滿足現(xiàn)場生產(chǎn)條件，而且滿足客戶要求的5A12-O合金板材。

1 材料制備、性能指標(biāo)與工藝方案擬定

1.1 材料制備

方鑄錠規(guī)格為：400mm×1320mm×2500mm；成品規(guī)格為：3.0mm×1200mm×2000mm。

1.2 性能指標(biāo)

常溫力學(xué)性能：σb≥382MPa；

1.3 工藝方案

一次熱軋（片式）→鋸邊→二次熱軋（片式）+卷式軋至冷軋毛料（切邊）→預(yù)先退火→冷軋→成品退火→（冷壓）→鋸切、取樣→包裝驗(yàn)收。

2 工序跟蹤與研究

2.1 熱軋

根據(jù)5A12合金熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果及5×××系合金熱加工溫度范圍，得出5A12合金開軋最佳溫度為400±20℃，盡量讓5A12合金在最大塑性區(qū)間軋制，保證順利軋制成卷，預(yù)留寬度余量并制定二次壓延工藝，即第一次熱軋采用熱粗軋機(jī)進(jìn)行開坯軋制，采用小壓下、低速軋制從375mm軋至170mm厚度時(shí)裂邊明顯，停止軋制，冷卻后經(jīng)鋸床鋸掉邊部裂口后進(jìn)行第二次熱軋。二次熱軋軋制過程比較順利，但板材軋至55mm后，由于合金總加工量增加，塑性劇烈下降邊部出現(xiàn)了較大裂邊，然后經(jīng)過熱精軋機(jī)卷式生產(chǎn)，采用3道次軋成，板材厚度軋至5.5mm，整個(gè)軋制過程較為順利，熱精軋順利成卷，但卷材邊部有較多裂邊雖未能完全切凈，但可確保成品寬度。

2.2 預(yù)先退火

5A12合金Mg含量高，具有強(qiáng)烈的加工硬化效應(yīng)，因此冷軋前必須經(jīng)過預(yù)先退火。為制定最佳預(yù)先退火工藝，在熱軋毛料上取樣進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 5A12預(yù)先退火實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，金屬溫度在260℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度已經(jīng)明顯下降，延伸緩慢上升；金屬溫度為260～320℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度變化不大，延伸率基本上呈線性變化。當(dāng)金屬溫度升高到340℃時(shí)，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸都有一個(gè)比較明顯的變化，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度基本降至最低點(diǎn)，延伸率明顯升高，溫度上升到360℃后，抗拉強(qiáng)度沒有變化，延伸率繼續(xù)升高，達(dá)到24%左右，以后沒有明顯變化。

通過上述分析，金屬溫度到360℃，符合預(yù)先退火要求，因此，采用370±10℃進(jìn)行預(yù)先退火。

2.3 冷軋

通過預(yù)先退火后，在2800mm冷軋機(jī)上進(jìn)行冷軋，在卷材咬入軋輥后，帶材即出現(xiàn)了明顯開裂，導(dǎo)致冷軋不能繼續(xù)進(jìn)行。為找到發(fā)生此現(xiàn)象的根本原因，一是通過對(duì)退火卷材取樣進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其延伸率僅為10%左右，與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。二是退火卷材高倍組織顯示，退火后的5A12合金卷材內(nèi)部存在較多塊狀化合物，嚴(yán)重降低了合金加工塑性，導(dǎo)致冷軋制開裂。

具體原因從合金成分看5×××系合金以Mg為主要合金元素，其雜質(zhì)元素為Fe、Si。其中，Si與部分Mg形成Mg2Si，該化合物對(duì)合金塑性十分不利，同時(shí)由于5A12合金Mg含量很高，Mg的過剩，大大降低了Mg2Si相在基體中的溶解度，在工業(yè)爐生產(chǎn)中，卷材升降溫速度緩慢，不利于Mg2Si相在基體中的溶解，最終導(dǎo)致5A12延伸率不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)室取得的效果。

又根據(jù)Al-Mg系合金平衡相圖及合金成分范圍，經(jīng)金相分析和電子探針微區(qū)定性分析驗(yàn)證，合金在鑄造緩慢冷卻條件下可以看到以下組成相：β（Mg2Al3）相，α（Al）+β（Mg2Al3）共晶組織中的β（Mg2Al3）相呈骨骼狀，浸蝕前為淺灰色，經(jīng)10%H3PO4水溶液浸蝕后，使邊界顯現(xiàn)更為清晰。β（Mg2Al3）相具有面心立方晶格，在室溫下很脆，因此，合金中含量愈多，則塑性愈低。合金中α（Al）+β（Mg2Al3）不平衡共晶的出現(xiàn)與Mg含量有密切關(guān)系。在LF2及LF3合金中，沒有看到β（Mg2Al3）相，在LF5合金中能看到少量的β（Mg2Al3）相，而在LF6及LF12合金中，β（Mg2Al3）相的數(shù)量隨鎂含量的提高而相應(yīng)增加。

而高鎂合金在淬火、時(shí)效時(shí)形成的新相β′和基體不發(fā)生共格強(qiáng)化效果，因此5A12合金可以采取淬火方式，提高板材冷卻速度，減少β相析出，提高板材塑性。

通過試驗(yàn)可知快速升降溫退火能使5A12合金中的 Mg2Si相及過剩Mg元素溶于基體之中，形成過飽和固溶體，并有效抑制Mg2Si相的析出，這樣大大改善了Mg2Si相在基體中的溶解度。這就是實(shí)驗(yàn)室退火能達(dá)到要求而工業(yè)退火爐不能達(dá)到要求的根本原因。

因此將退火工藝調(diào)整為快速升溫退火方式進(jìn)行處理，在沒有厚規(guī)格氣墊爐的前提下，只有通過鹽浴退火后采用片式法軋制。

取樣在實(shí)驗(yàn)室小鹽浴爐進(jìn)行了退火實(shí)驗(yàn)，退火溫度范圍為450～520℃。退火后性能指標(biāo)比較接近，延伸率達(dá)到25%，且高倍組織均沒有過燒現(xiàn)象，但當(dāng)溫度超過510℃時(shí)，試樣表面出現(xiàn)了氣泡。因此，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，選取鹽浴退火溫度為470～480℃。

5A12合金熱軋卷經(jīng)剪切后經(jīng)鹽浴槽480℃退火、粗平矯直后，由1650mm冷軋機(jī)進(jìn)行片式冷軋，經(jīng)試驗(yàn)軋制板材冷變形量可達(dá)到30%以上，因此直接軋至成品厚度3.0～3.3mm，并且板材表面質(zhì)量較好，板型優(yōu)良，邊部質(zhì)量較好。這證明通過鹽浴退火后進(jìn)行冷軋，能夠最大程度提高板材加工塑性并順利軋制到成品規(guī)格。

2.4 成品退火

前面已經(jīng)進(jìn)行了預(yù)先退火工藝研究，清楚了5A12合金的基本特點(diǎn)，其再結(jié)晶溫度在340℃左右，退火溫度不應(yīng)超過510℃，因此，成品退火溫度為470～480℃鹽浴槽退火。為保證產(chǎn)品一次投入合格，進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)模擬實(shí)驗(yàn)，摸索退火后施加不同壓光量板材的性能情況，其結(jié)果見表3。

表3 工業(yè)化模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，退火后未經(jīng)壓光板材延伸率非常好，但抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度略低于標(biāo)準(zhǔn)要求；通過施加1%～2%壓光量，屈服強(qiáng)度得到大幅提高，抗拉強(qiáng)度略為提高，在標(biāo)準(zhǔn)值邊緣，延伸率有小幅下降；當(dāng)壓光量提高到6%～7%時(shí)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均得到大幅提高，但延伸率下降比較厲害，其中一個(gè)試樣延伸率已經(jīng)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，5A12退火后需通過壓光提高強(qiáng)度，壓光量控制在2%～7%內(nèi)，控制在4%左右最好。

2.5 成品檢測結(jié)果

通過上述工藝試生產(chǎn)5A12-O板型、表面質(zhì)量良好，尺寸合格，性能指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，見表4。證明該工藝制定合理，能滿足生產(chǎn)和使用要求。

表4 5A12-O成品板材性能

3 結(jié)論

通過上述試制與工藝調(diào)整成功開發(fā)了5A12-O 3.0mm厚薄板生產(chǎn)工藝并形成批量化生產(chǎn)。其工藝控制要點(diǎn)為：

（1）工藝路線：一次熱軋（片式）→鋸邊→二次熱軋（片式）+卷式軋至冷軋毛料（切邊）→剪切→鹽浴爐退火→片式冷軋→成品退火→冷壓→鋸切、取樣→包裝驗(yàn)收。

（2）工序要點(diǎn)：①鑄錠加熱溫度380～420℃，盡量控制在380～400℃之間；②熱軋采用小壓下工藝，采用中低速軋制，保證軋件有好的塑性；③板材采用片式冷軋；④板材退火采用鹽浴退火，提高板材塑性；⑤成品退火后通過施加4%左右壓光量，改善板型并提高板材強(qiáng)度，使板材具有較好綜合性能。

（編輯：楊毅）

Research on Process of 5A12-O Aluminum Alloy

XIAO Shun-hua
(Southwest Aluminum (Group) Co.,Ltd., Chongqing 401326, China)

Mass production can be obtained by developing rolling and heat treatment process of 5A12 aluminum alloy production conditions.

5A12; hot rolling; cold rolling; heat treatment; industrialization

TG146.21，TG166.3，TG335.11

B

1005-4898(2014)04-0038-03

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.09

肖順華（1985-），女，湖北松滋人，大學(xué)本科。

2014-06-10