一种高效6000系铝合金中厚板热轧方法
阅读说明：本技术 一种高效6000系铝合金中厚板热轧方法 (High-efficiency 6000-series aluminum alloy medium plate hot rolling method ) 是由 郑忱奕 陈秋林 闫焱 周志乐 孙钊 韦勇敏 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高效6000系铝合金中厚板热轧方法,包括以下步骤：对6000系铝合金铸锭进行均热预热一体化热处理；将铸锭轧制到中间坯厚度；将中间坯剪成3段以上,分别记为中间坯1至中间坯N；分别将中间坯1至中间坯N轧制到成品厚度,相应获得批次1板材至批次N板材。本发明可以实现在完成铸锭均热预热一体化热处理之后直接进行轧制,避免了单独进行均匀化热处理而导致生产效率下降的问题,同时还可以确保铸锭与板材不发生过烧现象；此外,在热轧过程中可以实现单块铸锭被轧制到3个及以上的目标厚度,而不会因温度过低发生轧制失败,从而在保证6000系铝合金中厚板性能达标的同时提高了热轧过程的生产效率。(The invention discloses a high-efficiency 6000 series aluminum alloy medium plate hot rolling method, which comprises the following steps: carrying out soaking and preheating integrated heat treatment on the 6000 series aluminum alloy cast ingot; rolling the cast ingot to the thickness of the intermediate blank; cutting the intermediate blank into more than 3 sections, and respectively marking as an intermediate blank 1 to an intermediate blank N; and respectively rolling the intermediate blanks 1 to N to the thickness of a finished product, and correspondingly obtaining the plates of the batches 1 to N. The invention can realize direct rolling after finishing the integrated heat treatment of soaking and preheating of the cast ingot, avoids the problem of reduction of production efficiency caused by single homogenization heat treatment, and simultaneously can ensure that the cast ingot and the plate are not over-burnt; in addition, in the hot rolling process, the single ingot can be rolled to the target thickness of 3 or more, and rolling failure caused by too low temperature can be avoided, so that the performance of the 6000 series aluminum alloy medium plate can reach the standard, and the production efficiency in the hot rolling process is improved.)
技术领域
本发明涉及铝合金制备技术领域，尤其涉及一种高效6000系铝合金中厚板热轧方法。
背景技术
铝合金中厚板是指通过热粗轧获得的厚度≥12mm的板材，6000系铝合金具有成形性好、耐蚀性好、强度较高等特点，在航空航天、交通运输、内装饰等领域都有着广泛的应用。随着市场对于不同厚度6000系铝合金中厚板需求量的增加，现有6000系铝合金板材热轧工艺因能耗高、耗时长，而且只能将单块铸锭轧制到1个或2个目标厚度，生产效率低下，已经不能满足市场日益提升的需求。
在现有的6000系铝合金板材热轧工艺中，铸锭首先在530～540℃/10～14h的热处理制度下进行均匀化热处理，这主要是为了消除枝晶偏析、促进非平衡相的溶解，在完成均匀化热处理后，需要花费1～2天的时间等待铸锭冷却；铸锭冷却后，需要再次通过430～470℃/2～4h的预热工艺进行加热后才能轧制，这是因为6000系铝合金在430～470℃时，已经拥有了良好的塑性，可以满足轧制需求，如果提升加热温度就会导致加热成本升高，同时还有可能发生过烧现象。然而，在这样的现有工艺下，铸锭在完成均匀化热处理后，需要等待1～2天才能冷却并转运，导致生产周期加长；此外，在热轧前需要再次对铸锭进行预热，这也会使得能耗进一步增加；而且由于预热工艺430～470℃/2～4h的温度相对较低，在热轧的终轧阶段，中间坯的温度可能会过低导致轧制失败，因此只能将单块铸锭轧制到1个或2个目标厚度。
综上，现有的6000系铝合金板材热轧工艺存在以下缺点：(1)铸锭在完成均匀化热处理后，需要等待铸锭冷却后才能进行转运，周期长；(2)热轧前需要再次对铸锭进行预热，导致能耗进一步增加；(3)预热工艺的相对温度较低，在热轧的终轧阶段，中间坯的温度可能会过低导致轧制失败，因此只能将单块铸锭轧制到1个或2个目标厚度，而如果提升加热温度不仅会导致加热成本升高，同时还极有可能发生过烧现象。
发明内容
针对以上不足，本发明提供一种周期短、能耗低的高效6000系铝合金中厚板热轧方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高效6000系铝合金中厚板热轧方法，包括以下步骤：
S1、对6000系铝合金铸锭进行均热预热一体化热处理；
S2、将铸锭轧制到中间坯厚度；
S3、将中间坯剪成3段以上，分别记为中间坯1、中间坯2、……、中间坯N，其中N≥3；
S4、分别将中间坯1、中间坯2、……、中间坯N轧制到成品厚度，相应获得批次1板材、批次2板材、……、批次N板材。
进一步地，步骤S1均热预热一体化热处理中铸锭的保温温度为530～545℃，保温时间为6～10h，以保证均匀化效果良好。
进一步地，步骤S2将铸锭轧制到中间坯厚度的开坯温度为500～530℃，以保证铸锭与中间坯在热轧过程处于高温状态。
进一步地，步骤S2将铸锭轧制到中间坯厚度的开坯前5个道次的加工率低于7％，防止因加工率过大导致铸锭温度过高而发生过烧现象。
进一步地，步骤S4将中间坯N轧制到成品厚度时，中间坯N的终轧温度≥420℃，保证在轧制中间坯N成品板材的过程中不会因温度过低而发生轧制失败。
进一步地，所述6000系铝合金的组分及质量百分比：
Si：1.10～1.25％、Fe：0～0.30％、Cu：0～0.09％、Mn：0.70～0.90％、Mg：0.80～1.00％、Cr：0.18～0.22％、Zn：0～0.18％、Ti：0～0.10％，其余为Al及不可避免的杂质。
进一步地，所述6000系铝合金的组分及质量百分比：
Si：0.56～0.70％、Fe：0.40～0.50％、Cu：0.20～0.35％、Mn：0.10～0.15％、Mg：0.90～1.20％、Cr：0.30～0.35％、Zn：0～0.15％、Ti：0～0.10％，其余为Al及不可避免的杂质。
进一步地，步骤S3将中间坯剪成的段数为3段，分别记为中间坯1、中间坯2和中间坯3。
本发明通过6000系铝合金铸锭的均热预热一体化热处理，可以同时完成均匀化热处理与预热过程，不仅缩短了生产周期还避免了二次加热导致的能耗增加，同时，通过制定合理的均热预热一体化工艺，还可以保证铸锭与板材不发生过烧现象，此外，在较高的开坯温度与终轧温度下还可以保证单块铸锭被轧制到3个以上的目标厚度，而不会因温度过低而发生轧制失败。
本发明还提供一种6000系铝合金中厚板制备方法，步骤包括：配料、铸造、热轧、固溶淬火、预拉伸、时效强化，其中，热轧采用上述高效6000系铝合金中厚板热轧方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以实现在完成铸锭均热预热一体化热处理之后直接进行轧制，避免了单独进行均匀化热处理而导致生产效率下降的问题，同时还可以确保铸锭与板材不发生过烧现象；此外，在热轧过程中可以实现单块铸锭被轧制到3个或3个以上的目标厚度，而不会因温度过低发生轧制失败，从而在保证6000系铝合金中厚板性能达标的同时提高了热轧过程的生产效率。
本发明提供的6000系铝合金中厚板制备方法，通过使用上述高效6000系铝合金中厚板热轧方法，能够缩短生产周期、节省能耗，保证将单块铸锭可以被轧制到3个以上的目标厚度，而不会因温度过低而发生轧制失败，从而提供整体生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例的流程示意图；
图2为本发明中使用的6082铝合金铸锭的差热扫描量热法的扫描曲线图；
图3为6082铝合金铸锭在均热预热一体化热处理前的金相图；
图4为6082铝合金铸锭在均热预热一体化热处理后的金相图；
图5为实施例1中铝合金的中间坯1在横截面的金相图；
图6为本发明中使用的6061铝合金铸锭的差热扫描量热法的扫描曲线图；
图7为6061铝合金铸锭在均热预热一体化热处理前的金相图；
图8为6061铝合金铸锭在均热预热一体化热处理后的金相图；
图9为实施例2中铝合金的中间坯1在横截面的金相图；
图10为实施例3中铝合金的中间坯1在横截面的金相图；
图11为本发明对比例的流程示意图；
图12为对比例的中间坯2发生轧制失败时出现板材厚度不均的情况的照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，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作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
请参照图1，本实施例提供一种高效6000系铝合金中厚板热轧方法，包括以下步骤：
S1、对6000系铝合金铸锭进行均热预热一体化热处理。
其中，本实施例的6000系铝合金的组分及质量百分比为：Si：1.20％、Fe：0.26％、Cu：0.08％、Mn：0.77％、Mg：0.92％、Cr：0.20％、Zn：0.06％、Ti：0.02％，其余为Al及不可避免的杂质，其实质属于6082铝合金。配料经过精炼、扒渣、过滤后进行铸造，完成铸造后对铸锭进行对称铣面，最终得到铸锭规格为：570*1700*5700mm，其中，精炼、扒渣、过滤、铸造以及对称铣面等工艺采用常规的6000系铝合金中厚板制备工艺参数。
对铝合金铸锭进行均热预热一体化热处理，其中保温温度为545℃，保温时间为6.2h，以保证均匀化效果良好。
图2为本发明中使用的6082铝合金铸锭的差热扫描量热法结果，其中，在本发明的6082铝合金组分范围内，最低的过烧温度为555～557℃，可知本实施例中保温温度合理，不会发生过烧现象。
请参照图3和图4，图3为本发明中使用的6082铝合金铸锭在均热预热一体化热处理前的金相图，由图中可知铸锭中晶界位置的存在大量非平衡相。图4为本发明中使用的6082铝合金铸锭在进行均热预热一体化热处理后的金相图，由图中可知，经过均热预热一体化热处理后，铸锭中晶界位置的非平衡相已大部分溶解或发生球化，且未发生过烧现象，均热效果良好。
S2、将铸锭轧制到中间坯厚度。
通过粗轧机将铸锭轧制到中间坯厚度，铸锭开坯温度为521℃且前5个道次的加工率低于7％，可以防止因加工率过大导致铸锭温度升高的过烧现象。
S3、将中间坯剪成3段，分别记为中间坯1、中间坯2、中间坯3。
将中间坯通过重型液压剪分成3段，分别为中间坯1、中间坯2、中间坯3。
S4、分别将中间坯1、中间坯2、中间坯3轧制到成品厚度，相应获得批次1板材、批次2板材、批次3板材。
将中间坯1通过粗轧机轧制到成品厚度1，获得批次1板材；将中间坯2通过粗轧机轧制到成品厚度2，获得批次2板材；将中间坯3通过粗轧机轧制到成品厚度3，获得批次3板材。
其中，图5为本实施例铝合金的中间坯1在横截面的金相图，其中未观察到过烧组织。
表1为实施例1中热轧过程的轧制道次分配与坯料表面温度变化，其中坯料表面温度一直维持在较高温度，且不超过本发明使用的6082铝合金的过烧温度。同时，由表1可知，在进行步骤S4过程时，中间坯3的温度为470～471℃，在该温度下6082铝合金仍然具有良好的塑性，保证了在轧制中间坯3时不会因温度过低而发生轧制失败。
表1实施例1中热轧过程的轧制道次分配与坯料表面温度变化
热轧后，本实施例对各批次板材进行后续处理，对热轧后的各个批次铝合金板材进行热处理强化与板材精整，主要包括：固溶淬火、预拉伸、时效强化，最后经过锯切、表面刷磨等精整工序制得6082/T651铝合金中厚板产品，其中，固溶淬火、预拉伸、时效强化、锯切、表面刷磨等工艺采用常规的6000系铝合金中厚板制备工艺参数。
表2为实施例1中各个批次的6082/T651铝合金中厚板产品的性能，其中各项力学性能均符合国标要求。
表2实施例1中各个批次的6082/T651铝合金中厚板产品的性能指标
状态
厚度/mm
R<sub>p0.2</sub>/MPa
R<sub>m</sub>/MPa
A/％
6082/T651-国标
＞60.0～100.0
≥240
≥295
≥7.0
批次1
93.1
307
334
12.0
批次2
82.9
310
335
12.0
批次3
72.4
302
331
12.5
实施例2
请参照图1，本实施例提供一种高效6000系铝合金中厚板热轧方法，包括以下步骤：
S1、对6000系铝合金铸锭进行均热预热一体化热处理。
其中，本实施例的6000系铝合金的组分及质量百分比为：Si：0.62％、Fe：0.43％、Cu：0.28％、Mn：0.12％、Mg：1.03％、Cr：0.32％、Zn：0.11％、Ti：0.03％，其余为Al及不可避免的杂质，其实质属于6061铝合金。配料经过精炼、扒渣、过滤后进行铸造，完成铸造后对铸锭进行对称铣面，最终得到铸锭规格为：568*1640*7700mm，其中，精炼、扒渣、过滤、铸造以及对称铣面等工艺采用常规的6000系铝合金中厚板制备工艺参数。
对铝合金铸锭进行均热预热一体化热处理，其中保温温度为530℃，保温时间为9.5h，以保证均匀化效果良好。
图6为本发明中使用的6061铝合金铸锭的差热扫描量热法结果，其中，在本发明的6061铝合金组分范围内，最低的过烧温度为583～586℃，可知本实施例中保温温度合理，不会发生过烧现象。
请参照图7和图8，图7为本发明中使用的6061铝合金铸锭在均热预热一体化热处理前的金相图，由图中可知铸锭中晶界位置的存在大量非平衡相。图8为本发明中使用的6061铝合金铸锭在进行均热预热一体化热处理后的金相图，由图中可知，经过均热预热一体化热处理后，铸锭中晶界位置的非平衡相已大部分溶解或发生球化，且未发生过烧现象，均热效果良好。
S2、将铸锭轧制到中间坯厚度。
通过粗轧机将铸锭轧制到中间坯厚度，铸锭开坯温度为501℃且前5个道次的加工率低于7％，可以防止因加工率过大导致铸锭温度升高的过烧现象。
S3、将中间坯剪成3段，分别记为中间坯1、中间坯2、中间坯3。
将中间坯通过重型液压剪分成3段，分别为中间坯1、中间坯2、中间坯3。
S4、分别将中间坯1、中间坯2、中间坯3轧制到成品厚度，相应获得批次1板材、批次2板材、批次3板材。
将中间坯1通过粗轧机轧制到成品厚度1，获得批次1板材；将中间坯2通过粗轧机轧制到成品厚度2，获得批次2板材；将中间坯3通过粗轧机轧制到成品厚度3，获得批次3板材。
其中，图9为本实施例铝合金的中间坯1在横截面的金相图，其中未观察到过烧组织。
表3为实施例2中热轧过程的轧制道次分配与坯料表面温度变化，其中坯料表面温度一直维持在较高温度，且不超过6061铝合金过烧温度。同时，由表3可知，在进行步骤S4过程时，中间坯3的温度为459～460℃，在该温度下6061铝合金仍然具有良好的塑性，保证了在轧制中间坯3时不会因温度过低而发生轧制失败。
表3实施例2中热轧过程的轧制道次分配与坯料表面温度变化
热轧后，本实施例对各批次板材进行后续处理，对热轧后的各个批次铝合金板材进行热处理强化与板材精整，主要包括：固溶淬火、预拉伸、时效强化，最后经过锯切、表面刷磨等精整工序制得6061/T651铝合金中厚板产品，其中，固溶淬火、预拉伸、时效强化、锯切、表面刷磨等工艺采用常规的6000系铝合金中厚板制备工艺参数。
表4为实施例2中各个批次的6061/T651铝合金中厚板产品的性能，其中各项力学性能均符合国标要求。
表4实施例2中各个批次的6061/T651铝合金中厚板产品的性能指标
状态
厚度/mm
R<sub>p0.2</sub>/MPa
R<sub>m</sub>/MPa
A/％
6061/T651-国标
＞50.0～100.0
≥240
≥290
≥5
批次1
99.1
289
329
13.0
批次2
87.8
291
326
12.8
批次3
78.4
292
329
13.7
实施例3
请参照图1，本实施例提供一种高效6000系铝合金中厚板热轧方法，包括以下步骤：
S1、对6000系铝合金铸锭进行均热预热一体化热处理。
其中，本实施例的6000系铝合金的组分及质量百分比为：Si：0.64％、Fe：0.40％、Cu：0.26％、Mn：0.15％、Mg：1.08％、Cr：0.30％、Zn：0.10％、Ti：0.02％，其余为Al及不可避免的杂质，其实质属于6061铝合金。配料经过精炼、扒渣、过滤后进行铸造，完成铸造后对铸锭进行对称铣面，最终得到铸锭规格为：609*2100*5500mm，其中，精炼、扒渣、过滤、铸造以及对称铣面等工艺采用常规的6000系铝合金中厚板制备工艺参数。
对铝合金铸锭进行均热预热一体化热处理，其中保温温度为540℃，保温时间为8.1h，以保证均匀化效果良好。
图6为本发明中使用的6061铝合金铸锭的差热扫描量热法结果，其中，在本发明的6061铝合金组分范围内，最低的过烧温度为583～586℃，可知本实施例中保温温度合理，不会发生过烧现象。
S2、将铸锭轧制到中间坯厚度。
通过粗轧机将铸锭轧制到中间坯厚度，铸锭开坯温度为510℃且前5个道次的加工率低于7％，可以防止因加工率过大导致铸锭温度升高的过烧现象。
S3、将中间坯剪成3段，分别记为中间坯1、中间坯2、中间坯3。
将中间坯通过重型液压剪分成3段，分别为中间坯1、中间坯2、中间坯3。
S4、分别将中间坯1、中间坯2、中间坯3轧制到成品厚度，相应获得批次1板材、批次2板材、批次3板材。
将中间坯1通过粗轧机轧制到成品厚度1，获得批次1板材；将中间坯2通过粗轧机轧制到成品厚度2，获得批次2板材；将中间坯3通过粗轧机轧制到成品厚度3，获得批次3板材。
其中，图10为本实施例铝合金的中间坯1在横截面的金相图，其中未观察到过烧组织。
表5为实施例3中热轧过程的轧制道次分配与坯料表面温度变化，其中坯料表面温度一直维持在较高温度，且不超过6061铝合金过烧温度。同时，由表5可知，在进行步骤S4过程时，中间坯3的温度为465～468℃，在该温度下6061铝合金仍然具有良好的塑性，保证了在轧制中间坯3时不会因温度过低而发生轧制失败。
表5实施例3中热轧过程的轧制道次分配与坯料表面温度变化
热轧后，本实施例对各批次板材进行后续处理，对热轧后的各个批次铝合金板材进行热处理强化与板材精整，主要包括：固溶淬火、预拉伸、时效强化，最后经过锯切、表面刷磨等精整工序制得6061/T651铝合金中厚板产品，其中，固溶淬火、预拉伸、时效强化、锯切、表面刷磨等工艺采用常规的6000系铝合金中厚板制备工艺参数。
表6为实施例3中各个批次的6061/T651铝合金中厚板产品的性能，其中各项力学性能均符合国标要求。
表6实施例3中各个批次的6061/T651铝合金中厚板产品的性能指标
状态
厚度/mm
R<sub>p0.2</sub>/MPa
R<sub>m</sub>/MPa
A/％
6061/T651-国标
＞25.0～50.0
≥240
≥290
≥5
6061/T651-国标
＞50.0～100.0
≥240
≥290
≥7
批次1
78.4
279
315
15.0
批次2
56.8
283
319
14.8
批次3
46.2
281
323
14.3
对比例1
请参照图11，本对比例提供一种现有技术的6000系铝合金中厚板热轧方法，包括以下步骤：
S1、对6000系铝合金铸锭进行均匀化热处理。
其中，本实施例的6000系铝合金的组分及质量百分比为：Si：1.12％、Fe：0.23％、Cu：0.03％、Mn：0.70％、Mg：0.81％、Cr：0.21％、Zn：0.02％、Ti：0.02％，其余为Al及不可避免的杂质，其实质属于6082铝合金。配料经过精炼、扒渣、过滤后进行铸造，其中，精炼、扒渣、过滤、铸造等工艺采用常规的6000系铝合金中厚板制备工艺参数。
对制取的6082铝合金铸锭进行均匀化热处理，其中保温温度为535℃，保温时间10.8h，以消除枝晶偏析；促进非平衡相的溶解。
S2、等待铸锭冷却。
等待被加热的铸锭冷却至室温，其中耗时约为1.5天，然后对铸锭进行对称铣面，最终得到铸锭规格为：510*1600*5600mm。
S3、对6000系铝合金铸锭进行预热。
预热铸锭，将冷却后的铸锭加热至440℃并保温3h，以确保铸锭具有一定塑性可供轧制。
S4、将铸锭轧制到中间坯厚度。
通过粗轧机将铸锭轧制中间坯厚度，铸锭开坯温度为432℃。
S5、将中间坯剪成2段，分别记为中间坯1、中间坯2。
将中间坯通过重型液压剪分成2段，分别为中间坯1、中间坯2。
S6、分别将中间坯1、中间坯2轧制到成品厚度，相应获得批次1板材、批次2板材。
将中间坯1通过粗轧机轧制到成品厚度1，获得批次1板材；将中间坯2通过粗轧机轧制到成品厚度2，获得批次2板材。
表7为对比例1中热轧过程的轧制道次分配与坯料表面温度变化，在进行中间坯2轧制过程中，中间坯2的温度已经较低，在轧制最后一个道次时温度仅为388℃，导致轧制失败，产品报废。
表7对比例1中热轧过程的轧制道次分配与坯料表面温度变化
图12为对比例1的中间坯2发生轧制失败时出现板材厚度不均情况的照片。
通过实施例1至3可知，采用本发明的高效6000系铝合金中厚板热轧方法，与对比例中的现有的6000系铝合金中厚板热轧方法相比，不仅缩短了均匀化过程后等待铸锭冷却的时间，同时避免了热轧前再次对铸锭进行加热，此外在热轧过程中铸锭或中间坯一直维持在较高温度，保证了单块铸锭可以被轧制到3个或3个以上的目标厚度。
综上所述，本发明的高效6000系铝合金中厚板热轧方法，可以实现在完成铸锭均热预热一体化热处理之后直接进行轧制，同时还可以保证铸锭与板材不发生过烧现象，此外，在较高的热轧温度下还可以保证单块铸锭被轧制到3个或3个以上的目标厚度，而不会因温度过低发生轧制失败，得到了能够大幅提升6000系铝合金热轧效率的工艺路线，克服了现有6000系铝合金中厚板热轧工艺能耗高、耗时长的缺点。同时，本发明及其实施例也实质给出了一种6000系铝合金中厚板制备方法，通过使用本发明的高效6000系铝合金中厚板热轧方法，能够缩短生产周期、节省能耗，保证将单块铸锭可以被轧制到3个或3个以上的目标厚度，而不会因温度过低而发生轧制失败，从而提供整体生产效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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