于海林
【期刊名称】《《轻合金加工技术》》
【年(卷),期】2019(047)009
【总页数】4页(P20-23)
【关键词】5052-H32铝合金; 中厚板; 退火; 热轧; 冷轧 【作 者】于海林
【作者单位】天津忠旺铝业有限公司 天津301729
【正文语种】中 文
【中图分类】TG339
我公司早期生产的5.0 mm厚度的5052-H32铝合金国标普通板，是采用热轧直接低温下线的方式。其产品发往华南某终端用户使用时，出现折弯开裂现象。接到质量异议后，我们先复检验备样的各项技术指标，均符合国标指标。于是到用户现场调查，发现问题出在该产品超范围使用上，用户的实际折弯角度90°的弯曲半径为0 t(t为板厚)，远超过国标中对折弯角度的最小允许规定，故责任判定为产品严重超范围使用导致，属于用户订货标准不恰当，未在订购合同单上注明其特殊折弯要求。后经双方沟通，公司决定为该用户开发一款低成本、高性能的5052-H32铝合金中厚板产品，可保90° 0t折弯不裂。
1 试验方案
1.1 化学成分
用户要求5052铝合金的化学成分要在国标范围以内，不能是非国标合金。因此其准确的化学成分只能在国标范围内优选，以保证最佳的折弯性能，试验所用的5052铝合金化学成分见表1。
表1 试验所用的5052铝合金的化学成分(质量分数/%)Table 1 Chemical compositions of 50
52 aluminum alloy for test(wt/%)SiFeCuMnMgCrTiAl0.10.2～0.30.050.082.5～2.70.18～0.240.01～0.03余量
1.2 生产工艺流程
5052铝合金的生产工艺流程为：熔铸→铸锭锯铣→坯锭加热→热轧→冷轧→成品退火→横切→包装。
1.3 试验过程
1.3.1 铸锭制备
按表1的化学成分配料，在线双转子除气，然后溜槽内使用Al5TiB细化晶粒，最后经过陶瓷过滤板过滤，进入结晶器铸造成630 mm×1 400 mm×8 000 mm扁锭。
1.3.2 铸锭锯铣、加热
铸锭经过锯床切掉头尾不良部分，然后进入铣面机剥皮，去除表面偏析层和氧化皮，再转运至加热炉加热。加热工艺制度：480℃3 h，保温结束后出炉开轧。
1.3.3 热轧
高温铸锭经过19道次的热粗轧，变成中间坯，剪切料头后，进入4机架热精轧机，再经过连续轧制减薄后，开始高温卷取，控制热轧卷材厚度6.7 mm，终轧温度为325℃±5℃，卷材下机后自然冷却。 1.3.4 冷轧硬化
冷却后的热轧卷，在冷轧机上一道次轧出成品，冷轧总加工率为25%。此外，冷轧机务必控制好边部吹扫的角度和风压，防止卷材表面带油和溅油，以降低油斑缺陷发生的风险。
1.3.5 成品退火
冷轧结束后，卷材免清洗，直接进炉退火。退火工艺第一阶段，炉气温度先设置为180℃，升温速度设定为35℃/h，开负压和吹洗，空气环境下预烘干；第二阶段，当炉气达到180℃时，开始充N2气，将炉内氧含量(体积分数，下同)控制在0.1%以下，然后保温6 h，无氧环境下预烘干；第三阶段，炉气改设定为235℃，升温速度设定为30℃/h，当卷材温度达到230℃时，保温3 h，卷材调质结束；第四阶段，炉气温度设为0℃，启动旁冷风
机，快速降温，至金属温度150℃以下安全出炉。卷材完全冷却后，上横切机，定尺、开平成板材，然后包装入库。
2 试验结果及讨论
2.1 化学成分
1)合金中的Si是杂质元素，在铸造凝固时，能与Fe、Al形成复杂的三元化合物，其初生相尺寸较大，分布在枝晶界上，这些大尺寸化合物，在随后的均匀化过程中是不溶相，对合金的塑性有害[1]。试验中严格控制w(Si)≤0.10%，能降低AlFeSi复杂三元化合物的整体数量，从而改善合金的塑性。
2)合金中的Fe不全是杂质元素，将其质量分数控制在0.2%～0.3%，能避开其有害影响，还能发挥其有益作用。合金中的部分Fe元素以过饱和形式存在，在高温均匀化过程中，晶粒内部能沉淀出AlFeSi弥散相，其尺寸非常小，能细化再结晶晶粒，对强度和塑性都有贡献。
3)合金中控制w(Fe)/w(Si)>2.0，凝固时形成的主要是α相(AlFeSi)和少量β相(AlFeSi)，其中
α相的形貌是骨骼状，在热轧过程中能充分破碎，对塑性无害。而β相(AlFeSi)是针状硬脆相，在热轧过程中难以破碎，对塑性有害。
4)合金中的Cu是杂质元素，对合金的耐腐蚀性有影响，将w(Cu)控制不大于0.05%。
5)合金中的Mn是杂质元素。对5052铝合金而言，细化再结晶晶粒用的是Cr，不是Mn，故w(Mn)应控制在0.08%以内。
6)合金中的Mg是合金元素，Mg固溶于铝基体中，能阻碍位错运动，起加工硬化作用。将w(Mg)控制在2.5%～2.7%，能保证较快的加工硬化效果，不需要较大的冷加工率，就能保证有足够的抗拉强度。
7)合金中的Cr是合金元素，铸锭凝固时以过饱和的形式存在，在随后的加热过程中析出，形成弥散相CrAl7 ，该粒子的热稳定性好，能细化再结晶晶粒，可提高合金的强度和塑性。将w(Cr)控制在0.18%～0.24%，若铬含量过高，则会形成有害的粗大相；铬含量过低，则弥散相不足，有益作用减弱。
8)合金中的Ti，能形成TiAl3和AlTi5B1，起细化铸锭的晶粒的作用，从而改善铸锭的力学性
能。
2.2 铸锭加热
由于铸造是一个非平衡凝固过程，存在偏析现象，故需要高温均匀化，以消除枝晶偏析。此外，高温均匀化，固溶体内的过饱和元素，将在晶粒内部均匀沉淀，形成弥散相[1]。5052铝合金的主要合金元素是Mg，在凝固过程中，部分Mg以初生相Mg8Al5的形式存在于晶界上。而Mg8Al5相是可溶相，其共晶温度约450℃，由于Mg的扩散速度很快，故铸锭在加热升温过程中，在接近450℃以前就回溶了，不会过烧。5052铝合金在实验室做DSC差热分析，显示有一个过烧点，约580℃，可能是其他相发生回溶。考虑到CrAl7粒子的最大析出温度区间，采用加热制度为480℃3 h，这个温度下铸锭有良好的高温热塑性，对热轧的高速、大压下量轧制有利。
2.3 热轧工艺
5052铝合金的热轧再结晶温度点在288℃左右，若能精确控制终轧温度，并保证热轧卷表面质量良好无粘伤，那么热轧板就能替代“冷轧+中间退火”的传统方式，大大缩短工艺流程。
鉴于此，我们采用先进的1+4热连轧机，将卷材直接轧到中间退火厚度6.7 mm(预留25%的冷加工率)，并精确控制终轧温度(325℃±5℃)，然后采用自然冷却方式，实现大卷自退火，替代传统的“冷轧+中间退火”工艺。对卷材拉伸力学和偏光晶粒分析显示卷材处于完全再结晶状态，与冷轧板的完全再结晶状态无异，参见表2和图1。
2.4 冷轧工艺
冷轧总的加工率控制在25%，目的是为了与特殊的成品退火工艺相匹配。因为在固定的退火工艺制度下，冷轧加工率不合适，成品板材的力学性能就不合适。为到恰当的冷加工率，需做不同冷加工率下的板材小炉退火试验，其力学性能见表3。
表2 两种生产方式的5052铝合金卷材 拉伸力学性能Table 2 Tensile properties of 5052 aluminum alloy coils produced in two modes生产方式Rm/(N·mm-2)Rp0.2/(N·mm-2)A/%高温热轧、自然冷却190～20090～10226～30冷轧+中间退火192～20595～10525～28
图1 两种生产方式的卷材晶粒对比Fig.1 Grain sizes of coils in two production modes
表3 不同加工率的板材小炉退火后的力学性能Table 3 Mechanical properties of plates ann
ealed in small furnaces with different reductions冷加工率退火工艺Rm/(N·mm-2)Rp0.2/(N·mm-2)A/%20%180℃3 h21814916.5200℃3 h21714516.5220℃3 h21314217.5240℃3 h2111391725%180℃3 h23016413.5200℃3 h22916113.5220℃3 h22615814240℃3 h2251551530%180℃3 h23918012200℃3 h23617712220℃3 h23517513240℃3 h23217112
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