一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺

技术领域

本发明涉及铝合金处理领域，具体涉及一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺。

背景技术

随着战场环境日益复杂，特种军事装备需要具备快速反应全域部署特性，这对装备轻量化高机动性提出更高要求。另外特种装备的全方位防护需求越来越凸显，既要针对各种枪弹又要针对地雷等爆炸物等武器的威胁。将特种军事装备车体、地盘作为应用对象且具有更低密度的具有防破片和防爆轰侵彻功能的5R60铝合金板材应运而生。5R60铝合金板材是由中国兵器科学研究内蒙金属材料研究所与河南万达铝业有限公司最新研制的具有自主知识产权的5XXX系铝合金材料，目前被广泛应用于各个铝制车辆车体、塔体舰船等装备制造。针对5XXX铝合金在室温下长期服役时，将沿晶界析出连续的β相，造成严重的晶间腐蚀和应力腐蚀问题，现有研究中通过对冷轧板进行稳定化处理（低温退火处理），实现β相在晶粒内均匀分布，无分布于晶界处的连续网状结构，最终提升板材抗晶间腐蚀性能。然而，稳定化处理势必造成板材力学性能降低，这就增大了处于防破片和防爆轰侵彻的高速冲击工况下的板材的失效风险。因此，设计一种既提高抗晶间腐蚀性能，又保证力学性能以满足防破片和防爆轰侵彻需求的5R60铝合金板材稳定化处理工艺的需求迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种保证合金强度且具有优异耐长期腐蚀性能，防破片和防爆轰侵彻特性优异的含钪5R60多级稳定化处理工艺。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，包括以下步骤：

步骤1，按照5R60铝合金的原料成分进行配料，得到混合原料；

步骤2，将混合原料进行熔炼和浇铸处理后，得到扁铸锭；

步骤3，利用5R60板材大辊径比热轧-冷轧工艺进行板材轧制，获得含钪5R60冷轧板材；

步骤4，根据防破片与防爆轰侵彻的应用环境不同，选择不同的多级稳定化处理方法对步骤3所得到的含钪5R60冷轧板进行稳定化热处理。

优选地，所述步骤1中，5R60铝合金的原料成分按照质量百分比计算，包括：

Mg：5.3～6.5wt%，Mn：0.60～1.20wt%，Zn：0.5～1.1wt%，Zr：0.03～0.18wt%，Sc：0.02～0.13wt%，Ti：0.02～0.06wt%，Cu≤0.15wt%，Fe≤0.25wt%，Si≤0.20wt%，其余为Al和不可避免的杂质，单个杂质含量≤0.05wt%，杂质合计≤0.15wt%。

优选地，所述步骤2中，熔炼温度为680℃～740℃，且在达到720℃后，保温静置30~50min。

优选地，所述步骤2中，浇铸温度是670℃～690℃。

优选地，所述步骤3中，含钪5R60冷轧板材的厚度为5～40mm。

优选地，所述步骤3中，大辊径比热轧-冷轧工艺包括：

S1.将扁铸锭进行再结晶退火处理，温度250~400℃，时间30~150min，得到预处理板材；

S2.对步骤S1所得的预处理板材进行冷轧处理，采用大辊径板厚比，大辊径板厚比为10~125，进行多道次冷轧后，最终变形量为10%~70%。

更优选地，所述S2中，采用的轧辊的辊径为600~2000mm，扁铸锭板厚为16~68mm。

优选地，所述步骤3中，若用于防破片冲击的5R60板材，稳定化热处理为高温-低温双级稳定化处理，其中，高温处理的温度为250～350℃，时间为0.5～1h；低温处理的温度为100～120℃，时间为1～3h。

优选地，所述步骤3中，若用于防爆轰侵彻的5R60板材，稳定化热处理为第一次低温-高温-第二次低温三级稳定化处理，其中，第一次低温处理的温度为140～150℃，时间为0.5～2h；高温处理的温度为250～350℃，时间为0.5～1h；第二次低温处理的温度为120～140℃，时间为1～3h。

本发明的有益效果为：

1、本发明中，防破片和防爆轰侵彻应用环境的不同导致冲击过程变形量、吸能特性以及应变率不同，基于侵彻机理不同，针对性的进行多级稳定化处理。

2、本发明中，双级与三级稳定化处理工艺均包括高温处理250～350℃×0.5～1h，这是因为5R60合金中Sc元素与Al、Zr等元素形成热稳定性较高的纳米级弥散强化相Al

3、在三级稳定化处理制度中，在高温处理前设置一个温度高于第三级处理的第一级处理，这主要是利用较高的温度使T相Mg

4、5R60板材经过多级稳定化处理最终实现既提高抗晶间腐蚀性能，又保证恰当的力学性能以满足防破片和防爆轰侵彻需求。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例1所制备的稳定化处理后的含钪5R60板材电镜扫描检测图；

图2是本发明对比例1所制备的稳定化处理后的含钪5R60板材电镜扫描检测图。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。

本发明中，大辊径板厚比指的是轧辊的辊径与扁铸锭的板厚比值。

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，包括以下步骤：

步骤1，按照5R60铝合金的原料成分进行配料，5R60铝合金的质量百分比组成为：

Mg：5.3wt%，Mn：0.60wt%，Zn：0.5wt%，Zr：0.03wt%，Sc：0.02wt%，Ti：0.02wt%，Cu：0.10wt%，Fe：0.10wt%，Si：0.15wt%，不可避免的杂质，单个杂质含量0.05 wt%，杂质合计0.10wt%，其余为Al。

步骤2，将混合原料进行熔炼，熔炼温度为740℃，720℃保温静置40min，680℃浇注获得扁铸锭；

步骤3，利用5R60板材特有大辊径比热轧-冷轧工艺进行板材轧制，获得厚度为20mm含钪5R60冷轧板材；

步骤4，对步骤3所得到的含钪5R60冷轧板进行稳定化热处理，用于防破片的5R60板材选择高温-低温双级稳定化处理制度，具体为高温（250℃×0.5h）＋低温（100℃×1h）。

其中，步骤3中，大辊径比热轧-冷轧工艺包括：

S1.将扁铸锭进行再结晶退火处理，温度300℃，时间120min，得到预处理板材；

S2.对步骤S1所得的预处理板材进行冷轧处理，采用大辊径板厚比，大辊径板厚比为40，进行多道次冷轧后，最终变形量为50%；采用的轧辊的辊径为1600mm，扁铸锭板厚为40mm。

实施例2

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，包括以下步骤：

步骤1，按照5R60铝合金的原料成分进行配料，5R60铝合金的质量百分比组成为：

Mg：6.5wt%，Mn：1.20wt%，Zn： 1.1wt%，Zr：0.18wt%，Sc：0.13wt%，Ti：0.06wt%，Cu：0.10wt%，Fe：0.20wt%，Si：0.10wt%，不可避免的杂质，单个杂质含量0.05wt%，杂质合计0.15wt%，其余为Al。

步骤2，将混合原料进行熔炼，熔炼温度为680℃，720℃保温静置30min，690℃浇注获得扁铸锭；

步骤3，利用5R60板材特有大辊径比热轧-冷轧工艺进行板材轧制，获得40mm含钪5R60冷轧板材；

步骤4，对步骤3所得到的含钪5R60冷轧板进行稳定化热处理，用于防爆轰侵彻的5R60板材选择低温-高温-低温三级稳定化处理制度，具体为第一次低温（140℃×2h）＋高温（250℃×1h）+第二次低温（140℃×2h）。

其中，步骤3中，大辊径比热轧-冷轧工艺包括：

S1.将扁铸锭进行再结晶退火处理，温度350℃，时间60min，得到预处理板材；

S2.对步骤S1所得的预处理板材进行冷轧处理，采用大辊径板厚比，大辊径板厚比为30，进行多道次冷轧后，最终变形量为33%；采用的轧辊的辊径为1800mm，扁铸锭板厚为60mm。

实施例3

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，包括以下步骤：

步骤1，按照5R60铝合金的原料成分进行配料，5R60铝合金的质量百分比组成为：

Mg：6wt%，Mn：1wt%，Zn：0.7wt%，Zr：0.1wt%，Sc：0.1wt%，Ti：0.04wt%，Cu： 0.05wt%，Fe：0.1wt%，Si：0.1wt%，不可避免的杂质，单个杂质含量0.05wt%，杂质合计0.1wt%，其余为Al。

步骤2，将混合原料进行熔炼，熔炼温度为700℃，720℃保温静置40min，675℃浇注获得扁铸锭；

步骤3，利用5R60板材特有大辊径比热轧-冷轧工艺进行板材轧制，获得30mm含钪5R60冷轧板材；

步骤4，所得到的含钪5R60冷轧板进行稳定化热处理，用于防爆轰侵彻的5R60板材选择低温-高温-低温三级稳定化处理制度，具体为第一次低温（150℃×0.5h）＋高温（300℃×0.75h）+第二次低温（120℃×4h）。

其中，步骤3中，大辊径比热轧-冷轧工艺包括：

S1.将扁铸锭进行再结晶退火处理，温度350℃，时间60min，得到预处理板材；

S2.对步骤S1所得的预处理板材进行冷轧处理，采用大辊径板厚比，大辊径板厚比为30，进行多道次冷轧后，最终变形量为40%；采用的轧辊的辊径为1500mm，扁铸锭板厚为50mm。

实施例4

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，包括以下步骤：

步骤1，按照5R60铝合金的原料成分进行配料，5R60铝合金的质量百分比组成为：

Mg：5.5wt%，Mn：0.81wt%，Zn：0.65wt%，Zr：0.1wt%，Sc：0.11wt%，Ti：0.04wt%，Cu：0.08wt%，Fe：0.11wt%，Si：0.10wt%，不可避免的杂质，单个杂质含量0.05wt%，杂质合计0.15wt%，其余为Al。

步骤2，将混合原料进行熔炼，熔炼温度为720℃，720℃保温静置50min，670℃浇铸获得扁铸锭；

步骤3，利用5R60板材特有大辊径比热轧-冷轧工艺进行板材轧制，获得5mm含钪5R60冷轧板材；

步骤4，对步骤3所得到的含钪5R60冷轧板进行稳定化热处理，用于防破片冲击的5R60板材选择高温-低温双级稳定化处理制度，具体为高温（280℃×0.5h）＋低温（120℃×3h）。

其中，步骤3中，大辊径比热轧-冷轧工艺包括：

S1.将扁铸锭进行再结晶退火处理，温度350℃，时间60min，得到预处理板材；

S2.对步骤S1所得的预处理板材进行冷轧处理，采用大辊径板厚比，大辊径板厚比为100，进行多道次冷轧后，最终变形量为50%；采用的轧辊的辊径为1000mm，扁铸锭板厚为10mm。

实施例5

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，包括以下步骤：

步骤1，按照5R60铝合金的原料成分进行配料，5R60铝合金的质量百分比组成为：

Mg：6.3wt%，Mn：1.0wt%，Zn：0.75wt%，Zr：0.15wt%，Sc：0.12wt%，Ti：0.06wt%，Cu：0.15wt%，Fe：0.15wt%，Si：0.10wt%，不可避免的杂质，单个杂质含量0.05wt%，杂质合计0.10wt%，其余为Al。

步骤2，将混合原料进行熔炼，熔炼温度为730℃，720℃保温静置30min，670℃浇铸获得扁铸锭；

步骤3，利用5R60板材特有大辊径比热轧-冷轧工艺进行板材轧制，获得34mm含钪5R60冷轧板材；

步骤4，对步骤3所得到的含钪5R60冷轧板进行稳定化热处理，用于防爆轰侵彻的5R60板材选择低温-高温-低温三级稳定化处理制度，具体为第一次低温（145℃×1h）＋高温（350℃×0.5h）+第二次低温（120℃×3h）。

其中，步骤3中，大辊径比热轧-冷轧工艺包括：

S1.将扁铸锭进行再结晶退火处理，温度350℃，时间60min，得到预处理板材；

S2.对步骤S1所得的预处理板材进行冷轧处理，采用大辊径板厚比，大辊径板厚比为22，进行多道次冷轧后，最终变形量为50%；采用的轧辊的辊径为1500mm，扁铸锭板厚为68mm。

实施例6

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，包括以下步骤：

步骤1，按照5R60铝合金的原料成分进行配料，5R60该铝合金的质量百分比组成为：

Mg：5.8wt%，Mn：0.6wt%，Zn：0.5wt%，Zr：0.1wt%，Sc：0.11wt%，Ti：0.03wt%，Cu：0.15wt%，Fe：0.15wt%，Si：0.20wt%，不可避免的杂质，单个杂质含量0.05wt%，杂质合计0.15wt%，其余为Al。

步骤2，将混合原料进行熔炼，熔炼温度为700℃，720℃保温静置40min，690℃浇铸获得扁铸锭；

步骤3，利用5R60板材特有大辊径比热轧-冷轧工艺进行板材轧制，获得15mm含钪5R60冷轧板材；

步骤4，对步骤3所得到的含钪5R60冷轧板进行稳定化热处理，用于防破片冲击的5R60板材选择高温-低温双级稳定化处理制度，具体为高温（350℃×1h）＋低温（110℃×2h）。

其中，步骤3中，大辊径比热轧-冷轧工艺包括：

S1.将扁铸锭进行再结晶退火处理，温度350℃，时间60min，得到预处理板材；

S2.对步骤S1所得的预处理板材进行冷轧处理，采用大辊径板厚比，大辊径板厚比为50，进行多道次冷轧后，最终变形量为50%；采用的轧辊的辊径为1500mm，扁铸锭板厚为30mm。

对比例1

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，与实施例1相同，区别在于，稳定化热处理替换为稳定化退火处理：温度为100～150℃，时间为1～5h。

对比例2

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，与实施例2相同，区别在于，稳定化热处理替换为稳定化退火处理：温度为100～150℃，时间为1～5h。

对比例3

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，与实施例3相同，区别在于，稳定化热处理替换为稳定化退火处理：温度为100～150℃，时间为1～5h。

对比例4

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，与实施例4相同，区别在于，稳定化热处理替换为稳定化退火处理：温度为100～150℃，时间为1～5h。

对比例5

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，与实施例5相同，区别在于，稳定化热处理替换为稳定化退火处理：温度为100～150℃，时间为1～5h。

对比例6

一种用于含钪铝合金板材的稳定化处理工艺，与实施例6相同，区别在于，稳定化热处理替换为稳定化退火处理：温度为100～150℃，时间为1～5h。

实验例

1.将实施例1与对比例1所制备的稳定化处理后的含钪5R60板材进行扫描检测，如图1和图2所示。其中，图1为实施例1，图2为对比例1，能够看出，实施例1多级稳定化析出相呈短棒状，且排列更紧密；对比例1单级稳定化析出相呈长棒状，排列相对疏松。

2.将实施例与对比例样品性能测试，依据国标GB/T 16865-2013进行拉伸试验用试样加工和检测测试，依据国标GB/T 7998-2005进行晶间腐蚀试验用试样加工和检测测试。

其中，冷轧态是指不经过稳定化热处理的板材；稳定化态是指经过稳定化热处理的板材。

根据试验结果分析，经本发明多级稳定化处理后，5R60板材抗拉强度（R

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。