一种喷射铸轧高性能7XXX铝合金薄带及其制备方法技术

一种喷射铸轧高性能7XXX铝合金薄带及其制备方法，该铝合金薄带成分质量百分比为：Zn 4.8～6.3％、Mg 1.6～2.5％、Cu 1.6～2.5％、Zr 0.1～0.15％、Ti 0.01～0.08％、B 0.001～0.008％，余量为Al和其他不可避免的杂质，且单个杂质含量≤0.1％，合计杂质含量≤0.2％。本发明专利技术采用喷射沉积结合双辊薄带铸轧工艺制备的7XXX铝合金薄带，相比现有7XXX铝合金，强度高20％以上，延伸率高30％以上；相比钢板，实现40％以上的轻量化。本发明专利技术生产的铝合金薄带，可广泛应用于航空航天领域，比如各种飞机机身、机翼梁、机舱壁板、飞行器高应力结构件、飞机蒙皮、飞机火箭中高强度结构零件等，可在航空航天高强化、轻量化、降低能耗和提高燃油经济性上面提供广阔空间。济性上面提供广阔空间。济性上面提供广阔空间。

【技术实现步骤摘要】
一种喷射铸轧高性能7XXX铝合金薄带及其制备方法


[0001]本专利技术涉及铝合金制备领域，特别涉及一种喷射铸轧高性能7XXX铝合金薄带及其制备方法。

技术介绍

[0002]薄带连铸工艺技术是当今冶金领域的一项前沿性技术，双辊薄带连铸技术最早是1865年Henry Bessemer提出这一想法的(US Patent:49053)。薄带连铸将连续铸造、轧制、甚至热处理等工序融为一体，使生产的薄带坯稍经后续轧制就一次性形成工业成品，大大简化了铝合金薄带的生产工序，缩短了生产周期，使铝合金薄带生产流程更紧凑、更连续、更高效、更环保；同时生产成本显著降低，并且生产出的薄带产品质量和性能不亚于甚至优于传统工艺。
[0003]典型的短流程新工艺有哈兹雷特(Hazelett)连铸连轧工艺、双辊式薄带连铸连轧工艺等。但是传统的水平式双辊薄带连铸连轧工艺只能生产铝箔轧制带以及较为简单的合金系1XXX、3XXX系薄带产品，无法生产高端的6XXX、7XXX等铝合金产品。而且传统的水平式双辊铸机速度较慢，通常只有1-3m/min，生产效率低下。
[0004]近年来，世界上很多著名的铝合金薄带双辊铸机设备制造商在提高铸轧速度、增加薄带宽度上做了很多开发工作，旨在提高生产效率和更广的应用场合。比较著名的公司有意大利的法塔亨特公司和法国的普基公司，法塔亨特公司开发的Speedcaster
TM
超薄高速铸轧机特点为：双辊双驱动，倾斜15度，铸轧辊直径1118mm，板宽达2184mm，轧制力3000t，铸轧速度最高可达38m/min，厚度最薄可达到0.635mm。普基公司开发的Junbo3CM铸轧机特点为：轧制力2900t，板宽达2020mm，铸轧厚度最薄为1mm，最大铸轧速度可达15m/min。但这些设备仍然无法生产高端的航空用7XXX系铝合金产品。
[0005]目前7XXX铝合金，比如7075铝合金、7050铝合金引起了相当大的关注，主要是由于其在航空航天和汽车工业结构部件中有着不可替代的作用，7XXX铝合金具有低密度、高强度、优良的加工性能、阳极反应、优良的抗应力、抗剥落腐蚀性能等优点，广泛用于航空航天领域，比如各种飞机机身、机翼梁、机舱壁板、飞行器高应力结构件、飞机蒙皮、飞机火箭中高强度结构零件等。
[0006]但目前生产的7XXX铝合金微观组织仍存在许多问题阻碍了其广泛应用，比如晶粒及析出粗化、热裂以及金属间化合物和共晶相通常沿晶界分布等，而铝合金的微观组织很大程度上决定了其机械性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于提供一种喷射铸轧高性能7XXX铝合金薄带及其制备方法，生产出的7XXX铝合金薄带的显微组织为均匀细小的等轴晶微观组织，可以实现强度和延伸率的组合改进，相比现有7XXX铝合金，强度高20％以上，延伸率高30％以上；相比钢板，实现40％以上的轻量化；可用于航空航天领域，如各种飞机机身、机翼梁、机舱壁板、飞行器高应力结构
件、飞机蒙皮、飞机火箭中高强度结构零件等，可在航空航天高强化、轻量化、降低能耗和提高燃油经济性上面提供广阔空间。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0009]一种喷射铸轧高性能7XXX铝合金薄带，其成分质量百分比为：Zn：4.8～6.3％、Mg：1.6～2.5％、Cu：1.6～2.5％、Zr：0.1～0.15％、Ti：0.01～0.08％、B：0.001～0.008％，余量为Al和其他不可避免的杂质，且单个杂质含量≤0.1％，合计杂质含量≤0.2％。
[0010]本专利技术所述铝合金薄带的显微组织为均匀细小的等轴晶微观组织。
[0011]本专利技术所述铝合金薄带在人工时效条件即T6态下可实现屈服强度520-600MPa，抗拉强度590-680MPa，延伸率13-16％。
[0012]在本专利技术所述高性能7XXX铝合金薄带的成分设计中：
[0013]Zn：是7XXX铝合金的主要合金元素之一，在铝合金中能提高流动性、铸造性能和切削加工性能，与Mg同时添加，可以形成稳定的MgZn2强化相，从而提高铝合金的强度，但添加较多的Zn会增加热脆性，降低耐蚀性。因此，本专利技术中控制Zn含量的范围为4.8-6.3％。
[0014]Mg：是7XXX铝合金的主要合金元素之一，与Zn同时添加，可以形成稳定的MgZn2强化相，可以提高铝合金的强度、硬度、耐热性、耐蚀性和切削性能，但是添加较多的Mg容易出现热脆性，使合金产生裂纹。因此，本专利技术中控制Mg含量的范围为1.6-2.5％。
[0015]Cu：是7XXX铝合金中重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果，Cu还可以提高硬度、耐热性和切削性能，还可以提高浇铸流动性能；但是Cu含量过高，会影响铝合金的耐蚀性和塑性，并使热裂倾向增大。因此，本专利技术中控制Cu含量的范围为1.6-2.5％。
[0016]Zr：是铝合金中常见的添加元素，Zr和Al形成ZrAl3化合物可有效阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒；Zr也能细化铸造组织，在7XXX铝合金中，由于Zr对淬火敏感性的影响比Cr和Mn小，因此常用Zr代替Cr和Mn来细化再结晶组织。因此，本专利技术中控制Zr含量的范围为0.1-0.15％。
[0017]Ti：在铝合金中添加微量的Ti就可以显著细化晶粒组织，有效提高合金的机械性能，降低合金的热裂倾向；但是添加过多的Ti，不仅会增加合金成本，还会影响导电性能。因此，本专利技术中控制Ti含量的范围为0.01-0.08％。
[0018]B：B通过铝硼中间合金添加到铝合金中，添加少量的铝硼中间合金到合金溶液后就可产生大量高熔点微粒，在合金凝固时可以作为外来晶核而细化晶粒组织，可起到提高铝合金强度和塑性的作用。另外还可以增加铝合金的导电性和耐蚀性。因此，本专利技术中控制B含量的范围为0.001-0.008％。
[0019]本专利技术在7XXX铝合金中有选择性地添加Ti元素，可以起到显著细化晶粒组织，有效提高合金机械性能，可以降低合金的热裂倾向。
[0020]本专利技术在7XXX铝合金中有选择性地添加Cu元素，使铝合金中固溶进Cu，提高铝合金强度、硬度、耐热性和切削性能，还可以改善浇铸流动性；此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果。
[0021]本专利技术在7XXX铝合金中有选择性地添加Zr元素，Zr和Al形成ZrAl3化合物可有效阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒，Zr还能细化铸造组织。
[0022]本专利技术在7XXX铝合金中引入铝硼中间合金B元素，在合金溶液中添加少量的铝硼
中间合金就可产生大量的高熔点微粒，在合金凝固时可以作为外来晶核而细化晶粒组织，可起到提高铝合金强度、塑性、导电性和耐蚀性。
[0023]本专利技术所述的喷射铸轧高性能7XXX铝合金薄带的制备方法，其包括如下步骤：
[0024]1)冶炼
[0025]按上述成分要求进行冶炼；
[0026]2)静置、脱气、过滤
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种喷射铸轧高性能7XXX铝合金薄带，其成分质量百分比为：Zn：4.8～6.3％、Mg：1.6～2.5％、Cu：1.6～2.5％、Zr：0.1～0.15％、Ti：0.01～0.08％、B：0.001～0.008％，余量为Al和其他不可避免的杂质，且单个杂质含量≤0.1％，合计杂质含量≤0.2％。2.如权利要求1所述的喷射铸轧高性能7XXX铝合金薄带，其特征在于，所述铝合金薄带的显微组织为均匀细小的等轴晶微观组织。3.如权利要求1或2所述的喷射铸轧高性能7XXX铝合金薄带，其特征在于，所述铝合金薄带在人工时效条件即T6态下可实现屈服强度520-600MPa，抗拉强度590-680MPa，延伸率13-16％。4.如权利要求1～3任一项所述的喷射铸轧高性能7XXX铝合金薄带的制备方法，其特征是，包括如下步骤：1)冶炼按权利要求1所述的成分要求进行冶炼；2)静置、脱气、过滤将冶炼好的铝合金液导入静置炉中静置，经流槽输送到前箱，随后进行脱气、过滤；导入静置炉中的铝合金液温度为780～850℃；3)喷射沉积、连铸采用惰性气体将铝合金液雾化成细小的熔滴，熔滴沉积在双辊表面，采用双辊薄带连铸，获得厚度为2～6mm、宽度为1000～2200mm的铝合金铸带；惰性气体压力为0.8～2.0MPa，铝合金铸带温度为440～480℃，结晶辊直径为400～800mm，结晶辊内部通水冷却，铸机浇铸速度为20～80m/min；4)冷却铝合金铸带从铸机出来后经水淬冷却到380～390℃；5)第一次热轧冷却后的铝合金铸带经夹送辊、切头处理后送至轧机，进行第一次热轧，第一次热轧温度为340～390℃，第一次热轧压下率≤50％；6)冷却、第二次热轧第一次热轧后的铝合金薄带进行风冷或水冷，随后进行第二次热轧，第二次热轧温度为250～330℃，第二次热轧压下率≤60％；第二次热轧后铝合金薄带的厚度为0.3～4mm，优选0.5～3mm；7)卷取第二次热轧后的铝合金薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建春，方园，支卫军，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：