一种超高强韧、耐腐蚀的超长铝合金板材及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种超高强韧、耐腐蚀的超长铝合金板材及其制备方法。沿所述铝合金板材长度及厚度方向具有高强高韧、耐蚀且性能均匀的特点，制备超长铝合金板材需要大规格铸锭，精确成分范围可以使铸锭各位置的成分波动大幅度降低，使铸锭成分更加均匀；另外精确控制成分范围，还可以降低铝合金板材批次间的性能差异。在此基础上，进一步配合本发明专利技术的多级高温均匀化退火、少道次强变形轧制、固溶淬火处理和三级分段式时效处理，获得的超长铝合金板材具有高强韧、抗腐蚀、性能均匀和批次稳定的特点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种超高强韧、耐腐蚀的超长铝合金板材及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料
，具体涉及一种超高强韧、耐腐蚀的超长铝合金板材及其制备方法。
[0002]
技术介绍

[0003]7000系铝合金是航空工业最常用的金属材料之一，主要用于飞机机翼、机身等重要主承力部位。随着飞机尺寸的增加以及对整体结构件需求的增加，铝合金板材的尺寸规格也越来越大，对于板材的长度要求已经达到了20000mm，而且厚度要求达到80mm、宽度要求达到1200mm以上。
[0004]对于超长铝合金板材，高力学性能已经不是单一的控制目标，力学性能沿长度方向的均匀性以及不同批次之间性能的稳定性、耐蚀性能、断裂韧性等优良的综合性能才是决定超长铝合金板材能否在航空领域安全、稳定使用的关键因素。7000系铝合金的合金成分主要包括主合金元素（Zn、Mg、Cu等）、微合金元素（Zr、Mn等）以及杂质元素（Fe、Si等），其中Zn、Mg、Cu元素的成分范围以及轧制工艺对板材组织、性能及均匀性/稳定性起到关键作用。
[0005]
技术实现思路

[0006]研究发现，超长铝合金板材性能是否均匀取决于合金成分以及微观组织是否均匀分布，尤其是7000系超高强铝合金，合金化程度较高，晶界及晶内析出相对时效温度敏感，如若合金成分控制不精确、不合理，在工程化生产过程中，设备温度在正常范围内的波动就会导致铝合金板材在长度方向析出相的分布不均匀，降低铝合金板材部分位置的强度、耐蚀性能；超长铝合金板材在厚度方向的断裂韧度及均匀性可以通过轧制工艺调控，对于超长铝合金板材轧制过程中的温降、应力应变传导决定了铝合金板材不同厚度位置的性能。此外，目前铝合金板材的制备大多是针对长度在10m以下的铝合金板材，如何确保长度在20m以上的铝合金板材在长度及厚度方向的性能及均匀性是目前急需改善的。
[0007]为了改善现有技术的不足，本专利技术提供一种超高强韧、耐腐蚀的超长铝合金板材及其制备方法。通过精确控制合金成分范围，避免铝合金板材在长度方向不同位置处时效析出的不均匀，进一步配合本专利技术的多级高温均匀化退火、少道次强变形轧制、固溶淬火处理和三级分段式时效处理，获得的超长铝合金板材具有超高强韧、抗腐蚀、性能均匀和批次稳定的特点。
[0008]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：一种超长铝合金板材，按重量百分比计，所述超长铝合金板材的合金成分包括：Zn 6.3%~6.7%、Mg 2.1%~2.5%、Cu 1.9%~2.2%、Zr 0.09%~0.12%、Fe≤0.1%、Si≤0.08%，其余杂质总量<0.01%，余量为铝；
所述超长铝合金板材的制备方法包括如下步骤：1）将铝锭、镁锭、锌锭、铝铜中间合金和铝锆中间合金加热熔融，得到铝合金熔体；2）将步骤1）的铝合金熔体进行精炼、扒渣、除气；3）将步骤2）的铝合金熔体进行铸造，制备得到超大规格铸锭；4）对步骤3）的超大规格铸锭采用多级高温工艺进行均匀化退火；5）对步骤4）的均匀化退火后的超大规格铸锭进行铣削加工，随后进行轧制处理，开轧温度为380℃~420℃，轧制的第一阶段采用小压下量轧制工艺，轧制的第二阶段采用中压下量轧制工艺，轧制的第三阶段采用大压下量轧制工艺，轧制的第四阶段采用小压下量轧制工艺；其中，轧制的第三阶段中单道次压下量≥45mm，轧制的总道次不超过20道次，轧辊温度100℃~150℃，终轧温度不低于350
°
C；6）对步骤5）的轧制处理后的板坯进行固溶淬火处理；7）对步骤6）的固溶淬火处理后的板坯进行三级分段式时效处理，制备得到所述超长铝合金板材。
[0009]根据本专利技术的实施方式，按重量百分比计，所述超长铝合金板材的合金成分包括：Zn 6.3%、6.4%、6.5%、6.6%或6.7%。
[0010]根据本专利技术的实施方式，按重量百分比计，所述超长铝合金板材的合金成分包括：Mg 2.1%、2.2%、2.3%、2.4%或2.5%。
[0011]根据本专利技术的实施方式，按重量百分比计，所述超长铝合金板材的合金成分包括：Cu 1.9%、1.95%、2.0%、2.05%、2.1%、2.15%或2.2%。
[0012]根据本专利技术的实施方式，按重量百分比计，所述超长铝合金板材的合金成分包括：Zr 0.09%、0.1%、0.11%或0.12%。
[0013]根据本专利技术的实施方式，所述超长铝合金板材的长度≥20000mm。
[0014]根据本专利技术的实施方式，所述超长铝合金板材的宽度≥1000mm。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述超长铝合金板材的厚度≥76mm。
[0016]根据本专利技术的实施方式，所述超长铝合金板材满足如下条件中的至少一项：（1）抗拉强度达到600MPa以上；（2）屈服强度达到560MPa以上；（3）断裂韧度达到30MPa
·
m
1/2
以上；（4）剥落腐蚀性能不低于EB级；（5）疲劳强度极限达到300MPa以上；（6）在241MPa下应力腐蚀20天不开裂。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述超长铝合金板材满足如下条件中的至少一项：（a）不同长度位置的屈服强度变异系数达到1.2%以下；（b）不同长度位置的抗拉强度变异系数达到1.2%以下。
[0018]本专利技术中，不同长度位置是指沿超长铝合金板材长度方向（L向），铝合金板材的长度边缘、L/10部位、L/5部位、L/4部位、L/3部位、L/2部位的中心厚度位置，L是指铝合金板材的长度，L/2部位是指铝合金板材的长度中间部位。
[0019]根据本专利技术的实施方式，所述超长铝合金板材满足批次间抗拉强度变异系数达到2.3%以下，批次数不小于20批，优选为不小于50批，如100批、150批或200批。
[0020]根据本专利技术的实施方式，所述超长铝合金板材满足批次间屈服强度变异系数达到2.3%以下，批次数不小于20批，优选为不小于50批，如100批、150批或200批。
[0021]本专利技术中，所述变异系数（C
V
, Coefficient of Variation）用于表征超长铝合金板材的不同长度位置的强度（抗拉强度或屈服强度）的离散程度的大小，以及用于表征不同批次间超长铝合金板材的强度（抗拉强度或屈服强度）的离散程度的大小；计算公式为：标准偏差（SD, Standard Deviation）/平均值
×
100%。
[0022]本专利技术还提供上述超长铝合金板材的制备方法，所述方法包括如下步骤：1）将铝锭、镁锭、锌锭、铝铜中间合金和铝锆中间合金加热熔融，得到铝合金熔体；2）将步骤1）的铝合金熔体进行精炼、扒渣、除气；3）将步骤2）的铝合金熔体进行铸造，制备得到超大规格铸锭；4）对步骤3）的超大规格铸锭采用多级高温工艺进行均匀化退火；5）对步骤4）的均匀化退火后的超大规格铸锭进行铣削加工，随后进行轧制处理，开轧温度为380℃~420℃，轧制的第一阶段采用小压下量轧制工艺，轧制的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超长铝合金板材，其特征在于，按重量百分比计，所述超长铝合金板材的合金成分包括：Zn 6.3%~6.7%、Mg 2.1%~2.5%、Cu 1.9%~2.2%、Zr 0.09%~0.12%、Fe≤0.1%、Si≤0.08%，其余杂质总量<0.01%，余量为铝；所述超长铝合金板材的长度≥20000mm；所述超长铝合金板材的制备方法包括如下步骤：1）将铝锭、镁锭、锌锭、铝铜中间合金和铝锆中间合金加热熔融，得到铝合金熔体；2）将步骤1）的铝合金熔体进行精炼、扒渣、除气；3）将步骤2）的铝合金熔体进行铸造，制备得到超大规格铸锭；4）对步骤3）的超大规格铸锭采用多级高温工艺进行均匀化退火；5）对步骤4）的均匀化退火后的超大规格铸锭进行铣削加工，随后进行轧制处理，开轧温度为380℃~420℃，轧制的第一阶段采用小压下量轧制工艺，轧制的第二阶段采用中压下量轧制工艺，轧制的第三阶段采用大压下量轧制工艺，轧制的第四阶段采用小压下量轧制工艺；其中，轧制的第三阶段中单道次压下量≥45mm，轧制的总道次不超过20道次，轧辊温度100℃~150℃，终轧温度不低于350
°
C；6）对步骤5）的轧制处理后的板坯进行固溶淬火处理；7）对步骤6）的固溶淬火处理后的板坯进行三级分段式时效处理，制备得到所述超长铝合金板材。2.根据权利要求1所述的超长铝合金板材，其特征在于，所述超长铝合金板材满足如下条件中的至少一项：（1）抗拉强度达到600MPa以上；（2）屈服强度达到560MPa以上；（3）断裂韧度达到30MPa
·
m
1/2
以上；（4）剥落腐蚀性能不低于EB级；（5）疲劳强度极限达到300MPa以上；（6）在241MPa下应力腐蚀20天不开裂。3.根据权利要求1或2所述的超长铝合金板材，其特征在于，所述超长铝合金板材满足如下条件中的至少一项：（a）不同长度位置的屈服强度变异系数达到1.2%以下；（b）不同长度位置的抗拉强度变异系数达到1.2%以下。4.根据权利要求1所述的超长铝合金板材，其特征在于，所述超长铝合金板材满足批次间抗拉强度变异系数达到2.3%以下，批次数不小于20批；和/或，所述超长铝合金板材满足批次间屈服强度变异系数达到2.3%以下，批次数不小于20批。5.权利要求1
‑
4任一项所述的超长铝合金板材的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1）将铝锭、镁锭、锌锭、铝铜中间合金和铝锆中间合金加热熔融，得到铝合金熔体；2）将步骤1）的铝合金熔体进行精炼、扒渣、除气；3）将步骤2）的铝合金熔体进行铸造，制备得到超大规格铸锭；4）对步骤3）的超大规格铸锭采用多级高...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴圣龙，何维维，臧金鑫，陈军洲，伊琳娜，李惠曲，邢清源，王亮，刘铭，郝敏，雷越，韩凯，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：