一種7×××鋁合金板材大鑄錠順向軋制工藝研究

張宏亮 ，王海濱，徐克宇，王兆立，趙亮

(東北輕合金有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150060)

7×××鋁合金板材屬于Al-Zn系合金，具有強度高、塑性好、機加后不易變形等優點，被廣泛應用于高速列車、地鐵及動車組等制造業。隨著國內軌道客車制造業及航空航天工業的迅速發展，7×××鋁合金板材的需求量大幅增加，為滿足市場需求，拓寬生產窄口，提高生產效率，開展了本次生產試驗。本試驗主要研究了順向軋制對7×××鋁合金板材熱軋工藝、T4狀態力學性能、內部組織及表面質量的影響，確定了最佳的順向軋制生產工藝，為生產出符合相關技術標準及用戶要求的鋁合金板材提供了理論依據。

1 試驗方案

1.1 試驗材料

選用熔鑄分廠半連續鑄造方式生產的規格為300mm×1320mm×3200mm和300mm×1150mm×2400mm的7×××鋁合金鑄錠，化學成分符合GB/T3190的規定。

1.2 試驗目標值

7×××合金T4狀態3mm～50mm厚板材的力學性能指標見表1。

表1 7×××板材試驗目標值

1.3 工藝流程

熔鑄→均火→銑面→加熱→熱軋→剪切→淬火→拉伸→鋸切→性能檢測→驗收→包裝、交貨。

1.4 試驗內容

① 加熱

鑄錠采用推進式加熱爐加熱，上氣流定溫540℃，下氣流定溫520℃，加熱時間為10～12小時，開軋溫度為360℃～400℃，可根據實際加熱情況延長或縮短加熱時間，以保證出爐溫度。記錄加熱時間、出爐溫度。

② 熱軋

熱軋成品厚度分別為12mm、15mm。記錄道次壓下量、軋制力、軋制時間、板形、熱軋終了溫度、終了厚度。

③ 淬火

采用輥底式淬火爐進行淬火，淬火制度：定溫460±2℃/加熱30min，保溫25min。

④ 拉伸

采用板材拉伸機進行拉伸，拉伸量為1.2%～3.0%。

⑤ 鋸切

精密鋸床鋸切成品，切取試樣進行檢測。

⑥ 對比分析大鑄錠與小鑄錠的T4狀態板材組織、力學性能。

2 試驗結果與數據分析

2.1 推進式加熱爐加熱試驗結果及分析

試驗鑄錠按1.4①節所述參數加熱。為保證加熱質量，試驗料生產時采用分區加熱，在試驗料前后各留有10個空墊。加熱試驗結果見表2。

表2 鑄錠加熱情況

由表2的實驗結果可以看出加熱時間為10.5h～11.1h，鑄錠溫度均為中限；因此， 所 定加熱制度可行。

2.2 熱軋情況及分析

熱軋參數及試驗結果見表3。熱軋機的設備能力：熱軋機額定負荷20 MN；實際負荷2.9 MN～12 MN，未超負荷。

表3 熱軋工藝參數及試驗結果

由表3的實驗結果可以看出：在成品厚度一致的情況下，7×××合金鑄錠順向軋制熱軋的最大軋制力、最大道次加工率均大于橫向軋制，軋制道次少于橫向軋制，滾邊道次多于橫向軋制。這是因為：7×××合金順向軋制鑄塊采用推進式加熱爐加熱，其熱傳遞方式為傳導，加熱速度慢，但鑄錠內外溫差小，到溫熱軋時鑄錠內外變形抗力接近，且都較小，熱軋容易進行。但由于順向軋制鑄錠沒有進行刨邊，邊部為鑄造表面，存在較多偏析瘤，熱軋非常容易裂邊，需增加滾邊次數。7×××合金橫軋鑄錠采用鏈式加熱爐加熱，其熱傳遞方式為輻射，加熱速度快，但鑄錠內外溫差大，變形抗力差別大，因此道次壓下量、道次加工率相對較低。橫軋鑄錠邊部為鋸切表面，相對于鑄造表面容易加工，因此滾邊次數相對較少。可見，順向軋制7×××合金鑄錠，熱軋開軋溫度可沿用橫軋開軋溫度：360℃～400℃，熱軋的最大道次壓下量、最大道次加工率均略高于橫向軋制，軋制道次少于橫向軋制，滾邊道次多于橫向軋制。

2.3 力學性能分析

7×××合金順向軋制的板材在淬火、拉伸后切取力學性能試樣，進行力學性能檢測，并將檢測結果與橫軋板材進行對比。具體結果見表4。

表4 7×××鋁合金試驗料力學性能

由表4的試驗結果可以看出：7×××順向軋制板材與橫向軋制板材力學性能非常接近，說明順向軋制對7×××板材力學性能影響不大。這是因為淬火板材力學性能主要取決于淬火工藝參數及本身合金特性。可見7×××順向軋制板材淬火溫度可采用與橫軋相同的460±2℃。

2.4 組織分析

試驗料的高倍組織與橫軋的7×××鋁合金板材的高倍組織對比見圖1。

圖1 7×××板材高倍組織

由圖1可以看出用大方鑄錠、推進式加熱爐生產出的7×××板材與橫向軋制生產出的板材高倍組織沒有差異，高倍組織中強化相分布均勻，高倍組織無過燒，符合標準的要求。

3 結論

(1)順向軋制7×××合金鑄錠，熱軋開軋溫度可沿用橫軋開軋溫度：360℃～400℃，熱軋的最大道次壓下量、最大道次加工率均大于橫向軋制，軋制道次少于橫向軋制，滾邊道次多于橫向軋制；

(2)順向軋制對7×××板材力學性能沒有明顯影響；

(3)順向軋制對7×××板材內部組織沒有明顯影響；

(4)7×××順向軋制板材淬火溫度可采用與橫軋相同的460±2℃；

(5)7×××板材順向軋制時，熱軋易產生裂邊，對板材成品率存在潛在影響。