CN104152759A - 一种高强度耐腐蚀Al-Mg合金及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度耐腐蚀Al-Mg合金及其制备工艺，具有以质量百分比计以下的组成成分：5.0～6.5Mg，1.2～2.5Zn，0～0.4Cu，0.4～1.2Mn，0～0.1Cr，0～0.15Ti，0.05～0.25Zr，0～0.4Fe，0～0.4Si，余量为Al及不可避免的杂质。通过浇铸、均匀化退火、热轧、再结晶退火、冷轧、稳定化处理、以及预拉伸的方法获得该合金板材。该产品与传统的AA5083、AA5059等船舶用铝合金相比，在保持一定力学性能及剥落腐蚀性能不变的前提下，显著提高了合金的抗晶间腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于有色金属及其制备领域，尤其涉及一种高强度抗腐蚀Al-Mg型合金，及由这种合金制得的板材产品。
发明背景
下文中，除非另有说明，合金的命名使用铝业协会（The Aluminum Association）的命名规则，热处理规范（temper designations）的命名根据欧洲标准NEN-EN515定义。对于合金以及优选合金中各元素的任何描述，除非另外说明，均按照质量百分比计。
随着世界能源问题的提出以及制造加工业的发展，船舶工业中呈现出“减少能耗、轻型化、提高速度和改善防腐性能”的趋势。具有高比强度、优异腐蚀性能的5×××系铝合金成为首选材料。AA5059铝合金在传统的AA5083合金的基础上，大幅度提高了合金中Mg、Zn的含量，上述两种合金的组成范围分别为：AA5083：Mg含量为4.0至4.9，Mn含量为0.4至1.0，Cr含量为0.05至0.25，Zn含量最高为0.25，Cu含量最高为0.1，Ti含量最高为0.15，Fe含量最高为0.4，Si含量最高为0.4；AA5059：Mg含量为5.0至6.0，Mn含量为0.6至1.2，Cr含量最高为0.3，Zn含量为0.4至0.9，Cu含量最高为0.4，Ti含量最高为0.2，Fe含量最高为0.5，Si含量最高为0.5，Zr含量为0.05至0.25。这两种合金船舶用标准H321状态的力学性能分别为：AA5083：屈服强度215MPa、抗拉强度305MPa、延伸率10%；AA5059：屈服强度270MPa、抗拉强度370MPa、延伸率10%。AA5059合金同AA5083合金相比，在保持延伸率10%的基础上，显著提高了合金的屈服强度和抗拉强度，同时也显著提高了合金的抗腐蚀性能，因而该类合金在船舶材料领域内得到了广泛应用。同时AA5059合金的H131状态也广泛应用于装甲材料领域，AA5059合金标准H131状态的力学性能为：屈服强度296MPa、抗拉强度393MPa、延伸率7%。AA5059合金的H321状态公开在US-6695935-B1、US-6238495-B1、CN-101233252-A和CN-101631882-A等专利中，而H131状态则公开在WO-2008/098743-A1中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的5×××系铝合金材料及其制备工艺，和前述合金相比，在保持合金H321状态延伸率10%的基础上，显著提高了合金的强度和抗腐蚀性能，满足船舶工业的需要。
本发明的技术方案是：一种高强度耐腐蚀Al-Mg合金，该合金铝各个化学成分的质量百分比含量为：5.0～6.5Mg，1.2～2.5Zn，0～0.4Cu，0.4～1.2Mn，0～0.1Cr，0～0.15Ti，0.05～0.25Zr，0～0.4Fe，0～0.4Si，其余为Al。
进一步，所述铝合金的各个化学成分的质量百分比含量为：5.5～6.0Mg，1.5～2.2Zn，0.1～0.2Cu，0.6～1.0Mn，0～0.1Cr，0～0.15Ti，0.05～0.25Zr，0～0.25Fe，0～0.2Si，其余为Al。
本发明的另一目的是提供上述铝合金的制备方法，具体包括以下步骤：首先，按照设计的成分分别称取各个原料，铸成合金锭，将得到的铝合金铸锭进行一次或两次以上的均匀化处理，处理工艺为加热到430℃~510℃保温10~24小时，继续加热到480～520℃保温2小时后，进行变形量为90～95%的热轧；在350~400℃进行60～90分钟退火处理；热轧退火后进行的冷轧加工硬化变形，形变量为20~50%；对板材进行退火处理，工艺为250℃～275℃保温1小时；最后进行1～2%的预拉伸。
进一步，所述热轧退火后进行的冷轧加工硬化变形，形变量为30~50%。
本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明的铝合金板材同前述合金板材相比在保持一定力学性能的基础上，具有更加优异的抗晶间腐蚀性能。在保持合金的延伸率为10%的前提下，将合金的抗拉强度提高到400～420MPa，屈服强度提高到330～355MPa；在保证合金的抗剥落腐蚀性能为PC级的前提下，使合金敏化前以及敏化后的晶间腐蚀质量损失降低至10mg/cm2以下。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
在实验室范围内制备了4种合金，合金的化学成分见表1所示。其中合金1为参考合金，2、3、4为本发明的一部分。
表1合金成分表（单位：wt.%）
将以上4种合金以30℃/小时的加热速度，从室温加热至430℃，保温5小时，继续加热至510℃，保温10小时，再随炉冷却至室温。将合金加热至500℃保温2小时进行总变形量为90%的热轧。热轧后的合金在375℃保温75分钟进行再结晶退火，随后进行变形量为10%的冷轧变形。在250℃进行1小时的稳定化退火。最后进行2%预拉伸。制备的板材在100℃保温7天进行敏化处理，按照ASTM G67标准测定合金在敏化前后晶间腐蚀的质量损失，按照ASTM G66标准测定合金敏化后的抗剥落腐蚀性能。所测得合金的力学性能及抗腐蚀性能如表2和表3所示。
表2合金轧向（L-direction）的力学性能
| 合金 | 抗拉强度（MPa） | 屈服强度（MPa） | 延伸率（%） |
| 1 | 373 | 273 | 16.9 |
| 2 | 390 | 280 | 17.3 |
| 3 | 394 | 292 | 13.8 |
| 4 | 375 | 274 | 15.0 |
表3 合金的抗腐蚀性能。
根据本发明所制备的合金与现有参考合金相比，在保持一定力学性能及剥落腐蚀性能不变的前提下，本发明合金具备更加优异的抗晶间腐蚀性能。
实施例2
在实验室范围内制备了2种合金，合金的化学成分见表4所示。其中合金1为参考合金，合金2为本发明的一部分。
表4合金成分表（单位：wt.%）
| Mg | Zn | Mn | Cu | Cr | Ti | Zr | Fe | Si | |
| 合金1 | 5.70 | 0 | 0.80 | 0.15 | 0.03 | 0.07 | 0.15 | 0.20 | 0.15 |
| 合金2 | 6.00 | 2.0 | 0.80 | 0.15 | 0.03 | 0.07 | 0.15 | 0.20 | 0.15 |
对1、2号合金进行熔铸后，将合金以30℃/小时的加热速度，从室温加热至430℃，保温5小时，继续加热至510℃，保温10小时，再随炉冷却至室温。合金的开轧温度为500℃，总变形量为90%。热轧后的合金在375℃保温75分钟进行再结晶退火处理，在室温下每种合金都分别采用10%、20%、30%、50%的冷轧工艺处理，所有样品在250℃进行1小时的稳定化退火，最后进行2%的预拉伸。将稳定化后的板材在100℃保温7天进行敏化实验。按照ASTM G67标准测定合金敏化前后的抗晶间腐蚀性能，按照ASTM G66标准测定合金敏化后的抗剥落腐蚀性能。所测得的合金不同冷轧变形量下力学性能和腐蚀性能如表5和6所示。
表5 合金不同冷轧变形量下轧向（L-direction）的力学性能
表6 不同冷轧变形量下合金的腐蚀性能。
根据本发明所制备的合金，随冷轧变形量的增加，在保持延伸率10%以上的基础上，其强度明显增加，而抗晶间腐蚀性能和抗剥落腐蚀性能不受冷轧变形量增加的影响。
综上，本发明合金同AA5059合金相比，在保持最低延伸率10%的基础上，显著提高了合金的强度。合金的抗腐蚀性能更为优异，且随着冷轧变形量的增加合金的晶间腐蚀质量损失逐渐降低，其中的晶间腐蚀亦不受敏化处理的影响。这样，在腐蚀环境中服役，板材因为腐蚀损失的厚度或截面积更少，有效受力面积更大，单位面积所受载荷更小。因此，从长期服役角度考虑，本发明合金所具备的优异抗腐蚀性能能大幅度延长合金的使用寿命。
Claims (4)
1.一种高强度耐腐蚀Al-Mg合金，其特征在于，该合金的各个化学成分的质量百分比含量为：5.0～6.5Mg，1.2～2.5Zn，0～0.4Cu，0.4～1.2Mn，0～0.1Cr，0～0.15Ti，0.05～0.25Zr，0～0.4Fe，0～0.4Si，其余为Al。
2.根据权利要求1所述的一种高强度耐腐蚀Al-Mg合金，其特征在于，该合金的各个化学成分的质量百分比含量为：5.5～6.0Mg，1.5～2.2Zn，0.1～0.2Cu，0.6～1.0Mn，0～0.1Cr，0～0.15Ti，0.05～0.25Zr，0～0.25Fe，0～0.2Si，其余为Al。
3.一种如权利要求1或2所述的高强度耐腐蚀Al-Mg合金的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：首先，按照设计的成分分别称取各个原料，铸成合金锭，将得到的铝合金铸锭进行一次或两次以上的均匀化处理，处理工艺为加热到430℃~510℃保温10~24小时，继续加热到480～520℃保温2小时后，进行变形量为90～95%的热轧；在350~400℃进行60～90分钟退火处理；热轧退火后进行的冷轧加工硬化变形，形变量为20~50%；对板材进行退火处理，工艺为250℃～275℃保温1小时；最后进行1～2%的预拉伸。
4.如权利要求要求3所述的制备方法，其特征在于，热轧退火后进行的冷轧加工硬化变形，形变量为30~50%。
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