5A12-O薄板工藝開發與研究

肖順華

（西南鋁業（集團）有限責任公司壓延廠，重慶 九龍坡 401326）

5A12-O薄板工藝開發與研究

肖順華

（西南鋁業（集團）有限責任公司壓延廠，重慶 九龍坡 401326）

通過試制開發出5A12鋁合金大生產條件下軋制與熱處理工藝，獲得批量生產能力。

5A12；熱軋；冷軋；熱處理；工業化

0 前言

5A12屬于5×××系合金，是以Mg為主要合金元素的鋁合金，其Mg含量為8.3% ～ 9.6%，抗蝕性好，強度較高，是具有高附加值的產品，主要用于焊接結構件。由于其Mg含量較高，比LF6等常用高鎂合金Mg含量高出近一倍，具有強烈的加工硬化效應，軋制困難且軋制過程中容易出現開裂，已不能簡單參照LF6等高鎂合金生產工藝進行生產，必須系統開展5A12合金生產工藝研究與開發。本文結合我廠設備能力，通過多次工藝方案試驗，得出最佳工藝方案，不但滿足現場生產條件，而且滿足客戶要求的5A12-O合金板材。

1 材料制備、性能指標與工藝方案擬定

1.1 材料制備

方鑄錠規格為：400mm×1320mm×2500mm；成品規格為：3.0mm×1200mm×2000mm。

1.2 性能指標

常溫力學性能：σb≥382MPa；

1.3 工藝方案

一次熱軋（片式）→鋸邊→二次熱軋（片式）+卷式軋至冷軋毛料（切邊）→預先退火→冷軋→成品退火→（冷壓）→鋸切、取樣→包裝驗收。

2 工序跟蹤與研究

2.1 熱軋

根據5A12合金熱模擬實驗結果及5×××系合金熱加工溫度范圍，得出5A12合金開軋最佳溫度為400±20℃，盡量讓5A12合金在最大塑性區間軋制，保證順利軋制成卷，預留寬度余量并制定二次壓延工藝，即第一次熱軋采用熱粗軋機進行開坯軋制，采用小壓下、低速軋制從375mm軋至170mm厚度時裂邊明顯，停止軋制，冷卻后經鋸床鋸掉邊部裂口后進行第二次熱軋。二次熱軋軋制過程比較順利，但板材軋至55mm后，由于合金總加工量增加，塑性劇烈下降邊部出現了較大裂邊，然后經過熱精軋機卷式生產，采用3道次軋成，板材厚度軋至5.5mm，整個軋制過程較為順利，熱精軋順利成卷，但卷材邊部有較多裂邊雖未能完全切凈，但可確保成品寬度。

2.2 預先退火

5A12合金Mg含量高，具有強烈的加工硬化效應，因此冷軋前必須經過預先退火。為制定最佳預先退火工藝，在熱軋毛料上取樣進行退火實驗，結果見表2。

表2 5A12預先退火實驗結果

從實驗結果看，金屬溫度在260℃時，抗拉強度和屈服強度已經明顯下降，延伸緩慢上升；金屬溫度為260～320℃時，抗拉強度和屈服強度變化不大，延伸率基本上呈線性變化。當金屬溫度升高到340℃時，抗拉強度、屈服強度和延伸都有一個比較明顯的變化，抗拉強度和屈服強度基本降至最低點，延伸率明顯升高，溫度上升到360℃后，抗拉強度沒有變化，延伸率繼續升高，達到24%左右，以后沒有明顯變化。

通過上述分析，金屬溫度到360℃，符合預先退火要求，因此，采用370±10℃進行預先退火。

2.3 冷軋

通過預先退火后，在2800mm冷軋機上進行冷軋，在卷材咬入軋輥后，帶材即出現了明顯開裂，導致冷軋不能繼續進行。為找到發生此現象的根本原因，一是通過對退火卷材取樣進行檢測，發現其延伸率僅為10%左右，與實驗室結果相差甚遠。二是退火卷材高倍組織顯示，退火后的5A12合金卷材內部存在較多塊狀化合物，嚴重降低了合金加工塑性，導致冷軋制開裂。

具體原因從合金成分看5×××系合金以Mg為主要合金元素，其雜質元素為Fe、Si。其中，Si與部分Mg形成Mg2Si，該化合物對合金塑性十分不利，同時由于5A12合金Mg含量很高，Mg的過剩，大大降低了Mg2Si相在基體中的溶解度，在工業爐生產中，卷材升降溫速度緩慢，不利于Mg2Si相在基體中的溶解，最終導致5A12延伸率不能達到實驗室取得的效果。

又根據Al-Mg系合金平衡相圖及合金成分范圍，經金相分析和電子探針微區定性分析驗證，合金在鑄造緩慢冷卻條件下可以看到以下組成相：β（Mg2Al3）相，α（Al）+β（Mg2Al3）共晶組織中的β（Mg2Al3）相呈骨骼狀，浸蝕前為淺灰色，經10%H3PO4水溶液浸蝕后，使邊界顯現更為清晰。β（Mg2Al3）相具有面心立方晶格，在室溫下很脆，因此，合金中含量愈多，則塑性愈低。合金中α（Al）+β（Mg2Al3）不平衡共晶的出現與Mg含量有密切關系。在LF2及LF3合金中，沒有看到β（Mg2Al3）相，在LF5合金中能看到少量的β（Mg2Al3）相，而在LF6及LF12合金中，β（Mg2Al3）相的數量隨鎂含量的提高而相應增加。

而高鎂合金在淬火、時效時形成的新相β′和基體不發生共格強化效果，因此5A12合金可以采取淬火方式，提高板材冷卻速度，減少β相析出，提高板材塑性。

通過試驗可知快速升降溫退火能使5A12合金中的 Mg2Si相及過剩Mg元素溶于基體之中，形成過飽和固溶體，并有效抑制Mg2Si相的析出，這樣大大改善了Mg2Si相在基體中的溶解度。這就是實驗室退火能達到要求而工業退火爐不能達到要求的根本原因。

因此將退火工藝調整為快速升溫退火方式進行處理，在沒有厚規格氣墊爐的前提下，只有通過鹽浴退火后采用片式法軋制。

取樣在實驗室小鹽浴爐進行了退火實驗，退火溫度范圍為450～520℃。退火后性能指標比較接近，延伸率達到25%，且高倍組織均沒有過燒現象，但當溫度超過510℃時，試樣表面出現了氣泡。因此，結合生產實際，選取鹽浴退火溫度為470～480℃。

5A12合金熱軋卷經剪切后經鹽浴槽480℃退火、粗平矯直后，由1650mm冷軋機進行片式冷軋，經試驗軋制板材冷變形量可達到30%以上，因此直接軋至成品厚度3.0～3.3mm，并且板材表面質量較好，板型優良，邊部質量較好。這證明通過鹽浴退火后進行冷軋，能夠最大程度提高板材加工塑性并順利軋制到成品規格。

2.4 成品退火

前面已經進行了預先退火工藝研究，清楚了5A12合金的基本特點，其再結晶溫度在340℃左右，退火溫度不應超過510℃，因此，成品退火溫度為470～480℃鹽浴槽退火。為保證產品一次投入合格，進行了工業化生產模擬實驗，摸索退火后施加不同壓光量板材的性能情況，其結果見表3。

表3 工業化模擬實驗結果

從模擬實驗結果可以看出，退火后未經壓光板材延伸率非常好，但抗拉強度和屈服強度略低于標準要求；通過施加1%～2%壓光量，屈服強度得到大幅提高，抗拉強度略為提高，在標準值邊緣，延伸率有小幅下降；當壓光量提高到6%～7%時，抗拉強度和屈服強度均得到大幅提高，但延伸率下降比較厲害，其中一個試樣延伸率已經低于標準要求。因此，5A12退火后需通過壓光提高強度，壓光量控制在2%～7%內，控制在4%左右最好。

2.5 成品檢測結果

通過上述工藝試生產5A12-O板型、表面質量良好，尺寸合格，性能指標滿足標準要求，見表4。證明該工藝制定合理，能滿足生產和使用要求。

表4 5A12-O成品板材性能

3 結論

通過上述試制與工藝調整成功開發了5A12-O 3.0mm厚薄板生產工藝并形成批量化生產。其工藝控制要點為：

（1）工藝路線：一次熱軋（片式）→鋸邊→二次熱軋（片式）+卷式軋至冷軋毛料（切邊）→剪切→鹽浴爐退火→片式冷軋→成品退火→冷壓→鋸切、取樣→包裝驗收。

（2）工序要點：①鑄錠加熱溫度380～420℃，盡量控制在380～400℃之間；②熱軋采用小壓下工藝，采用中低速軋制，保證軋件有好的塑性；③板材采用片式冷軋；④板材退火采用鹽浴退火，提高板材塑性；⑤成品退火后通過施加4%左右壓光量，改善板型并提高板材強度，使板材具有較好綜合性能。

（編輯：楊毅）

Research on Process of 5A12-O Aluminum Alloy

XIAO Shun-hua
(Southwest Aluminum (Group) Co.,Ltd., Chongqing 401326, China)

Mass production can be obtained by developing rolling and heat treatment process of 5A12 aluminum alloy production conditions.

5A12; hot rolling; cold rolling; heat treatment; industrialization

TG146.21，TG166.3，TG335.11

B

1005-4898(2014)04-0038-03

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.09

肖順華（1985-），女，湖北松滋人，大學本科。

2014-06-10