一种7×××铝合金板材大铸锭顺向轧制工艺研究

张宏亮 ，王海滨，徐克宇，王兆立，赵亮

(东北轻合金有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150060)

7×××铝合金板材属于Al-Zn系合金，具有强度高、塑性好、机加后不易变形等优点，被广泛应用于高速列车、地铁及动车组等制造业。随着国内轨道客车制造业及航空航天工业的迅速发展，7×××铝合金板材的需求量大幅增加，为满足市场需求，拓宽生产窄口，提高生产效率，开展了本次生产试验。本试验主要研究了顺向轧制对7×××铝合金板材热轧工艺、T4状态力学性能、内部组织及表面质量的影响，确定了最佳的顺向轧制生产工艺，为生产出符合相关技术标准及用户要求的铝合金板材提供了理论依据。

1 试验方案

1.1 试验材料

选用熔铸分厂半连续铸造方式生产的规格为300mm×1320mm×3200mm和300mm×1150mm×2400mm的7×××铝合金铸锭，化学成分符合GB/T3190的规定。

1.2 试验目标值

7×××合金T4状态3mm～50mm厚板材的力学性能指标见表1。

表1 7×××板材试验目标值

1.3 工艺流程

熔铸→均火→铣面→加热→热轧→剪切→淬火→拉伸→锯切→性能检测→验收→包装、交货。

1.4 试验内容

① 加热

铸锭采用推进式加热炉加热，上气流定温540℃，下气流定温520℃，加热时间为10～12小时，开轧温度为360℃～400℃，可根据实际加热情况延长或缩短加热时间，以保证出炉温度。记录加热时间、出炉温度。

② 热轧

热轧成品厚度分别为12mm、15mm。记录道次压下量、轧制力、轧制时间、板形、热轧终了温度、终了厚度。

③ 淬火

采用辊底式淬火炉进行淬火，淬火制度：定温460±2℃/加热30min，保温25min。

④ 拉伸

采用板材拉伸机进行拉伸，拉伸量为1.2%～3.0%。

⑤ 锯切

精密锯床锯切成品，切取试样进行检测。

⑥ 对比分析大铸锭与小铸锭的T4状态板材组织、力学性能。

2 试验结果与数据分析

2.1 推进式加热炉加热试验结果及分析

试验铸锭按1.4①节所述参数加热。为保证加热质量，试验料生产时采用分区加热，在试验料前后各留有10个空垫。加热试验结果见表2。

表2 铸锭加热情况

由表2的实验结果可以看出加热时间为10.5h～11.1h，铸锭温度均为中限；因此， 所 定加热制度可行。

2.2 热轧情况及分析

热轧参数及试验结果见表3。热轧机的设备能力：热轧机额定负荷20 MN；实际负荷2.9 MN～12 MN，未超负荷。

表3 热轧工艺参数及试验结果

由表3的实验结果可以看出：在成品厚度一致的情况下，7×××合金铸锭顺向轧制热轧的最大轧制力、最大道次加工率均大于横向轧制，轧制道次少于横向轧制，滚边道次多于横向轧制。这是因为：7×××合金顺向轧制铸块采用推进式加热炉加热，其热传递方式为传导，加热速度慢，但铸锭内外温差小，到温热轧时铸锭内外变形抗力接近，且都较小，热轧容易进行。但由于顺向轧制铸锭没有进行刨边，边部为铸造表面，存在较多偏析瘤，热轧非常容易裂边，需增加滚边次数。7×××合金横轧铸锭采用链式加热炉加热，其热传递方式为辐射，加热速度快，但铸锭内外温差大，变形抗力差别大，因此道次压下量、道次加工率相对较低。横轧铸锭边部为锯切表面，相对于铸造表面容易加工，因此滚边次数相对较少。可见，顺向轧制7×××合金铸锭，热轧开轧温度可沿用横轧开轧温度：360℃～400℃，热轧的最大道次压下量、最大道次加工率均略高于横向轧制，轧制道次少于横向轧制，滚边道次多于横向轧制。

2.3 力学性能分析

7×××合金顺向轧制的板材在淬火、拉伸后切取力学性能试样，进行力学性能检测，并将检测结果与横轧板材进行对比。具体结果见表4。

表4 7×××铝合金试验料力学性能

由表4的试验结果可以看出：7×××顺向轧制板材与横向轧制板材力学性能非常接近，说明顺向轧制对7×××板材力学性能影响不大。这是因为淬火板材力学性能主要取决于淬火工艺参数及本身合金特性。可见7×××顺向轧制板材淬火温度可采用与横轧相同的460±2℃。

2.4 组织分析

试验料的高倍组织与横轧的7×××铝合金板材的高倍组织对比见图1。

图1 7×××板材高倍组织

由图1可以看出用大方铸锭、推进式加热炉生产出的7×××板材与横向轧制生产出的板材高倍组织没有差异，高倍组织中强化相分布均匀，高倍组织无过烧，符合标准的要求。

3 结论

(1)顺向轧制7×××合金铸锭，热轧开轧温度可沿用横轧开轧温度：360℃～400℃，热轧的最大道次压下量、最大道次加工率均大于横向轧制，轧制道次少于横向轧制，滚边道次多于横向轧制；

(2)顺向轧制对7×××板材力学性能没有明显影响；

(3)顺向轧制对7×××板材内部组织没有明显影响；

(4)7×××顺向轧制板材淬火温度可采用与横轧相同的460±2℃；

(5)7×××板材顺向轧制时，热轧易产生裂边，对板材成品率存在潜在影响。