一种汽车用高强度5018铝合金薄板及其制备方法
一、技术领域：
1.本发明涉及铝合金制造技术领域，特别是涉及一种汽车用高强度5018铝合金薄板及其制备方法。
二、

背景技术：

2.传统5754铝合金与5052铝合金具有中等强度、良好的耐蚀性、焊接性及易于加工成形等特点，是al-mg系合金中的典型合金。5754铝合金材料与5052铝合金材料广泛应用于交通运输、焊接结构、压力容器、船舶结构与海上运输槽罐等领域，具备优良的加工性能、优良耐蚀性、高疲劳强度、高可焊性等特性。
3.汽车油箱、储气罐、刹车液压罐、燃料罐是现代汽车生产中的必需产品，采用的铝合金材料，不但自重减轻，而且产品内不易生锈，免除定期清洗的麻烦。自2000年起，国外的汽车燃油箱、储气罐、刹车液压罐、燃料罐等已普遍采用铝合金材质。近年来，国内对铝合金油箱、储气罐等使用也逐渐普及，传统典型材质选择为5754铝板、5052铝板。随着汽车市场铝合金用材量的不断扩大及行业需求发展，对用作汽车或重卡燃油箱料、储气罐、刹车液压罐、燃料罐等配套用铝合金材料提出了更高的挑战，要求具有更高的强度、且更大的延伸率，从而使其使用周期加长。
4.为了替代传统5754铝合金与5052铝合金，通过对熔铸技术、热轧技术、冷轧技术等进行研究，使铝合金内部微观组织得到优化控制，最终获得一种抗拉强度、延伸率等能够相媲美甚至超越传统5754与5052铝合金产品的汽车用5018铝合金薄板。
三、

技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：根据本领域的应用发展趋势，本发明提供了一种汽车用高强度5018铝合金薄板及其制备方法。利用本发明技术方案制备所得汽车用高强度5018铝合金薄板产品具备优异的力学性能表现，即在本应用领中，本发明制备所得产品完全能够替代传统5754铝合金与5052铝合金薄板的技术。
6.为了解决上述问题，本发明采取的技术方案是：
7.本发明提供一种汽车用高强度5018铝合金薄板，以质量百分含量表示，所述高强度铝合金薄板的合金化学成分组成为：si 0.2～0.25％、fe 0.3～0.35％、cu 0～0.05％、mn 0.45～0.55％、mg 3.4～3.6％、cr 0.15～0.25％、zn 0.1～0.15％、ti 0.020～0.025％，余量为al。
8.另外，提供一种汽车用高强度5018铝合金薄板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
9.a、熔炼：将原料纯铝锭和工艺废料加入火焰反射炉内进行加热熔炼，控制炉内熔炼温度为720～750℃，待炉内原料全部融化后搅拌去除浮渣，得到原始合金液；然后加入纯度100％的镁锭、100％锌合金、二号溶剂无水氯化镁、al-20mn、al-20si、al-75cr(al-75cr是指75％纯度的al-cr中间合金，即al-cr中间合金中cr所占百分含量为75％)和al-5ti-b
进行配料，配料温度为725～735℃，配料后使其熔炼所得合金液中合金成分组成满足上述5018高强度铝合金薄板坯料的合金元素组成；
10.b、精炼：将步骤a所得合金液进行精炼，精炼过程中控制温度为720～740℃、精炼时间为30～120min；精炼结束后，依次进行扒渣、静置，静置时间为20～45min；
11.c、铸造：将步骤b精炼后所得铝合金液依次进行在线一级板式过滤、二级板式过滤、在线除气和管式过滤，过滤后所得合金液铸造成铝合金扁锭；
12.d、锯铣：将步骤c所得铝合金扁锭先进行锯切，锯头为300～500mm；然后进行铣面，大面单侧铣面量为11～20mm，小面铣面量为7～10mm；铣面后得到净锭；
13.e、预加热处理：将步骤d所得净锭置于加热炉内进行预加热处理；
14.f、热粗轧：将步骤e热处理后所得板锭经过17～23道次粗轧，轧制成厚度34～37mm的中间板，粗轧入口温度为470～510℃；
15.g、热精轧：将步骤f所得热轧中间板经过4道次热连轧，轧制成厚度为7.0mm的热轧坯料卷，精轧入口温度为460～480℃，终轧温度为325～345℃；
16.h、冷轧成品：将热精轧后所得铝合金坯料卷降温后，进行冷轧，经过冷轧得到2.0～3.5mm厚度的冷轧卷材；
17.i、清洗：将冷轧成品卷材进行拉矫清洗处理，清洗水温为50℃，线速为70～85m/min，延伸率为0～0.3％；
18.j、o态退火：将清洗后所得卷材进行o态退火；
19.k、横剪：将o态退火后所得卷材冷却至50℃以下，进行横剪；
20.l、包装：将横剪后所得薄板材料进行分垛包装。
21.根据上述的汽车用高强度5018铝合金薄板的制备方法，步骤a中所述纯铝锭的纯度≥99.70％；原料纯铝锭和工艺废料进行配料时，所述工艺废料所占的质量百分含量为0～40％。
22.根据上述的汽车用高强度5018铝合金薄板的制备方法，步骤a中所述工艺废料为5083铝合金加工制程中切除的头尾废料或边部废料。
23.根据上述的汽车用高强度5018铝合金薄板的制备方法，所述5083铝合金加工制程中切除的头尾废料或边部废料中各化学成分组成为si 0～0.40％、fe 0～0.40％、cu 0～0.10％、mn 0.40～1％、mg 4～4.90％、cr 0.05～0.25％、zn 0～0.25％、ti 0～0.15％，余量为al。
24.根据上述的汽车用高强度5018铝合金薄板的制备方法，步骤b所述精炼过程中，采用100％的纯ar2气体进行除气净化，使其静置炉精炼后氢含量＜0.20ml/100g(al)，除气箱转子的转速为350～380r/min，除气净化后进行在线除气将氢含量控制在≤0.15ml/100g(al)。
25.根据上述的汽车用高强度5018铝合金薄板的制备方法，步骤c中所述一级板式过滤、二级板式过滤的等级分别为40ppi和50ppi；所述铸造过程中控制铸造温度为690～720℃，冷却水流量为60～70m3/h/根，冷却水温为25℃～33℃。
26.根据上述的汽车用高强度5018铝合金薄板的制备方法，步骤e中所述预加热处理时，升温过程中炉气温度分阶段设定为400℃﹣430℃﹣460℃﹣490℃﹣520℃，升温所用时间为13～15h；一级加热制度：金属温度为480～510℃时，保温8～10h；二级降温处理制度：降温
时间1～2h；出炉温度为470～510℃。
27.根据上述的汽车用高强度5018铝合金薄板的制备方法，步骤j中所述o态退火过程中，第一阶段炉气设定为240℃，吹油2h，充n2保护；第二阶段设定炉气温度为370℃，金属升温达到325℃，第三阶段改炉气温度为350℃，保温3h。
28.本发明的积极有益效果：
29.1、本发明制备方法中，熔铸工艺中采用0～40％工艺废料进行配料熔炼，且在保证晶粒细化效果同时控制ti％元素含量≤0.025％。一方面，配料采用0～40％工艺废料，本发明增加了5083废料的循环利用效率；另一方面，本发明制备所得产品为低钛等级产品，在当前铝合金行业的发展及市场，占据着有利的化学成分优势地位。
30.2、本发明制备方法中，精炼工艺中采用100％纯ar2气体进行除气净化。一方面，ar2气体代替传统cl2气体，能够有效解决有害气体物质的排放；另一方面，采用纯ar2气体，代替ar2与n2混合气体，不仅能够保证熔体精炼的综合净化效果，而且能够有效避免精炼温度大于720℃时，反应生成aln、mg3n2杂质化合物，造成去除困难问题。
31.3、本发明制备方法中，通过对熔铸技术、预热技术、热轧技术、冷轧技术等综合研究，使得本发明制备所得产品具有轻质高强特性，同时具备良好的冲压成型性能，能够相媲美甚至超越传统5754与5052铝合金产品，增加产品使用周期，此发明产品符合目前国际上汽车生产向绿色制造趋势，从而减少了有限资源消耗，实现节能、环保的使用价值。
32.4、利用本发明技术方案制备的产品高强度5018铝合金薄板，经检测，所得相关性能参数详见表1。
33.表1本发明产品相关性能检测数据
34.四、具体实施方式：
35.以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明技术方案保护的范围。
36.以下实施例采用的工艺废料是指在铝合金板带材生产中切除的头尾废料或边部废料；所述工艺废料为5083铝合金板带材生产中切除的头尾废料或边部废料；以重量百分含量表示，所述5083铝合金生产中切除的头尾废料或边部废料中各化学成分组成为si 0～0.40％、fe 0～0.40％、cu 0～0.10％、mn 0.40～1％、mg 4～4.90％、cr 0.05～0.25％、zn 0～0.25％、ti 0～0.15％，余量为al。
37.实施例中采用的al-75cr是指75％纯度的al-cr中间合金，即al-cr中间合金中cr所占百分含量为75％。
38.实施例1：
39.本发明汽车用高强度5018铝合金薄板，以质量百分含量表示，所述铝合金薄板的合金化学成分组成为：si 0.234％、fe 0.319％、cu 0.042％、mn 0.464％、mg 3.479％、cr 0.168％、zn 0.149％、ti 0.025％，余量为al。
40.实施例2：
41.本发明实施例1汽车用高强度5018铝合金薄板的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
42.a、熔炼：以纯度99.70％铝锭和工艺废料为原料，将纯铝锭和工艺废料加入火焰反射炉内进行加热熔炼，控制炉内熔炼温度为730～750℃，待炉内原料全部融化后搅拌去除浮渣，得到原始合金液；然后加入纯度100％的mg锭、100％zn合金、二号溶剂无水氯化镁、al-20mn、al-20si、al-75cr和al-5ti-b进行配料，配料温度为725～735℃，配料后使其熔炼所得合金液中合金成分组成满足实施例1所述5018铝合金薄板坯料的合金元素组成；
43.所述原料配料中：原始总投料量52吨，采用5083铝合金工艺废料为20吨，所占比例为38.5％；以重量百分含量表示，所述5083铝合金工艺废料中各种合金成分组成为：si 0.124％、fe 0.306％、cu 0.036％、mn 0.406％、mg 4.219％、cr 0.105％、zn 0.034％、ti 0.024％，余量为al；
44.b、精炼：将步骤a所得合金液进行精炼，精炼过程中控制温度为720～740℃、精炼时间为40min；精炼结束后，依次进行扒渣、静置，静置时间为25min；
45.所述精炼过程中采用比例100％的纯ar2气体进行除气净化，使其静置炉精炼后氢含量＜0.20ml/100g(al)，除气箱转子的转速为360r/min，除气净化后进行在线除气将氢含量控制在≤0.15ml/100g(al)；
46.c、铸造：将步骤b精炼后所得铝合金液依次进行在线一级板式过滤、二级板式过滤、在线除气和管式过滤，过滤后所得合金液铸造成铝合金扁锭；
47.所述铸造过程中，一级板式过滤、二级板式过滤的等级分别为40ppi和50ppi；铸造过程中控制铸造温度为690～713℃，冷却水流量为60m3/h/根，冷却水温为25℃；铸造结束后，待浇口端部充分冷凝后冷却15min，冷却后关闭冷却水吊运；
48.d、锯铣：将步骤c所得铝合金扁锭先进行锯切，锯头为300mm；然后进行铣面，大面单侧铣面量为11mm，小面铣面量为8mm；铣面后得到净锭；
49.e、预加热处理：将步骤d所得净锭置于加热炉内进行预加热处理；
50.所述预加热处理时，升温过程中炉气温度分阶段设定为400℃﹣430℃﹣460℃﹣490℃﹣520℃，升温所用时间为13h；一级加热制度：金属温度为480～510℃时，保温8h；二级降温处理制度：降温时间1h；出炉温度为498℃；
51.f、热粗轧：将步骤e热处理后所得板锭经过21道次粗轧，轧制成厚度37mm的中间板，粗轧入口温度为498℃；
52.g、热精轧：将步骤f所得热轧中间板经过4道次热连轧，轧制成厚度为7.0mm的热轧坯料卷，精轧入口温度为460～480℃，终轧温度为330℃；
53.h、冷轧成品：将热精轧后所得铝合金坯料卷降温后，进行冷轧，经过冷轧得到2.35mm厚度的冷轧卷材；
54.i、清洗：将冷轧成品卷材进行拉矫清洗处理，清洗水温为50℃，线速为70m/min，延伸率为0.1％；
55.j、o态退火：将清洗后所得卷材进行o态退火；
56.所述o态退火过程中，第一阶段炉气设定为240℃，吹油2h，充n2保护；第二阶段设定炉气温度为370℃，金属升温达到325℃，第三阶段改炉气温度为350℃，保温3h；
57.k、横剪：将o态退火后所得卷材冷却至50℃以下，进行横剪；
58.l、包装：将横剪后薄板材料进行分垛包装即可。
59.本发明实施例2制备所得高强度5018铝合金薄板的力学对比数据详见表2。
60.表2本发明实施例2制备所得5018与《gb/t 3880.2—2012》5754、5052铝合金力学对比
[0061][0062]
备注：《gb/t 3880.2—2012一般工业用铝及铝合金板、带材第2部分：力学性能》
[0063]
由表2所得结果数据表明，本发明制备的汽车用高强度5018铝合金薄板经过熔炼、铸造、锯铣、预加热处理、热轧、冷轧、清洗、o态退火等工序处理，加工成品具有与传统5754合金、5052合金更高的抗拉强度、更大的延伸率，综合性能突出。
[0064]
实施例3：
[0065]
本发明汽车用高强度5018铝合金薄板，以质量百分含量表示，所述铝合金薄板的合金化学成分组成为：si 0.241％、fe 0.34％、cu 0.030％、mn 0.506％、mg 3.512％、cr 0.189％、zn 0.140％、ti 0.024％，余量为al。
[0066]
实施例4：
[0067]
本发明实施例3汽车用高强度5018铝合金薄板的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
[0068]
a、熔炼：以纯度99.70％的铝锭和工艺废料为原料，将纯铝锭和工艺废料加入火焰反射炉内进行加热熔炼，控制炉内熔炼温度为725～745℃，待炉内原料全部融化后搅拌去除浮渣，得到原始合金液；然后加入纯度100％的mg锭、100％zn合金、二号溶剂无水氯化镁、al-20mn、al-20si、al-75cr和al-5ti-b进行配料，配料温度为725～735℃，配料后使其熔炼所得合金液中合金成分组成满足实施例3所述5018铝合金薄板坯料的合金元素组成；
[0069]
所述原料中：原始总投料量53吨，采用5083铝合金工艺废料为18.8吨，所占比例为35.5％；以重量百分含量表示，所述5083铝合金工艺废料中各种合金成分组成为：si 0.128％、fe 0.318％、cu 0.029％、mn 0.465％、mg 4.468％、cr 0.105％、zn 0.030％、ti 0.023％，余量为al；
[0070]
b、精炼：将步骤a所得合金液进行精炼，精炼过程中控制温度为720～740℃、精炼时间为50min；精炼结束后，依次进行扒渣、静置，静置时间为30min；
[0071]
所述精炼过程中采用比例100％的纯ar2气体进行除气净化，使其静置炉精炼后氢含量＜0.20ml/100g(al)，除气箱转子的转速为361r/min，除气净化后进行在线除气将氢含量控制在≤0.15ml/100g(al)；
[0072]
c、铸造：将步骤b精炼后所得铝合金液依次进行在线一级板式过滤、二级板式过滤、在线除气和管式过滤，过滤后所得合金液铸造成铝合金扁锭；
[0073]
所述铸造过程中，一级板式过滤、二级板式过滤的等级分别为40ppi和50ppi；铸造过程中控制铸造温度为695～715℃，冷却水流量为65m3/h/根，冷却水温为28℃；铸造结束后，待浇口端部充分冷凝后冷却15min，冷却后关闭冷却水吊运；
[0074]
d、锯铣：将步骤c所得铝合金扁锭先进行锯切，锯头为350mm；然后进行铣面，大面单侧铣面量为15mm，小面铣面量为7mm；铣面后得到净锭；
[0075]
e、预加热处理：将步骤d所得净锭置于加热炉内进行预加热处理；
[0076]
所述预加热处理时，升温过程中炉气温度分阶段设定为400℃﹣430℃﹣460℃﹣490℃﹣520℃，升温所用时间为14h；一级加热制度：金属温度为480～510℃时，保温9h；二级降温处理制度：降温时间1.5h；出炉温度为502℃；
[0077]
f、热粗轧：将步骤e热处理后所得板锭经过21道次粗轧，轧制成厚度37mm的中间板，粗轧入口温度为495℃；
[0078]
g、热精轧：将步骤f所得热轧中间板经过4道次热连轧，轧制成厚度为7.0mm的热轧坯料卷，精轧入口温度为460～480℃，终轧温度为332℃；
[0079]
h、冷轧成品：将热精轧后所得铝合金坯料卷降温后，进行冷轧，经过冷轧得到2.35mm厚度的冷轧卷材；
[0080]
i、清洗：将冷轧成品卷材进行拉矫清洗处理，清洗水温为50℃，线速为75m/min，延伸率为0.2％；
[0081]
j、o态退火：将清洗后所得卷材进行o态退火；
[0082]
所述o态退火过程中，第一阶段炉气设定为240℃，吹油2h，充n2保护；第二阶段设定炉气温度为370℃，金属升温达到325℃，第三阶段改炉气温度为350℃，保温3h；
[0083]
k、横剪：将o态退火后所得卷材冷却至50℃以下，进行横剪；
[0084]
l、包装：将横剪后薄板材料进行分垛包装即可。
[0085]
本发明实施例4制备所得高强度5018铝合金薄板的力学对比数据详见表3。
[0086]
表3本发明实施例4制备所得5018与《gb/t 3880.2—2012》5754、5052铝合金力学对比
[0087][0088]
备注：《gb/t 3880.2—2012一般工业用铝及铝合金板、带材第2部分：力学性能》
[0089]
由表3所得结果数据表明，本发明制备的汽车用高强度5018铝合金薄板经过熔炼、铸造、锯铣、预加热处理、热轧、冷轧、清洗、o态退火等工序处理，加工成品具有与传统5754合金、5052合金更高的抗拉强度、更大的延伸率，综合性能突出。
[0090]
实施例5：
[0091]
本发明汽车用高强度5018铝合金薄板，以质量百分含量表示，所述铝合金薄板的合金化学成分组成为：si 0.216％、fe 0.321％、cu 0.021％、mn 0.465％、mg 3.528％、cr 0.175％、zn 0.132％、ti 0.024％，余量为al。
[0092]
实施例6：
[0093]
本发明实施例5汽车用高强度5018铝合金薄板的制备方法，该制备方法的详细步骤如下：
[0094]
a、熔炼：以纯度99.70％铝锭和工艺废料为原料，将纯铝锭和工艺废料加入火焰反射炉内进行加热熔炼，控制炉内熔炼温度为720～740℃，待炉内原料全部融化后搅拌去除浮渣，得到原始合金液；然后加入纯度100％的mg锭、100％zn合金、二号溶剂无水氯化镁、al-20mn、al-20si、al-75cr和al-5ti-b进行配料，配料温度为725～735℃，配料后使其熔炼所得合金液中合金成分组成满足实施例5所述铝合金薄板坯料的合金元素组成；
[0095]
所述原料中：原始总投料量52吨，采用5083铝合金工艺废料为13吨，所占比例为25％；以重量百分含量表示，所述5083铝合金工艺废料中各种合金成分组成为：si 0.133％、fe 0.324％、cu 0.036％、mn 0.475％、mg 4.482％、cr 0.112％、zn 0.033％、ti 0.025％，余量为al；
[0096]
b、精炼：将步骤a所得合金液进行精炼，精炼过程中控制温度为720～740℃、精炼时间为55min；精炼结束后，依次进行扒渣、静置，静置时间为35min；
[0097]
所述精炼过程中，采用比例100％的纯ar2气体进行除气净化，使其静置炉精炼后氢含量＜0.20ml/100g(al)，除气箱转子的转速为362r/min，除气净化后进行在线除气将氢含量控制在≤0.15ml/100g(al)；
[0098]
c、铸造：将步骤b精炼后所得铝合金液依次进行在线一级板式过滤、二级板式过滤、在线除气和管式过滤，过滤后所得合金液铸造成铝合金扁锭；
[0099]
所述铸造过程中，一级板式过滤、二级板式过滤的等级分别为40ppi和50ppi；铸造过程中控制铸造温度为697～717℃，冷却水流量为70m3/h/根，冷却水温为31℃；铸造结束后，待浇口端部充分冷凝后冷却15min，冷却后关闭冷却水吊运；
[0100]
d、锯铣：将步骤c所得铝合金扁锭先进行锯切，锯头为450mm；然后进行铣面，大面单侧铣面量为20mm，小面铣面量为10mm；铣面后得到净锭；
[0101]
e、预加热处理：将步骤d所得净锭置于加热炉内进行预加热处理；
[0102]
所述预加热处理时，升温过程中炉气温度分阶段设定为400℃﹣430℃﹣460℃﹣490℃﹣520℃，升温所用时间为15h；一级加热制度：金属温度为480～510℃时，保温10h；二级降温处理制度：降温时间2h；出炉温度为497℃；
[0103]
f、热粗轧：将步骤e热处理后所得板锭经过21道次粗轧，轧制成厚度37mm的中间板，粗轧入口温度为495℃；
[0104]
g、热精轧：将步骤f所得热轧中间板经过4道次热连轧，轧制成厚度为7.0mm的热轧坯料卷，精轧入口温度为460～480℃，终轧温度为338℃；
[0105]
h、冷轧成品：将热精轧后所得铝合金坯料卷降温后，进行冷轧，经过冷轧得到2.35mm厚度的冷轧卷材；
[0106]
i、清洗：将冷轧成品卷材进行拉矫清洗处理，清洗水温为50℃，线速为85m/min，延伸率为0.3％；
[0107]
j、o态退火：将清洗后所得卷材进行o态退火；
[0108]
所述o态退火过程中，第一阶段炉气设定为240℃，吹油2h，充n2保护；第二阶段设定炉气温度为370℃，金属升温达到325℃，第三阶段改炉气温度为350℃，保温3h；
[0109]
k、横剪：将o态退火后所得卷材冷却至50℃以下，进行横剪；
[0110]
l、包装：将横剪后薄板材料进行分垛包装即可。
[0111]
本发明实施例6制备所得高强度5018铝合金薄板的力学对比数据详见表4。
[0112]
表4本发明实施例6制备所得5018与《gb/t 3880.2—2012》5754、5052铝合金力学对比
[0113][0114]
备注：《gb/t 3880.2—2012一般工业用铝及铝合金板、带材第2部分：力学性能》
[0115]
由表4所得结果数据表明，本发明制备的汽车用高强度5018铝合金薄板经过熔炼、铸造、锯铣、预加热处理、热轧、冷轧、清洗、o态退火等工序处理，加工成品具有与传统5754合金、5052合金更高的抗拉强度、更大的延伸率，综合性能突出。