Способ производства листов из алюминиевых сплавов
Изобретение предназначено для повышения качества производимого высокопрочного листового проката из алюминиевых сплавов. Способ включает получение плоской заготовки и последующую продольную холодную прокатку до конечной толщины. Повышение прочностных и вязкостных свойств листов обеспечивается за счет того, что холодную прокатку осуществляют в температурном интервале от -80 и до -196°C с суммарным относительным обжатием 35-99%. После прокатки заготовки до толщины, превышающей конечную толщину листа в 2,8…9,5 раза, производят ее поворот в плоскости прокатки на угол 90°. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к металлургии, конкретно к прокатному производству, и может быть использовано при получении высокопрочного листового проката из алюминиевых сплавов.
Известен способ изготовления листов и лент из алюминиевых сплавов, включающий получение горячекатаной заготовки, последующую холодную прокатку до заданных размеров и окончательный отжиг [1].
Известный способ не обеспечивает получение высоких прочностных и вязкостных свойств листов.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ производства листов и лент из алюминиевых сплавов, включающий получение горячекатаной плоской заготовки, ее термообработку и последующую холодную прокатку в несколько проходов [2].
Недостаток известного способа состоит в том, что листы и ленты имеют низкие прочностные и вязкостные свойства.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении прочностных и вязкостных свойств листов.
Для решения технической задачи в известном способе производства листов из алюминиевых сплавов, включающем получение плоской заготовки и последующую продольную холодную прокатку до конечной толщины, согласно изобретению холодную прокатку осуществляют в температурном интервале от -80 и до -196°C с суммарным относительным обжатием 35-99%. Кроме того, в варианте реализации способа после прокатки заготовки до толщины, превышающей конечную толщину листа в 2,8…9,5 раз, производят ее поворот в плоскости прокатки на угол 90°.
Сущность предложенного изобретения состоит в следующем. Эксперименты показали, что эволюция зеренной структуры алюминиевых сплавов в ходе прокатки суммарным относительным обжатием 35-99% при криогенных температурах в интервале от -80 и до -196°C определяется вытягиванием и диспергированием зерен вплоть до наноразмеров, в то время как вклад механического двойникования пренебрежимо мал. Основным видом деформации является {111}<110> дислокационное скольжение. Багодаря образованию большого количества препятствий для перемещения дислокации прочностные свойства листов возрастают. Одновременно с этим измельчение зеренной структуры способствует повышению вязкостных свойств.
Однако если продольную деформацию заготовки осуществлять только в одном направлении, листовой прокат приобретает анизотропию механических свойств: прочностные и вязкостные свойства образцов, вырезанных вдоль прокатки, превышают аналогичные показатели для поперечных образцов. Анизотропия механических свойств сужает возможности применения высокопрочных листов из алюминиевых сплавов.
Для выравнивания механических свойств в продольном и поперечном направлениях после прокатки заготовки до толщины, превышающей конечную толщину листа в 2,8…9,5 раза, производят ее поворот в плоскости прокатки на угол 90°. Поворот заготовки на угол 90° после достижения толщины, превышающей конечную толщину листа в 2,8…9,5 раза, обеспечивает дальнейшее пластическое течение металла в поперечном (по сравнению с начальным) направлением. Это снижает вытянутость зерен микроструктуры, уменьшает строчечность включений, позволяет получить листовой прокат из алюминиевых сплавов с изотропными механическими свойствами.
Экспериментально установлено, что при температуре холодной прокатки выше -80°C или суммарном обжатии менее 35% не достигается диспергирование микроструктуры вплоть до наноразмеров зерен. Листовой прокат имеет недостаточные прочностные и пластические свойства. При температуре холодной прокатки ниже -196°C или суммарном относительном обжатии более 99% вследствие снижения ресурса технологической пластичности имеет место охрупчивание и разрушение прокатываемых листов из алюминиевых сплавов в валках при прокатке или в процессе дальнейшей формовки, что недопустимо.
Если поворот заготовки на угол 90° производить при ее толщине, превышающей конечную менее, чем в 2,8 раза, или более, чем в 9,5 раза, то дальнейшая ее прокатка не обеспечит выравнивания микроструктуры и свойств готовых листов в продольном и поперечном направлениях. В одном случае будут преобладать прочностные свойства «поперек» заключительных проходов, а в другом - «вдоль».
Варианты реализации способа
1. Горячекатаную заготовку из сплава алюминия с магнием (3,5% Mg по массе) толщиной H=40 мм, шириной B=100 мм и длиной L=300 мм погружают в жидкий азот и охлаждают до температуры t=-130°C.
Охлажденную заготовку узкой стороной задают в валки реверсивного стана кварто 800 и осуществляют ее продольную прокатку за 8 проходов с промежуточным охлаждением в толщине 12 мм до исходной температуры -130°C. Прокатку завершают при конечной толщине листа h=8,0 мм. Суммарное относительное обжатие ε составляет:
.
Прокатанный лист отпускают при температуре 150°C, вырезают образцы вдоль и поперек направления прокатки и проводят испытания механических свойств:
| σв, кг/мм2 | σт, кг/мм2 | δ5, % | KCU, кг·м/см2 | |
| Вдоль | 40 | 29 | 10 | 9 |
| Поперек | 33 | 25 | 7,8 | 7 |
2. Все те же операции, что и в примере 1, только после обжатия заготовки до промежуточной толщины hn=32 мм, которая превышает конечную толщину листа h в n=4 раза:
производят поворот заготовки в плоскости прокатки на угол 90°, после чего продолжают ее многопроходную прокатку до конечной толщины h=8,0 мм с промежуточным охлаждением в толщине 12 мм до исходной температуры -130°C.
Прокатанный лист имеет следующие механические свойства:
| σв, кг/мм2 | σт, кг/мм2 | δ5, % | KCU, кг·м/см2 | |
| вдоль | 37 | 25 | 9,0 | 8 |
| поперек | 37 | 25 | 9,0 | 8 |
Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.
| Режимы производства листов из алюминиймагниевого сплава | ||||||||
| № п/п | t, °C | ε, % |
 , раз |
Поворот на 90° | σв, кг/мм2 | σт, кг/мм2 | δ5, % | KCU, кг·м/см2 |
| 1 | -70 | 34 | не регл. | нет | 28/22 | 24/20 | 8/5 | 7/4 |
| 2 | -80 | 35 | не регл. | -:- | 39/32 | 28/24 | 9/5,9 | 9/6 |
| 3 | -130 | 80 | не регл. | -:- | 40/33 | 29/25 | 10/7,8 | 9/7 |
| 4 | -196 | 99 | не регл. | -:- | 41/34 | 29/24 | 9/6,2 | 9/6 |
| 5 | -200 | 99,5 | не регл. | -:- | 31/22 | 26/22 | 8/6,1 | 7/3 |
| 6 | -70 | 34 | 2,7 | есть | 28/23 | 21/24 | 6/8 | 7/5 |
| 7 | -80 | 35 | 2,8 | -:- | 37/37 | 25/25 | 9/9 | 8/8 |
| 8 | -130 | 80 | 4,0 | -:- | 37/37 | 25/25 | 9/9 | 8/8 |
| 9 | -196 | 99 | 9,5 | -:- | 37/37 | 25/25 | 9/9 | 8/8 |
| 10 | -200 | 99,5 | 10,0 | -:- | 31/22 | 26/23 | 8/6 | 8/4 |
| 11 | +20 | 75 | не регл. | нет | 27/22 | 23/19 | 8/5 | 6/3 |
Из данных, представленных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4, №7-9) достигается повышение прочностных и вязкостных свойств листов из алюминиевых сплавов. Кроме того, поворот заготовки на 90° после достижения ей толщины, в 2,8…9,5 раза превышающей конечную толщину листа (варианты №7-9), обеспечивает повышение изотропности механических свойств.
В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты №1, №5, №6 и №9), а также реализации известного способа (вариант 11, [2]) имеет место снижение прочностных и вязкостных свойств листового проката, возрастает их анизотропия в продольном и поперечном направлениях.
Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что прокатка при криогенной температуре от -80 и до -196°C с суммарным относительным обжатием 35-99% способствует интенсивному измельчению микроструктуры алюминиевых сплавов вплоть до наноструктурных размеров по всей толщине листа, исключению протекания динамического возврата и самопроизвольного разупрочнения. Благодаря этому достигается одновременное повышение прочностных и вязкостных свойств. Кроме того, дополнительный поворот заготовки толщиной, превышающей конечную толщину листа в 2,8…9,5 раза, на угол 90°, обеспечивает уменьшение анизотропии механических свойств листов из алюминиевых сплавов с микрокристаллической структурой.
Благодаря повышению прочностных и вязкостных свойств листов из алюминиевых сплавов достигнуто снижение их толщины и массы на 10-15% при сохранении общей прочности изделия.
Литературные источники
1. Ивао Осаму "Алюминиевая фольга и технология ее производства". "Киндзоку. Киндоки." 1977, 47, №8, р.36-42.
2. Авторское свидетельство СССР №1548259, МПК C22F 1/04, 1988.
1. Способ производства листов из алюминиевых сплавов, включающий получение плоской заготовки и последующую продольную холодную прокатку до конечной толщины, отличающийся тем, что холодную прокатку осуществляют в температурном интервале от -80 и до -196°C с суммарным относительным обжатием 35-99%.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после прокатки заготовки до толщины, превышающей конечную толщину листа в 2,8…9,5 раза, производят ее поворот в плоскости прокатки на угол 90°.
