一种安全鞋内包头用Al-Zn-Mg-Cu系铝合金板材的生产方法与流程

本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及一种安全鞋内包头用al-zn-mg-cu系铝合金板材的生产方法。

背景技术：

安全鞋又叫劳保鞋，是一种对足部有安全防护作用的鞋。根据使用的场地不同，种类很多。主要功能是防止物体砸伤脚面和脚趾，其防护功能主要依靠金属材质的内包头来实现。一般用钢头式劳保鞋能承受2吨的压力安全可靠，但钢质劳保鞋较笨重，穿戴不方便。随着人们对劳保鞋越来越高的轻便需求，密度轻强度高的铝合金内包头受到越来越多的关注。

al-zn-mg-cu系铝合金，具有高的强度、硬度，低密度，较好的抗应力腐蚀性能以及良好的加工性能，不同状态的al-zn-mg-cu铝合金板材广泛应用于航空航天、交通运输等工业领域。

al-zn-mg-cu铝合金o态薄板是目前国内劳保鞋内包头的主要用材之一，其后续的加工工艺：落料→拉深→剖切→切边→翻边。后续拉深以及翻边不开裂是冲制材料的最基本要求。据以往生产经验，冲制用al-zn-mg-cuo态板材表面电导率要求≥45％iacs，但目前该工业化生产的此类板材易出现表面油斑严重、强度偏高、延伸率偏低、电导率偏低以及后续冲压开裂等问题，无法满足劳保鞋头内包头的后续冲压使用要求。

现有轧制和退火工艺的技术缺点：目前工业化生产中采用的小道次压下量轧制和单级退火工艺，无法稳定控制al-zn-mg-cu合金退火过程中再结晶程度、析出相的形态、大小以及分布，往往产出的产品易出现延伸率低和电导率值不稳定，板材后续冲压性能较差，产品成材率低。且现有技术重卷清洗过程普遍采用清洗油，清洗结束后挥发不彻底残留于卷材表面，经退火后卷材油斑烧结形成明显黄油斑严重，板材表面质量较差。

技术实现要素：

针对现有技术的存在缺陷，本发明的目的在于提供一种安全鞋内包头用al-zn-mg-cu系铝合金板材的生产方法，本发明制得的铝合金电导率、延伸率、冲压性能以及板材表面质量良好，满足安全鞋使用要求。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种安全鞋内包头用al-zn-mg-cu系铝合金板材的生产方法，包括以下步骤：

步骤1、熔铸铝合金铸锭，所述铝合金铸锭中化学成分质量百分含量为：

si≤0.07、fe≤0.13、cu1.2～2.0、mn≤0.05、mg2.3～2.8、cr0.18～0.28、zn5.4～6.1、ti0.02～0.20、余量由al及不可避免的杂质构成；

步骤2、将步骤1得到的铝合金铸锭经预热、热轧、冷轧、清洗、三级退火步骤，制得到铝合金板材，所述三级退火过程中：

第一级退火温度150～200℃，保温时间1～6小时；

第二级退火温度360～450℃，保温2～10小时，所述退火炉炉气最高温度高于退火温度40～60℃，所得产品随炉冷却至料温为150～250℃；

第三级退火温度150～250℃，保温时间4～15小时，所得产品出炉空冷。

优选的是，步骤2中所述第一级退火温度升温速率为5～10℃/min。

优选的是，步骤2中所述第二级退火中随炉冷却速率为10～20℃/h。

优选的是，步骤2中所述三级退火过程中，退火炉中氧体积含量≤0.1％。

优选的是，步骤2中所述预热温度为380～480℃，保温1～12h。

优选的是，步骤2中所述热轧包括粗轧和精轧，所述粗轧所得板材厚度为15～25mm，所述精轧所得卷材厚度为4～9mm。

优选的是，步骤2中所述冷轧所得产品厚度为1.4～5mm。

优选的是，步骤2中所述清洗是通过50～80℃高压水进行清洗。

优选的是，步骤2中所述清洗速率为3～10m/min。

本发明的有益效果：

本发明通过调整合金成分、优化重卷清洗工艺、控制多级退火的温度和时间，达到控制退火过程和冷却过程中合金再结晶程度和析出相的形态、大小和分布，使其不仅具有优异和稳定的力学性能，同时拥有较高的冲压性能、较高的电导率以及良好表面质量，能够满足劳保鞋鞋头料冲压使用需求。

附图说明

图1是本发明实施例1所得铝合金板材外观图；

图2是本发明对比例1所得铝合金板材外观图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。这些实施例仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的范围。此外，在阅读本发明的内容后，本领域的技术人员可以对本发明作各种修改，这些等价变化同样落于本发明所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将如下成分熔铸铝合金扁锭，所述铝合金扁锭中化学成分质量百分含量为：si0.07、fe0.13、cu1.2、mn0.05、mg2.3、cr0.18、zn5.4、ti0.02、余量由al及不可避免的杂质构成；铝合金熔体经除气、精炼后，采用热顶半连续铸造法铸造成490×1600mm铝合金扁锭；

预热：将铸锭置于坑式炉内，加热至380℃，保温1h后出炉。

热轧：将预热的铸锭，热粗轧至15mm厚度板材，转热精轧，轧至4mm卷材，切边50mm。

冷轧：经2道次，单道次压下量40～45％，将卷材轧至1.4mm厚度卷材。

重卷清洗：利用50℃高压水对冷轧卷中残留轧制油进行清洗，用高压吹扫装置对残留水进行吹扫去除，清洗速率3m/min，切边40mm。

成品退火：采用三级退火工艺，边升温边吹入惰性气体(n2)保护卷材表面氧化，控制炉内氧体积含量0.1％。

第一级退火：炉气以5℃/min速率快速升温150℃，保温时间1小时，保温结束后。

第二级退火：以差温方式升温，炉气最高温度高于退火温度40℃，卷材料温360℃开始保温，保温2小时，随炉冷却，控制冷却速率10℃/h，料温冷却至150℃，进入第三阶段。

第三级退火：卷材料温度150℃，控制炉气继续保温，保温时间4小时，结束后出炉空冷，得到退火卷。

横切：切成品，控制板材公差尺寸及平整度。

实施例2

将如下成分熔铸铝合金扁锭，所述铝合金扁锭中化学成分质量百分含量为：si0.05、fe0.11、cu1.5、mn0.03、mg2.5、cr0.25、zn5.8、ti0.1、余量由al及不可避免的杂质构成；铝合金熔体经除气、精炼后，采用热顶半连续铸造法铸造成490×1600mm铝合金扁锭；

预热：将铸锭置于坑式炉内，加热至450℃，保温8h后出炉。

热轧：将预热的铸锭，热粗轧至20mm厚度板材，转热精轧，轧至7mm卷材，切边90mm。

冷轧：经2道次，单道次压下量40～45％，将卷材轧至2.5mm厚度卷材。

重卷清洗：利用60℃高压水对冷轧卷中残留轧制油进行清洗，用高压吹扫装置对残留水进行吹扫去除，清洗速率5m/min，切边50mm。

成品退火：采用三级退火工艺，边升温边吹入惰性气体(n2)保护卷材表面氧化，控制炉内氧体积含量0.07％。

第一级退火：炉气以8℃/min速率快速升温180℃，保温时间3小时，保温结束后。

第二级退火：以差温方式升温，炉气最高温度高于退火温度50℃，卷材料温400℃开始保温，保温6小时，随炉冷却，控制冷却速率15℃/h，料温冷却至200℃，进入第三阶段。

第三级退火：卷材料温度200℃，控制炉气继续保温，保温时间10小时，结束后出炉空冷，得到退火卷。

横切：切成品，控制板材公差尺寸及平整度。

实施例3

将如下成分熔铸铝合金扁锭，所述铝合金扁锭中化学成分质量百分含量为：si0.03、fe0.09、cu2.0、mn0.02、mg2.8、cr0.28、zn6.1、ti0.2余量由al及不可避免的杂质构成；铝合金熔体经除气、精炼后，采用热顶半连续铸造法铸造成490×1600mm铝合金扁锭；

预热：将铸锭置于坑式炉内，加热至480℃，保温12h后出炉。

热轧：将预热的铸锭，热粗轧至25mm厚度板材，转热精轧，轧至9mm卷材，切边120mm。

冷轧：经1道次，单道次压下量45％，将卷材轧至5.0mm厚度卷材。

重卷清洗：利用80℃高压水对冷轧卷中残留轧制油进行清洗，用高压吹扫装置对残留水进行吹扫去除，清洗速率10m/min，切边60mm。

成品退火：采用三级退火工艺，边升温边吹入惰性气体(n2)保护卷材表面氧化，控制炉内氧体积含量0.03％。

第一级退火：炉气以10℃/min速率快速升温200℃，保温时间6小时，保温结束后。

第二级退火：以差温方式升温，炉气最高温度高于退火温度60℃，卷材料温450℃开始保温，保温10小时，随炉冷却，控制冷却速率20℃/h，料温冷却至250℃，进入第三阶段。

第三级退火：卷材料温度250℃，控制炉气继续保温，保温时间15小时，结束后出炉空冷，得到退火卷。

横切：切成品，控制板材公差尺寸及平整度。

对比例1

将如下成分熔铸铝合金扁锭，所述铝合金扁锭中化学成分质量百分含量为：si0.07、fe0.13、cu1.2、mn0.05、mg2.3、cr0.18、zn5.4、ti0.02、余量由al及不可避免的杂质构成；铝合金熔体经除气、精炼后，采用热顶半连续铸造法铸造成490×1600mm铝合金扁锭；

预热：将铸锭置于坑式炉内，加热至410℃，保温6h出炉。

热轧：热粗轧至20mm厚度板材，转热精轧，轧至6mm卷材，切边100mm。

冷轧：经3～5道次，单道次压下量20％将卷材轧至2.5mm。

重卷清洗：利用0～30℃清洗油将卷材表面轧制油及铝屑清理干净，清洗速度15～30m/min，切边60mm。

成品退火：采用单级退火，退火温度360～450℃，保温2～10小时，随炉冷却，控制冷却速率30℃/h，冷至230℃，出炉。

横切：切成品。

对比例2

将如下成分熔铸铝合金扁锭，所述铝合金扁锭中化学成分质量百分含量为：si0.07、fe0.13、cu1.2、mn0.05、mg2.3、cr0.18、zn5.4、ti0.02、余量由al及不可避免的杂质构成；铝合金熔体经除气、精炼后，采用热顶半连续铸造法铸造成490×1600mm铝合金扁锭；

预热：将铸锭置于坑式炉内，加热至380℃，保温1h出炉。

热轧：热粗轧至15mm厚度板材，转热精轧，轧至4mm卷材，切边50mm。

冷轧：经3～5道次，单道次压下量20％将卷材轧至1.4mm。

重卷清洗：利用30℃清洗油将卷材表面轧制油及铝屑清理干净，清洗速度15m/min，切边40mm。

成品退火：采用双级退火，边升温边吹入惰性气体(n2)保护卷材表面氧化，控制炉内氧体积含量0.1％。

第一级退火：炉气以5℃/min速率快速升温150℃，保温时间1小时，保温结束后。

第二级退火：以差温方式升温，炉气最高温度高于退火温度40℃，卷材料温360℃开始保温，保温2小时，结束后出炉空冷，得到退火卷。

横切：切成品。

实例1～3所生产的铝合金材料延伸率更高，力学性能更软，其冲压性能、电导率值、板材表面油斑均得到明显改善。对比例1-2技术方案分别采用单级退火和双极退火工艺，所制得的铝合金产品发生了很大的变化，其延伸率，力学性能，其冲压性能等指标参数降低，实施例1-3和对比例1-2检测方法一样，实施例及对比例中的各项性能，见表1-表2所示。

表1铝合金产品力学性能

表2铝合金产品冲压性能