专利名称：高速列车结构件用铝合金板材及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金板材及其制造方法。
背景技术：
7N01铝合金属于Al-Zn-Mg系铝合金，该合金由于具有较高的强度、良好的耐腐蚀 性和焊接性，综合性能优良，日本高速机车对该材料应用较多。目前国内还没有厂家生产 7N01铝合金材料，没有成型生产工艺可借鉴参考。多年来，我国对中强可焊Al-Zn-Mg系合 金进行了一些研究，但多是仿制，尚没有形成能满足各种高速列车制造要求的完整合金体 系，在Al-Zn-Mg系合金的成分优化方面，合金冶金质量控制方面，材料加工和热处理等方 面还缺少系统研究，还有许多关键的技术问题未得到解决，因此很难稳定地为我国高速列 车制造提供高性能的中强可焊Al-Zn-Mg合金板材。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速列车结构件用铝合金板材及其制造方法。本发明高速列车结构件用铝合金板材中各元素质量百分比如下Ζη:3.5 6. 0 %，Mg 1. 2 3. 0 %，Mn :0· 3 0. 9 %，Cr < 0. 4 %, Zr < 0. 45 %, V < 0. 15 %, Cu <0. 30%, Si <0. 30%,Fe <0. 35%,Ti ^ 0. 2%，单个杂质彡 0. 05%，合计杂质彡 0. 15%, 其余为Al，且Fe的质量百分比> Si的质量百分比。高速列车结构件用铝合金板材的制造方法如下一、按照上述高速列车结构件用 铝合金板材中各元素质量百分比称取纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰中间合金、铝鉻中间合 金、铝钒中间合金、铝钛中间合金、镁锆中间合金、铝钛硼晶粒细化剂和高速列车结构件用 铝合金板材的一级废料；二、熔炼采用电炉自投固体料方式将高速列车结构件用铝合金 板材的一级废料、纯铝锭、纯锌锭、铝锰中间合金、铝鉻中间合金、铝钒中间合金和铝钛中间 合金加入到熔炼炉中，待炉料熔化后埋入纯镁锭，在720V 760V的条件下熔炼8h 10h， 得到铝合金熔体，并且在炉内温度达到740°C时加镁锆中间合金，然后按炼炉中金属质量 的0. 5% 0. 6%加入覆盖剂，Fe的质量含量> Si的质量含量，且当铝合金熔体中Cu的 质量含量>0.15%时冲淡，然后将铝合金熔体用氩气与氯气的体积比为31 33. 5 1的 Ar-Cl2混合气体精炼至每100克熔体中的氢含量< 0. 2ml，静置30min，得到铝合金熔液； 三、铸造将具有挡水板装置的结晶器的内壁贴上一层隔热膜，并将铝钛硼晶粒细化剂置于 流槽上端，浇注的同时将铝钛硼丝插入流槽中使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入铝合 金熔液中，然后开启在线除气装置，将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器底座上铺底，然后在 温度为710V 725°C、水压为0. 08 0. 15MPa、速度为45 50mm/min的条件下将步骤二 所得的铝合金熔液铸造成厚度为340mm、宽度为1200mm、长度为4000mm 5000mm的合金 铸锭；四、均勻化退火将步骤三得到的合金铸锭在温度为460 470°C的条件下，保温24 小时；五、热轧将经过步骤四处理的合金铸锭铣面至290mm 300mm，然后在开轧温度为 360 420°C，终轧温度为250V以上的条件下，轧制成8mm 6mm厚的热轧板；六、冷轧将8mm 6mm厚的热轧板经过300°C 380°C、lh的中间退火处理后，轧至所需规格的冷轧板 材；七、淬火在淬火温度为470士2°C的条件下，将厚度大于6. 3mm的冷轧板材采用辊底炉 淬火，再进行变形量为1. 2% 2. 2%的预拉伸，得到T4状态的高速列车结构件用铝合金板 材；在淬火温度为470士2°C的条件下，将厚度小于6. 3mm的冷轧板材采用盐浴槽淬火，得到 T4状态的高速列车结构件用铝合金板材；八、单级时效处理将T4状态的高速列车结构件 用铝合金板材经过温度为120°C、保温时间为24小时的时效处理，得到T6状态的高速列车 结构件用铝合金板材；步骤一中所述的铝钛硼晶粒细化剂是Α1-5 -1Β合金；步骤二中所 述的覆盖剂是2号熔剂。本发明高速列车结构件用铝合金板材的抗拉强度为410 425Rm/N/mm2，屈服强度 为 360 382RP。2/N/mm2，延伸率为 12. 2 13. 4%。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的 任意组合。
具体实施方式
一本实施方式中高速列车结构件用铝合金板材中各元素质量百分 比如下:Zn 3. 5 6. 0%,Mg :1· 2 3· 0%,Μη :0· 3 0· 9%, Cr < 0. 4%, Zr < 0. 45%, V
<0. 15%, Cu < 0. 30%, Si < 0. 30%, Fe < 0. 35%, Ti 彡 0. 2%，单个杂质彡 0. 05%，合 计杂质彡0. 15%，其余为Al，且Fe的质量百分比> Si的质量百分比。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是本实施方式中高速列 车结构件用铝合金板材中各元素质量百分比如下Ζη:3. 5%，Mg:1.2%, Mn=O. 3%, Cr
<0. 4%,Zr < 0. 45%, V < 0. 15%,Cu < 0. 30%, Si < 0. 30%,Fe < 0. 35%,Ti ^ 0. 2%, 单个杂质< 0. 05%，合计杂质<0. 15%，其余为Al，且Fe的质量百分比> Si的质量百分 比。
具体实施方式
三本实施方式中高速列车结构件用铝合金板材中各元素质量百 分比如下Zn 6. 0 %, Mg 3. 0 %, Mn 0. 9 %, Cr < 0. 4 %, Zr < 0. 45 %, V < 0. 15 %, Cu <0. 30%, Si <0. 30%, Fe <0. 35%, Ti <0. 2%，单个杂质彡 0. 05%，合计杂质彡 0. 15%, 其余为Al，且Fe的质量百分比> Si的质量百分比。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是本实施方式中高速列 车结构件用铝合金板材中各元素质量百分比如下Zn:5.0%，Mg:2.4%, Μη:0. 7%, Cr
<0. 4%,Zr < 0. 45%, V < 0. 15%,Cu < 0. 30%, Si < 0. 30%,Fe < 0. 35%,Ti ^ 0. 2%, 单个杂质< 0. 05%，合计杂质< 0. 15%，其余为Al，且Fe的质量百分比> Si的质量百分 比。
具体实施方式
五本实施方式中高速列车结构件用铝合金板材的制造方法如下 一、按照具体实施方式
一中所述高速列车结构件用铝合金板材中各元素质量百分比称取纯 铝锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰中间合金、铝鉻中间合金、铝钒中间合金、铝钛中间合金、镁锆中 间合金、铝钛硼晶粒细化剂和高速列车结构件用铝合金板材的一级废料；二、熔炼采用电 炉自投固体料方式将高速列车结构件用铝合金板材的一级废料、纯铝锭、纯锌锭、铝锰中间 合金、铝鉻中间合金、铝钒中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中，待炉料熔化后埋入 纯镁锭，在720°C 760°C的条件下熔炼8h 10h，得到铝合金熔体，并且在炉内温度达到740°C时加镁锆中间合金，然后按炼炉中金属质量的0. 5% 0. 6%加入覆盖剂，Fe的质量 含量> Si的质量含量，且当铝合金熔体中Cu的质量含量> 0. 15%时冲淡，然后将铝合金 熔体用氩气与氯气的体积比为31 33. 5 1的Ar-Cl2混合气体精炼至每100克熔体中 的氢含量< 0. 2ml，静置30min，得到铝合金熔液；三、铸造将具有挡水板装置的结晶器的 内壁贴上一层隔热膜，并将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，浇注的同时将铝钛硼丝插入 流槽中使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入铝合金熔液中，然后开启在线除气装置，将 纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器底座上铺底，然后在温度为710V 725°C、水压为0. 08 0. 15MPa、速度为45 50mm/min的条件下将步骤二所得的铝合金熔液铸造成厚度为340mm、 宽度为1200mm、长度为4000mm 5000mm的合金铸锭；四、均勻化退火将步骤三得到的合 金铸锭在温度为460 470°C的条件下，保温24小时；五、热轧将经过步骤四处理的合金 铸锭铣面至290mm 300mm，然后在开轧温度为360 420°C，终轧温度为250°C以上的条件 下，轧制成8mm 6mm厚的热轧板；六、冷轧将8mm 6mm厚的热轧板经过300°C 380°C、 Ih的中间退火处理后，轧至所需规格的冷轧板材；七、淬火在淬火温度为470士2°C的条件 下，将厚度大于6. 3mm的冷轧板材采用辊底炉淬火，再进行变形量为1. 2% 2. 2%的预拉 伸，得到T4状态的高速列车结构件用铝合金板材；在淬火温度为470士2°C的条件下，将厚 度小于6. 3mm的冷轧板材采用盐浴槽淬火，得到T4状态的高速列车结构件用铝合金板材； 八、单级时效处理将T4状态的高速列车结构件用铝合金板材经过温度为120°C、保温时间 为24小时的时效处理，得到T6状态的高速列车结构件用铝合金板材。本实施方式所得T6状态的高速列车结构件用铝合金板材的综合性能如表1 表 具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
五不同的是步骤一中所述的铝钛硼 晶粒细化剂是Α1-5 -1Β合金。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
五或六之一不同的是步骤二中所述 的覆盖剂是2号熔剂。其它与具体实施方式
五或六之一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
五至七之一不同的是步骤二中覆盖 剂加入量为炼炉中金属质量的0. 55%。其它与具体实施方式
五至七之一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
五至八之一不同的是步骤二中 Ar-Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为31. 5 33 1。其它与具体实施方式
五至八之 一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
五至九之一不同的是步骤二中 Ar-Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为32 1。其它与具体实施方式
五至九之一相同。
具体实施方式
十一本实施方式中高速列车结构件用铝合金板材的制造方法如 下一、按照具体实施方式
一中所述高速列车结构件用铝合金板材中各元素质量百分比称取纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰中间合金、铝鉻中间合金、铝钒中间合金、铝钛中间合金、镁 锆中间合金、铝钛硼晶粒细化剂和高速列车结构件用铝合金板材的一级废料；二、熔炼采 用电炉自投固体料方式将高速列车结构件用铝合金板材的一级废料、纯铝锭、纯锌锭、铝锰 中间合金、铝鉻中间合金、铝钒中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中，待炉料熔化后埋 入纯镁锭，在720V 760V的条件下熔炼8h，得到铝合金熔体，并且在炉内温度达到740V 时加镁锆中间合金，然后按炼炉中金属质量的0.5%加入覆盖剂，Fe的质量含量> Si的 质量含量，且当铝合金熔体中Cu的质量含量> 0. 15%时冲淡，然后将铝合金熔体用氩气 与氯气的体积比为31 1的Ar-Cl2混合气体精炼至每100克熔体中的氢含量彡0.2ml， 静置30min，得到铝合金熔液；三、铸造将具有挡水板装置的结晶器的内壁贴上一层隔热 膜，并将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，浇注的同时将铝钛硼丝插入流槽中使铝钛硼晶 粒细化剂中的元素均勻熔入铝合金熔液中，然后开启在线除气装置，将纯铝锭熔化后的熔 体倒入结晶器底座上铺底，然后在温度为710°C 725°C、水压为0. 08 0. 15MPa、速度为 45mm/min的条件下将步骤二所得的铝合金熔液铸造成厚度为340mm、宽度为1200mm、长度 为4000mm 5000mm的合金铸锭；四、均勻化退火将步骤三得到的7N01合金铸锭在温度为 460°C的条件下，保温24小时；五、热轧将经过步骤四处理的合金铸锭铣面至290_m，然 后在开轧温度为360 400°C，终轧温度为250°C以上的条件下，轧制成8mm 6mm厚的热 轧板；六、冷轧将8mm 6mm厚的热轧板经过300°C、lh的中间退火处理后，轧至所需规格 的冷轧板材；七、淬火在淬火温度为470°C的条件下，将厚度大于6. 3mm的冷轧板材采用辊 底炉淬火，再进行变形量为1. 2%的预拉伸，得到T4状态的高速列车结构件用铝合金板材； 在淬火温度为470°C的条件下，将厚度小于6. 3mm的冷轧板材采用盐浴槽淬火，得到T4状态 的高速列车结构件用铝合金板材；八、单级时效处理将T4状态的高速列车结构件用铝合 金板材经过温度为120°C、保温时间为24小时的时效处理，得到T6状态的高速列车结构件 用铝合金板材。
具体实施方式
十二 本实施方式中高速列车结构件用铝合金板材的制造方法如 下一、按照具体实施方式
一中所述高速列车结构件用铝合金板材中各元素质量百分比称 取纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰中间合金、铝鉻中间合金、铝钒中间合金、铝钛中间合金、镁 锆中间合金、铝钛硼晶粒细化剂和高速列车结构件用铝合金板材的一级废料；二、熔炼采 用电炉自投固体料方式将高速列车结构件用铝合金板材的一级废料、纯铝锭、纯锌锭、铝锰 中间合金、铝鉻中间合金、铝钒中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中，待炉料熔化后 埋入纯镁锭，在720°C 760°C的条件下熔炼10h，得到铝合金熔体，并且在炉内温度达到 740°C时加镁锆中间合金，然后按炼炉中金属质量的0. 6%加入覆盖剂，Fe的质量含量> Si 的质量含量，且当铝合金熔体中Cu的质量含量> 0. 15%时冲淡，然后将铝合金熔体用氩气 与氯气的体积比为33. 5 1的Ar-Cl2混合气体精炼至每100克熔体中的氢含量彡0. 2ml, 静置30min，得到铝合金熔液；三、铸造将具有挡水板装置的结晶器的内壁贴上一层隔热 膜，并将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，浇注的同时将铝钛硼丝插入流槽中使铝钛硼晶 粒细化剂中的元素均勻熔入铝合金熔液中，然后开启在线除气装置，将纯铝锭熔化后的熔 体倒入结晶器底座上铺底，然后在温度为710°C 725°C、水压为0. 08 0. 15MPa、速度 为50mm/min的条件下将步骤二所得的铝合金熔液铸造成厚度为340mm、宽度为1200mm、长 度为4000mm 5000mm的合金铸锭；四、均勻化退火将步骤三得到的合金铸锭在温度为
7460 470°C的条件下，保温24小时；五、热轧将经过步骤四处理的7N01合金铸锭铣面至 300mm,然后在开轧温度为360 420°C，终轧温度为250°C以上的条件下，轧制成8_ 6_ 厚的热轧板；六、冷轧将8mm 6mm厚的热轧板经过300°C 380°C、lh的中间退火处理后， 轧至所需规格的冷轧板材；七、淬火在淬火温度为472°C的条件下，将厚度大于6. 3mm的冷 轧板材采用辊底炉淬火，再进行变形量为1. 2% 2. 2%的预拉伸，得到T4状态的高速列车 结构件用铝合金板材；在淬火温度为472°C的条件下，将厚度小于6. 3mm的冷轧板材采用盐 浴槽淬火，得到T4状态的高速列车结构件用铝合金板材；八、单级时效处理将T4状态的 高速列车结构件用铝合金板材经过温度为120°C、保温时间为24小时的时效处理，得到T6 状态的高速列车结构件用铝合金板材。
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权利要求
高速列车结构件用铝合金板材，其特征在于所述高速列车结构件用铝合金板材中各元素质量百分比如下Zn3.5～6.0％，Mg1.2～3.0％，Mn0.3～0.9％，Cr＜0.4％，Zr＜0.45％，V＜0.15％，Cu＜0.30％，Si＜0.30％，Fe＜0.35％，Ti≤0.2％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，其余为Al，且Fe的质量百分比＞Si的质量百分比。
2.根据权利要求1所述高速列车结构件用铝合金板材，其特征在于所述高速列车结构 件用铝合金板材中各元素质量百分比如下Zn 5. 0%, Mg 2. 4%, Mn 0. 7%, Cr < 0. 4%, Zr < 0. 45%, V < 0. 15%, Cu < 0. 30%, Si < 0. 30%, Fe < 0. 35%, Ti 彡 0. 2%，单个杂 质彡0. 05%，合计杂质彡0. 15%，其余为Al，且Fe的质量百分比> Si的质量百分比。
3.权利要求1所述高速列车结构件用铝合金板材的制造方法，其特征在于高速列车结 构件用铝合金板材的制造方法如下一、按照权利要求1中所述高速列车结构件用铝合金 板材中各元素质量百分比称取纯铝锭、纯镁锭、纯锌锭、铝锰中间合金、铝鉻中间合金、铝钒 中间合金、铝钛中间合金、镁锆中间合金、铝钛硼晶粒细化剂和高速列车结构件用铝合金板 材的一级废料；二、熔炼采用电炉自投固体料方式将高速列车结构件用铝合金板材的一 级废料、纯铝锭、纯锌锭、铝锰中间合金、铝鉻中间合金、铝钒中间合金和铝钛中间合金加入 到熔炼炉中，待炉料熔化后埋入纯镁锭，在720V 760V的条件下熔炼8h 10h，得到铝合 金熔体，并且在炉内温度达到740°C时加镁锆中间合金，然后按炼炉中金属质量的0. 5% 0.6%加入覆盖剂，Fe的质量含量> Si的质量含量，且当铝合金熔体中Cu的质量含量> 0.15%时冲淡，然后将铝合金熔体用氩气与氯气的体积比为31 33. 5 1的Ar-ClJg 合气体精炼至每100克熔体中的氢含量< 0. 2ml，静置30min，得到铝合金熔液；三、铸造 将具有挡水板装置的结晶器的内壁贴上一层隔热膜，并将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上 端，浇注的同时将铝钛硼丝插入流槽中使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均勻熔入铝合金熔液 中，然后开启在线除气装置，将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器底座上铺底，然后在温度为 710°C 725°C、水压为0. 08 0. 15MPa、速度为45 50mm/min的条件下将步骤二所得的铝 合金熔液铸造成厚度为340mm、宽度为1200mm、长度为4000mm 5000mm的合金铸锭；四、均 勻化退火将步骤三得到的合金铸锭在温度为460 470°C的条件下，保温24小时；五、热 轧将经过步骤四处理的合金铸锭铣面至290mm 300mm，然后在开轧温度为360 420°C， 终轧温度为250°C以上的条件下，轧制成8mm 6mm厚的热轧板；六、冷轧将8mm 6mm厚 的热轧板经过300°C 380°C、lh的中间退火处理后，轧至所需规格的冷轧板材；七、淬火 在淬火温度为470士2°C的条件下，将厚度大于6. 3mm的冷轧板材采用辊底炉淬火，再进行 变形量为1. 2% 2. 2%的预拉伸，得到T4状态的高速列车结构件用铝合金板材；在淬火温 度为470士2°C的条件下，将厚度小于6. 3mm的冷轧板材采用盐浴槽淬火，得到T4状态的高 速列车结构件用铝合金板材；八、单级时效处理将T4状态的高速列车结构件用铝合金板 材经过温度为120°C、保温时间为24小时的时效处理，得到T6状态的高速列车结构件用铝 合金板材。
4.根据权利要求3所述高速列车结构件用铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤一 中所述的铝钛硼晶粒细化剂是Α1-5 -1Β合金。
5.据权利要求3或4所述高速列车结构件用铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤 二中所述的覆盖剂是2号熔剂。
6.据权利要求5所述高速列车结构件用铝合金板材的制造方法，其特征在于步骤二中覆盖剂加入量为炼炉中金属质量的0. 55%。
7.据权利要求3、4或6所述高速列车结构件用铝合金板材的制造方法，其特征在于步 骤二中Ar-Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为31. 5 33 1。
全文摘要
高速列车结构件用铝合金板材及其制造方法，它涉及一种铝合金板材及其制造方法。本发明的目的是提供一种高速列车结构件用铝合金板材及其制造方法。本发明的板材由以下元素组成Zn、Mg、Mn、Cr、Zr、V、Cu、Si、Fe、Ti、和Al，其制备方法如下一、称取原料；二、熔炼；三、铸造；四、均匀化退火；五、热轧；六、冷轧；七、淬火；八、单级时效处理。本发明高速列车结构件用铝合金板材的抗拉强度为410～425Rm/N/mm2，屈服强度为360～382RP0.2/N/mm2，延伸率为12.2～13.4％。
文档编号C22F1/053GK101914710SQ20101028321
公开日2010年12月15日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者丛福官, 何振波, 冯正海, 刘洪雷, 周江, 林森, 路丽英 申请人:东北轻合金有限责任公司