專利名稱：一種制造鋁合金板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及經(jīng)濟并且有效地生產(chǎn)鋁合金板的連續(xù)的在線工藝過程。
傳統(tǒng)的制造固定厚度的精軋板的方法使用了分批處理方法，該方法包含大量的獨立工序。在典型的情況下，鑄成一個大金屬錠用于軋制，然后冷卻至環(huán)境溫度。這個金屬錠然后就存放在倉庫中進行庫存管理。當一個金屬錠需要進一步加工處理時，首先加熱至去除缺陷。如熔析、縮孔、褶皺、鑄析及加工表面時的操作損傷。這種操作稱為修整。一旦金屬錠被清除了表面缺陷，它就要在預(yù)定的溫度下預(yù)熱數(shù)小時以保證合金的成份在整個冶金結(jié)構(gòu)內(nèi)均勻分布并且是正確分布，然后金屬錠冷卻至一較低溫度用于熱軋。在金屬錠還熱的時候，它就應(yīng)完成熱軋，這是通過回動的或不回動的軋制機多次軋制完成的，軋制機用來減小金屬錠的厚度。熱軋之后，金屬錠就被送到連軋機進行熱精軋，然后金屬板被卷起來、用空氣冷卻并存放。金屬卷材通常就接下來用一組工序進行退火處理。金屬卷材然后用開卷機、再卷機、一臺軋機和/或連軋機進行冷軋以進一步減小至最終要求的厚度。
典型的用于鋁加工的分批處理工藝需要大約17個不同的移動金屬錠和卷材的原料輸送操作，其中有14個典型的獨立的加工工序。這樣的操作勞動強度大、耗費能源多、經(jīng)常導(dǎo)致產(chǎn)品損傷，鋁的重新加工甚至產(chǎn)品全部報廢。并且，金屬錠和卷材在庫內(nèi)的維護當然也要增加生產(chǎn)成本。
在多數(shù)前序工序里都會有鋁的報廢發(fā)生，其形式有剝皮、切頭、切邊、報廢的金屬錠和報廢的卷材。這樣的分批處理工藝的惡性損失通常為25%至40%。重新處理廢料又增加了整個生產(chǎn)成本的25%至40%的勞動力的能源消耗。
正象美國專利No.4260419和No.4282044所述的那樣，建議生產(chǎn)鋁合金能通過運用直接冷硬鑄造或小型軋機帶坯連鑄的工藝進行備料。在這里所述的工藝中，融熔的金屬直接進行冷硬鑄造，隨后進行修整以消除金屬錠表面的缺陷。金屬錠然后被預(yù)熱。停止加熱后立即進行連續(xù)熱軋、分批退火和冷軋以形成金屬薄板。在另外一個方法中，用連續(xù)帶坯連鑄的方法進行鑄造隨后進行熱軋、卷坯和冷卻，然后鑄坯進行退火和冷軋。上述所述的小型軋機工藝需要大約移動金屬錠和卷材的10個原料運送操作，其中有大約9個加工工序。和其他前文所述的傳統(tǒng)的工藝一樣，這種操作勞動強度大、消耗能源多并經(jīng)常導(dǎo)致產(chǎn)品損傷。軋制中產(chǎn)生的廢料所導(dǎo)致的損失通常占整個工藝過程的大約10%至15%。
在小型軋機工藝中，鋁以卷坯的狀態(tài)成批進行退火是典型的。事實上，生產(chǎn)軋制鋁合金板的普通方法已經(jīng)在熱軋之后施行了對卷坯的慢速空氣冷卻。有時熱軋溫度要足夠高以保證鋁在冷卻之前熱狀的卷坯能再結(jié)晶。然而，經(jīng)常需使用卷坯成批退火用的高爐以便在冷軋之前有效地再結(jié)晶。先前工藝中運用的典型的卷坯成批退火工藝需要數(shù)個小時的整體加熱和均熱以達到退火溫度。另外，在冷軋完成之后，先前工藝在精密冷軋之前經(jīng)常施行中間退火。在退火之后卷坯的慢速冷卻過程中，鋁材中存在的一些合金元素已經(jīng)為固體沉淀物狀態(tài)，成為了固溶硬化劑，導(dǎo)致了鋁合金強度的下降。
先前的專利(No.4260419和No.4292044)施行了卷坯成批退火，但是建議在另外一個加工生產(chǎn)線上進行表面退火的方法。這些專利建議在熱軋之后鋁合金慢速冷卻是有好處的，對鋁合金重新加熱也可作為表面退火工藝的一部分。表面退火操作在美國專利No.4614224中已被批評為不經(jīng)濟。
因此，有必要提供一種連續(xù)的、在線的工藝方法來生產(chǎn)鋁合金板，以避免在傳統(tǒng)的工藝方法中所表現(xiàn)出的不令人喜歡的經(jīng)濟性。
本項發(fā)明將提供一種生產(chǎn)鋁合金板的工藝方法，該方法能夠連續(xù)作業(yè)不需要施行另外的分批處理作業(yè)。本項發(fā)明將進一步提供一種商業(yè)化的生產(chǎn)固定厚度的鋁合金薄板的工藝方法，它能夠連續(xù)作業(yè)、能夠經(jīng)濟地操作并且能夠取得冶金特性相當或更好的產(chǎn)品。
根據(jù)本項發(fā)明的一個方面，提供了一種制造鋁制薄板的方法，它包括下列連續(xù)的、在線順序的工序(a)鋁合金進料熱軋以減小其厚度;(b)對減小厚度的進料施行退火和固溶熱處理而不進行中間冷卻;(c)對減小厚度的已進行了退火和固溶熱處理的進料施行快速淬火。
本項發(fā)明的方法歸屬于這樣的發(fā)現(xiàn)，即有可能把鑄造、熱軋、退火及固溶熱處理、淬火及可選的的冷軋工序結(jié)合成一個連續(xù)的在線的操作以生產(chǎn)鋁合金薄板。這里所用的術(shù)語“退火”是指一種熱處理工藝，它使得金屬再結(jié)晶以產(chǎn)生均勻的可成形性并控制凸耳的產(chǎn)生。這里所指的退火時間被定義為對材料加熱并完成退火操作所需的總的時間。另外，這里所用的術(shù)語“固溶熱處理”是指一種冶金工藝，它把合金元素溶解成固溶體并且把這些元素維持在固溶體狀態(tài)以強化最終的產(chǎn)品。還有，這里所用的術(shù)語“表面退火”是指一種退火或固溶熱處理工藝，它對移動的帶坯進行快速加熱，而不是對卷坯進行慢速加熱。連續(xù)的操作取代分批處理可精確地控制工藝條件并由此保證冶金特性。另外，施行連續(xù)的在線的加工工序消除了高成本的物料運送工序、加工中間的庫存和與加工工序的開始和結(jié)束相關(guān)的因素所造成的損失。
本項發(fā)明的工藝方法包括一個制造鋁合金薄板的新方法，它利用了下列一組連續(xù)的、在線的、順序的加工工序(a)對熱態(tài)的進料鋁錠進行熱軋以減小其厚度;
(b)熱態(tài)的已減小厚度的進料不進行中間冷卻直接進行退火和固溶熱處理;
(c)經(jīng)過退火和固溶熱處理的進料立即進行快速淬火達到適于冷軋的溫度;并且(d)經(jīng)過淬火的進料用本項發(fā)明所指出的具體方法進行冷軋以產(chǎn)生經(jīng)過熱處理的薄板，這種薄板具有預(yù)期的厚度和冶金特性。
根據(jù)本項發(fā)明的一個指出的具體方法，帶坯用帶坯連鑄的方法進行制造以形成鑄造厚度小于1.0英寸的鑄件，鑄造厚度誤差應(yīng)在0.1英寸至0.2英寸范圍之內(nèi)。在另外一個所指出的具體方法中，帶坯、扁鋼坯或厚鋼坯的寬度和傳統(tǒng)的知識相比是窄的。這使得在線料坯通過和加工更容易、使設(shè)備投資最少、使從熔融金屬轉(zhuǎn)變成薄金屬板的成本最低。
根據(jù)本項發(fā)明的另外一個指出的具體方法，進料為帶坯連鑄，它用的方法在還尚未批準的專利申請中進行了描述，其序號為No._，有關(guān)文檔也同時列在本文中。在先前的尚未被批準的專利申請中描述的方法和設(shè)備方面，進料在至少一個環(huán)形帶上帶坯連鑄，該環(huán)形帶由導(dǎo)熱材料制成，在成型過程中熱量傳導(dǎo)至環(huán)形帶上，之后，當環(huán)形帶不再與金屬相接觸時，環(huán)形帶冷卻下來。正象在先前的專利申請中詳細描述的那樣，有關(guān)內(nèi)容也公開在本文中以作為參考。相信這里所描述的方法和設(shè)備代表了在帶坯連鑄的經(jīng)濟性方面的巨大進步。


圖1繪出了傳統(tǒng)的小型軋機、本項發(fā)明的“微型軋機”工藝方法中在線加工的厚度與時間的關(guān)系曲線。
圖2繪出了關(guān)于本項發(fā)明，所謂的微型機工藝和二項先前的工藝方法相比較的溫度與時間的關(guān)系曲線。
圖3繪出了表示本項發(fā)明全在線工藝方法進行鋁合金板經(jīng)濟生產(chǎn)的方塊圖。
圖4繪出了本項發(fā)明從鑄造到精密冷軋全在線工藝方法的圖示說明。
圖5是帶坯連鑄方法和設(shè)備的圖示說明，它可以優(yōu)越性地用于本項發(fā)明的實踐當中。
正象從先前的工藝方法中所看到的那樣，分批處理工藝包括14個獨立的工序，每兩個獨立的工序之間都有一個或多個運送操作。本項發(fā)明與先前的工藝不同，因為從制造操作方法到冶金特性，產(chǎn)品的在線流程與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法不同。圖1表示了產(chǎn)品在制造過程中對于傳統(tǒng)的、小型軋機的及微型軋機的工藝方法在線加工的厚度變化。傳統(tǒng)工藝方法從30英寸厚金屬錠開始需要14天的時間。小型軋機工藝方法從0.75英寸厚開始需要9天的時間。微型軋機工藝方法從0.140英寸厚度開始需要1/2天的時間(多數(shù)時間用于熔化環(huán)節(jié)，因為在線工藝本身僅需大約2分鐘時間)。圖1中的符號代表主要工藝方法和/或運送工序。
圖2比較了制造容器體原料的三種方法的典型的在線加工產(chǎn)品的溫度情況。在傳統(tǒng)的金屬錠方法中，快速冷卻之后有一個融熔階段，使得在鑄造過程中慢慢冷卻至室內(nèi)溫度。一旦修整操作完成，金屬錠在熱軋之前被加熱至均質(zhì)化溫度。熱軋之后，坯料又冷卻至室內(nèi)溫度。在這一點上，假定熱軋溫度和慢速冷卻的數(shù)據(jù)足夠讓坯料退火。然而，在某些情況下，在大約第8天需要600°F左右溫度的成批退火工序，這個溫度要持續(xù)另外二天的整個工藝過程。最后的溫度增高與冷軋相關(guān)，允許冷卻至室內(nèi)溫度。
在小型軋機工藝中，也有一個金屬熔化階段，在帶坯連鑄和熱軋過程中快速冷卻，然后慢速冷卻至室內(nèi)溫度。冷軋完成之后溫度略有提高，在加熱進行成批退火之前允許坯料再次慢速冷卻。在分批退火之后，坯料慢慢冷卻至室內(nèi)溫度。最后的溫度增高與冷軋相關(guān)并且允許慢速冷卻至室內(nèi)溫度。
在本項發(fā)明所指出的具體的微型軋機工藝中，有一個階段用于金屬熔化，隨后在帶坯連鑄和熱軋過程中溫度快速冷卻。在線退火工序提高了溫度，然后料坯立即施行淬火、冷軋并允許冷卻至室內(nèi)溫度。
正象從圖2中能夠看到的那樣，本項發(fā)明在加熱和冷卻的時間歷程、頻率和速度方面與先前的工藝有許多不同。作為將受到那些精于該工藝的人們的歡迎的方法，這些不同于制造鋁合金容器體的板材來說代表著與先前工藝的有重大的改進。
在本項發(fā)明的所指出的具體方法中，圖3和圖4說明了用于本項發(fā)明實踐的工序順序。本項發(fā)明的優(yōu)點之一是生產(chǎn)薄鋁板的加工工序能夠安排在一個連續(xù)的生產(chǎn)線中，其中的各加工工序按順序?qū)嵤?。在寬度較窄的情況下(例如12英寸)，加工工序的在線安排使得所發(fā)明的工藝方法用于方便地和經(jīng)濟地生產(chǎn)成為可能，這個生產(chǎn)線可位于或臨近于薄鋁板的消費設(shè)施。按照這樣的方式，本發(fā)明的工藝方法能夠根據(jù)具體技術(shù)要求和薄鋁板用戶的需求進行操作。
在所指出的具體方法中，融熔的金屬從高爐1輸送至用于金屬脫泡和過濾的裝置2，以減小融熔金屬中溶解氣體和顆粒物質(zhì)，如圖4所示。融熔的金屬在鑄造設(shè)備3中立即轉(zhuǎn)變?yōu)殍T造進料4。這里所用的術(shù)語“進料”是指任何一種鋁合金，其形態(tài)包括金屬錠、厚鋁坯、扁鋁坯和帶坯，這種鋁合金在所需的溫度下被運送至熱軋工序。這里，鋁“金屬錠”的典型厚度在大約6英寸到36英寸左右的范圍內(nèi)，通常用直接冷硬鑄造或電磁鑄造的方法進行制造。另一方面，“厚鋁坯”系指厚度在大約0.5英寸至6英寸左右范圍內(nèi)的鋁合金，通常用單獨直接冷硬鑄造或電磁鑄造或者和鋁合金的熱軋相結(jié)合的方法進行制造。這里所用的術(shù)語“扁鋁坯”是指厚度在0.375英寸至3英寸左右范圍內(nèi)的鋁合金，從而和厚鋁坯的涵義有所重疊。這里所用的術(shù)語“帶坯”是指薄板狀的鋁合金，通常厚度在0.375英寸以下。在通常的情況下，扁鋁坯和帶坯均由連鑄工藝制造，精通這種技術(shù)的人都了解。
在本項發(fā)明的實踐中所用的進料能夠由精通于這種技術(shù)的人所熟知的鑄造工藝方法中的任何一種方法進行準備，包括美國第3937270號專利中說明的那種雙帶連鑄機和本文中所提出的專利。在某些專利申請中，關(guān)于鑄造鋁的帶坯的技術(shù)，可能希望使用順序號為NO._的尚未被批準的專利申請中所說明的那種方法和設(shè)備。
在先前的尚未被批準專利申請中所說明的帶坯連鑄工藝如圖5所示，它能夠有優(yōu)越性地運用在本項發(fā)明的實踐中。正如所表示的那樣，該設(shè)備包括一對環(huán)形帶20和22，它們由一對上帶輪24和26和一對相對應(yīng)的下帶輪28和30支撐。每個帶輪均可轉(zhuǎn)動地進行安裝并且是絕熱的帶輪，兩個上帶輪24和26均由適當?shù)碾姍C方法或類似的驅(qū)動方法進行驅(qū)動，為簡單起見在圖中沒有表示出來。兩個下帶輪28和30也同樣如此。20和22中的每一條帶均為環(huán)形帶，并且應(yīng)由與鑄造中的鋁坯有低相互作用的金屬制成。不銹鋼或銅經(jīng)常是用于這種環(huán)形帶的好材料。
正如圖5所示的那樣，帶輪均被固定，一個帶輪和另一個對應(yīng)的帶輪之間具有一個成型間隙，間隙的大小對應(yīng)于在鑄鋁的帶坯的理想厚度。
用于鑄造的融熔金屬通過適當?shù)慕饘俟?yīng)方法填補至成型間隙中，例如中間包32。中間包32的內(nèi)部寬度與環(huán)形帶20和22的寬度相對應(yīng)非常重要，中間包32包括一個澆注嘴34，它用作供應(yīng)金屬的傳送器，把融熔金屬輸送至帶20和帶22之間的成型間隙。
該鑄造設(shè)備也包括一對冷卻器36和38，它們的位置與兩帶間成型間隙中的和在鑄金屬相接觸的環(huán)形帶的位置互為對面。冷卻器36和38因而可以在環(huán)形帶20和22到達與融熔金屬相接觸之前對環(huán)形帶20和22分別施行冷卻。在圖5所示的具體方法中，冷卻器36和38分別安裝在環(huán)形帶20和22的回空帶一側(cè)。在這個具體方法中，冷卻器36和38可以是傳統(tǒng)的冷卻裝置，如液體噴嘴，它們可直接把冷卻的液體噴淋在環(huán)形帶20和22的內(nèi)部和/或外部，以對環(huán)形帶在整個厚度范圍內(nèi)施行冷卻。關(guān)于帶坯連鑄設(shè)備的更詳細的說明可以在先前的尚未被批準的專利申請中查找到。
來自帶坯連鑄機3的進料4通過可選的夾送輥5被輸送至熱軋機組6，在熱軋機組6中進料的厚度減小。降溫的進料4從熱軋機組6中出來，然后又經(jīng)過了加熱器7。
加熱器7是能夠?qū)禍亓说倪M料4進行加熱的設(shè)備，它把進料4加熱到足夠的溫度以對進料4施行快速退火和固溶熱處理。
本項發(fā)明的一個重要思想是，當進料4從熱軋機組6中操作完畢還處于高溫狀態(tài)時就立即通過加熱器7進行退火和固溶熱處理。先前的工藝指出熱軋之后慢速冷卻對冶金特性來說是理想的，與此相反，根據(jù)本項發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)熱軋之后立即對進料4進行加熱更有效、更有利于退火處理。另外，不按先前的工藝所號召的中間冷卻那樣，通過加熱器7進行加熱和傳統(tǒng)的成批退火相比能夠得到好得多的冶金特性(顆粒大小、強度、可成形性)，與離線表面退火相比能夠得到相同的或更好的冶金特性。在加熱器7的后面，緊接著就是淬火臺8，在這里進料4通過冷卻液體進行快速冷卻，冷卻至適于進行冷軋的溫度。在本項發(fā)明的最推薦的具體方法中，進料4從淬火臺出來再通過一個或多個冷軋機組9，在冷軋機組9中進料4進行合金的加工硬化并把厚度減小至最終要求的尺寸。冷軋之后，帶坯或扁鋁坯4在卷取機12中被卷起來。
作為將受到那樣精通于本工藝的人們的歡迎的方案，人們有可能認識到本項發(fā)明不把施行冷軋的工序一定要作為在線工藝的一部分的好處。這樣，冷軋工序的工藝是本項發(fā)明的可選工藝方法，根據(jù)在加工合金的最終用途可以全部省略或者以離線的方式進行冷軋。作為一項普遍的規(guī)律，以離線的方式進行冷軋降低了本項發(fā)明所指出的具體方法的經(jīng)濟效果，本項發(fā)明中所有的加工工序都以在線的方式進行。
應(yīng)用適當?shù)淖詣涌刂圃O(shè)備是有可能的，有時也是理想的。例如，應(yīng)用表面監(jiān)測裝置10以在線地監(jiān)視表面質(zhì)量經(jīng)常是符合需要的。另外，鋁工業(yè)中傳統(tǒng)使用的厚度檢測裝置11可用在控制工藝過程的反饋回路中。
由于經(jīng)濟的原因，鋁工業(yè)中應(yīng)用較寬的鑄造帶坯或扁鋁坯已進入實踐階段。在本項發(fā)明所指出的具體方法中，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的方法不同，當鑄造料坯4的寬度維持在窄帶坯時經(jīng)濟性最好，它使得加工設(shè)備簡單并可以應(yīng)用小型的分散的帶坯軋制機。在鑄造料坯的寬度小于24英寸的情況下已經(jīng)取得了好的效果，并且優(yōu)選的寬度范圍在2英寸至20英寸之間。通過應(yīng)用這樣的窄的鑄造帶坯，通過使用小型的、二輥式軋制機，使得投資能夠大大減少。本項發(fā)明的這種小型的并且經(jīng)濟的微型軋機能夠設(shè)置在所需要的地點附近，例如容器制造設(shè)備。這樣還可以把與包裝、產(chǎn)品運輸和用戶損壞相關(guān)的成本減小至最低限度，進一步發(fā)揮了優(yōu)越性。另外，容器生成廠的對容積和冶金特性的需要能夠準確地與臨近的微型軋機的產(chǎn)品相匹配。
本項發(fā)明的一個重要思想是料坯4在熱軋之后不進行中間冷卻就進行退火和固溶熱處理，然后立即進行淬火。退火、固溶熱處理和淬火操作集成在一起，各加工工序的順序和持續(xù)時間為最終產(chǎn)品提供了相同或更好的冶金特性。在先前的工藝中，工業(yè)上通常在熱軋之后施行慢速空氣冷卻。僅僅在某些情況下，熱軋后在金屬冷卻下來之前的溫度才適合于使鋁合金退火。通常情況下，熱軋溫度不夠高不能使金屬退火。在這種情況下，先前的工藝在冷軋完成之前和/或之后施行了獨立的成批退火工序，金屬卷材被放在高爐中維持在一個足以使再結(jié)晶發(fā)生的溫度上。這種高爐成批退火操作的運用有一個很大的缺點。這樣的成批退火操作要求金屬卷材在正確的溫度上加熱數(shù)個小時，然后這種金屬卷材通常在環(huán)境條件下冷卻。在金屬卷材的這種慢速加熱、均熱和冷卻的過程中，通常溶解在鋁中的許多元素成為了沉淀物。這又導(dǎo)致了固溶體硬度下降、合金的強度降低。
相反地，本項發(fā)明的工藝方法對于一個給定的最終產(chǎn)品的冷軋要求達到了再結(jié)晶并且把合金元素保留在固溶體中以得到更大的強度。加熱器7的應(yīng)用允許熱軋溫度和退火及固溶熱處理的溫度可以分別加以控制。這又允許應(yīng)用熱軋的條件，這使得表面光潔度最好、纖維方向(顆粒的排列方向)最一致。在本項發(fā)明的實踐中，進料4的溫度在加熱器7中被提高到高于熱軋溫度，沒有先前工藝中建議的中間冷卻過程。按照這種方式，再結(jié)晶和固溶化能夠快速奏效，一般所用時間少于30秒，更好的情況少于10秒。另外，通過免去了中間冷卻工序，退火和固溶熱處理操作消耗的能源更少了，因為合金在熱軋之后已經(jīng)在一個很高的溫度水平上。
在本項發(fā)明的實踐中，熱軋后的溫度一般維持在300°F至1000°F的范圍內(nèi)，同時退火和固溶熱處理在溫度為600°F至1200°F的范圍內(nèi)用1秒到30秒的時間能夠奏效，較好情況下1秒到10秒奏效。在這樣的溫度下進行熱處理之后，帶坯形式的進料4立即用水施行淬火降溫(有必要繼續(xù)把合金元素保留在固溶體中并且用于冷軋(通常溫度低于300°F))。
作為將受到那些精通于這種工藝的人們歡迎的方案，根據(jù)所用的合金種類、它們的化學(xué)性質(zhì)和它們的生產(chǎn)方式，料坯減小厚度的程度應(yīng)該根據(jù)寬度的不同而不同，料坯減小厚度的方法包括本項發(fā)明的熱軋工藝和冷軋工藝。正是這個原因，本項發(fā)明在熱軋和冷軋操作中每一工序的厚度減小率在實踐中不做出具體規(guī)定。然而，對于某一個特定的產(chǎn)品來說，必須對厚度減小的幅度和溫度高低的實踐結(jié)果進行應(yīng)用。一般情況下，對于熱軋工藝，當厚度減小率在40%至99%范圍內(nèi)時可以取得良好效果，而對于冷軋工藝，在厚度減小率介于20%至75%之間的情況下可以取得良好效果。
本項發(fā)明的方法的優(yōu)點之一由這樣一個事實體現(xiàn)，所指出的具體方法和先前工藝中通常使用的方法相比，熱軋出口的厚度更薄，從而，本項發(fā)明的方法沒有遵循在退火之后再進行冷軋的規(guī)律。另外，本項發(fā)明的方法還有這樣一個優(yōu)點，在不進行冷軋工序也可以的情況下，有能力生產(chǎn)出最終的產(chǎn)品。在這種情況下，在熱軋、退火和固溶熱處理之后，料坯施行淬火以提供出經(jīng)過熱處理的產(chǎn)品，不再進行進一步的軋制就可以應(yīng)用。
在某些情況下，熱軋溫度足夠高、足以使在線料坯自行退火和固溶熱處理，不需通過加熱器7再對料坯加熱以提高其溫度。在本項發(fā)明的這種具體方法中，沒有必要再使用加熱器7，從熱軋機組6中出來的已減小厚度的料坯通過淬火設(shè)備8直接進行淬火，在冶金特性方面也可取得同樣的改進效果。當根據(jù)這種具體方法進行操作時，便已減小了厚度的料坯在一個高溫狀態(tài)下保持一段時間以保證合金的再結(jié)晶和固溶化是非常理想的。這可以通過把淬火設(shè)備8逆流向熱軋機組6有效地的靠近來簡便地實現(xiàn)，這樣就使減小了厚度的進料在一段預(yù)定的時間范圍內(nèi)保持了近似于熱軋出口的溫度。其他的保持溫度的方法，如蓄能器，也可以采用。
本項發(fā)明的思想適用于很大范圍的鋁合金、適用于許多種產(chǎn)品。一般來說，1000系列、2000系列、3000系列、5000系列、6000系列、7000系列和8000系列的合金在本項發(fā)明的實踐中均適用。
在描述了本項發(fā)明的基本思想之后，現(xiàn)在給出下面一個例子作參考，它是通過對本項發(fā)明的實踐進行解釋的方式提供的。料坯樣本為鑄造鋁合金，它固化的速度足夠快以致具有二次枝晶，其枝間距在10微米以下。
實例這個例子采用了具有下列成份的合金金屬 按重量的百分含量Si 0.26Fe 0.44Cu 0.19Mn 0.91Mg 1.10Al 余額具有預(yù)知成份的鑄造帶坯通過二次熱軋厚度從0.140英寸減小至0.026英寸。從軋制機中出來的料坯的溫度是405°F。它被立即加熱到1000°F的溫度并保持3秒鐘，然后用水進行淬火。該合金在這個階段100%的再結(jié)晶完畢。
帶坯然后進行冷軋使厚度減小率達到55%。其拉伸屈服強度為41000磅/英寸2，而具有相同成份的鋁合金按傳統(tǒng)工藝方法進行加工的拉伸屈服強度為35000磅/英寸2。本發(fā)明沒有局限在固定的理論上，相信本發(fā)明在實踐中能夠達到更高的強度，這可通過增加固溶體和時效硬化來實現(xiàn)。
能夠理解的是，在不背離本項發(fā)明的精神的前提下，可以對過程、公式和運用的細節(jié)內(nèi)容進行各種變動和修改，特別地，在下面的權(quán)利要求中作了說明。
權(quán)利要求
1.制造鋁合金薄板材的方法包括下列連續(xù)的、在線順序的工序(a)對鋁合金進料進行熱軋以減小其厚度；(b)不進行中間冷卻，對已減小厚度的進料施行退火和固溶熱處理；(c)對經(jīng)過退火和固溶熱處理的已減小厚度的進料進行快速淬火。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，進料通過連續(xù)的帶坯連鑄或扁坯連鑄方法成形。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，進料通過把融熔鋁合金溶敷在環(huán)形帶上而成形，環(huán)形帶由導(dǎo)熱材料制成，融熔金屬在環(huán)形帶上固化形成鑄造帶坯，當環(huán)形帶不再與金屬相接觸時被冷卻處理。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，包括對淬火過的進料施行冷軋，它是連續(xù)的在線生產(chǎn)中的一道工序。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，包括對淬火過的進料施行冷軋，它是一道離線的工序。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，包括進一步的在線剪裁工序，它把冷軋過的進料剪裁成預(yù)定長度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，熱軋把進料的厚度減小40%至99%。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，退火和固溶熱處理包括把在線的已減小了厚度的進料加熱到高于熱軋溫度的溫度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，已減小了厚度的進料被加熱到600°F至1200°F的溫度范圍內(nèi)的某一溫度。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，熱處理在線進行，其溫度大約與熱軋溫度相同。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，對進料的熱軋在某一溫度上進行，這個溫度在300°F到進料的固相線溫度范圍之間。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，熱處理在800°F至1200°F的溫度范圍內(nèi)的某一個溫度上進行。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，熱軋出口溫度在300°F至1000°F的溫度范圍之內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，熱處理在120秒之內(nèi)完成。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，熱處理在10秒之內(nèi)完成。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，已減小了厚度的進料被淬火到溫度低于300°F。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，冷軋工序把進料的厚度減小20%至75%。
18.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，包括對冷軋之后的冷軋進料施行卷取的工序。
19.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，包括對冷軋之后的冷軋進料施行卷取的工序。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，進料的寬度小于24英寸。
21.制造鋁合金板材的方法包括下列連續(xù)的在線順序的工序。(a)對鋁合金進料進行熱軋以減小其厚度;(b)把減小了厚度的進料加熱到一個足以進行退火和固溶熱處理的溫度，即所謂的對熱軋過的進料不進行中間冷卻;(c)對經(jīng)過退火和固溶熱處理的已減小了厚度的進料施行快速淬火到一個溫度以進行冷軋;(d)對淬火過的進料進行冷軋以生產(chǎn)出薄鋁板材。
22.制造薄鋁板材的方法包括下列連續(xù)的在線的順序的工序(a)在至少一個環(huán)形帶上對鋁合金進行帶坯或扁坯連鑄以形成鋁合金帶坯;(b)對所謂的帶坯進行熱軋以減小其厚度;(c)對所謂的帶坯進行熱處理，加熱到的溫度足以進行退火，即所謂的合金不進行中間冷卻;(d)對所謂的帶坯施行快速淬火。
23.制造薄鋁板材的方法包括下列連續(xù)的在線的順序的工序。(a)通過把融熔金屬熔敷在至少一個環(huán)形帶上對鋁合金進行帶坯連鑄或扁坯連鑄，環(huán)形帶由導(dǎo)熱材料制成，融熔的金屬在所謂的環(huán)形帶上固化形成鑄造帶坯，并且當環(huán)形帶不再與金屬相接觸時對其施行連續(xù)冷卻處理;(b)對所謂的鑄造帶坯進行熱軋以減小其厚度;(c)把所謂的已減小厚度的帶坯加熱到一個足以進行退火的溫度進行熱處理，不進行中間冷卻;(d)對所謂的帶坯施行快速淬火。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，包括對淬火過的帶坯進行冷軋的工序以生產(chǎn)薄鋁板。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，冷卻工序連續(xù)地在線施行。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，進料的寬度小于24英寸。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，進料的寬度小于24英寸。
28.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，進料的寬度小于24英寸。
全文摘要
制造鋁合金板的方法包括對鋁合金板坯進行熱軋、退火和固溶熱處理而不進行中間冷卻、及快速淬火。
文檔編號B21B1/46GK1083542SQ93107248
公開日1994年3月9日 申請日期1993年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月23日
發(fā)明者懷亞特-梅爾·加文·F, 哈林頓·唐納德·G 申請人:凱澤鋁和化學(xué)公司