一种5050铝合金的加工工艺

摘要

本发明为一种5050铝合金的加工工艺。一种5050铝合金的加工工艺，包括：(1)均匀化退火；(2)热轧：将均匀化退火后的板锭在460‑480℃下进行热轧；(3)将热轧后的卷材快速风冷；(4)待风冷后的卷材冷却后，进行冷轧、清洗和均匀化热处理；(5)将均匀化热处理后的卷材进行半成品冷轧和成品冷轧。本发明所述的一种5050铝合金的加工工艺，通过成分设计、热轧开轧温度、热加工制度、热轧时效工艺、冷加工工艺及控制，生产的5050铝合金可以替代3C电子外壳氧化5052铝合金，生产方法简单，可适用于国内所有类型的单机架热轧设备及普通四辊冷轧机的工业化生产，生产成本低，实用性广泛，生产及控制难度低，产品市场竞争力明显，经济效益显著。

说明书

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，具体涉及一种5050铝合金的加工工艺。

背景技术

国内外广泛使用的3C电子外壳氧化用5052铝合金，主要有H32和O两种使用状态，产品具有一定的成型能力、良好的氧化均匀性和较强的抗变形破坏能力。在本世纪初，随着我国3C电子产品及其相关产业的快速扩张，通过模仿和自我改进等多种手段，我国以中铝系统为代表的多家铝加工企业，形成了3C电子外壳氧化用5052铝合金的完整的产品加工和应用体系，3C电子外壳用5052，乃至更为高端的同类用途的5252产品，代表了国内，乃至包含日韩在内的亚洲区域在这一产品领域的最高水平。

但是，5052铝合金中Mg含量为2.2-2.8％的控制水平，在提供了高的强度的同时，也导致了对材料加工设备的苛刻要求(多机架热轧机，6辊冷轧机等)，还存在材料成型能力的下降和材料表面特征设计与控制难度的增大的问题。3C电子外壳氧化用5052合金这一材料本身成分特征，导致其使用状态必须在H32甚至O态，才能最大程度的满足成型能力的要求。材料最终状态的这种特征，在无可避免的形成一定程度的Mg偏聚，并最终影响氧化均匀性的同时，也诱发材料在大延伸或者折弯时，出现较为明显的橘皮/滑移等外观缺陷，从而限制了材料在部分3C电子外壳上的应用。

与5052铝合金相对应，5050铝合金的Mg含量在1.1-1.8％，相对较低的Mg含量，大幅降低了材料加工时的变形抗力，可以在普通单机架热轧机及四辊冷轧机实现材料的稳定生产，并为材料成品表面特征的设计和控制难度的降低，提供了更好的材料基础。如果能够通过包括材料成分设计在内的工艺方法，在解决因Mg降低而导致的材料强度的降低问题的同时，获得高的延伸能力。那么，在配合5050铝合金在轧制时的更为优良的表面设计特性(含Mg的均匀分布)，则5050铝合金不但能够替代3C电子氧化用5052铝合金，而且会因更为均匀的表面(界面)特征和更多的界面可设计性，具备当前5052甚至5052的所不具备的功能适应性。

有鉴于此，本发明提出一种新的5050铝合金的加工工艺，生产出的5050铝合金可以替代3C电子氧化用途5052铝合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种5050铝合金的加工工艺，以国内常规的单机架热轧机及四辊冷轧机为核心设备，以成分设计和加工工艺设计基础，在大幅降低了材料加工难度和设备投入的同时，实现了5050铝合金与5052具有同样力学性能，使得5050铝合金可替代3C电子外壳用的5052铝合金，为3C材料氧化特性的设计提供了更多的工艺选择。

为了实现上述目的，所采用的技术方案为：

一种5050铝合金的加工工艺，包括以下步骤：

(1)均匀化退火：将5050铝合金板锭在500℃保温12h；

(2)热轧：将均匀化退火后的板锭在460-480℃下，采用单机架热轧机进行热轧，共轧制23个道次

其中，在热轧的最后3个道次中，轧制力小于450吨，且保持轧制力基本稳定，单道次热轧温降＜45℃，最终热终轧温度不小于280℃；

(3)将热轧后的卷材快速风冷至温度不大于150℃；

(4)待风冷后的卷材冷却至不大于50℃后，进行冷轧，轧至卷材厚度为3.0-3.5mm后，进行清洗和均匀化热处理；

(5)将均匀化热处理后的卷材进行半成品冷轧和成品冷轧。

进一步地，所述的5050铝合金板锭采用1080纯铝液作为原料，5050铝合金板锭中Fe含量≤0.10％，Mg含量为1.5-1.8％。

再进一步地，所述的5050铝合金板锭中Fe含量在0.07-0.10％。

进一步地，所述的热轧中：在第1-4道次，以单道次绝对压下量≤15mm，进行绝对压下量逐渐增大的加工工艺设置；第5-16道次，采取不超过30mm的绝对压下量进行热加工工艺设置；在板锭温度≥400℃的前提下，完成板锭头尾切除；以轧制力基本保持稳定为原则，设计切头道次至第20道次之间的热加工。

进一步地，所述的半成品冷轧中，轧制力不大于400吨，且以保持轧制力基本稳定为原则，对冷却、加工率、速度等参数进行调整。

再进一步地，所述的半成品冷轧中，使用粗糙度为0.20-0.30μm的工作辊进行前2-3个道次轧制。

进一步地，所述的成品冷轧中，轧制力不大于280吨，且以保持轧制力基本稳定为原则，对冷却、加工率、速度等参数进行调整。

再进一步地，所述的成品冷轧中，使用粗糙度为0.10-0.15μm的工作辊进行轧制。

本发明另一个目的在于提供一种5050铝合金，上述的加工工艺获得，该5050铝合金可以替代3C电子外壳氧化用5052铝合金。

进一步地，所述的5050铝合金的拉伸强度为200-210MPa，屈服强度为158-162MPa，延伸率不小于10％。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过成分设计(尤其是Fe含量的降低)和通过在线加工时材料强度的降低，提高了成品表面特征的可选择性(尤其是表面粗粗糙度的可选择范围)，对以观赏性为重要质量特征的3C电子外壳的表面氧化特征的设计和观赏性的提高，提供了更多选择。

2、本发明采用“降低加工过程材料强度”的设计方法，配合同步开发的热处理工艺，实现了成品力学强度的大幅提升；并通过Fe和Mg等成分的针对性设计，在大幅降低加工难度的同时，提高了材料在成品加工时界面特征的可选择性和稳定性，是一种全新的产品功能实用设计方法。

3、国外成熟的3C电子外壳氧化用5052产品的热加工技术，使用以“1+3/1+4”热连轧机为特点的专业设备来实现产品的热加工，具有设备投资大、热加工成本高、设备通用性差的特点。而本发明突破5052铝合金对专用设备在力能参数及表面控制稳定性上的特定要求，通过使用5050铝合金替代5052铝合金，实现了在普通单机架热轧机和四辊冷轧机上等，稳定实现3C电子箔外壳氧化用5050铝合金的生产，力学性能全面达到3C电子外壳氧化用5052铝合金的水平，工艺细节控制合理可控，生产过程及产品特性可塑性强，适用于使用国内最普通的单机架热轧机和四辊冷轧机的工业化生产，生产过程及产品特性稳定，可以降低生产成本。还可以直接应用或者指导所有以阳极氧化处理为必要环节的5系合金的中高端氧化用铝合金的生产。

附图说明

图1为实施例1制备的产品氧化前微观表面特征的扫描电镜图；

图2为实施例1制备的产品氧化后微观表面特征的扫描电镜图。

具体实施方式

为了进一步阐述本发明一种5050铝合金的加工工艺，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种5050铝合金的加工工艺，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

在详细阐述本发明一种5050铝合金的加工工艺之前，有必要对本发明中提及的相关技术做进一步说明，以达到更好的效果。

相关关键技术；

3C电子外壳用5050合金的技术路线

以国内最普通的单机架热轧机及四辊冷轧机为主体加工设备(也同样适用于以多机架热轧机和六辊冷轧机为主体加工设备的产品加工)，3C电子外壳氧化用5050铝合金的技术路线如下：

1)3C电子外壳氧化用5050铝合金典型技术路线

3C电子外壳氧化用5050产品，因最终规格或者产品状态的不同，加工技术细节和侧重点上也有所不同，但整体而言，3C电子外壳氧化用5050铝合金的技术路线都要经过：板锭铸造、板锭均匀化与热加工、卷材热处理(均匀化热处理)、卷材冷加工、卷材清洗、卷材热处理(均匀化热处理)、卷材冷加工、卷材成品清洗拉矫、卷材成品热处理(稳定化热处理)等几个环节，整个产业的技术核心，集中在铸造成分设计、热加工技术、表面控制急速、卷材热处理技术、卷材冷加工等五个核心环节，具体而言，3C电子外壳氧化用5050铝合金产品的典型技术路线如下：

板锭铸造→→板锭锯切与铣面→→板锭均匀化→→板锭热加工→→卷材冷轧→→卷材中间清洗→→卷材热处理(均匀化热处理)→→卷材冷加工(含退火料半成品冷加工和成品冷加工)→→成品清洗拉矫→→成品热处理(稳定化热处理)→→成品倒卷检测入库(铝合金加工流程结束)→→成品发货及氧化环节深加工。

2)3C电子外壳氧化用5050铝合金核心质量及影响因素

3C电子外壳氧化用5050铝合金，具有两个明确的技术指标和一个核心质量要求，两个核心技术指标分别是：与5052相同的屈服强度和不低于5052的延伸率。一个核心的质量要求是：在严格控制影响氧化成品表面均匀性和一致性的表面缺陷(如色差、划伤、暗影、砂眼等等)的基础上，具有较5052更低更为稳定的表面粗糙度。影响产品屈服强度、材料成型能力和表面的无缺陷化控制的各项技术方法和控制措施，大多数都存在直接的反向作用，这种控制因素上的相互冲突与统一，是整个产品研发与稳定化的核心。

以3C电子外壳氧化用5050铝合金产品的基本加工工艺流程为基础，影响产品质量的主要因素集中在如下几个方面：

1)板锭铸造技术与成分设计

与5052铝合金一样，5050合金同样需要在板锭铸造中同时解决相Mg的均匀化分布和组织均匀性(晶粒度)两个核心问题。Mg的极端活泼的元素特征决定了其在板锭铸造时的偏聚行为几乎无法避免，而Mg的偏聚行为则会直接导致成品物料氧化时的氧化均匀性和一致性，相比较与5052使用1070纯铝液进行Mg的合金化略有不同，电子外壳用5050铝合金需要使用铝纯度稍高的1080纯铝液进行Mg的合金化。

2)材料热加工技术

铝合金的加工表面具有遗传性，产品最终进行氧化的工艺特点决定了热加工过程必须严格控制界面均匀性和清洁性(在进行均匀化的同时，特别规避Mg偏聚和氧化)，硬态强度达到290Mpa的3C电子外壳氧化用5052铝合金，需要使用多机架热连轧机(1+3/1+4热连轧机)精轧时45％左右的加工率来实现均匀化，并通过最后两个连轧道次的纯水在线清洗，实现热轧表面的清洁化控制。相对而言，5050铝合金相对较低的变形抗力，可以使用当前国内最普通的单机架热轧机进行稳定加工，然后通过工艺方法实现对表面均匀性和清洁性的控制。

3)材料热处理技术

就3C电子外壳氧化用5052产品的工艺设计而言，较高的Mg含量和最终成品的成型能力要求，导致均匀化和稳定化热处理工艺均需要使用一个较高的热处理温度(超过1070铝合金的完全再结晶温度较多)，从而无可避免的诱发Mg的偏聚行为，从而导致成品氧化时表面均匀化水平的降低。对3C电子外壳氧化用5050铝合金而言，其相对较低的Mg含量的成分特征，本身具备同状态更高的材料成型能力，考虑到其最终成品与5052相同的材料屈服强度要求，在确保材料成型能力的同时，通过以低温为特征的热处理工艺的开发，同时获得高的屈服强度和更为均匀性一致的界面特征，成为以5050替代5052的核心技术之一。

4)材料表面清洁化技术

3C电子外壳氧化用铝合金的一个核心问题，就是物料的表面特征必须在阳极氧化后形成两个基本特征：低的缺陷率和高的均匀性。是指镜面本身不得存在任何形式的影响镜面均匀性和一致性的缺陷，如暗影、色差、划伤、砂眼等等所有肉眼可视非镜面特征，相较于多机架热轧机生产条件下的5052，以单机架热轧机为核心加工设备的5050铝合金的表面清洁化技术，集中在热轧的最后三个道次的工艺设计上。

5)材料冷加工技术

3C电子外壳用5052铝合金，因其较高的在线强度，在均匀化热处理后进行冷加工时，材料表面粗糙度可控性等会随着加工道次的逐渐下沿而迅速降低，最直接的问题是，随着5052冷加工的加工硬化(变形抗力)程度的提高，材料表面粗糙度的最低值将越来越难以实现稳定化控制，最终在生产效率和稳定化控制要求的双重影响下，对氧化成品表面特征形成直接影响的表面粗糙度，被限制在一个最低0.15μm左右的水平(正常控制水平为0.21-0.23μm)；与5052不同，材料强度更低的5050铝合金，具有更多的工艺适应性，可以在保证生产效率不降低，并且表面粗糙度稳定控制到0.10μm的同时，实现对材料加工表面的稳定化控制，从而体现出更为优越的加工适应性。

在了解了本发明中提及的相关技术之后，下面将结合具体的实施例，对本发明一种5050铝合金的加工工艺做进一步的详细介绍：

本发明为一种5050铝合金的加工工艺，是一种替代5052铝合金的3C电子外壳氧化用5050铝合金的加工技术，以目前国内最普通的单机架热轧机和四辊冷轧机为设备基础，可以用来制备包括但不限于3C电子外壳氧化用5系铝合金的工业化生产，也可以直接应用或者指导所有以阳极氧化处理为必要环节的5系合金的中高端氧化用铝合金的生产。

设备要求：国内最普通的常规单机架热轧机和四辊冷轧机；

本发明的技术方案为：

一种5050铝合金的加工工艺，包括以下步骤：

(1)均匀化退火：将5050铝合金板锭在500℃保温12h。

(2)热轧：将均匀化退火后的板锭在460-480℃下，采用单机架热轧机进行热轧，共轧制23个道次。

其中，在热轧的最后3个道次中，采用稳定控制轧制力和单道次降温绝对值为基础(同时考虑热轧板中凸度、楔形)，轧制力小于450吨，且保持轧制力基本稳定，单道次热轧温降小于45℃，最终热终轧温度不小于280℃。

本发明采用普通单机架热轧机进行热轧，最后3个道次的轧制模拟精轧过程，大幅提高了成品的力学强度，并实现对表面均匀性和清洁性的控制。

(3)完成热轧轧制后，将热轧后的卷材转入风冷区采用强风冷却至温度不大于150℃。

(4)待风冷后的卷材冷却至不大于50℃后，进行冷轧，轧至卷材厚度为3.0-3.5mm后，进行清洗和均匀化热处理。

(5)将均匀化热处理后的卷材，以稳定控制轧制力(含料温控制和轧制油冷却强度控制)并实现版型稳定为原则，进行半成品冷轧和成品冷轧。

成品清洗拉矫后后进行稳定化热处理；完成稳定化热处理后的物料进行成品检测，最终转入电子外壳氧化加工的最终客户端。

优选地，所述的5050铝合金板锭采用1080纯铝液作为原料，5050铝合金板锭中Fe含量≤0.10％，Mg含量为1.5-1.8％。

进一步优选地，所述的5050铝合金板锭中Fe含量在0.07-0.10％。

5050铝合金中Fe含量为0.14-0.16％。而本发明的5050铝合金中降低了Fe含量，使得最终的产品氧化后可以出现不同氧化表面，提高了成品表面特征的可选择性，对以观赏性为重要质量特征的3C电子外壳的表面氧化特征的设计和观赏性的提高，提供了更多选择。

优选地，以23道次热轧轧制工艺进行热加工时，在第1-4道次，以单道次绝对压下量≤15mm，进行绝对压下量逐渐增大的加工工艺设置；自第5-16道次，采取不超过30mm的绝对压下量进行热加工工艺设置；在板锭温度≥400℃的前提下，完成板锭头尾切除；以轧制力基本保持稳定为原则，设计切头道次至第20道次之间的热加工(主要指绝对加工量和轧制速度)。

优选地，所述的半成品冷轧中，轧制力不大于400吨，且以保持轧制力基本稳定为原则，对冷却、加工率、速度等参数进行调整。

进一步优选地，所述的半成品冷轧中，使用粗糙度为0.20-0.30μm的工作辊进行前2-3个道次轧制。

优选地，所述的成品冷轧中，轧制力不大于280吨，且以保持轧制力基本稳定为原则，对冷却、加工率、速度等参数进行调整。

进一步优选地，所述的成品冷轧中，使用粗糙度为0.10-0.15μm的工作辊进行轧制。

本发明采用相应的半成品冷轧和成品冷轧工艺，要求工作辊的粗糙度，在该技术参数下，产品表面有任何形式的不良问题，均会在轧制过程中表现出来，可以及时进行在线调整；且有利于产品氧化后可以出现不同氧化表面，提高了成品表面特征的可选择性。若工作辊的粗糙度高于本发明的粗糙度，在轧制过程中产品问题无法显现，需氧化后才可以发现问题(此时已销售给客户)，不利于产品质量的管控。

本发明开发的技术方案，生产出的5050产品在氧化外观和材料力学性能上完全替代3C电子外壳氧化用5052铝合金，并略有超出，并能为产品氧化特性的设计提供更多工艺选择，例如亮光色、陶瓷色、具有光润感的亚光色(5052铝合金仅有亚光色)。

实施例1.

具体操作步骤如下：

(1)采用Fe含量在0.07-0.10％的1080纯铝液进行板锭铸造，Mg含量控制目标为1.5-1.8％；

板锭铣面后，进行均匀化退火，在500℃保温12h后。

(2)热轧：将均匀化退火后的板锭在460-480℃下低温开轧，共轧制23个道次。

以23道次热轧轧制工艺进行热加工时，在第1-4道次，以单道次绝对压下量≤15mm，进行绝对压下量逐渐增大的加工工艺设置；自第5-16道次，采取不超过30mm的绝对压下量进行热加工工艺设置；在板锭温度≥400℃的前提下，完成板锭头尾切除；以轧制力基本保持稳定为原则，设计切头道次至第20道次之间的热加工(主要指绝对加工量和轧制速度)。

对上卷取的最后3个道次，按轧制力≤450吨，每道次温度降低≤40℃、终轧温度≥280℃为目标完成热加工。

(3)完成热轧轧制后，将热轧后的卷材转入风冷区采用强风冷却至温度不大于150℃；

(4)待风冷后的卷材冷却料温≤50℃后进行冷轧，并在3.0～3.5mm时进行清洗和均匀化热处理。

(5)均匀化热处理后的物料，以稳定控制轧制力(含料温控制和轧制油冷却强度控制)并实现版型稳定为原则，进行半成品冷轧和成品冷轧。

具体的：半成品冷轧：在确保轧制力≤400吨且版型表面无异常的情况下，使用粗糙度为0.20-0.30μm的工作辊完成前2-3个道次轧制；

成品冷轧：依照成品粗糙度要求，更换对应粗糙度的低粗糙度工作辊(粗糙度0.10-0.15μm)，按道次轧制力≤280吨，且表面版型稳定的情况下，完成成品轧制。

轧制成品进行清洗拉矫后，使用低温工艺完成稳定化热处理。

图1-2为本实施例1制备的产品氧化前、后微观表面特征的扫描电镜图，由图可知，氧化后的产品也没有出现任何形式的可视色差，且表面均匀性无异物及划伤等缺陷。

对本实施例1生产的产品进行性能检测，结果见表1。

表1

结合表1可知，采用本发明的技术方案生产的产品其与5052基本相同，在氧化外观和材料力学性能上完全替代3C电子外壳氧化用5052铝合金，并略有超出能为阳极氧化后的表面设计提供更多工艺方案。

以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。