一种汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材的制备方法与流程

1.本发明属于汽车用铝合金板材技术领域，尤其是涉及一种汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材的制备方法。


背景技术：

2.随着我国汽车产量和保有量的急剧增加，交通拥堵、环境污染、能源消耗过大等一系列的问题越来越严重。基于这种问题，汽车轻量化日趋受重视，新能源汽车的续航除了和电池性能相关外，还与车辆本身的重量有明显关系，研究表明，车重减少，续航增加，同时，汽车轻量化也是解决环境污染、能源消耗过大等一系列问题的必要手段。铝合金代替钢板制造汽车车身及零部件可使汽车减重50％以上，可明显降低整车的重量，因此，铝合金汽车板替代汽车钢板是汽车轻量化最有效的途径。
3.为了减轻电池箱的重量，现有的电池箱盖板常常制作得非常薄，这样虽然降低了电池箱的整体重量，但是这也会导致电池箱盖板的强度变低，在受到外力碰撞时容易变形，因此现有电池箱盖板要么使用钢板，要么在使用6xxx系铝合金时多使用加强筋，如果能够采用高强度铝合金制备电池箱盖板，满足强度要求的同时降低重量，将会是一种尚佳的选择。2xxx系铝合金具有高屈服强度，高抗拉强度，可应用于对强度有要求的部件中，可以有效替换钢板达到轻量化的效果，然而，采用传统工艺制备的车用2xxx系铝合金板材的生产成本是传统车用钢板的2～4倍，这严重阻碍了2xxx系铝合金板材在汽车上的大规模应用。因此，降低2xxx系铝合金车身板的生产成本势在必行。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材的制备方法。该制备方法在传统加工方法基础上省去均匀化处理工艺，热轧采用纵横交替轧制，大幅度提高热轧板中间退火温度、适当延长退火保温，显著缩短2xxx系铝合金板材的生产流程、节约能源、大幅度降低生产成本，同时材料各项异性降低提高材料成型性能。
5.为解决上述技术问题，发明采用如下的技术方案：
6.一种汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材的制备方法，由如下步骤组成：
7.1)铸锭制备：采用直接水冷半连续铸造法制备2xxx系铝合金铸锭；
8.2)热轧：将2xxx系铝合金不经均匀化直接进行纵横交叉的热轧，获得热轧板；
9.3)中间退火：将热轧板加热、保温，随炉冷却至室温，获得退火态轧板；
10.4)冷轧：将退火态轧板冷轧，制得冷轧板；
11.5)固溶处理：将冷轧板进行固溶处理，获得固溶处理态板材；
12.6)室温放置：将固溶处理态板材在室温下放置；
13.7)预拉伸处理：将步骤6)放置后的固溶处理态板材拉伸1％～5％；
14.8)在室温中放置14天以上，制得汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材。
15.作为一种实施方式，步骤1)中，所述铝合金铸锭厚度为160-180mm，含有的成分及
其质量百分比为：si：0.30～0.50％，fe：0.30～0.50％，cu：0.30～0.50％，mn：0.30～1.00％，mg：1.20～1.80％，zn≤0.25％，cr≤0.10％，ti≤0.15％，杂质元素≤0.15％，余量为al。
16.作为一种实施方式，步骤2)中，铸锭热轧前的保温温度为480-500℃；保温的时间为2-6h。
17.作为一种实施方式，步骤2)中，所述2xxx系铝合金铸锭在加热前，经过切头铣面处理；所述热轧的方式为纵横交叉轧制，先延宽度方向轧制2-3次，再延长度方向轧制6-9次，获得热轧板。
18.作为一种实施方式，步骤2)中，所述热轧板的厚度为4-7mm。
19.作为一种实施方式，步骤3)中，所述加热的温度为480-500℃；所述保温的时间为2-6h。
20.作为一种实施方式，步骤4)中，所述冷轧板的厚度为1-4mm。
21.作为一种实施方式，步骤5)中，所述固溶处理的温度为480-500℃，时间1-3h，冷却方式为水淬至室温。
22.作为一种实施方式，步骤6)中，在室温下放置的时间为5～30min。
23.作为一种实施方式，步骤7)中，所述固溶处理态板材拉伸的幅度为1％-5％。
24.本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
25.如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
26.与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
27.1)在传统加工方法基础上省去均匀化处理工艺，热轧采用纵横交替轧制，大幅度提高热轧板中间退火温度、适当延长退火保温，显著缩短2xxx系铝合金板材的生产流程、节约能源、大幅度降低生产成本，同时材料各项异性降低提高材料成型性能。
28.2)本发明在传统加工方法基础上省去均匀化处理工艺，热轧采用纵横交替轧制，使得铸锭中的结晶相经热轧先由大尺寸片状相变成弥散分布的小尺寸片状相，再经后续改良的中间退火过程，使得板材中的结晶相呈现出弥散分布的球状相状态，且晶粒较传统加工方法尺寸减小，从而实现显著缩短2xxx系铝合金板材的生产流程、节约能源、大幅度降低生产成本，同时材料各项异性降低提高材料成型性能。
附图说明
29.图1为本发明实施例1制得的2xxx系铝合金板材的晶粒尺寸图；
30.图2为本发明实施例1制得的2xxx系铝合金板材的结晶相分布图；
31.图3为本发明对比例1制得的铝合金板材的晶粒尺寸图；
32.图4为本发明对比例1制得的铝合金板材的结晶相分布图。
具体实施方式
33.为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本
发明的保护范围。
34.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
35.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
37.作为本发明的一个方面，本发明一种汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材的制备方法，由如下步骤组成：
38.1)铸锭制备：采用直接水冷半连续铸造法制备2xxx系铝合金铸锭；
39.2)热轧：将2xxx系铝合金不经均匀化直接进行纵横交叉的热轧，获得热轧板；本发明能够取消无均匀化过程后仍能保持优异性能的原因在于对传统热处理工艺的后续部分热处理工艺进行了升温加时，温度起码要保证在480℃以上才有融化结晶相的效果，温度低于480℃时，热轧板材容易产生裂缝。
40.3)中间退火：将热轧板加热、保温，随炉冷却至室温，获得退火态轧板；
41.4)冷轧：将退火态轧板冷轧，制得冷轧板；
42.5)固溶处理：将冷轧板进行固溶处理，获得固溶处理态板材；
43.6)室温放置：将固溶处理态板材在室温下放置；
44.7)预拉伸处理：将步骤6)放置后的固溶处理态板材拉伸1％～5％；
45.8)在室温中放置14天以上，制得汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材。
46.所述2xxx系铝合金板材的性能指标为：σ
0.2
＝350-410mpa，σb＝450-510mpa，δ＝12-20％。
47.本发明的原理在于：传统高温长时均匀化过程不但成本较高，且会使得铝合金铸锭中的片状结晶相聚集球化，形成大尺寸不均匀分布的球状相，影响材料的材料一致性及成型性能，而本发明在传统加工方法基础上省去均匀化处理工艺，热轧采用纵横交替轧制，使得铸锭中的结晶相经热轧先由大尺寸片状相变成弥散分布的小尺寸片状相，再经后续改良的中间退火过程，使得板材中的结晶相呈现出弥散分布的球状相状态，晶粒得到细化，从而实现显著缩短2xxx系铝合金板材的生产流程、节约能源、大幅度降低生产成本，同时材料各项异性降低提高材料成型性能。
48.在某些实施例中，步骤1)中，所述铝合金铸锭厚度为160-180mm，含有的成分及其质量百分比为：si：0.30～0.50％，fe：0.30～0.50％，cu：0.30～0.50％，mn：0.30～1.00％，mg：1.20～1.80％，zn≤0.25％，cr≤0.10％，ti≤0.15％，杂质元素≤0.15％，余量为al。
49.在某些实施例中，步骤2)中，铸锭热轧前的保温温度为480-500℃；保温的时间为2-6h。
50.在某些实施例中，步骤2)中，所述2xxx系铝合金铸锭在加热前，经过切头铣面处理；所述热轧的方式为纵横交叉轧制，先延宽度方向轧制2-3次，再延长度方向轧制6-9次，获得热轧板。
51.在某些实施例中，步骤2)中，所述热轧板的厚度为4-7mm。
52.在某些实施例中，步骤3)中，所述加热的温度为480-500℃；所述保温的时间为2-6h。
53.在某些实施例中，步骤4)中，所述冷轧板的厚度为1-4mm。
54.在某些实施例中，步骤5)中，所述固溶处理的温度为480-500℃，时间1-3h，冷却方式为水淬至室温。
55.在某些实施例中，步骤6)中，在室温下放置的时间为5～30min。
56.在某些实施例中，步骤7)中，所述固溶处理态板材拉伸的幅度为1％～5％。
57.实施例1
58.一种汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材的制备方法，由如下步骤组成：
59.1)铸锭制备：采用直接水冷半连续铸造制备2xxx系铝合金铸锭，厚度为170mm，含有的成分及其质量百分比为：si：0.30～0.50％，fe：0.30～0.50％，cu：0.30～0.50％，mn：0.30～1.00％，mg：1.20～1.80％，zn≤0.25％，cr≤0.10％，ti≤0.15％，杂质元素≤0.15％，余量为al。
60.2)加热：将2xxx系铝合金铸锭切头铣面处理后，在循环风炉中加热至495℃，保温4h；
61.3)热轧：对保温后2xxx系铝合金铸锭，进行热轧，热轧方式为先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制8道次，轧制成厚度为4mm的热轧板；
62.4)中间退火：将热轧板切定尺后，在循环风炉中加热至495℃，保温2h后，水冷至室温，获得退火态轧板；
63.5)冷轧：将退火态轧板，进行5道次冷轧，制得厚度为2mm的冷轧板；
64.6)固溶处理：对冷轧板在循环风炉中进行固溶处理，固溶处理的加热温度为495℃，保温时间为140min，冷却方式为水淬至室温，形成固溶处理后轧板；
65.7)室温放置：对固溶处理后轧板室温放置20min；
66.8)预拉伸处理：对室温放置后轧板，进行预拉伸处理，预拉伸3％，形成预拉伸处理后的轧板；
67.9)室温放置：将预拉伸处理后的轧板在室温中放置14天以上，制得汽车电池箱上盖板用2xxx系铝合金板材。
68.板材的晶粒尺寸图如图1所示，结晶相分布图如图2所示；
69.图1为本实施例1制得的2xxx系铝合金板材的晶粒尺寸图；
70.图2为本实施例1制得的2xxx系铝合金板材的结晶相分布图；
71.对本实施例1制得的2xxx系铝合金板材进行拉伸试验，相关性能指标数据见下表1。
72.实施例2
73.一种汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材的制备方法，由如下步骤组成：
74.1)铸锭制备：采用直接水冷半连续铸造制备2xxx系铝合金铸锭，厚度为170mm，含
有的成分及其质量百分比为：si：0.30％，fe：0.30％，cu：0.30％，mn：0.30％，mg：1.20％，zn：0.20％，cr：0.05％，ti：0.10％，杂质元素：0.10％，余量为al；
75.2)加热：将2xxx系铝合金铸锭切头铣面处理后，在循环风炉中加热至485℃，保温6h；
76.3)热轧：对保温后2xxx系铝合金铸锭，进行热轧，热轧方式为先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制8道次，轧制成厚度为5mm的热轧板；
77.4)中间退火：将热轧板切定尺后，在循环风炉中加热至485℃，保温4h后，水冷至室温，获得退火态轧板；
78.5)冷轧：将退火态轧板，进行5道次冷轧，制得厚度为2mm的冷轧板；
79.6)固溶处理：对冷轧板在循环风炉中进行固溶处理，固溶处理的加热温度为485℃，保温时间为110min，冷却方式为水淬至室温，形成固溶处理后轧板；
80.7)室温放置：对固溶处理后轧板室温放置5min；
81.8)预拉伸处理：对室温放置后轧板，进行预拉伸处理，预拉伸1％，形成预拉伸处理后的轧板；
82.9)室温放置：将所述预时效处理后轧板，在室温中放置14天以上，制得汽车电池箱上盖板用2xxx系铝合金板材。
83.实施例3
84.一种汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材的制备方法，由如下步骤组成：
85.1)铸锭制备：采用直接水冷半连续铸造制备2xxx系铝合金铸锭，厚度为170mm，含有的成分及其质量百分比为：si：0.50％，fe：0.50％，cu：0.50％，mn：1.00％，mg：1.80％，zn：0.25％，cr：0.10％，ti：0.15％，杂质元素：0.15％，余量为al；
86.2)加热：将2xxx系铝合金铸锭切头铣面处理后，在循环风炉中加热至500℃，保温2h；
87.3)热轧：对保温后2xxx系铝合金铸锭，进行热轧，热轧方式为先沿着扁铸锭宽度方向轧制3道次，然后沿着扁铸锭长度方向轧制8道次，轧制成厚度为7mm的热轧板；
88.4)中间退火：将热轧板切定尺后，在循环风炉中加热至500℃，保温2h后，水冷至室温，获得退火态轧板；
89.5)冷轧：将退火态轧板，进行5道次冷轧，制得厚度为2mm的冷轧板；
90.6)固溶处理：对冷轧板在循环风炉中进行固溶处理，固溶处理的加热温度为500℃，保温时间为180min，冷却方式为水淬至室温，形成固溶处理后轧板；
91.7)室温放置：对固溶处理后轧板室温放置30min；
92.8)预拉伸处理：对室温放置后轧板，进行预拉伸处理，预拉伸5％，形成预拉伸处理后的轧板；
93.9)室温放置：将所述预时效处理后轧板，在室温中放置14天以上，制得汽车电池箱上盖板用2xxx系铝合金板材。
94.对比例1
95.一种铝合金板材的制备方法，由如下步骤组成：
96.1)铸锭制备：采用直接水冷半连续铸造制备2xxx系铝合金铸锭，厚度为170mm，含有的成分及其质量百分比为：si：0.30～0.50％，fe：0.30～0.50％，cu：0.30～0.50％，mn：
0.30～1.00％，mg：1.20～1.80％，zn≤0.25％，cr≤0.10％，ti≤0.15％，杂质元素≤0.15％，余量为al。
97.2)将2xxx系铝合金铸锭装入循环风炉中，2小时随炉升温至495℃保温24h，出炉空冷至室温；
98.3)加热：将冷却后的2xxx系铝合金铸锭切头铣面处理后，加热450℃，保温2h；
99.4)热轧：对保温后2xxx系铝合金铸锭，进行热轧，热轧方式为沿着扁铸锭长度方向轧制14道次，轧制成厚度为4mm的热轧板；
100.5)中间退火：将热轧板切定尺后，在循环风炉中加热至450℃，保温2h后，炉冷至室温，获得退火态轧板；
101.6)冷轧：将退火态轧板，进行5道次冷轧，制得厚度为2mm的冷轧板；
102.7)固溶处理：对冷轧板在循环风炉中进行固溶处理，固溶处理的加热温度为495℃，保温时间为110min，冷却方式为水淬至室温，形成固溶处理后轧板；
103.8)室温放置：对固溶处理后轧板室温放置20min；
104.9)预拉伸处理：对室温放置后轧板，进行预拉伸处理，预拉伸3％，形成预拉伸处理后的轧板；
105.10)室温放置：将所述预时效处理后轧板，在室温中放置14天以上，制得2xxx系铝合金板材。
106.本对比例1与上述实施例的区别在于对比例1使用传统热处理工艺，采用24h高温均匀化处理铸锭，热轧采用传统直接纵向轧制，上述实施例取消均匀化过程，延长加热时间及温度，热轧采用纵横交叉轧制，延长中间退火时间及温度。
107.图3为本对比例1制得的铝合金板材的晶粒尺寸图；
108.图4为本对比例1制得的铝合金板材的结晶相分布图；
109.对本对比例制得的2xxx系铝合金板材进行拉伸试验，相关性能指标数据见下表1。
110.表1
111.实施例1对比例1抗拉强度500mpa470mpa屈服强度400mpa370mpa断后延伸率28.8％25％
112.对比例2
113.重复实施例1，其不同之处仅在于：铸锭先经过24h的495℃均匀化过程后空冷，再进行加热热轧。
114.经检测，本对比例性能与实施例1无明显差异。(抗拉498mpa，屈服407mpa，断后延伸率29％)，也就是说，实施例1在热轧前不进行均匀化处理的步骤情况下和本对比例的采用了均匀化处理后的热轧效果相差不大，从而使得本发明技术方案减少了步骤，节约了能源效果。
115.对比例3
116.重复实施例1，其不同之处仅在于：热轧仅采用传统纵轧。
117.经检测，本对比例性能与实施例1性能下降(抗拉强度460mpa，屈服强度365mpa，断后延伸率23％)不符合本发明的要求。
118.本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
119.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

技术特征：
1.一种汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材的制备方法，其特征在于，由如下步骤组成：1)铸锭制备：采用直接水冷半连续铸造法制备2xxx系铝合金铸锭；2)热轧：将2xxx系铝合金不经均匀化直接进行纵横交叉的热轧，获得热轧板；3)中间退火：将热轧板加热、保温，随炉冷却至室温，获得退火态轧板；4)冷轧：将退火态轧板冷轧，制得冷轧板；5)固溶处理：将冷轧板进行固溶处理，获得固溶处理态板材；6)室温放置：将固溶处理态板材在室温下放置；7)预拉伸处理：将步骤6)放置后的固溶处理态板材拉伸1％～5％；8)室温放置：在室温中放置14天以上，制得汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材。2.根据权利要求1所述铝合金板材的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述铝合金铸锭厚度为160-180mm，含有的成分及其质量百分比为：si：0.30～0.50％，fe：0.30～0.50％，cu：0.30～0.50％，mn：0.30～1.00％，mg：1.20～1.80％，zn≤0.25％，cr≤0.10％，ti≤0.15％，杂质元素≤0.15％，余量为al。3.根据权利要求1所述铝合金板材的制备方法，其特征在于：步骤2)中，铸锭热轧前的保温温度为480-500℃；保温的时间为2-6h。4.根据权利要求1所述铝合金板材的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述2xxx系铝合金铸锭在加热前，经过切头铣面处理；所述热轧的方式为纵横交叉轧制，先延宽度方向轧制2-3次，再延长度方向轧制6-9次，获得热轧板。5.根据权利要求1所述铝合金板材的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述热轧板的厚度为4-7mm。6.根据权利要求1所述铝合金板材的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述加热的温度为480-500℃；所述保温的时间为2-6h。7.根据权利要求1所述铝合金板材的制备方法，其特征在于：步骤4)中，所述冷轧板的厚度为1-4mm。8.根据权利要求1所述铝合金板材的制备方法，其特征在于：步骤5)中，所述固溶处理的温度为480-500℃，时间1-3h，冷却方式为水淬至室温。9.根据权利要求1所述铝合金板材的制备方法，其特征在于：步骤6)中，在室温下放置的时间为5～30min。10.根据权利要求1所述铝合金板材的制备方法，其特征在于：步骤7)中，所述固溶处理态板材拉伸的幅度为1％～5％。

技术总结
本发明公开了一种汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材的制备方法，由如下步骤组成：1)铸锭制备；2)热轧；3)中间退火；4)冷轧；5)固溶处理；6)室温放置；7)预拉伸处理；8)室温放置制得汽车电池箱盖板用2xxx系铝合金板材。该制备方法在传统加工方法基础上省去均匀化处理工艺，热轧采用纵横交替轧制，大幅度提高热轧板中间退火温度、适当延长退火保温，显著缩短2xxx系铝合金板材的生产流程、节约能源、大幅度降低生产成本，同时材料各项异性降低提高材料成型性能。料成型性能。料成型性能。


技术研发人员：尚书贤 李军 夏广明 王鹏 井琦 邓飞 王吉洋
受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/10/8