一种新型铝合金及连续铸轧制造高深冲性铝箔的方法
技术领域
本发明涉及金属材料加工制造领域,特别涉及一种新型铝合金及连续铸轧制造高深冲性铝箔的方法。
背景技术
铝箔具有质轻、美观、易加工、无污染、可回收、导热性能优良等特性,广泛应用于机电、包装、建筑等领域。在我国的铝箔消费中,热交换器翅片用铝箔(以下简称翅片铝箔)所占比重最大,为48%,其次包装领域占17%。据统计,2011年我国空调器产量高达1.39亿台,热交换器翅片消耗铝箔48万吨左右(按每台热交换器用铝箔3.5kg计算)[1]。铝箔翅片以及包装领域的多用途铝箔容器等都采用冲压成型,所以要求铝箔具有高深冲性能。随着经济发展、工业应用水平的提高和人们生活水平的改善,热交换器翅片用铝箔和包装用铝箔的市场成长性看好,冲压用铝箔的应用领域不断扩大。
目前,我国铝箔的制造方法有两种方式:一种是连续铸轧法(又称CC法,英文全称Continuous cast-rolling),另一种是热轧法(又称DC法,英文全称Direct chill casting)。
热轧法经过国内外多年的研究与发展,工艺技术日臻完善,热轧法铝箔产品性能好,能够制造完全退火O状态、H22状态、H24状态和H26状态等各种状态冲压用铝箔,但制造成本高[2][3]。连续铸轧法制造冲压用铝箔具有成本优势,但塑性低、各向异性明显、深冲性能不足,主要表现在:
(1)高深冲性、高凸缘、高翻边性的完全退火O状态和H22状态铝箔仍不能满足高档客户的需求;
(2)合金品种繁多;
(3)高强度和高塑性兼顾的ECO和CB高速成型方式的性能波动较大。
当前,为了满足不同的成型方式的要求,使用了多种合金牌号和状态,这给供需双方的成本控制、现场合金成分管理以及业务往来造成了麻烦和困难。
据统计,截止到2005年底,我国约有双辊式连续铸轧机225台,总生产能力2000kt/a[4];到了2010年末,铸轧台数亿增加到500余台(轻合金加工技术2010第四期)。我国是世界保有铸轧机最多的国家,连续铸轧法在我国铝加工行业有广阔的市场,并面临着技术进步的机遇和挑战。
下表表示连续铸轧法和热轧法两种方法生产铝箔的工艺流程:
序号 |
工序名称 |
热轧法 |
连续铸轧法 |
1 |
备料 |
● |
● |
2 |
熔炼 |
● |
● |
[0012]
3 |
铸造(铸轧) |
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4 |
均热 |
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5 |
铣面 |
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6 |
锯切 |
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7 |
加热 |
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8 |
热粗轧 |
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9 |
热精轧 |
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10 |
冷轧 |
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11 |
箔轧 |
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12 |
分切 |
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13 |
退火 |
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14 |
成品 |
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表1 连续铸轧法和热轧法工艺流程比较
如上表1所示,两种方法比较,连续铸轧法工序短、设备少。连续铸轧法比热轧法少6道工序,连续铸轧法为我们提供了一种用铝熔体直接生产铝卷材的方法,它使铝板带箔生产工艺大大简化,因此连续铸轧法比热轧法成本低。
连续铸轧法是一种新兴技术,其技术成熟度低。而热轧法发展历程长,先期出现、发展并成熟于西方发达国家,经过多年的研究与发展,工艺技术日臻完善和成熟。
连续铸轧法直接由铝熔体生产6-8mm厚的铸轧铝卷材,冷却到室温后后进行冷轧等后续加工;热轧法通常由DC铸造成300-600mm厚的铝锭坯,再热轧到2.5-12mm厚的热轧铝卷材,冷却到室温后进行冷轧等后续加工。
连续铸轧法比热轧法具备了明显的投资成本和运行成本优势,基于连续铸轧法投资少、效率高、成本低、灵活性大的优点,考虑现代铝加工产品的市场竞争,我们应该大力发展连续铸轧技术和设备。但是,连续铸轧法的结晶特点,决定了连续铸轧法生产的铝箔比热轧法铝箔有以下缺点和不足:
(1)结晶织构强列,深冲性不良:连续铸轧法具有快速凝固、定向结晶的特点,铸轧板晶粒组织在纵断面呈现“人字形”定向排列形成较强的结晶织构,如图1所示,冷轧时粗大的一次轴定向排列不易充分破碎,冷轧板的织构特别强,各向性能不均,所以用连续铸轧坯料生产的铝箔冲制品制耳率高,变形流线也比较明显,深冲性能不良,不易用作深冲制品。
(2)强度高、塑性低:由于连续铸轧法中,合金元素较大的过饱和度,连续铸轧坯料轧制铝箔后,在相同状态下,可比厚度范围内,铝箔的强度高于热轧坯料轧制的铝箔,而延伸率则较低。连续铸轧法坯料在后续冷轧过程中,加工硬化速度快,塑性不足,易断裂。
(3)容易出现裂纹和针孔:热轧坯料一般为变形组织,而连续铸轧坯料则为仅有10%-25%的冷变形量、中间层呈羽毛形状柱状晶分布的铸造组织。而且连续铸轧坯料厚度较小(厚度为6-8mm),其轧制铝箔的变形量比热轧坯料(厚度为300-600mm)的变形量要小得多,所以连续铸轧坯料的铸造缺陷如:偏析、气道、疏松、夹杂、粗大晶粒等缺陷不易全部消除,引起后续加工内部组织缺陷。当生 产较薄的板带材或更薄的铝箔产品时,易出现针孔、条纹、微细裂纹等缺陷。由此带来的问题是在产品的深加工性能上(深冲、折弯性能等)连续铸轧法铝箔与热轧法铝箔相比差距较大。
目前,冲压用铝箔的成型加工过程中,存在以下几点问题:
(1)成型方式不同,要求力学性能多样
空调器分为家用型、商用型和中央空调型,它们的热交换器翅片的冲孔尺寸、凸缘形状和高度不同,其成型方式多种多样,从而产生了多种翅片成型设备,并对铝箔的力学性能提出了各具特色的要求。目前,我国热交换器铝箔翅片冲床型号主要有:美国OAK机、日本日高精HIDAKA机、意大利GBS机等。按铝箔翅片凸缘的成型方式,以深冲(Draw type fin dies)和减薄拉伸(Drawless fin dies)方式为基础,陆续开发出了DT、DL、DOF、CB、HF、ECO等多种成型方式,相应的铝箔性能状态和成型特点如表2所示。我国有色金属行业标准YS/T95.1-2001《空调器散热片用铝箔》规定了不同合金状态铝箔的力学性能要求,如表3所示。
表2 热交换器铝箔翅片的成型方式和成型特性
表3 有色金属行业标准YS/T95.1-2001空调器散热片用铝箔性能
(2)铝箔合金品种繁多
为了适应不同的热交换器翅片成型方法,满足H26、H24、H22和O状态等性能要求,导致了我国现有翅片铝箔的合金牌号状态繁杂零乱,计有1060、1050、1145、1235、1100、1200、3102、8011等多种,国外某发达国家用到的合金牌号包括A30、A50、A100、MF03、IM30、MR160、FM02、FK03等。目前,我国翅片铝箔和包装容器铝箔的常用合金牌号及元素含量如表4所示。
表4 铝箔常用的合金牌号及元素含量
(3)铝箔深冲性能不足
目前,通过技术研究,我国用连续铸轧法生产出了适用于高强度、高硬度成型法的H26状态翅片铝箔,其主要合金牌号为3102,这种成型方式翅片凸缘翻边高度小、生产效率高,适用于家用空调器;而中央空调器、商用空调器和多用途食品容器所用高塑性、高深冲性能的O状态、H22状态和H24铝箔和则分别选用了1060、1050、1145、1235、1100、1200、8011等合金牌号,目前表现最好的合金为8011牌号,但高凸缘、高翻边翅片的冲制性能仍然无法满足要求。
冲压用铝箔这种多合金、多状态的现状给供需双方的成本控制、现场合金成分管理和业务往来都带来了很大困难,迫切需要解决铝箔合金状态的通用性问题,即研究一种铝合金和生产工艺,其生产 的铝箔能同时满足多种成型方式的要求。目前不论是热轧方法,还是连续铸轧方法,铝箔供应商都没能很好地解决这一问题。
(4)翅片铝箔发展趋势的挑战
一是减薄的趋势:热交换器向高效、节能、健康、轻量化的方向发展,价格竞争日趋激烈,降低成本的要求愈来愈迫切。较薄的翅片铝箔可以在同等换热面积的情况下减少铝箔的使用量,翅片铝箔的厚度减薄趋势特别明显。国内优质翅片铝箔的厚度已减薄到0.095m m,国外有0.076mm订货。但随着厚度减薄,铝箔的强度、塑性和深冲性能愈难达到。
二是高凸缘趋势,商用型热交换器H26状态铝箔翅片的凸缘高度趋近2mm,而中央空调器H22、O状态热交换器翅片的凸缘高度则达3.2mm,外商已提出了凸缘高度为6.4mm的翅片铝箔产品的定货要求,这样可减少热交换器翅片的层数,降低成本。但翅片的凸缘愈高,要求铝箔的深冲性愈好。
三是低凸缘的趋势,凸缘高度一般小于1.3mm,这样可以满足热交换器小型化、个性化的要求。但随着凸缘高度的减小,热交换器器组装时容易产生胀管叠片缺陷。
所有以上发展趋势,都要求铝箔向高强度、高塑性和高深冲性能方向发展。随着铝箔厚度的减薄,制造过程中对产品缺陷愈加敏感,其生产难度不断加大。厚度越小,铝箔的抗拉强度、伸长率、杯突值等指标变化越大,保持高强度和高塑性就越困难,不利于铝 箔翅片高凸缘、高翻边的冲压要求,而现有合金铝箔厚度减薄的空间有限。因而,开发新合金、研究新工艺是本发明的关键。
参考文献:
[1]边永超.国内空调箔市场分析[J].有色金属加工,2013,42(2):1-3。
[2]刘援朝.浅谈美国铝加工热点创新技术[A].中国首届铝加工技术创新论坛文集[C].上海:中国有色金属加工工业协会,2007,21-22。
由于铸锭冶金法需要半连续铸造(DC)、车皮、均匀化处理、热轧开坯等多道工艺,因而投资大、能耗大、成本高。在过去的20年中,由于铸轧工艺投资小、成本低、能耗小(铸轧工艺相对铸锭冶金工艺,节能约32%,也有资料称节能25%),因而铸轧工艺得到快速发展。但是铸轧工艺也存在诸多缺点:(1)生产速度远低于理论生产速度;(2)仅适用于凝固范围较窄的合金,凝固范围较宽的合金几乎不能生产,如7×××系、2×××系和部分高镁含量的5×××系合金,这种方法使合金的生产范围受到限制;(3)由于受工艺的限制,材料的变形量相对不足,材料的性能很难与铸锭冶金法生产的材料媲美,产品主要适用于中、低档应用市场。
[3]胥福顺,陈劲戈.电解铝液铸轧生产3102铝合金箔坯料工艺研究[J].轻合金加工技术,2012,40(2):31-34。
根据美国亨特公司研究:生产相同产品采用铸轧法的成本仅为热轧法的48.6%,其初始投资仅为热轧法的10%-15%。因此铸轧法具有较高的成本优势。
[4]王祝堂,王伟东.中国铝板带轧制工业现状与展望[A].中国铝板带论坛文集[C].北京:中国有色金属加工工业协会,2005,10-20。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型铝合金及连续铸轧制造高深冲性铝箔的方法,通过提高坯料中Mn和Fe的含量,并优化连续铸轧工艺,对铸轧铝卷材进行预处理,克服了铸轧坯料生产的铝箔塑性低、深冲性不足的缺点,生产的铝箔性能达到甚至超过了热轧坯料铝箔的性能,并很好地解决了翅片铝箔的通用性问题和深冲铝箔的减薄问题。
本发明的目的是这样实现的,一种新型铝合金,以质量百分比计含有Si:0.1-0.3%,Fe:1.0-1.5%,Mn:0.3-0.6%,Ti:不大于0.05%,余量为Al;
优选地,以质量百分比计含有Si:0.15-0.25%,Fe:1.35-1.45%,Mn:0.45-0.55%,,Ti:0.01-0.04%,余量为Al。
本发明提供的新型铝合金,大幅度提高了其中Mn元素和Fe元素的含量,进而提高成品铝箔的强度和塑性,优化深冲性能。由于Mn元素在合金中起固溶强化作用,但结晶时容易形成晶内偏析,特别对连续铸轧工艺而言,由于冷却速度较大,会产生非平衡结晶, 成份和组织不均匀性更加明显。Fe元素的存在能减少Mn的晶内偏析,降低Mn在Al中的溶解度,提高合金的再结晶温度范围,并能细化再结晶晶粒,形成的FeAl3、MnAl6、(FeMn)Al6等强化相有利于铝箔力学性能的提高。其中还可以加入本合金废料,该废料要求较高纯净度,表面无水、油泥、污物,其加入比例不超过30%。
本发明还提供一种利用上述新型铝合金采用连续铸轧法制造高深冲性铝箔的方法,包括以下步骤:
(1)将铝合金熔炼,使用Al5TiB丝细化晶粒,使用过滤除气净化铝液;
(2)连续铸轧,其中铸轧温度控制在690-700℃,铸轧速度控制在850-1000mm/min;
(3)将铸轧卷材在480℃-580℃下保温10-20小时,采用退火炉进行预处理;
(4)冷轧,至铝板厚度为0.25-0.45mm;
(5)重卷切边,单边切边宽度为25-30mm;
(6)箔轧,至成品厚度为0.03-0.15mm;
(7)成品热处理,将铝箔在不低于200℃的温度下退火处理8h以上。
本发明立足于发挥连续铸轧方法成本低的优势,突破连续铸轧法生产铝箔产品的塑性低的缺点,提高铝箔的深冲性能,减少铝箔的合金品种,生产通用型的热交换器翅片铝箔和包装容器用铝箔。
在本发明提供的利用上述新型铝合金采用连续铸轧法制造高深冲性铝箔的方法中,关键是防止铸轧板成份偏析和组织不均的出现,故控制铸轧温度和铸轧速度应为关键;本方法中采用较低的铸造温度和铸轧速度,以提高铸轧板的品质。同时铸轧坯料的冶金质量对铝箔的最终性能产生遗传性影响,应严格除氢、过滤工序,提高金属材料的纯净度,控制Al2O3、氢和金属夹杂物的含量,防止晶粒粗大。而且,本方法中对铸轧板进行预处理,是提高铝箔最终力学性能的必要工序。预处理能够消除铸轧板化学成分和冶金组织的不均匀性,防止局部再结晶晶粒的异常粗大,改善铸轧板的加工性能,经预处理后铝箔的力学性能提高25%左右,并且三向性能分布更加均匀。
进一步地,步骤(1)中,在745-760℃下,采用铝熔体电磁搅拌技术进行熔炼;
所述使用Al5TiB丝细化晶粒时,采取逆向液流添加方式,钛丝的加入温度控制在730℃-750℃,钛丝的加入速度为200-230mm/米。
进一步地,步骤(1)中,净化铝液时,使用氩气净化铝液中的氢气,使用石墨转子向铝液中旋转喷入,转子转速控制在280-300r/nm;
使用陶瓷过滤板净化铝液中的杂质,采用30ppi+50ppi的双级在线过滤方式进行过滤。
进一步地,步骤(2)中,所述连续铸轧还包括:铸轧区长度为62-70mm;铸轧板的厚度为7.3-7.8mm,中凸度为0-0.05,同板差为0-0.05,纵向厚差为0-0.012。
进一步地,步骤(3)中,所述预处理的温度为500-550℃,保温时间为16-18小时。
进一步地,步骤(4)中,进行冷轧时,铝卷金属温度≤50℃,轧辊粗糙度Ra0.3-0.4μm,辊型凸度0.02-0.04mm,道次压下率≤40%,冷轧总压延率≥94%,厚度偏差≤5%,在线平直度≤10I。
进一步地,步骤(6)中,轧辊粗糙度Ra0.08-0.23μm,辊型凸度0.03-0.045mm,道次变形率≤50%,总变形量大于等于65%,成品铝箔的厚度公差≤3%,铝箔在线平直度≤10I。
进一步地,步骤(7)中,具体包括:
H26状态:230℃-260℃,保温8-10小时;
H24状态:240℃-290℃,保温10-20小时;
H22状态:360℃-390℃,保温15-20小时;
O状态:400℃-420℃,保温15-20小时。
说明书附图
图1为现有技术在铸轧板过程中产生的纵断面晶粒组织金相图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子结合附图对本发明做进一步的详细描述。
一种新型铝合金,以质量百分比计含有Si:0.1-0.3%,Fe:1.0-1.5%,Mn:0.3-0.6%,Ti:不大于0.05%,余量为Al;
优选地,以质量百分比计含有Si:0.15-0.25%,Fe:1.35-1.45%,Mn:0.45-0.55%,,Ti:0.01-0.04%,余量为Al。
该新型铝合金中的其它杂质元素含量均不大于0.05%。
本发明提供的新型铝合金,大幅度提高了其中Mn元素和Fe元素的含量,进而提高成品铝箔的强度和塑性,优化深冲性能。Mn元素在合金中起固溶强化作用,但结晶时容易形成晶内偏析,特别对连续铸轧工艺而言,由于冷却速度较大,会产生非平衡结晶,成份和组织不均匀性更加明显。Fe元素可减少低Mn的晶内偏析,降低Mn在Al中的溶解度,提高合金的再结晶温度范围,并能细化再结晶晶粒,形成的FeAl3、MnAl6、(FeMn)Al6等强化相有利于铝箔力学性能的提高。
本发明还提供一种利用上述新型铝合金采用连续铸轧法制造高深冲性铝箔的方法,包括以下步骤:
(1)将铝合金熔炼,使用Al5TiB丝细化晶粒,使用过滤除气净化铝液;
熔炼时,需要认真熔炼、精炼、搅拌和扒渣,优选地,在745-760℃下,采用铝熔体电磁搅拌技术进行熔炼,以保证熔体成分和温度均匀,并提高热效率。
晶粒细化时,优选使用Al5TiB丝细化晶粒,采取逆向液流添加方式,钛丝入溜槽前用液化气加热,以利充分溶解、弥散分布,钛丝的加入温度控制在730℃-750℃,钛丝的加入速度为200-230mm/米,确保生成一级细晶粒组织。
铸轧坯料的冶金质量对铝箔的最终性能产生遗传性影响,应严格除氢、过滤工序,提高金属材料的纯净度,控制Al2O3、氢和金属夹杂物的含量,防止晶粒粗大。优选地,使用氩气净化铝液中的氢气,使用石墨转子向铝液中旋转喷入,转子转速控制在280-300r/nm,使得净化后熔体中的氢气含量<0.12mL/100gAl;
使用陶瓷过滤板主要作用是拦截、吸附熔体中的金属及非金属夹杂物,优选地,采用30ppi+50ppi的双级在线过滤方式进行过滤,以达到预期的过滤效果。
(2)连续铸轧,其中铸轧温度控制在690-700℃,铸轧速度控制在850-1000mm/min;
为了提高铸轧板的品质,连续铸轧时采用较低的铸造温度和铸轧速度。连续铸轧还包括:铸轧区长度为62-70mm;铸轧板的厚度为7.3-7.8mm,中凸度为0-0.05,同板差为0-0.05,纵向厚差为0-0.012。抛物线板型曲线,不允许二肋厚或凹板。表面不允许有网状和条状龟裂,不允许有金属和非金属压入,允许有轻微的横纹和纵向条纹。
(3)将铸轧卷材在480℃-580℃下保温10-20小时,采用退火炉进行预处理;
优选地,预处理的温度为500-550℃,保温时间为16-18小时。本方法对铸轧卷材进行了预处理,这是提高铝箔深冲性能的必要工序。本工序重点解决以下两个因素对铝箔力学性能的影响:
首先,在铸轧过程中,铸轧板的表面经历了20-30%的轧制变形,而铸轧板的中心部分显示出大体上等轴晶组织,铸轧板的变形集中在表面层,对板材中心部影响很小;由于铸轧板从铸轧辊缝轧出后,尚残留有300℃左右的温度,铸轧板的表面组织会产生部分热恢复现象,最终残留10-25%的轧制变形,处于临界变形度,并且这种热恢复组织,因残留能的存在,再结晶时易形成粗大的晶粒组织。因此如果对铸轧卷材进行加热处理,表面易生成粗晶组织。因此,需试验新的合金品种,根据金属元素的合金化特点研究特殊的退火温度和保温时间,以适应铸轧坯料的热处理特点,防止铸轧板经预处理后表面粗晶化。
其次,含Mn量较高的铝合金,铸轧板里的Mn被强制固溶,容易形成晶内偏析。特别对铸轧工艺而言,由于冷却速度较大,成份和组织不均匀性更加明显。由于Mn元素在固溶体内的扩散速度较慢,会产生成份和组织不均匀现象。在后续的中间退火或成品退火时,由于成分和组织不均匀导致铝箔各处开始再结晶的温度不同,会出现不均匀的粗大的再结晶晶粒,降低力学性能。因此需要研究铸轧板的成分和组织的均匀化工艺以改善成品铝箔的组织结构及力学性能指标。
铸轧板经过预处理之后,非平衡相溶解,消除Mn的晶内偏析,降低固溶体的固溶度,溶质浓度均匀化,同时使中间金属化合物球化。基体中析出大量弥散质点,Al3Fe析出相的晶格方位与基体平行,在产品后续退火热处理时,有利于再结晶晶核的形成和晶粒细化,铝箔质量因而获得明显的改善,使成品铝箔的塑性和成型性能提高。
(4)冷轧,至铝板厚度为0.25-0.45mm;
翅片铝箔的厚度一般很薄,而翅片的成型速度又很高,目前的冲制速度已达到了450次/分。皱纹或无皱纹铝箔容器最小厚度在0.03mm。因此,冷轧工序应保证轧制产品厚度均匀,偏差不大于5%,在线平直度不大于10I,防止铝带表面产生擦划伤缺陷。一般情况下,冷轧机上应装备有厚度AGC自动控制系统和板型AFC自动控制系统。
本方法中进行冷轧时,优选地,铝卷金属温度≤50℃,轧辊粗糙度Ra0.3-0.4μm,辊型凸度0.02-0.04mm,道次压下率≤40%,冷轧总压延率≥94%,厚度偏差≤5%,在线平直度≤10I。冷轧到厚度为0.25-0.45mm交给铝箔轧制工序。
(5)重卷切边;
重卷切边要求边部整齐、光滑,没有毛刺。优选地,单边切边宽度为25-30mm。
(6)箔轧,至成品厚度为0.03-0.15mm;
本工序可以和冷轧工序合用,但应确保总冷作量不小于98%,促使金属晶粒充分破碎,变形能增高,以确保退火后得到细密的、均匀分散的晶粒组织。铝箔轧机应装备厚度最佳化、板型AFC自动控制系统和厚度AGC自动控制系统,成品铝箔的厚度公差控制在3%,铝箔在线平直度不大于10I,同时在成品道次应控制速度不大于600m/min,为确保后部工序退火的表面质量创造条件。
优选地,轧辊粗糙度Ra0.08-0.23μm,辊型凸度0.03-0.045mm,道次变形率≤50%,总变形量大于等于65%,成品铝箔的厚度公差≤3%,铝箔在线平直度≤10I。根据客户要求将铝箔轧到0.03-0.15mm成品厚度,交予分切工序或者成品退火工序。
可以在箔轧之后进行分切工序,根据客户要求将宽铝箔分切成窄条。
(7)成品热处理,将铝箔在≥200℃的温度下退火处理8h以上。
本工序是在经过前述多个工序的处理后,利用最终热处理工序,赋于冲压用铝箔必要的抗拉强度、屈服强度、伸长率和杯突值等性能指标。退火制度是以大于100℃的速度升温至200℃以上,并根据H26、H24、H22和O状态的不同要求,选定相应的保温温度和保温时间。具体包括:
H26状态:230℃-260℃,保温8-10小时;
H24状态:240℃-290℃,保温10-20小时;
H22状态:360℃-390℃,保温15-20小时;
O状态:400℃-420℃,保温15-20小时。
经过本工序后,成品铝箔的组织性能将处于完全在结晶、恢复和再结晶之间的特征状态,以满足不同的冲压成型方式所要求的不同的铝箔性能。另外,根据成品铝箔宽度和成品状态的不同,可施加一定的退火除油工艺,以确保成品铝箔表面的除油质量。
本方法充分发挥铸轧工艺投资少、工序短、成本低、成品率高的优势,通过工艺革新,克服了铸轧坯料生产铝箔塑性低、深冲性不足的缺点,生产的铝箔性能达到甚至超过了热轧坯料铝箔的性能,并很好地解决了热交换器翅片铝箔的通用性问题和冲压铝箔的减薄问题。
下面,通过具体实施例来进一步详细介绍本发明:
实施例1:
以质量百分比计,将0.30%的Si,1.50%的Fe,0.30%的Mn,0.01%的Ti,10%的本合金废料,余量为Al。
按配比将各原料置于熔炼炉内熔炼,采用铝熔体电磁搅拌技术在745-760℃下进行熔炼。同时以230mm/米的速度向流槽中加入Al5TiB丝,加入温度控制在730℃,采取逆向液流添加方式进行晶粒细化。在细化晶粒的过程中使用高纯氩气和陶瓷过滤板净化铝液,使得净化后的铝液中的含氢量小于0.12mL/100gAl。
在690℃下进行连续铸轧,铸轧速度控制在1000mm/min,得到铸轧板的厚度为7.8mm。之后将铸轧板在580℃下,保温10小时,采用退火炉进行退火预处理,之后进行冷轧,铝卷金属的冷轧温度 ≤50℃,冷轧到厚度为0.25mm进行铝箔轧制,在进行铝箔轧制之前可以进行重卷切边工序,单边切边的宽度为25-30mm,之后铝箔轧制到0.03mm成品厚度,进行成品退火工序,240℃-290℃,保温10-20小时制成H24状态铝箔。
实施例2:
以质量百分比计,将0.10%的Si,1.20%的Fe,0.60%的Mn,0.04%的Ti,30%的本合金废料,余量为Al。
按配比将各原料置于熔炼炉内熔炼,采用铝熔体电磁搅拌技术在745-760℃下进行熔炼。同时以200mm/米的速度向流槽中加入Al5TiB丝,加入温度控制在750℃,采取逆向液流添加方式进行晶粒细化。在细化晶粒的过程中使用高纯氩气和陶瓷过滤板净化铝液,使得净化后的铝液中的含氢量小于0.12mL/100gAl。
在700℃下进行连续铸轧,铸轧速度控制在850mm/min,得到铸轧板的厚度为7.3mm。之后将铸轧板在500℃下,保温18小时,采用退火炉进行退火预处理,之后进行冷轧,铝卷金属的冷轧温度≤50℃,冷轧到厚度为0.45mm进行铝箔轧制,在进行铝箔轧制之前可以进行重卷切边工序,单边切边的宽度为25-30mm,之后铝箔轧制到0.15mm成品厚度,进行成品退火工序,400℃-420℃,保温10-20小时制成0状态铝箔。
实施例3:
以质量百分比计,将0.20%的Si,1.40%的Fe,0.40%的Mn,0.03%的Ti,20%的本合金废料,余量为Al。
按配比将各原料置于熔炼炉内熔炼,采用铝熔体电磁搅拌技术在745-760℃下进行熔炼。同时以210mm/米的速度向流槽中加入Al5TiB丝,加入温度控制在740℃,采取逆向液流添加方式进行晶粒细化。在细化晶粒的过程中使用高纯氩气和陶瓷过滤板净化铝液,使得净化后的铝液中的含氢量小于0.12mL/100gAl。
在695℃下进行连续铸轧,铸轧速度控制在900mm/min,得到铸轧板的厚度为7.5mm。之后将铸轧板在550℃下,保温16小时,采用退火炉进行退火预处理,之后进行冷轧,铝卷金属的冷轧温度≤50℃,冷轧到厚度为0.35mm进行铝箔轧制,在进行铝箔轧制之前可以进行重卷切边工序,单边切边的宽度为25-30mm,之后铝箔轧制到0.09mm成品厚度,进行成品退火工序,230℃-260℃,保温8-10小时制成H26状态铝箔。
实施例4:
以质量百分比计,将0.15%的Si,1.30%的Fe,0.50%的Mn,0.03%的Ti,15%的本合金废料,余量为Al。
按配比将各原料置于熔炼炉内熔炼,采用铝熔体电磁搅拌技术在745-760℃下进行熔炼。同时以220mm/米的速度向流槽中加入Al5TiB丝,加入温度控制在735℃,采取逆向液流添加方式进行晶粒细化。在细化晶粒的过程中使用高纯氩气和陶瓷过滤板净化铝液,使得净化后的铝液中的含氢量小于0.12mL/100gAl。
在693℃下进行连续铸轧,铸轧速度控制在920mm/min,得到铸轧板的厚度为7.6mm。之后将铸轧板在530℃下,保温17小时, 采用退火炉进行退火预处理,之后进行冷轧,铝卷金属的冷轧温度≤50℃,冷轧到厚度为0.4mm进行铝箔轧制,在进行铝箔轧制之前可以进行重卷切边工序,单边切边的宽度为25-30mm,之后铝箔轧制到0.12mm成品厚度,进行成品退火工序,360℃-390℃,保温15-20小时制成H22状态铝箔。
将上述实施例1-4中制得的高深冲性铝箔与现有技术中使用的连续铸轧法制造的铝箔比较,其优点如下:
1、低成本
采用连续铸轧法生产铝箔,本来其成本就比热轧法低。另外,本发明同时提高了铁Fe元素和锰Mn元素的含量,杂质元素范围扩大,一方面可以降低高价格的纯铝锭的用量和使用品位,另一方面可以加大废料的添加比例,这对降低生产成本非常有利。
2、高深冲性
解决了连续铸轧坯料生产铝箔时,塑性不足、硬化速度快,导致铝箔深冲性能不良的缺点,在生产完全退火O状态冲压铝箔产品上取得突破,达到了高延展性、高深冲率和高杯突值的效果,翅片的翻边高度达2.54mm以上,填补了铸轧坯料不能生产高凸缘翅片铝箔的空白。如表5所示,本发明所生产的铝箔,在塑性提高的同时(高伸长率、高杯突值),仍然保持了高强度,并且各向异性(三向性能)更加均匀平衡,拥有优良的深冲性能。
表5 本发明完全退火O状态铝箔与8011-0铝箔的塑性和深冲性能比较。
由以上对比可以看出,本发明提供的完全退火O状态铝箔的抗拉强度、伸长率、杯突值以及翻遍高度均优于8011-0铝箔。
3、高通用性
采用本方法只使用一种合金,施加不同的制造工艺,即可生产出满足所有翅片成型方式要求的热交换器铝箔,其产品状态包括H26、H24、H22和O状态产品,而且H24状态产品可以代用H26和H22状态产品,如表6所示。单一的合金品种和良好的通用性,解决了现有翅片铝箔多种合金状态共存、性能不稳定、容易混料的生产技术难题,非常有利于企业组织生产、提高效率、降低成本,也大大方便了供需双方的业务往来。
表6 铝箔的H26、H24、H22状态性能
由表3提供的数据和表6进行对比可以看出,本发明提供的H26、H24、H22状态的铝箔其性能更加稳定。
4、高适应性
本发明生产的翅片铝箔,除了可以满足高凸缘、高翅片间距(翻边高度>2.54mm)的高深冲成型方式的要求外,还可以满足最新ECO和CB高速翅片成型法的同时兼顾高强度和高塑性的成型方式的要求;当热交换器翅片翻边高度<1.3mm时,散热器的铜管和铝箔翅片组装时很容易产生胀管叠片缺陷,通常片距愈小,叠片现象愈严重。本方法进行了低片距(翻边高度1.18mm)翅片的冲制试验,没有产生胀管叠片的缺陷,说明本发明铝箔的适应性很广,无论是高片距翅片还是低片距翅片均适合冲制。
5、优良的减薄能力
采用本方法生产的翅片铝箔,力学性能稳定,在达到高深冲性能的前提下,保持了较高的强度和挺性,能够满足翅片铝箔减薄趋势的要求。经试验,厚度减小到0.089mm时,仍能很好地满足翅片成型的要求。
本方法生产的铝箔产品,由于具有优良的深冲能力和成形性能,除能很好地满足铝箔翅片的冲压成型要求外,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它用途的产品中实现。通过减薄厚度,还可生产出“多用途食品容器铝箔”及“电容器外壳铝箔”等深冲用途的铝箔产品,其制耳率<2.0%。表7为减薄后铝箔的力学性能,用于容器铝箔。可以看出,减薄后铝箔的强度、延伸率和杯突值依然保持在一个高水平。
表7 减薄以后的铝箔力学性能示例
铝箔厚度/mm |
产品状态 |
抗拉强度σb/Mpa |
延伸率δ/% |
杯突值I.E/mm |
0.035 |
H24 |
143-147 |
7-10 |
4.6-5.7 |
0.070 |
O |
134-136 |
20-24 |
6.3-6.6 |
由上表7可以看出,将本发明提供的铝箔进行减薄之后,其在H24和O状态下的抗拉强度以及延伸率和杯突值和表3对比,依然具有优良地性能。
由于高深冲性铝箔产品开发项目的研究工作围绕连续铸轧坯料展开,因此该发明的技术工艺可向国内相应使用连续铸轧坯料进行热交换器铝箔、容器铝箔等生产的企业进行技术推广,而我国双辊式连续铸轧机台数及其生产能力已居全球第一,截至2010年底,中国拥有连续铸轧机500台左右,产能达到4000kt/a.该技术的推广应用范围十分可观,届时将形成国内使用连续铸轧坯料进行中央空调箔、减薄家用空调箔、多用途食品容器铝箔等冲压成型铝箔产品的雄厚实力。同时该技术的推广应用还可提升连续铸轧坯料产品的适用性,扩大国产连续铸轧坯料铝箔的出口份额。
由于本发明铝箔具有优良的的性能,是很有发展前途的通用型铝合金,在完全退火O状态翅片铝箔的开发上实现突破,填补铸轧坯料生产完全退火O状态空调箔不足的空白,因此,对以连续铸轧坯料为基材进行翅片铝箔生产的企业而言,可以最大限度的拉动国内相关企业在高塑性、高延展性、高深冲性能铝箔方面的技术发展,扩大中国企业铝箔生产的影响力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。