CN106498241A - 一种翅片材料及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种翅片材料及其生产方法。该翅片材料的各组成成分及重量百分比为：Mn：1.0～1.8wt％，Si：0.2～0.7wt％，Fe：0.1～0.6wt％，Zr：0.10～0.17wt％，Zn：1.0～2.0wt％，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质。该生产方法的工艺包括：铸造、热轧、中间轧制、中间退火、终轧和最终退火。本发明的翅片材料具有良好的抗塌性能和极佳的延展率。

Description

一种翅片材料及其生产方法
技术领域
本发明属于铝合金材料领域，主要涉及一种高抗塌性能高延伸率翅片材料及其生产方法。
背景技术
铝合金具有储量丰富、高强质比、耐腐蚀性好，传热系数高和易于加工等优异性能，作为热传输材料广泛应用于热交换器领域。近年来，随着汽车轻量化进程的不断推进，铝制热交换器被广泛地应用到汽车上。为减轻车重，同时降低热交换器的制造成本，作为热交换器(如平行流冷凝器等)翅片材料的(复合或非复合)钎焊铝箔，其厚度呈现减薄趋势。
一次性整体钎焊是高效铝制热交换器唯一可行的成型方式。在钎焊过程中，如此薄的铝箔要在580～610℃的高温及一定压力的严酷环境下持续近十分钟，很容易发生塌陷，造成热交换器的报废。因此，不断提高钎焊铝箔的高温承载能力是成功实现其厚度减薄的前提条件。抗塌性能是衡量钎焊铝箔综合性能的重要指标，它可以有效反映铝箔在钎焊中抵抗高温变形的能力。
为了提高热交换效率，对翅片形状的设计也发生着变化，一些形状设计需要翅片具有较高的延伸率。在提高抗塌性能的进程中，一直把追求粗大的晶粒尺寸作为重要的指标，在翅片厚度薄的同时晶粒尺寸很大，导致翅片在塑性加工过程中的协调变形能力差，延伸率一直不高，这也是一个急需改进的问题。
现有的一种具有较高抗塌性能的翅片材料，其成分为：Fe：0.25-0.50wt％，Si：0.40-0.70wt％，Cu：0.01-0.10wt％，Mn：1.5-1.7wt％，Zn：1.4-2.0wt％，Zr：0.10-0.25wt％，Ti：0.02-0.04wt％，其余为Al。因为其极为简洁精练的生产工序以及生产出的产品具备不错的抗塌性能，在现在的生产中得到较广泛的应用。但缺点是，由于成品处于冷加工态，其成品延伸率不足。
发明内容
为了解决铝合金翅片料抗塌性能及成品延伸率不足的缺点，本发明提出了一种翅片材料及其生产方法，在提高翅片材料抗塌性能的同时显著提高了其延展率。
本发明的目的之一是提供一种翅片材料，其各组成成分及重量百分比为：Mn：1.0～1.8wt％，Si：0.2～0.7wt％，Fe：0.1～0.6wt％，Zr：0.10～0.17wt％，Zn：1.0～2.0wt％，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质。
Mn作为合金的添加元素，主要通过第二相强化及固溶强化提高合金的焊后强度。本发明中，Mn的添加量为1～1.8wt％，最好为1.3wt％～1.6wt％。超过1.8wt％，则会形成粗大的含Mn初生相，恶化材料的加工成型性能；小于1wt％，则强化效果不足。
添加的元素Si能和Mn形成亚微米级的Al-Mn-Si弥散相，降低基体中Mn的固溶度，提高合金的导热性，同时也能提高合金强度。本发明中，Si的含量小于0.2wt％，则上述效果不足；高于0.7wt％，则会造成芯材的熔点降低，其最优范围为0.3wt％～0.6wt％。
Fe作为合金的添加元素，可以和Mn、Si形成亚微米级Al-Mn-Fe-Si第二相，提高强度，同时降低Mn的固溶度，改善合金的导热性。在本发明中，当合金中Fe含量低于0.1wt％时，制造成本上升；高于0.6wt％时，则会形成粗大的Al-Fe-Mn-Si初生相，造成加工性能恶化，作为优选的方案，其范围为0.2～0.4wt％。
Zr主要在铝基体中形成Al3Zr弥散析出相，此相阻碍再结晶形核，导致形成粗大的再结晶晶粒，有益于抗塌性能的提高。当Zr含量低于0.1wt％，效果不明显；高于0.17wt％，则会形成粗大的平衡相，不利于成型性能，其最优范围为0.12～0.15wt％。
本发明的另一目的是提供一种生产上述翅片材料的方法，包括以下步骤：
铸造：将所述各组成成分熔炼后铸造，获得铸锭；
热轧：对所述铸锭进行预热；然后将预热后的铸锭热轧至厚度5～10mm，获得热轧板带；
中间轧制：将所述热轧板带进行多道次冷轧，总的冷轧变形率在90％以上，获得冷轧带箔；
中间退火：对所述冷轧带箔进行完全再结晶退火，获得O态带箔；
终轧：对所述O态带箔进行最后的冷轧，其冷轧压下率在30％～60％，获得半硬态带箔；
最终退火：将所述半硬态带箔进行退火，退火温度在200℃-400℃之间，保温时间3～20h。
上述O态带箔是指带箔的状态为软态，半硬态带箔是指带箔的状态在软态和硬态之间。本发明中，半硬态带箔优选为H14或H16态。
最终退火时，需保证半硬态铝带箔只进行轻微的软化，以确保产品的后续使用。
作为本发明优选的方案，所述铸造步骤采用DC铸造(直接水冷半连续铸造)。
具体的，本发明中所述热轧步骤中预热温度在450℃～550℃之间，保温时间2～10h。
进一步的，所述中间退火步骤中的退火温度在300℃～500℃之间，保温时间2～10h。
具体的，所述最终退火步骤中的退火温度最优控制在200℃～350℃之间。
本发明生产的翅片材料显著提高了其抗塌性能；通过其各组成成分的配合和最终退火，大幅提高了翅片材料的延展率，使得本发明的翅片材料具有极佳的延伸率，可适合各种工况的应用。
附图说明
图1是本发明翅片材料生产方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
一方面，本发明实施例提供一种翅片材料，其各组成成分及重量百分比为：Mn：1.0～1.8wt％，Si：0.2～0.7wt％，Fe：0.1～0.6wt％，Zr：0.10～0.17wt％，Zn：1.0～2.0wt％，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质。
本发明实施例中，各组成成分的重量百分比优选为：Mn：1.3～1.6wt％，Si：0.3～0.6wt％，Fe：0.2～0.4wt％，Zr：0.12～0.15wt％。
另一方面，本发明实施例提供一种生产上述翅片材料的方法，包括以下步骤：
铸造：采用DC铸造，将各组成成分熔炼后铸造，获得铸锭；
热轧：对铸锭进行预热，预热温度在450℃～550℃之间，保温时间2～10h；然后将预热后的铸锭热轧至厚度5～10mm，获得热轧板带；
中间轧制：将热轧板带进行多道次冷轧，总的冷轧变形率在90％以上，获得冷轧带箔；
中间退火：对冷轧带箔进行完全再结晶退火，退火温度在300℃～500℃之间，保温时间2～10h，获得O态带箔；
终轧：对O态带箔进行最后的冷轧，其冷轧压下率在30％～60％，获得半硬态带箔；
最终退火：将半硬态带箔进行退火，退火温度在200℃-400℃之间，优选为200℃～350℃，保温时间3～20h。
实施例1
本实施例为一种单层翅片材料，按以下步骤进行：
1)铸造：采用DC铸造方式铸造AA3003Mod合金，各组成成分的重量比为：1.3wt％的Mn，0.2wt％的Si，0.2wt％的Fe，0.17wt％的Zr，1.5wt％的Zn，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质，铸锭尺寸均为450×1120×5100mm。
2)热轧：将铣面后厚度约为420mm的AA3003Mod合金加热至460±10℃并保温8±2h，然后经多道次热轧至8±1mm，最终热轧温度大于300℃，然后打卷空冷。
3)中间轧制：经多道次冷精轧至0.10±0.01mm。
4)中间退火：材料冷轧卷在330±30℃退火炉中保温8h，空冷。
5)终轧：将退火后的材料进行成品前最后一道冷轧，冷轧至0.07±0.005mm，状态为H16态。
6)最终退火：将材料在350℃退火4h，得到最终成品状态。
本实施例所制备的翅片材料，进行常温拉伸试验和抗塌试验，检测结果如表1所示。
对比例1
只经过实施例1的步骤1～5制成的翅片材料，进行常温拉伸试验和抗塌试验，检测结果如表1所示。
表1翅片材料性能
实施例2
本实施例为一种单层翅片材料，按以下步骤进行：
1)铸造：采用DC铸造方式铸造AA3003Mod合金，各组成成分的重量比为：1.8wt％的Mn，0.3wt％的Si，0.6wt％的Fe，0.15wt％的Zr，1.4wt％的Zn，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质，铸锭尺寸均为450×1120×5100mm。
2)热轧：将铣面后厚度约为420mm的AA3003Mod合金加热至480±10℃并保温6±2h，然后经多道次热轧至7±1mm，最终热轧温度大于300℃，然后打卷空冷。
3)中间轧制：经多道次冷精轧至0.10±0.01mm。
4)中间退火：材料冷轧卷在400±30℃退火炉中保温6h，空冷。
5)终轧：将退火后的材料进行成品前最后一道冷轧，冷轧至0.07±0.005mm，状态为H16态。
6)最终退火：将材料在400℃退火3h，得到最终成品状态。
本实施例所制备的翅片材料，进行常温拉伸试验和抗塌试验，检测结果如表2所示。
对比例2
只经过实施例2的步骤1～5制成的翅片材料，进行常温拉伸试验和抗塌试验，检测结果如表2所示。
表2翅片材料性能
实施例3
本实施例为一种三层复合翅片材料，按以下步骤进行：
1)铸造：采用DC铸造方式铸造AA3003Mod合金，其各组成成分的重量百分比为：1.6wt％的Mn，0.6wt％的Si，0.4wt％的Fe，0.12wt％的Zr，2wt％的Zn，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质。采用DC铸造方式铸造AA4343合金，其各组成成分的重量百分比为：7.6wt％的Si，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质。AA3003Mod和AA4343合金铸锭尺寸均为450×1120×5100mm。
2)复合热轧：经表面处理后的AA4343热轧至42±0.5mm，然后均分断成5100mm长一段，与铣面后厚度约为420mm的AA3003Mod合金按照AA4343、AA3003Mod、AA4343的顺序自上而下叠放并捆扎，加热至490±10℃并保温10h，然后经多道次热轧至8±1mm，最终热轧温度大于300℃，然后打卷空冷。
3)中间轧制：经多道次冷精轧至0.10±0.01mm。
4)中间退火：材料冷轧卷在330℃退火炉中保温4h，空冷。
5)终轧：将退火后的材料进行成品前最后一道冷轧，冷轧至0.07±0.005mm，状态为H16态。
6)最终退火：将材料在2 00℃退火6h，得到最终成品状态。
本实施例所制备的翅片料，进行常温拉伸试验和抗塌试验，检测结果如表3所示。
对比例3
只经过实施例3的步骤1～5制成的翅片材料，进行常温拉伸试验和抗塌试验，检测结果如表3所示。
表3复合材料板材性能
实施例4
本实施例为一种单层翅片材料，按以下步骤进行：
1)铸造：采用DC铸造方式铸造AA3003Mod合金，各组成成分的重量比为：1wt％的Mn，0.7wt％的Si，0.1wt％的Fe，0.11wt％的Zr，1.1wt％的Zn，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质，铸锭尺寸均为450×1120×5100mm。
2)热轧：将铣面后厚度约为420mm的AA3003Mod合金加热至540±10℃并保温5±2h，然后经多道次热轧至7±1mm，最终热轧温度大于300℃，然后打卷空冷。
3)中间轧制：经多道次冷精轧至0.10±0.01mm。
4)中间退火：材料冷轧卷在450±30℃退火炉中保温2h，空冷。
5)终轧：将退火后的材料进行成品前最后一道冷轧，冷轧至0.07±0.005mm，状态为H16态。
6)最终退火：将材料在200℃退火18h，得到最终成品状态。
本实施例所制备的翅片材料，进行常温拉伸试验和抗塌试验，检测结果如表4所示。
对比例4
只经过实施例4的步骤1～5制成的翅片材料，进行常温拉伸试验和抗塌试验，检测结果如表4所示。
表4翅片材料性能
实施例5
本实施例为一种三层复合翅片材料，按以下步骤进行：
1)铸造：采用DC铸造方式铸造AA3003Mod合金，其各组成成分的重量百分比为：1.6wt％的Mn，0.4wt％的Si，0.2wt％的Fe，0.13wt％的Zr，2wt％的Zn，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质。采用DC铸造方式铸造AA4343合金，其各组成成分的重量百分比为：7.8wt％的Si，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质。AA3003Mod和AA4343合金铸锭尺寸均为450×1120×5100mm。
2)复合热轧：经表面处理后的AA4343热轧至42±0.5mm，然后均分断成5100mm长一段，与铣面后厚度约为420mm的AA3003Mod合金按照AA4343、AA3003Mod、AA4343的顺序自上而下叠放并捆扎，加热至490±10℃并保温10h，然后经多道次热轧至8±1mm，最终热轧温度大于300℃，然后打卷空冷。
3)中间轧制：经多道次冷精轧至0.10±0.01mm。
4)中间退火：材料冷轧卷在420℃退火炉中保温5h，空冷。
5)终轧：将退火后的材料进行成品前最后一道冷轧，冷轧至0.07±0.005mm，状态为H14态。
6)最终退火：将材料在2 70℃退火6h，得到最终成品状态。
本实施例所制备的翅片料，进行常温拉伸试验和抗塌试验，检测结果如表5所示。
对比例5
只经过实施例5的步骤1～5制成的翅片材料，进行常温拉伸试验和抗塌试验，检测结果如表5所示。
表5复合材料板材性能
通过上述实施例可得出，本发明实施例中制备的翅片材料具有良好的抗塌性能和极佳的延展率。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种翅片材料，其特征在于，各组成成分及重量百分比为：
Mn：1.0～1.8wt％，Si：0.2～0.7wt％，Fe：0.1～0.6wt％，Zr：0.10～0.17wt％，Zn：1.0～2.0wt％，其余为Al和小于0.15wt％的不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的翅片材料，其特征在于，所述Mn的重量百分比为1.3～1.6wt％。
3.根据权利要求1所述的翅片材料，其特征在于，所述Si的重量百分比为0.3～0.6wt％。
4.根据权利要求1所述的翅片材料，其特征在于，所述Fe的重量百分比为0.2～0.4wt％。
5.根据权利要求1所述的翅片材料，其特征在于，所述Zr的重量百分比为0.12～0.15wt％。
6.一种生产权利要求1～5任一所述翅片材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
铸造：将所述各组成成分熔炼后铸造，获得铸锭；
热轧：对所述铸锭进行预热；然后将预热后的铸锭热轧至厚度5～10mm，获得热轧板带；
中间轧制：将所述热轧板带进行多道次冷轧，总的冷轧变形率在90％以上，获得冷轧带箔；
中间退火：对所述冷轧带箔进行完全再结晶退火，获得O态带箔；
终轧：对所述O态带箔进行最后的冷轧，其冷轧压下率在30％～60％，获得半硬态带箔；
最终退火：将所述半硬态带箔进行退火，退火温度在200℃-400℃之间，保温时间3～20h。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述铸造步骤采用DC铸造。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述热轧步骤中预热温度在450℃～550℃之间，保温时间2～10h。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述中间退火步骤中的退火温度在300℃～500℃之间，保温时间2～10h。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述最终退火步骤中的退火温度为200℃～350℃。
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