CN106868351A - 一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔坯料及铝箔的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔坯料及铝箔的生产方法，其中坯料包括Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Ti、Al。与现有技术相比，通过在坯料中加入微量的Cu和Mn，在提高延伸率的同时，可以提高铝箔的抗拉强度。

Description

一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔坯料及铝箔的生产方法

技术领域

本发明涉及铝箔制造技术领域，具体来说是一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔坯料及铝箔的生产方法。

背景技术

铝是地壳内含量最丰富的金属元素，其含量约占地壳总质量的8.8％，自然界中的铝都是化合物形式存在，地壳中的铝的70％左右是以AL₂O₃的形式存在于自然界中。铝及铝合金制品广泛应用于包装业、交通运输业、建筑业，其中包装业的用量占18.5％。铝是食品、饮料、药物、化妆品等各类物品的良好包装材料，其用途越来越广，用量在逐年增加。

铝合金容器箔具有良好的热传导性、良好的抗热变形性、好的耐腐蚀性、可微波性以及轻便、卫生、耐用、可回收等优点，广泛应用于航空配餐铝箔餐盒、微波炉加热器皿、食品烧烤盘、铝箔碗、蛋糕托、炉头垫、食品打包盒的制作、冷藏、冰冻和新鲜食品的保鲜包装。全国需求量很大，而且需求还在不断增长。

同一般容器箔相比，无皱涂层容器箔克服了冲压过程中的起皱，更加美观，食品级涂料避免了铝和食品的直接接触，更加卫生。但是目前，一般8011合金容器箔抗拉强度要求为115～135MPa，延伸率≥15％。与无皱容器箔料相比，其抗拉强度高而延伸率偏低，如表1所示：

表1

在做无皱冲压时，铝箔易产生裂纹或卷边质量不好影响冲压成品率。同时其对表面刷水未做要求。若对其进行涂层，刷水不合格的地方易产生漏涂，特别是宽幅料，卷芯部位中间更易产生漏涂，刷水不合格的地方用餐巾纸擦拭会发现表面铝粉重，擦拭发黑，擦拭发黑部位和刷水等级为一一对应关系。因此，性能和表面质量是需要解决的主要问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中用于制作无皱涂层容器箔的坯料性能差及在无皱涂层容器箔制作完成后质量差的缺陷，提供一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔坯料及铝箔的生产方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔坯料，所述铝箔坯料的化学成份质量比如下：

优选的，所述Si含量为0.538，Fe的含量为0.72，Cu的含量为0.033，Mn的含量为0.036，Ti的含量为0.018，Al的含量为98.58。

本发明还提供一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔的生产方法，所述无皱涂层容器箔用铝箔采用上述权利要求1或2中所述的铝箔坯料；生产方法包括以下步骤：

1)退火

在工业炉内，对铝箔坯料进行1小时升温到260℃，然后260℃保温60h；

2)轧制及润滑

在轧制过程中，轧制油的残留物≤3％，粘度在1.85～1.98mm²/s；

3)分切

铝卷分切时，卷取张力为45kg～55kg；

4)成品退火

通过正负压交替退火，以达到除油目的。

优选的，所述步骤3)中，卷取张力为50kg。

优选的，所述步骤4)中，通过吹洗风机和负压风机实现正负压交替退火，其中，正负压每间隔15分钟交替一次，吹洗风机和负压风机频率设置为40Hz。

优选的，所述步骤4)中，当正压退火时，工业炉内正压维持0.5kpa，当负压退火时，工业炉内负压维持3.0kpa。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.在坯料中加入微量的Cu和Mn，可以提高铝箔的抗拉强度。

2.铝箔在工业炉内1小时升温到260℃，然后260℃保温60h。抗拉强度为93.5～94.2MPa，延伸率为24.5～26％之间，用户使用后反映良好。

3.在卷取张力设定为50Kg情况下能够保证不串层，且退火后刷水A级。

4.正负风机交替使用，不仅能够保护设备和保证炉温均匀，又能很好的除油，保证整卷刷水A级。

附图说明

图1为本发明实施例3中退火工艺中抗拉强度与温度的关系曲线图；

图2本发明实施例3中退火工艺中延伸率与温度关系曲线图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

实施例1

一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔坯料，铝箔坯料的化学成份质量比如下：

其中，当Si含量为0.538，Fe的含量为0.72，Cu的含量为0.033，Mn的含量为0.036，Ti的含量为0.018，Al的含量为98.58时，坯料性能最好。

实施例2

一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔的生产方法，无皱涂层容器箔用铝箔采用上述实施例中的铝箔坯料；生产方法包括以下步骤：

步骤1.退火

在工业炉内，对铝箔坯料进行1小时升温到260℃，然后260℃保温60h；

步骤2.轧制及润滑

在轧制过程中，轧制油的残留物≤3％，粘度在1.85～1.98mm2/s；

步骤3.分切

铝卷分切时，卷取张力为50kg；

步骤4.成品退火

通过正负压交替退火，以达到除油目的，具体为，通过吹洗风机和负压风机实现正负压交替退火，其中，正负压每间隔15分钟交替一次，吹洗风机和负压风机频率设置为40Hz；当正压退火时，工业炉内正压维持0.5kpa，当负压退火时，工业炉内负压维持3.0kpa。

实施例3

下面通过具体实验对上述实施例1和实施例2进行详细描述。

一、实验材料及方法

1.1在同一铸轧机上生产3批，铸轧板规格为7.0×1510mm，单卷重10吨，原始晶粒度均为1级。3批的合金成分如表2所示。

表2合金成分

	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Zn	Ti	Al
									工艺1	0.546	0.716	0.013	0.015	≤0.01	≤0.02	0.015	98.63
工艺2	0.542	0.744	0.032	0.04	≤0.01	≤0.02	0.019	98.58
									工艺3	0.538	0.72	0.033	0.036	≤0.01	≤0.02	0.018	98.58

铸轧卷在冷轧机上进行轧制，退火在箱式退火炉中进行退火。对3批铸轧卷分别采取的工艺流程如下：

工艺1：7.0mm-2.5mm-中间退火(退火工艺550℃22h)-0.098-退火；

工艺2：7.0mm-1.5mm-中间退火(退火工艺530℃13h+460℃2h)-0.145-退火；

工艺3：7.0mm-1.5mm-中间退火(退火工艺为550℃22h)-0.092-退火。

注：以下分别用①②③对应工艺1、工艺2、工艺3。

3批料卷轧制到成品厚度分别取样在马弗炉进行退火实验，退火工艺按照10小时分别升温到220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、350℃、380℃，到温后保温10小时，每种温度和试样分别取3个样片做性能试验。

实验拉伸机为珠海三思泰捷CMT5504双空间拉伸机，实验精度为±0.01N；马弗炉型号为上海尚群SMF1100，精度为±1℃。

1.2实验结果如表3所示

表3退火工艺与性能的关系

注：试样1厚度为0.098mm，试样2厚度为0.145mm，试样3厚度为0.092mm

根据表3，可以得到抗拉强度与温度的关系以及延伸率与温度的关系。

1.2.1②为0.145mm厚度，明显厚于①(0.098mm)③(0.092mm)，但其延伸率仅与①的相当，低于③。若三则为相同厚度，其延伸率必为最低，综合性能差。③抗拉强度最低，但其延伸率最高。

1.2.2三者抗拉强度和延伸率都符合用户要求(抗拉强度≥90MPa，延伸率≥18％)，但 ③延伸率明显更高，综合性能更好。

1.2.3①③在260℃延伸率最高；②在280℃延伸率最高。

1.2.4在240℃时三种工艺都有一个强度低点，随后随着温度的升高趋于稳定，再升高温度，强度升高，但延伸率降低。

1.3讨论与分析

铸轧法生产的坯料，铝液冷却速度快，导致铸轧卷内部存在严重的晶内偏析和大量的过饱和固溶体。在铝卷中间厚度进行均匀化退火，可以消除晶内偏析，促使金属中过饱和元素的溶解及平衡相析出，从而使铝卷组织均匀，性能得到提高。如果中间退火时温度过低或时间过短，未达到均匀化效果，而仅仅只能满足金属的塑形恢复，则此时金属的过饱和固溶体也就未能充分析出。

①在2.5mm退火，加工率为64.3％；②和③在1.5mm厚度退火，加工率为78.6％。②和③加工率大，料卷内部储能高，①和③在相同均匀化工艺550℃22h退火时，③均匀化程度更为彻底，晶内偏析及固溶体能够充分析出，材料内部形核数目增多，材料的晶粒组织更为细小，所以成品的延伸率更高。②生产的铝箔，中间退火温度和时间不够，材料内部的晶内偏析和过饱和固溶体未能充分析出，因而成品强度高而延伸率低，成品退火即使再增加退火温度，可能导致晶粒长大，延伸率急剧下降。①在2.5mm退火，退火前加工率小，内部储能低，550℃22h的退火工艺未能使其内部的晶内偏析及固溶体充分析出，致使成品延伸率稍低。若提高均退温度或延长保温时间，成品延伸率应会提高。②和③添加微量的Cu和Mn，主要为提高抗拉强度。

在工艺3的基础上，模仿工业炉的退火工艺进行马弗炉实验，20小时升温到260℃，然后保温40小时，其抗拉强度为94MPa，延伸率为25％。以此为根据，针对用户规格，制定了成品退火工艺，1h260℃60h，即1小时升温到260℃，然后260℃保温60h。抗拉强度为93.5～94.2MPa，延伸率为24.5～26％之间，用户使用后反映良好。

二、轧制及润滑

因为铝箔轧制的速度效应，速度越高，油膜越厚；同时速度越高，板面也容易溅油、滴油，造成板面带油大，成品退火时油气不容易挥发除掉。生产中发现成品轧制速度为300～400m/min时，板面洁净、无滴油。

为保证刷水A级，必须保证轧制油易于挥发。粘度和残留物是影响轧制油挥发的重要 参数。轧制油的粘度是由基础油和添加剂共同决定的。铝箔基础油一般由D80～D90组成，粘度为1.6～1.8之间。基础油形成的油膜与金属表面只产生物理吸附，吸附力小，润滑性差，所以单一基础油在铝箔轧制中不能作为润滑剂使用。为提高油膜的润滑能力，基础油中必须添加一定量的添加剂。一般以油性添加剂最为重要，铝箔常用的添加剂均为C12～C18的醇、酯、酸类带有极性基团的表面活性物质。加入不同添加剂形成的油膜特性也各不相同。如表4所示：

表4各类添加剂油膜特性

添加剂	油膜厚度	油膜强度	润湿性	热稳定性	箔面光亮性
						醇	薄	弱	优	差	优
脂	厚	强	差	一般	差
						脂肪酸	薄	强	差	差	优

实际调配时，常常加入两种或两种以上的添加剂配合使用，效果比单一添加剂更佳。

低粘度和低残留的轧制油更有利于轧制油的挥发。但粘度过低油膜厚度偏薄，不利于加工率的提升。残留物主要为生产过程中泄露的液压油、齿轮油，其粘度高，退火时不易挥发易形成黄斑。所以在生产中，严格监控液压、齿轮油箱的液位变化，发现液位异常，立即查找漏油点，严格禁止液压油泄露到轧制油中间，保证轧制油的残留物≤3％，粘度在1.85～1.98mm²/s(40℃)

三、分切工艺

在退火过程中，孔隙率大的铝卷更易于油气的排出。为保证退火时油气排出，达到刷水A级，分切时铝卷的卷取张力不能过大，在保证不塔形、串层的基础上尽量减小卷取张力，保证铝卷有尽量大的孔隙率。通过实验发现，成品规格为0.098*666mm，在卷取张力设定为50Kg情况下能够保证不串层，且退火后刷水A级，如表5所示。

表5卷取张力与刷水等级的关系

设备精度对小张力卷取保证不串层起到很大的作用。若卷取轴和面压辊不同轴，或卷取轴本身有问题，当速度高时，卷取轴摇摆幅度大，容易产生串层。相反，如果卷取轴质量很好，高速时也能保证平稳运行，即使张力很小也能保证不串层。

四、成品退火工艺

成品退火有保证成品性能和表面除油双重作用，在实际生产中，二则是同时进行的。长期实践表明，产品机械性能一般需10～15h退火即可达到国标要求，而除油时间则长达25～120h，甚至更长。

退火所需时间与温度成反比，退火温度越高所需保温时间越短。但根据马弗炉所做试验表明，工艺3在退火温度为240～260℃时，延伸率最好，同时260℃也在轧制油的终馏点温度(255℃)以上，能够保证除油干净。退火所需时间由油气在料卷中的扩散和挥发所需时间而定。油气在料卷中的扩散受温度、轧制油物理特性、化学性能、层间紧密度和料卷宽度影响。料卷越宽，油气从中间扩散到边部的时间越长，退火时间也就越长。因此，料卷的宽度和卷径是影响退火时间的一大因素。

油气的挥发速度由一定温度下轧制油在炉气中的分压P1和轧制油在该温度下的蒸气压P2的大下决定。在初始状态，P2＞P1，轧制油会大量挥发。随着时间的延长，轧制油会大量挥发，P1逐渐加大，当P1＝P2，即平衡饱和状态时，轧制油会停止挥发，不随时间的延长而挥发。因此，退火过程中要及时地减小轧制油在炉气中的分压P1，一般常用的方法有两种，一是正压退火，即通过吹洗风机不停向炉内吹入新鲜空气，保持炉内正压，使挥发的油气通过压力随空气排到炉外，从而维持P2＞P1。另一个采取负压退火，即通过负压风机将炉内油气不停的抽到炉外，使P1始终维持一个很小值，使P2始终大于P1，油气会不停的挥发，从而达到除油的目的。在实际生产中，正压和负压除油同时交替间隔15分钟使用，风机频率设定为40Hz，当吹洗风机启动时，能够维持炉内正压0.5KPa；当负压风机启动时，能够维持炉内负压3.0KPa。正负风机交替使用，不仅能够保护设备和保证炉温均匀，又能很好的除油，保证整卷刷水A级。

五、结论及效果

通过调整合金成分增加适量的Mn、Cu，采取中间合适的退火工艺，控制轧制时的板面 带油量和油品质量，采取小张力分切，低温长时间成品退火和正负压交替除油工艺，能够批量生产出合格的无皱涂层容器箔料，用户反馈良好。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔坯料，其特征在于：所述铝箔坯料的化学成份质量比如下：

2.根据权利要求1所述的一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔坯料，其特征在于：所述Si含量为0.538，Fe的含量为0.72，Cu的含量为0.033，Mn的含量为0.036，Ti的含量为0.018，Al的含量为98.58。

3.一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔的生产方法，其特征在于：所述无皱涂层容器箔用铝箔采用上述权利要求1或2中所述的铝箔坯料；生产方法包括以下步骤：

1)退火

在工业炉内，对铝箔坯料进行1小时升温到260℃，然后260℃保温60h；

2)轧制及润滑

在轧制过程中，轧制油的残留物≤3％，粘度在1.85～1.98mm²/s；

3)分切

铝卷分切时，卷取张力为45kg～55kg；

4)成品退火

通过正负压交替退火，以达到除油目的。

4.根据权利要求3所述的一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔的生产方法，其特征在于：所述步骤3)中，卷取张力为50kg。

5.根据权利要求3所述的一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔的生产方法，其特征在于：所述步骤4)中，通过吹洗风机和负压风机实现正负压交替退火，其中，正负压每间隔15分钟交替一次，吹洗风机和负压风机频率设置为40Hz。

6.根据权利要求3所述的一种8011合金无皱涂层容器箔用铝箔的生产方法，其特征在于：所述步骤4)中，当正压退火时，工业炉内正压维持0.5kpa，当负压退火时，工业炉内负压维持3.0kpa。