CN108838206B - 提高铝不锈钢复合板材性能的方法及铝不锈钢复合板材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提高铝不锈钢复合板材性能的方法及铝不锈钢复合板材。该铝不锈钢复合板材为3003铝合金和不锈钢的复合板材，该方法包括步骤：将3003铝合金铸锭进行均匀化热处理，然后进行热轧，获得3003铝合金板材；将3003铝合金板材和不锈钢板材进行O态退火；将O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板进行温轧复合，轧制压下率为50％，获得轧制复合板材；对轧制复合板材进行快速升温退火处理，快速升温退火的退火温度为350～450℃，保温时间5h～9h，加热时升温速度为80～100℃/min。本发明通过均匀化处理、轧制和最终退火的结合，极大的提高了铝不锈钢复合板材的性能，降低冲压过程中的废品率。

Description

提高铝不锈钢复合板材性能的方法及铝不锈钢复合板材
技术领域
本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种提高铝不锈钢复合板材性能的方法及铝不锈钢复合板材。
背景技术
锅具是每一个家庭都必不可少的烹饪工具，很多家庭都有两只以上的锅，锅具性能和功能的好坏直接关系到每一个家庭的生活品质。当前普遍使用的炊具大多选用纯铝、铝合金、生铁、不锈钢等单一材料制作，由于材料固有的物理、化学特性的局限，由单一材料制作的炊具在品质和外观方面与高档炊具相比存在着很大的差距。
不锈钢/铝复合板将性能上互补的两种金属材料组合在一起，不仅可以改善炊具外观形貌和使用性能，而且可以明显的提高炊具产品的档次和市场竞争力。铝合金/不锈钢复合锅片具有铝合金密度小，高导热性能传递热量，使锅具受热更加均匀，且不锈钢耐蚀、导磁特性，被广泛应用于中高档锅具及IH电饭煲的原材料。
然而该铝/不锈钢复合锅圆片在后续成形性能方面存在冲压制耳等问题，对于铝合金/不锈钢复合锅片，不锈钢层仅占总厚度的20％，而且在温轧复合过程不锈钢层几乎不存在变形，具有良好的各向同性及冲压性能，铝不锈钢复合圆片复合变形主要体现铝层，铝层变形量高达 40％～50％，因此，铝不锈钢复合圆片冲压性能好坏由铝合金层深冲性能决定。
现有的铝/不锈钢复合板在制作锅具的冲压过程中，产生冲压制耳或冲压分层的概率较高，影响制作工艺的流畅，且造成材料的浪费，急需提高材料的性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种提高铝不锈钢复合板材性能的方法及铝不锈钢复合板材，通过对铝合金铸锭进行均匀化和后续的处理工艺，提高铝不锈钢复合板材的整体性能，提高其深冲性能，极大地降低冲压中的废品率。
本发明的目的之一是提供一种提高铝不锈钢复合板材性能的方法，所述铝不锈钢复合板材为3003铝合金和不锈钢的复合板材，该方法包括步骤：
A、将3003铝合金铸锭进行均匀化热处理，然后进行热轧，获得 3003铝合金板材；
B、将所述3003铝合金板材和不锈钢板材进行O态退火；
C、将O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板进行温轧复合，轧制压下率为50％，获得轧制复合板材；
D、对所述轧制复合板材进行快速升温退火处理，所述快速升温退火的退火温度为350～450℃，保温时间5h～9h，加热时升温速度为 80～100℃/min。
上述的方法中，在步骤C之前还包括步骤：对O态退火后的3003 铝合金板材和不锈钢板材进行清洗，之后对不锈钢板材进行打磨。
本发明的提高铝不锈钢复合板材性能的方法中，所述清洗为利用酸或碱去除O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板材表面的油污。
作为本发明优选的方案，所述步骤A中，均匀化热处理的温度580℃～600℃，保温12h～18h。
作为本发明优选的方案，对所述3003铝合金板材进行O态退火时，退火温度为380～450℃，保温时间4～6h。
作为本发明优选的方案，对所述不锈钢板材进行O态退火时，退火温度为950～1050℃，保温时间1～3h。
本发明的另一目的是提供一种铝不锈钢复合板材，其通过以下步骤制备：
A、将3003铝合金铸锭进行均匀化热处理，然后进行热轧，获得 3003铝合金板材；
B、将所述3003铝合金板材和不锈钢板材进行O态退火；
C、将O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板进行温轧复合，轧制压下率为50％，获得轧制复合板材；
D、对所述轧制复合板材进行快速升温退火处理，所述快速升温退火的退火温度为350～450℃，保温时间5h～9h，加热时升温速度为 80～100℃/min。
作为本发明优选的方案，所述不锈钢板材为430不锈钢或439不锈钢。
本发明的提高铝不锈钢复合板材性能的方法及铝不锈钢复合板材，通过对铝合金铸锭的前处理，提高铝合金的再结晶晶粒的均匀性；通过快速升温退火处理，实现了材料内部织构之间的平衡，增强对材料异向性的控制；轧制复合的铝不锈钢复合板材界面结合强度高，在制作锅具的过程中可极大地降低冲压制耳及冲压分层的出现。
具体实施方式
以下结合实施例，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。
首先本发明实施例提供一种提高铝不锈钢复合板材性能的方法，铝不锈钢复合板材为3003铝合金和不锈钢的复合板材，该方法包括步骤：
A、将3003铝合金铸锭进行均匀化热处理，然后进行热轧，获得3003铝合金板材。均匀化热处理为温度580℃～600℃，保温12h～18h。
3003铝合金在非平衡结晶条件下极易发生晶内偏析，造成晶粒外层含Mn量高而中心部分含Mn量低，从而造成板材成品退火后再结晶程度不一致。含Mn量高的区域晶粒细小，而含Mn量低的区域晶粒发生异常长大。MnAl6初晶在热加工阶段由于受到很大轧制压力的作用能够被充分破碎，沿变形方向呈条状分布。虽然在尺寸上有所减小，但是少量MnAl6化合物质点的棱角部位变得更加尖锐，冷加工与成品退火几乎不能改变这种形貌。这种由于再结晶晶粒尺寸的不均匀性以及基体中化合物质点形态的特殊性，在产品成形时随变形程度的逐渐增加，晶间结合强度减弱，化合物周围局部发生应力集中而诱发微细裂纹，裂纹进一步扩展造成开裂而导致产品报废。
共晶体中的MnAl6相，在高温长时间的均匀化过程中容易发生从非平衡结晶向平衡状态的转变，逐步溶入基体。而初生的MnAl6相，其尖角部分可以在一定条件下发生溶解球化。同时，过饱和固溶体经过高温加热会发生分解，铸造时溶于基体中的Mn将按照溶解度随温度降低而减小的规律在晶粒内部沉淀析出细小的MnAl6相，并经足够时间的保温后能比较均匀地分布于基体中，以至于获得均匀的再结晶晶粒。然而当均匀化退火温度过高时，伴随着第二相的复溶以及初晶的聚集长大使基体中Mn元素的分布重新变得不均匀。本发明涉及的最佳均匀化处理是温度在580℃～600℃之间，保温时间是12～18h(小时)。
通过均匀化处理，使得3003铝合金内部的晶粒分布的更均匀，提高晶间的结合强度，为最终退火做准备。
B、将3003铝合金板材和不锈钢板材进行O态退火。其中，对3003 铝合金板材进行O态退火时，退火温度为380～450℃，保温时间4～6h。对不锈钢板材进行O态退火时，退火温度为950～1050℃，保温时间 1～3h。O态退火可对3003铝合金板材和不锈钢板进行适度的软化。
C、将O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板进行温轧复合，轧制压下率为50％，获得轧制复合板材。
D、对轧制复合板材进行快速升温退火处理，快速升温退火的退火温度为350～450℃，保温时间5h～9h，加热时升温速度为80～100℃/min。
在带材冲压过程中，其所表现出来的制耳，是由于内部的织构不平衡所引起的。铝合金冷轧带材的内部织构主要有轧制变形所引起的变形织构(含Cu织构)及再结晶织构(R织构和立方织构)。其中变形织构引起0°和90°方向的制耳，而退火的再结晶织构引起45°方向的制耳。材料异向性的控制实质上就是对内部织构的控制，即实现织构之间的相互平衡。本发明实施例的最佳的后退火热处理温度是350℃～450℃，保温时间5h～9h，需采用快速升温退火。
本实施例中利用感应炉加热，实现快速升温退火。快速升温退火可有效避免铝合金中再结晶晶粒的粗化，从而实现材料织构之间的相互平衡。步骤A中的均匀化处理，也有利于快速升温退火时控制再结晶晶粒的长大。
优选的，在步骤C之前还包括步骤：对O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板材进行清洗，之后对不锈钢板材进行打磨。所述清洗是利用酸或碱去除O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板材表面的油污，然后用水进行清洗。
本发明实施例的另一目的是提供一种铝不锈钢复合板材，其通过以下步骤制备：
A、将3003铝合金铸锭进行均匀化热处理，然后进行热轧，获得 3003铝合金板材；
B、将3003铝合金板材和不锈钢板材进行O态退火；
C、将O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板进行温轧复合，轧制压下率为50％，获得轧制复合板材；
D、对轧制复合板材进行快速升温退火处理，快速升温退火的退火温度为350～450℃，保温时间5h～9h，加热时升温速度为80～100℃/min。
作为本发明优选的方案，不锈钢板材为430不锈钢或439不锈钢。
通过本发明的方法所获得的铝不锈钢复合板材，其界面结合强度达到35MPa以上，杯突值达到11以上，冲压制耳率低于3％，冲压时铝/ 不锈钢不分层。
实施例1
1、对3003铝合金铸锭进行580℃/18h均匀化处理，而后进行热轧，获得3003铝合金板材。
2、首先对3003铝合金板材及430不锈钢板材进行O态退火，其中，对3003铝合金板材进行O态退火时，退火温度为380℃，保温时间6h。对不锈钢板材进行O态退火时，退火温度为950℃，保温时间 3h。
其次用酸碱及水清洗3003铝合金板材及430不锈钢板材，以去除其表面的油污，并对不锈钢钢板进行钢丝刷打磨。
3、3003铝合金板材和不锈钢板材采用温轧复合方式，单道次轧制，轧制压下率为50％。
4、对轧制复合后的铝不锈钢复合板材采用感应炉快速升温方式进行退火处理，退火热处理制度采用350℃/9h，加热时升温速度为80℃ /min。
对制得的铝不锈钢复合板材进行检测，结果见表1。
实施例2
1、对3003铝合金铸锭进行600℃/12h均匀化处理，而后进行热轧，获得3003铝合金板材。
2、首先对3003铝合金板材及430不锈钢板材进行O态退火，其中，对3003铝合金板材进行O态退火时，退火温度为450℃，保温时间6h。对不锈钢板材进行O态退火时，退火温度为1050℃，保温时间1h。
其次用酸碱及水清洗3003铝合金板材及430不锈钢板材，以去除其表面的油污，并对不锈钢钢板进行钢丝刷打磨。
3、3003铝合金板材和不锈钢板材采用温轧复合方式，单道次轧制，轧制压下率为50％。
4、对轧制复合后的铝不锈钢复合板材采用感应炉快速升温方式进行退火处理，退火热处理制度采用450℃/5h，加热时升温速度为100℃ /min。
对制得的铝不锈钢复合板材进行检测，结果见表1。
实施例3
1、对3003铝合金铸锭进行590℃/16h均匀化处理，而后进行热轧，获得3003铝合金板材。
2、首先对3003铝合金板材及439不锈钢板材进行O态退火，其中，对3003铝合金板材进行O态退火时，退火温度为380℃，保温时间6h。对不锈钢板材进行O态退火时，退火温度为950℃，保温时间 3h。
其次用酸碱及水清洗3003铝合金板材及430不锈钢板材，以去除其表面的油污，并对不锈钢钢板进行钢丝刷打磨。
3、3003铝合金板材和不锈钢板材采用温轧复合方式，单道次轧制，轧制压下率为50％。
4、对轧制复合后的铝不锈钢复合板材采用感应炉快速升温方式进行退火处理，退火热处理制度采用400℃/7h，加热时升温速度为90℃ /min。
对制得的铝不锈钢复合板材进行检测，结果见表1。
对比例
1、对3003铝合金铸锭进行650℃/12h均匀化处理，而后进行热轧，获得3003铝合金板材。
2、首先对3003铝合金板材及430不锈钢板材进行O态退火，其中，对3003铝合金板材进行O态退火时，退火温度为380℃，保温时间6h。对不锈钢板材进行O态退火时，退火温度为1050℃，保温时间 1h。
其次用酸碱及水清洗3003铝合金板材及430不锈钢板材，以去除其表面的油污，并对不锈钢钢板进行钢丝刷打磨。
3、3003铝合金板材和不锈钢板材采用温轧复合方式，单道次轧制，轧制压下率为50％。
4、对轧制复合后的铝不锈钢复合板材采用感应炉快速升温方式进行退火处理，退火热处理制度采用450℃/5h，加热时升温速度为10℃ /min。
对制得的铝不锈钢复合板材进行检测，结果见表1。
表1
界面结合强度(MPa) 杯突值 冲压制耳率
实施例1 35 11 3％
实施例2 37 12 2％
实施例3 35.5 11.7 2.4％
对比例1 23 8 7％
需要说明的是，以上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 (7)

1.一种提高铝不锈钢复合板材性能的方法，所述铝不锈钢复合板材为3003铝合金和不锈钢的复合板材，其特征在于，包括步骤：
A、将3003铝合金铸锭进行均匀化热处理，然后进行热轧，获得3003铝合金板材；所述均匀化热处理的温度580℃～600℃，保温12h～18h；
B、将所述3003铝合金板材和不锈钢板材进行O态退火；
C、将O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板材进行温轧复合，轧制压下率为50％，获得轧制复合板材；
D、对所述轧制复合板材进行快速升温退火处理，所述快速升温退火的退火温度为350～400℃，保温时间5h～9h，加热时升温速度为80～100℃/min。
2.根据权利要求1所述的提高铝不锈钢复合板材性能的方法，其特征在于，在步骤C之前还包括步骤：对O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板材进行清洗，之后对不锈钢板材进行打磨。
3.根据权利要求2所述的提高铝不锈钢复合板材性能的方法，其特征在于，所述清洗为利用酸或碱去除O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板材表面的油污。
4.根据权利要求1所述的提高铝不锈钢复合板材性能的方法，其特征在于，对所述3003铝合金板材进行O态退火时，退火温度为380℃～450℃，保温时间4h～6h。
5.根据权利要求1所述的提高铝不锈钢复合板材性能的方法，其特征在于，对所述不锈钢板材进行O态退火时，退火温度为950℃～1050℃，保温时间1h～3h。
6.一种铝不锈钢复合板材，其特征在于，通过以下步骤制备：
A、将3003铝合金铸锭进行均匀化热处理，然后进行热轧，获得3003铝合金板材；所述均匀化热处理的温度580℃～600℃，保温12h～18h；
B、将所述3003铝合金板材和不锈钢板材进行O态退火；
C、将O态退火后的3003铝合金板材和不锈钢板材进行温轧复合，轧制压下率为50％，获得轧制复合板材；
D、对所述轧制复合板材进行快速升温退火处理，所述快速升温退火的退火温度为350～400℃，保温时间5h～9h，加热时升温速度为80～100℃/min。
7.根据权利要求6所述的铝不锈钢复合板材，其特征在于，所述不锈钢板材为430不锈钢或439不锈钢。
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