CN109161741B - 一种具有优异抗高温软化的铝基材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铝及铝合金的制备领域，具体为提供一种具有高强度和高抗高温软化的铝合金铝基材及其制作方法；合金的成分为Si：0.10~0.20%，Fe：0.10~0.35%，Cu：0.02~0.50%，Mn：0.05~0.20%，Mg：2.2~3.8%，Ti：0.01~0.02%；Cr：0.20~0.55其余为制造过程中产生的其他杂质，每种杂质的重量百分比最高为0.05%，余量为Al。首先将铝合金熔炼、铸造成大板锭，再对铸锭进行锯切、铣面，然后经均热、热轧、冷轧、中间退火、冷轧等工序制得所需的铝基材，产品微观晶粒尺寸在30~60μm。该产品具有良好的塑性和耐高温软化性，可用于制备具有特氟隆涂层的土司盒类烘焙容器。因本发明下的铝合金产品耐高温性能极佳，可用于制备具有特氟隆涂层的烘焙容器。与传统具有特氟隆涂层烘焙容器相比，本发明下的产品无需复合，生产工艺更加简单。

Description

一种具有优异抗高温软化的铝基材及其制备方法

技术领域

本发明属于铝及铝合金的制备领域，具体为提供一种满足烘焙行业需求的、具有高强度和高抗高温软化的铝合金铝基材及其制作方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，越来越多的人热爱在早餐或下午食用蛋糕类烘焙食品充饥，因而烘焙容器的使用越来越多。烘焙容器的材质目前主要有铝、不锈钢（镀锌板）以及复合材料等，其中复合材料通过复合特殊功能材料后，耐高温性能高，但由于工艺负责而价格昂贵；不锈钢类产品导热差，表面清洁困难，且直接使用过程中都可能因为起防锈作用的Cr、Ni等元素渗透到食品中，引发人体慢行中毒；而铝制容器在使用过程中，也存在表面难于清洁的问题，且如果长期使用该类容器烹饪的食品，也容易引发由Al渗透引发的老年痴呆病，故烘焙市场迫切需要成本低、易清洁、安全环保的金属容器制品。

在现有的烘焙容器基材制作方法中，如专利号为CN105779824，名为《铝合金复合材料及其生产方法》中，使用3003A和特殊成分的芯层复合和经特氟隆涂层处理后制得高压锅内胆产品，但该工艺复合过程负责，生产工艺繁琐，获得的产品在特氟隆涂层涂覆烘烤前的抗拉强度也仅为155~205mpa，热处理后仅为148~175mpa，即该方法生产时制作成本高，后期使用周期也将比较短；又如专利号为CN1860246A，名为《具有优异抗烘焙软化性的铝合金》的专利，其使用5系铝镁合金作为基础，大量添加Fe和Mn元素，并通过严格控制晶粒尺寸制得，但该发明下的铝材是直接作为容器与食品接触使用，使用过程的烘烤温度仅为180℃，不确定经430℃高温特氟隆涂层涂覆烘烤后的性能衰减情况，进一步地，但该方法下生产的产品Fe、Mn含量较国内外常用铝合金严重超高，大量将难于回收利用，与当前环保经济相悖；又如专利号为CN1032 43247A的《一种铝合金及其制造方法》，其主要作为汽车车身板使用，使用过程中的最高温度仅为170℃的低温热处理，是否具有抗高温软化性能未提及；

本发明为了解决上述问题，结合特氟隆涂层涂覆工艺的实际特点，在搭配合理的铝合金成分下，创造性地利用大尺寸晶粒经小变形后、因低储能将较正常变形更难于发生再结晶的特点，将成分组成对抗高温软化的特性和铝合金微观结构对抗高温软化的特性结合到一起，实现产品经430℃高温烘烤后，仍具有较高的抗拉强度，最终提供了一种生产效率高、成本低、满足特氟隆涂层加工的具有优异抗高温软化的铝基材及其制备方法。

发明内容

本发明提供一种具有优异抗高温软化的铝基材及其制备方法，能够快速、低成本地生产出经特氟隆涂层烘烤加工后仍具有高强度的烘焙容器用铝基材产品。

为实现上述目的，本发明下的技术方案是，使用具有一定成分组成的铸锭，其特征在于Si：0.10~0.20%，Fe：0.10~0.35%，Cu：0.02~0.50%，Mn：0.05~0.20%，Mg：2.2~3.8%，Ti：0.01~0.02%；Cr：0.20~0.55其余为制造过程中产生的其他杂质，每种杂质的重量百分比最高为0.05%，余量为AL；产品以铝锭、铝中间合金锭、镁锭为原料，依次经熔化、铸造、热轧、冷轧、中间退火、冷轧等工序后制得铝基材产品。产品熔炼温度730~770℃，静置1h以上后，于680~710℃起铸，获得的大板锭经锯切洗面后，经440~540℃/保温4h以上后热轧，，热轧终轧温度260~350℃，热轧厚度为2.0~8.0mm，热轧后的卷材经至少一道次冷轧到中间退火厚度，中间退火后制得0.8~2.0mm的成品，要求中间退火前后的冷轧变形量分别为30~60%和10~20%；最终获得抗拉强度230~300mpa，屈服强度≥200mpa，延伸率≥6%的铝合金产品。

发明的效果

本发明下获得的铝基材，抗拉强度230~300mpa，屈服强度≥190mpa，延伸率≥6%，经特氟隆涂层烘烤处理后，抗拉强度210~240mpa，屈服强度≥130mpa，延伸率≥20%，满足土司盒类烘焙容器往复使用不变形的需求。与传统复合材料制得类似产品比，生产效率高、成本低，特氟隆涂层烘烤处理后的强度更高，可往复使用的频次更多，体现出优异的抗高温软化，具有关阔的市场前景。

具体实施方式

本发明的铝合金板带的特征在于，在Mg含量为2.2~3.8%的5系铝合金中，配以特定范围的Cu、Mn、Cr等合金元素后进行熔炼，经必要的除气除渣后制得质量优良的大板锭，该板锭经均热、热轧、冷轧、中间退火、冷轧等工序后制得，产品的生产工艺围绕获得特定尺寸的内部晶粒尺寸制定，最终获得抗高温软化性能优异的5系合金轧制板材。

以下对各成分的含量数值限定以及晶粒尺寸控制的原因加以说明：

Mg：合金中的Mg用于保证合金板材强度所必须的添加元素，若含量低于2.2%，则成品强度下限指标将不能满足，若mg含量超过3.8%，一方面将引起降低产品使用过程的耐腐蚀性能，还将引起轧制困难；

Fe：可提供部分抗高温软化效果，含量不足0.1%将可能导致产品强度不足，但Fe含量超过0.35%时将促进粗大β相的增多，降低合金烘烤过程的热导率。

Si：合金中的Si主要为杂质，在成本可控的条件下，尽量低

Ti：Ti元素能细化晶粒，但含量超过0.02%时，不利于尺寸长大，如若含量太低，则容易引起晶粒不均匀，并影响力学性能的均匀性。

Cu：Cu有利于提高材料涂层涂覆过程和低温烘烤过程的强度，含量低于0.2%时其提高效果不明显，但当铜的含量超过0.5%时，金属间化合物的沉淀可能降低导热系数。

Cr：适当增加，可显著提高再结晶温度，是抗高温软化的有力保障，含量不足0.15%其作用效果不明显，但添加量超过0.55%后，形成的金属间化合物会阻碍电子的跃迁，降低产品的导热效果。

控制晶粒尺寸在30~60μm，当晶粒尺寸超过30μm时将能有减缓430℃下的晶界迁移，从而避免晶粒发生长大团聚而引起强度大幅降低，而当晶粒尺寸超过60μm后，虽然抗高温软化效果相当，但材料本身的强度已经较低，可能影响最终土司盒容器的往复使用次数。

中间退火过程控制升温速度，目的在于让晶粒缓慢再结晶，并逐步粗大至30~60μm，加热速度太快将导致晶粒变得太过细小。

为进一步公开而不限制本发明，以下结合实例对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种具有优异抗高温软化的铝基材及其制备方法，其成分为Si：0.10%，Fe：0.35%，Cu：0.50%，Mn：0.05%，Mg：2.8%，Ti：0.012%；Cr：0.55，其余为制造过程中产生的其他杂质，每种杂质的重量百分比最高为0.05%，余量为AL，

制备方法包括以下步骤：

1）将铝锭在740℃熔化后，静置2小时，随后在690℃下起铸，制得规格为650×1350×8000mm的大板锭；

2）铸锭经头尾锯切400mm及上下表面铣面20mm后，置于加热炉中加热，金属温度440℃保温4h后，经热轧制得终轧温度300℃，厚度为5.0mm的热轧坯料；

3）随后将5.0mm坯料经三道次冷轧至2.0mm，并在360℃下中间退火，升温速度15℃/小时，随后冷轧至1.9mm获得成品，其具体工艺路线如下：

5.0-3.6-2.8-2.0-中间退火-1.9

产品抗拉强度235mpa，屈服强度190mpa，延伸率7.6%；随后取样经430℃模拟烘烤后，产品抗拉强度210mpa，屈服强度130mpa，延伸率21%；满足土司盒类食品容器的需求。

实施例2

一种具有优异抗高温软化的铝基材及其制备方法，其成分为Si：0..20%，Fe：0.10%，Cu：0.02%，Mn：0.20%，Mg：3.8%，Ti：0.02%；Cr：0.2，其余为制造过程中产生的其他杂质，每种杂质的重量百分比最高为0.05%，余量为AL，

制备方法包括以下步骤：

1）将铝锭在770℃熔化后，静置1小时，随后在680℃下起铸，制得规格为400×1650×480mm的大板锭；

2）铸锭经头尾锯切400mm及上下表面铣面20mm后，置于加热炉中加热，金属温度50℃保温10，经热轧制得终轧温度260厚度为3.0m的热轧坯料；

3）随后将3.0m坯料经两道次冷轧至1.0m，并在30℃下中间退火，升温速度30小时，随后冷轧至1.9mm获得成品，其具体工艺路线如下：

3.0-2.0-1.0-中间退火-0.8

产品抗拉强度300mpa，屈服强度230mpa，延伸率8.2%；随后取样经430℃模拟烘烤后，产品抗拉强度240mpa，屈服强度160mpa，延伸率20.6%；满足土司盒类食品容器的需求。

实施例3

一种具有优异抗高温软化的铝基材及其制备方法，其成分为Si：0.12%，Fe：0.30%，Cu：0.32%，Mn：0.10%，Mg：2.2%，Ti：0.010%；Cr：0.36，其余为制造过程中产生的其他杂质，每种杂质的重量百分比最高为0.05%，余量为AL，

制备方法包括以下步骤：

1）将铝锭在730℃熔化后，静置16小时，随后在710℃下起铸，制得规格为500×1000×8000mm的大板锭；

2）铸锭经头尾锯切400mm及上下表面铣面20mm后，置于加热炉中加热，金属温度480℃保温8h后，经热轧制得终轧温度350℃，厚度为8.0mm的热轧坯料；

3）随后将8.0mm坯料经三道次冷轧至2.5mm，并在400℃下中间退火，升温速度20℃/小时，随后冷轧至2.0mm获得成品，其具体工艺路线如下：

8.0-4.0-3.0-2.5-中间退火-2.0

产品抗拉强度248mpa，屈服强度227mpa，延伸率8.8%；随后取样经430℃模拟烘烤后，产品抗拉强度220mpa，屈服强度131mpa，延伸率23%；满足土司盒类食品容器的需求。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种具有优异抗高温软化的铝基材，其特征在于，以重量百分含量表示，所述铝基材的化学合金成分组成为：

Si：0.10-0.20%，Fe：0.10~0.35%，Cu：0.02-0.50%，Mn：0.05~0.20%，Mg：2.2~3.8%，Ti：0.01~0.02%；Cr：0.20~0.55，其余为AL以及制造过程中产生的其他杂质，每种杂质的重量百分比最高为0.05%；

所述具有优异抗高温软化的铝基材的制备方法是以铝锭、铝中间合金锭、镁锭为原料，经熔化、铸造、热轧、冷轧、中间退火、冷轧工序后制得铝基材产品，具体步骤如下：

1）铝锭经过熔炼炉融化、配料后，经半连续铸造制得大板锭，熔炼温度730~770℃，合金配比完成后，静置时间超过1h后起铸，铸造温度680~710℃；

2）铸锭经锯切、铣面后进入加热炉加热，金属在温度440~540℃保温4h以上，热轧终轧温度260~350℃，热轧厚度为2.0~8.0mm；

3）热轧后的卷材经至少一道次冷轧到中间厚度后，进行中间退火，经中间退火后一道次轧制制得0.8-2.0mm的铝基材产品。

2.根据权利要求1所述的一种具有优异抗高温软化的铝基材，其特征在于：其步骤3）中的中间退火前的冷轧变形量在30%~60%。

3.根据权利要求1所述的一种具有优异抗高温软化的铝基材，其特征在于：其步骤3）中的中间退火后的冷轧变形量在10%~20%。

4.根据权利要求1所述的一种具有优异抗高温软化的铝基材，其特征在于：其步骤3）中的中间退火温度为300~400℃，要求升温速度≤30℃/小时。

5.根据权利要求1所述的一种具有优异抗高温软化的铝基材，其特征是：产品的抗拉强度230~300mpa，屈服强度≥190mpa，延伸率≥6%。