CN111057912B - 一种降低3003铝合金再结晶温度的工艺 - Google Patents

一种降低3003铝合金再结晶温度的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝合金加工技术领域，涉及一种降低3003铝合金再结晶温度的工艺，铝合金原料为：Si：0.12～0.20％，Fe：0.5～0.6％，Cu：0.08～0.12％，Mn：1.05～1.2％，Mg≤0.023％，Cr≤0.023％，Zn≤0.1％，Ti：0.005～0.018％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al，通过改善3003铝合金铸锭的均匀化工艺，降低了3003铝合金板带材的再结晶温度，消除了晶粒组织不均造成的不良影响，改善了板带材表面质量，节约了生产成本，提高了企业效益。

Description

一种降低3003铝合金再结晶温度的工艺
技术领域
本发明属于铝合金加工技术领域，涉及一种降低3003铝合金再结晶温度的工艺。
背景技术
3xxx系铝合金是以Mn为主要合金元素的铝合金，属于热处理不可强化铝合金。它的焊接性能好，塑性高，强度比1xxx系铝合金高，而与1xxx系铝合金的耐蚀性相近，是一种耐蚀性能良好中等强度的铝合金。其中3003铝合金是应用最广泛的一种防锈铝，常用于车辆、飞机和船舶等的焊接件以及产品的外包装，尤其是潮湿易腐蚀的环境。不同用途的3003铝合金由于所需性能不同，对其组织性能要求也不同。如电容器用阴极箔要求晶粒细小以提高其腐蚀发孔率，装饰板等要求晶粒细小以避免出现表面花斑等。然而作为汽车散热器用钎焊箔芯材，则要求晶粒尺寸粗大以减少在高温钎焊焊料中Si沿晶界所导致的散热片下垂。
Al-Mn系合金中Mn在铝基体中的溶解度变化很大，在铸锭冷却过程中由于Mn元素扩散速度较慢以及晶界吸附现象，容易导致铝基体Mn偏析严重，再结晶温度升高。在后续的冷轧中间退火过程中容易出现晶粒组织粗大不均的现象，严重影响板带材的表面质量并会使材料的力学性能有所降低。对于加工铝合金来说，调控晶粒尺寸的主要手段是再结晶，然而在冷轧中间退火过程中3003铝合金中弥散相的析出过程也会发生，两个过程发生相互作用，并对最终的晶粒组织及性能产生影响。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决3003铝合金冷轧板带材在退火过程中晶粒组织不均会影响铝合金板材表面质量以及力学性能的问题，提供一种降低3003铝合金再结晶温度的工艺。
为达到上述目的，本发明提供一种降低3003铝合金再结晶温度的工艺，包括如下步骤：
A、配料：按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.12～0.20％，Fe：0.5～0.6％，Cu：0.08～0.12％，Mn：1.05～1.2％，Mg≤0.023％，Cr≤0.023％，Zn≤0.1％，Ti：0.005～0.018％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配置好的铝合金原料加入到熔炼炉中混合均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度730～750℃，随后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度720～740℃，精炼时间为20min，精炼后的铝合金熔体在720±5℃静置20min；
C、除气除杂：将精炼后的铝合金熔体通入高纯氩气并搅拌熔体，除去铝合金熔体中的杂质气体，然后将除气后的铝合金熔体通过泡沫陶瓷过滤板过滤，过滤温度为720±5℃；
D、在线细化：将除气除杂后的铝合金熔体中加入铝钛硼丝细化剂进行在线细化，将在线细化后的铝合金熔体铸造为3003铝合金铸锭；
E、均匀化：将在线细化后的铝合金铸锭在加热炉中进行双级均匀化处理，双级均匀化制度为(600±5)℃/48h+(500±5)℃/48h，均匀化处理后的铝合金铸锭空冷至室温；
F、轧制：利用轧机将均匀化处理后的3003铝合金铸锭轧制为2～3mm的铝合金板材，冷轧变形量为80～85％。
进一步，步骤B将配置好的铝合金原料依次投入熔炼炉中进行熔炼，并使用熔剂进行精炼覆盖，投料后待炉内出现铝水时开始搅拌，搅拌均匀后熔炼为液态铝合金。
进一步，步骤C将除气后的铝合金熔体通过孔径≥50ppi的泡沫陶瓷过滤板过滤来控制纯洁度。
进一步，步骤E中双级均匀化制度为600℃/48h+500℃/48h，即先将铝合金铸锭在600℃保温48h，随后降温至500℃再保温48h，铝合金铸锭保温结束后空冷至室温。
进一步，步骤F利用轧机将均匀化处理后的3003铝合金铸锭轧制为2mm的铝合金板材，冷轧变形量为85％。
本发明的有益效果在于：
1、本发明所公开的降低3003铝合金再结晶温度的工艺，关键在于制定合理的合金铸锭均匀化退火制度。在合金轧制变形过程中，第二相粒子能增加材料内部的位错密度，提高再结晶驱动力，尤其在粗大颗粒周围能形成剧烈塑性形变区；退火时，细小、弥散分布的粒子钉扎亚晶界或晶界，阻碍再结晶形核和晶粒长大；而粗大第二相颗粒周围的剧烈变形区可作为再结晶形核点，因此第二相对再结晶过程将会产生深远的影响。与单级均匀化相比，3003铝合金铸锭经双级均匀化退火处理后，Mn元素的固溶含量大幅降低，同时第二相尺寸明显增加，两者均有利于提高后续退火时的再结晶形核率。随轧制过程中板材变形量的增加、退火温度的升高，再结晶速度加快，析出对再结晶的影响减小，退火后板材的晶粒尺寸也随之降低。因此，通过双级均匀化处理可以有效降低3003铝合金的再结晶温度。
2、本发明所公开的降低3003铝合金再结晶温度的工艺，降低了3003铝合金板带材的再结晶温度，改善了3003铝合金冷轧板带材在退火过程中晶粒组织不均的现象，提升板带材表面质量，优化板材力学性能，节能降耗，降低生产成本，提高了企业效益。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明不同均匀化制度处理后铝合金板材的维氏硬度随退火温度的变化图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种降低3003铝合金再结晶温度的工艺，包括如下步骤：
A、配料：计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，3003铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.141 0.544 0.087 1.12 0.002 0.001 0.01 0.017 0.06 余量
B、熔铸：将配置好的铝合金原料加入到熔炼炉中混合均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度750℃，随后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度730℃，精炼时间为20min，精炼后的铝合金熔体在720℃静置20min；
C、除气除杂：将精炼后的铝合金熔体通入高纯氩气并搅拌熔体，除去铝合金熔体中的杂质气体，然后将除气后的铝合金熔体通过孔径≥50ppi的泡沫陶瓷过滤板过滤，过滤温度为720℃；
D、在线细化：将除气除杂后的铝合金熔体中加入铝钛硼丝细化剂进行在线细化，将在线细化后的铝合金熔体铸造为3003铝合金铸锭；
E、均匀化：将在线细化后的铝合金铸锭在加热炉中进行双级均匀化处理，双级均匀化制度为600℃/48h+500℃/48h，即先将铝合金铸锭在600℃保温48h，随后降温至500℃再保温48h，均匀化处理后的铝合金铸锭空冷至室温；
F、轧制：利用轧机将均匀化处理后的3003铝合金铸锭轧制为2mm的铝合金板材，冷轧变形量为85％。
实施例2
A、配料：计算各铝合金原料用量并按配比准备铝合金原料，3003铝合金原料各元素质量百分数配比如下：
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 杂质 Al
含量 0.138 0.526 0.092 1.096 0.002 0.001 0.013 0.022 0.06 余量
B、熔铸：将配置好的铝合金原料加入到熔炼炉中混合均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度740℃，随后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度720℃，精炼时间为20min，精炼后的铝合金熔体在720℃静置20min；
C、除气除杂：将精炼后的铝合金熔体通入高纯氩气并搅拌熔体，除去铝合金熔体中的杂质气体，然后将除气后的铝合金熔体通过孔径≥50ppi的泡沫陶瓷过滤板过滤，过滤温度为720℃；
D、在线细化：将除气除杂后的铝合金熔体中加入铝钛硼丝细化剂进行在线细化，将在线细化后的铝合金熔体铸造为3003铝合金铸锭；
E、均匀化：将在线细化后的铝合金铸锭在加热炉中进行双级均匀化处理，双级均匀化制度为600℃/48h+500℃/48h，即先将铝合金铸锭在600℃保温48h，随后降温至500℃再保温48h，均匀化处理后的铝合金铸锭空冷至室温；
F、轧制：利用轧机将均匀化处理后的3003铝合金铸锭轧制为2mm的铝合金板材，冷轧变形量为80％。
对比例1
对比例1与实施例1和2的区别在于，步骤E铝合金铸锭的双级均匀化制度为600℃/48h+450℃/48h，即先将铝合金铸锭在600℃保温48h，随后降温至450℃再保温48h，铝合金铸锭保温结束后空冷至室温。
对比例2
对比例2与实施例1和2的区别在于，步骤E铝合金铸锭的均匀化制度为520℃/48h的单极均匀化制度，即将铝合金铸锭在520℃保温48h，铝合金铸锭保温结束后空冷至室温。
对比例3
对比例3与实施例1和2的区别在于，步骤E铝合金铸锭的均匀化制度为560℃/48h的单极均匀化制度，即将铝合金铸锭在560℃保温48h，铝合金铸锭保温结束后空冷至室温。
对比例4
对比例4与实施例1和2的区别在于，步骤E铝合金铸锭的均匀化制度为600℃/48h的单极均匀化制度，即将铝合金铸锭在600℃保温48h，铝合金铸锭保温结束后空冷至室温。
实施例1～2和对比例1～4得到的3003铝合金板材取样进行电导率检测。电导率按照GB/T12966取样测试，检测结果见表1；实施例1～2和对比例1～4得到的3003铝合金板材在160～400℃范围内退火保温1h后维氏硬度(HV)按照GB/T 4340.1取样检测，检测结果见表2和图1。
表1不同均匀化制度处理后的样品电导率值
实例 实施例1 实施例2 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
电导率MS/m 43.77 43.82 45.09 41.09 38.47 36.30
表2不同退火温度下，铝合金板材维氏硬度值
退火温度 160℃ 200℃ 240℃ 280℃ 320℃ 360℃ 400℃
实施例1 60.4 60.4 57.6 46.5 29.5 29.3 29.1
实施例2 62.5 61.3 56.4 45.6 30.8 30.3 29.5
对比例1 64.4 62.4 54.1 43.8 32.1 29.4 28.6
对比例2 63.3 62.2 56.9 49.1 32.9 32.8 30.4
对比例3 70.1 68.8 67.4 54.6 46.1 34.7 30.8
对比例4 64.2 66.1 63.0 59.9 50.5 32.2 29.9
表1是经过不同均匀化处理后的样品的电导率。众所周知，金属的导电能力与该金属中含有的合金元素有关，由于每种元素对导电能力的贡献并不相同，因此金属内部各元素共同影响了合金导电能力。利用这一点，人们通过电导率值来反映合金中固溶元素的情况。3003合金的电导率主要受到Fe和Mn元素固溶含量的影响。在Al-Mn合金铸锭中，几乎所有的Fe均以化合物的形式存在，Mn主要存在于固溶体中。因此电导率主要受到合金中固溶Mn含量的影响，所以通过测量电导率值的变化，可直观地反映出Mn元素在合金中的析出与溶解情况。从表1中可以看出，实施例1和实施例2经过600℃/48h+500℃/48h双级均匀化处理的样品，其电导率值近似相等，这说明在均匀化过程中有大量含Mn第二相析出，降低了固溶体中的Mn含量；对比例1经过600℃/48h+450℃/48h双级均匀化处理的样品的电导率略高于实施例1和实施例2的电导率值；对比例2～4单级均匀化处理的样品电导率值依次降低，显示在该种处理条件下，固溶体中Mn含量依次增大。
通过表2和图1可以看到，实施例1～2和对比例1～4经过双级与单级均匀化处理的冷轧试样经160～400℃退火1h后的显微硬度都有明显的降低，铝合金铸锭在均匀化时，溶质浓度逐渐均一化，获得均一组织，同时消除铸锭因激冷而产生的内应力，导致硬度值持续降低。但随时间延长，溶质浓度梯度降低使溶质回溶速率减缓，硬度值降低幅度减小。由于显微硬度对3003合金析出过程并不敏感，它只反映再结晶软化过程。从图1可以看出，实施例1～2经双级均匀化处理的试样的硬度值低于对比例2～4单级均匀化处理的试样，这是由于双级均匀化处理使合金中的过饱和元素充分脱溶析出，其固溶原子的强化作用小于单级均匀化处理的样品。经过单级均匀化处理的试样在320～360℃范围内开始发生再结晶，而经双级均匀化处理的样品在300℃左右就已经开始发生再结晶。因此，实施例1和实施例2采用的600℃/48h+500℃/48h双级均匀化制度可以有效降低3003铝合金板材的再结晶温度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种降低3003铝合金再结晶温度的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
A、配料：按照如下重量份数比配制铝合金原料：Si：0.12～0.20％，Fe：0.5～0.6％，Cu：0.08～0.12％，Mn：1.05～1.2％，Mg≤0.023％，Cr≤0.023％，Zn≤0.1％，Ti：0.005～0.018％，单个杂质≤0.05％，杂质合计≤0.15％，余量为Al；
B、熔铸：将配置好的铝合金原料加入到熔炼炉中混合均匀后熔炼为液态铝合金，熔炼温度730～750℃，随后将熔炼后的铝合金熔体倒入精炼炉精炼，精炼温度720～740℃，精炼时间为20min，精炼后的铝合金熔体在720±5℃静置20min；
C、除气除杂：将精炼后的铝合金熔体通入高纯氩气并搅拌熔体，除去铝合金熔体中的杂质气体，然后将除气后的铝合金熔体通过泡沫陶瓷过滤板过滤，过滤温度为720±5℃；
D、在线细化：将除气除杂后的铝合金熔体中加入铝钛硼丝细化剂进行在线细化，将在线细化后的铝合金熔体铸造为3003铝合金铸锭；
E、均匀化：将在线细化后的铝合金铸锭在加热炉中进行双级均匀化处理，双级均匀化制度为(600±5)℃/48h+(500±5)℃/48h，均匀化处理后的铝合金铸锭空冷至室温；
F、轧制：利用轧机将均匀化处理后的3003铝合金铸锭轧制为2～3mm的铝合金板材，冷轧变形量为80～85％。
2.如权利要求1所述降低3003铝合金再结晶温度的工艺，其特征在于，步骤B将配置好的铝合金原料依次投入熔炼炉中进行熔炼，并使用熔剂进行精炼覆盖，投料后待炉内出现铝水时开始搅拌，搅拌均匀后熔炼为液态铝合金。
3.如权利要求1所述降低3003铝合金再结晶温度的工艺，其特征在于，步骤C将除气后的铝合金熔体通过孔径≥50ppi的泡沫陶瓷过滤板过滤来控制纯洁度。
4.如权利要求1所述降低3003铝合金再结晶温度的工艺，其特征在于，步骤E中双级均匀化制度为600℃/48h+500℃/48h，即先将铝合金铸锭在600℃保温48h，随后降温至500℃再保温48h，铝合金铸锭保温结束后空冷至室温。
5.如权利要求1所述降低3003铝合金再结晶温度的工艺，其特征在于，步骤F利用轧机将均匀化处理后的3003铝合金铸锭轧制为2mm的铝合金板材，冷轧变形量为85％。
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Denomination of invention: A process for reducing recrystallization temperature of 3003 aluminum alloy

Effective date of registration: 20210730

Granted publication date: 20210209

Pledgee: Bank of Harbin Co.,Ltd. Shenyang Branch

Pledgor: TIANJIN ZHONGWANG ALUMINIUM INDUSTRY Co.,Ltd.

Registration number: Y2021990000659

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