CN111349868A

CN111349868A - 一种覆铝板带及其制造方法

Info

Publication number: CN111349868A
Application number: CN201811580260.5A
Authority: CN
Inventors: 宋凤明; 王巍; 温东辉; 胡晓萍; 陆敏; 杨阿娜; 庞厚君; 王俊凯; 王天柱
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2020-06-30
Anticipated expiration: 2038-12-24
Also published as: CN111349868B

Abstract

本发明公开了一种覆铝板带，其包括钢基板以及覆合在钢基板表面的铝层；所述钢基板的化学元素质量百分配比为：0＜C≤0.02％，0＜Si≤0.005％，Mn：0.05‑0.5％，P：0.018‑0.03％，Al≤0.005％，N：0.0040‑0.010％，Ti：0.01‑0.04％，O：0.02‑0.050％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。此外，本发明还公开了一种上述的覆铝板带的制造方法，其包括步骤：(1)制得钢带和铝带；(2)对钢带和铝带进行表面处理；(3)将铝带覆于钢带表面进行室温轧制；(4)退火；(5)精整矫直。该覆铝板带具有良好的力学性能，且钢铝界面结合性能优良。

Description

一种覆铝板带及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种板带以及其制造方法，尤其涉及一种覆铝板带及其制造方法。

背景技术

随着技术和经济的发展，对金属材料的性能要求越来越高，单一组成的金属材料常常难以同时满足实际使用过程中多方面性能的要求。选取两种或两种以上的金属材料采用各种不同工艺制成复合板材能够满足特殊的综合性能要求。覆铝钢是在室温条件下通过轧制将铝膜覆在带钢表面形成表面为铝、芯层为钢的复合板带，其既有钢的强度，同时具有铝的散热性好、耐蚀、轻便及美观特性，特别是大幅度降低了成本，在家电面板、散热部件、装饰等领域获得广泛应用。

采用散热性能好的铝与钢在室温下覆合制备出的复合材料既具有钢的强度，同时具有铝散热性好、耐蚀等特点，特别适用于有散热需求同时又要求一定强度的结构件制作。

公开号为CN101748853A，公开日为2010年6月23日，名称为“一种铝钢/铝钢铝复合金属板材及其制作方法”的中国专利文献公开了一种铝钢/铝钢铝复合金属板材。在该中国专利文献所公开的技术方案中，涉及采用粘结剂实现钢铝复合，复合强度较低。

公开号为CN102019727A，公开日为2011年4月20日，名称为“冷却器用覆铝钢带及其制备方法和其所用的钢带及铝合金带”的中国专利文献公开了冷却器用覆铝钢带及其制备方法和其所用的钢带及铝合金带。在该中国专利文献所公开的技术方案所涉及的覆铝钢带涉及的强度较低，且存在钢铝截面易锈蚀问题。

综上所述可以看出，目前现有技术中覆铝板带通常采用粘结剂实现钢铝的物理复合，存在钢铝结合强度差的问题。并且，由于现有技术所采用的基板对于P含量要求极高，导致了现有技术中的覆铝板带生产难度极大。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种覆铝板带，该覆铝板带兼具钢的强度以及铝的耐蚀、散热以及美观的特点，非常适用于散热器、散热片以及耐蚀管道或箱体的应用中。

为了实现上述目的，本发明提出了一种覆铝板带，其包括钢基板以及覆合在钢基板表面的铝层；钢基板的化学元素质量百分配比为：

0＜C≤0.02％，0＜Si≤0.005％，Mn：0.05-0.5％，P：0.018-0.03％，Al≤0.005％，N：0.0040-0.010％，Ti：0.01-0.04％，O：0.02-0.050％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

在本发明所述的覆铝板带中，为了使得覆铝板带具有优良的塑性，覆铝板带是在钢基板表面覆合铝层获得的钢铝复合带材。需要说明的是，在本案中，钢基板可以单面覆铝，也可以在钢基板的上下表面均覆合铝层。

为了便于钢铝覆合，因此，对于所采用的钢基板有一定要求，需要其具有优良的塑性以及钢铝界面结合性能，因而，对钢基板的成分有一定严格要求，特别是为了保证良好的钢铝界面结合性能，必须限定某些合金成分的添加量，同时对常规的合金成分有明确的控制要求，这些与普通的钢种存在显著的不同。

在此，本案发明人通过大量实验研究分析，设计了上述的化学元素质量百分配比，而各化学元素的设计原理如下：

C：对于本案的覆铝板带中的钢基板而言，C可以融入钢基体中起到固溶强化的作用，并能够形成细小的碳化物析出粒子起到析出强化作用。但含量较多的C对钢板焊接、韧性及塑性不利，因此，在本发明所述的覆铝板带中将钢基板的C的质量百分比控制在0＜C≤0.02％，其中，优选地，C的质量百分比在0.004-0.012％。

Si：在本发明所述的技术方案中，Si为脱氧元素，也是固溶强化元素，对于本发明所述的技术方案而言，添加Si可以使得钢板的屈服强度升高、延伸率降低，并且超过本案含量上限的Si会恶化钢铝界面复合性能，因此，在本发明所述的覆铝板带中将钢基板的Si的质量百分比控制在0＜Si≤0.005％。

Mn：对于本发明所述的覆铝板带的钢基板而言，Mn是强化元素，通过固溶强化提高钢基板的屈服强度，并且还可以使得钢基板延伸率降低，因此，在本发明所述的覆铝板带中，控制钢基板中的Mn的质量百分比控制在0.05-0.5％。

P：在本发明所述的覆铝板带中，对于钢基板而言，P易在晶界处产生偏析，降低晶界结合能，使得钢板变脆。P添加在易切削钢中可以防止碎屑粘刀，从而延长刀具的使用寿命。对于本技术方案的钢种体系来说，由于P与N同属元素周期表中的第五族元素，发明人发现其具有与N近似的属性，在本技术方案所涉及的钢中，其可以抑制Al的扩散，从而尤其起到使得在钢铝界面难以形成脆性的钢铝化合物层的作用，因此提高显著改善钢铝结合性能，从而对实现本案的技术效果具有重要作用。但另外一方面，在本技术方案中，超出含量上限的P对本发明钢种的韧性和延伸率不利，因此，在本发明所述的覆铝板带中，钢基板的P的质量百分比限定在0.018-0.03％，优选地，可以将P的质量百分比进一步控制在0.018-0.024％。

Al：在本发明所述的覆铝板带中，对于钢基板而言，Al是脱氧必需的元素，同时也会提高钢的强度，然而含量较高的Al易扩散到钢铝结合界面，恶化界面结合强度。因此，在本发明所述的技术方案中需要控制Al的质量百分比，以避免影响钢铝结合性能，因此，在本案所述的钢基板中将Al的质量百分比控制在Al≤0.005％。

N：在本发明所述的技术方案中，N能够与钢中的Al形成AlN颗粒，从而抑制Al向界面的扩散，但较高的N固溶含量能够显著提高钢的强度，并对塑性不利。因此，在本发明所述的覆铝板带中将钢基板的N的质量百分比控制在0.0040-0.01％，优选地，可以将N的质量百分比进一步控制在0.004-0.008％。并且，在一些优选的实施方式中，可以进一步将Ti以及N的质量百分比限定在满足2.5≤Ti/N≤5.0。

Ti：在本发明所述的技术方案中，Ti用来固定C、N原子以降低其对位错运动的阻碍作用。同时，在本发明所述的技术方案中，添加Ti还可以起到脱氧作用。Ti在钢中可依次形成TiN、Ti₄C₂S₂、TiS和TiC，消除钢中自由的C、N原子，从而降低本案所涉及的钢基板屈服强度。但较多的TiC、TiN颗粒会产生粗化，使其失去了晶界钉扎效应，增大了晶粒尺寸，降低了晶界强化效果，并会降低钢基板的延伸率。因此，在本发明所述的覆铝板带中将钢基板中Ti的质量百分比控制在0.01-0.04％。

O：在本发明所述的覆铝板带中，由于本发明所述的技术方案中限制Si、Al的含量在极低的范围内，因而，钢中的氧含量不可避免的偏高。然而，氧元素能够抑制钢中Al元素对钢铝界面结合的不利作用，但同时考虑到过高含量的氧易于形成非金属夹杂物，对钢板的疲劳性能、韧性不利，因此，在本发明所述的覆铝板带中将钢基板的O的质量百分比限制在0.02-0.050％，优选地将其质量百分比限制在0.02-0.04％。并且，在一些优选的实施方式中，还可以进一步限定O、Al以及Si的质量百分比满足O/(0.9Al+1.2Si)≥3.0。

综上所述可以看出，本发明所述的覆铝板带严格控制钢基板中的各个化学元素成分，尤其是S、Si、Al及O、N的含量，保障了钢基板与铝层之间具有良好的界面结合特性，覆铝板带经高温钎焊后钢铝界面化合物层厚度≤5μm，甚至在一些优选的实施方式中，完全没有钢铝化合物形成，钢铝界面洁净。同时，本发明所述的覆铝板带将P的质量百分比在0.018-0.03％，从而降低了钢基板的生产难度。

进一步地，在本发明所述的覆铝板带中，钢基板中的化学元素还满足：2.5≤Ti/N≤5.0，O/(0.9Al+1.2Si)≥3.0的至少其中之一。

需要说明的是，上述公式的Ti、N、O、Al以及Si分别表示其各自的质量百分比，并且代入上述公式的数值为百分号前的数值，例如Ti的质量百分比为0.021％、N的质量百分比为0.0065％，则代入上述公式Ti/N＝0.021/0.0065＝3.23。

进一步地，在本发明所述的覆铝板带中，钢基板的各化学元素质量百分含量还满足下列各项的至少其中之一：

C：0.004-0.012％，P：0.018-0.024％，N：0.004-0.008％，O：0.02-0.04％。

进一步地，在本发明所述的覆铝板带中，在其他不可避免的杂质中：S≤0.005％。

进一步地，在本发明所述的覆铝板带中，钢基板的基体为等轴状铁素体，铁素体晶粒尺寸为10-50微米。

进一步地，在本发明所述的覆铝板带中，覆铝板带的钢铝界面化合物层厚度≤5μm。

进一步地，在本发明所述的覆铝板带中，覆铝板带的钢铝界面化合物层厚度为0μm。

进一步地，在本发明所述的覆铝板带中，铝层的厚度占覆铝板带总厚度的0.5-15％。

进一步地，在本发明所述的覆铝板带中，其厚度为0.3-4mm。

进一步地，在本发明所述的覆铝板带中，钢基板的屈服强度为200-280MPa，抗拉强度为280-380MPa，延伸率≥35％。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种上述的覆铝板带的制造方法，采用该制造方法所获得的覆铝板带具有良好的力学性能，同时，所得到的覆铝板带具有良好的钢铝界面结合强度性能。此外，通过该制造方法所得到的覆铝板带可以广泛应用于有散热、耐蚀及表面质量要求的器件上，例如散热片、锅具、箱体、管道及家电面板。

为了实现上述目的，本发明提出了一种上述的覆铝板带的制造方法，包括步骤：

(1)制得钢带和铝带；

(2)对钢带和铝带进行表面处理；

(3)将铝带覆于钢带表面进行室温轧制；

(4)退火；

(5)精整矫直。

需要说明的是，在上述步骤(2)中，表面处理可以采用例如酸洗、脱脂以及烘干，以去除钢带、铝带表面上的油污或锈蚀缺陷。而在一些优选的实施方式中，可以对钢带进行打磨，以提高钢带的覆铝面的粗糙度并露出新鲜的基体金属以提高机械结合强度，优选地，打磨方向为平行于轧制的方向。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，控制单道次轧制变形量为50-90％。

上述方案中，轧制变形的变形量过低，会使得钢铝界面的变形不充分，机械结合强度过低，易于分层；而轧制变形的变形量过大则由于钢铝的塑性差异导致界面间的剪切应力过大使得界面结合强度降低，甚至导致分层。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(4)中，退火温度为400-550℃。

上述方案中，退火方式可以采用罩式炉退火或连续式退火炉退火，在本案中，退火可以消除室温轧制过程产生的加工硬化，提高覆铝板带的塑性并降低强度，同时钢铝界面原子在退火过程中相互扩散，从轧制时的机械结合过渡到冶金结合，进一步提高界面结合强度。

与现有技术相比，本发明所述的覆铝板带及其制造方法具有如下的优点以及有益效果：

本发明所述的覆铝板带中的钢基板具有优良的综合力学性能，其屈服强度为200-280MPa，抗拉强度为280-380MPa，延伸率≥35％，塑性优良。

此外，本发明所述的覆铝板带严格控制钢基板中的各个化学元素成分，尤其是S、Si、Al及O、N的含量，保障了钢基板与铝层之间具有良好的界面结合特性，覆铝板带经高温钎焊后钢铝界面化合物层厚度≤5μm，甚至在一些优选的实施方式中，完全没有钢铝化合物形成，钢铝界面洁净。

另外，本发明所述的覆铝板带具有良好的耐蚀、散热性能及表面质量，可以用于散热器片、锅具、管道、耐蚀箱体的生产。

本发明所述的制造方法同样也具有上述优点以及有益效果。

附图说明

图1显示了实施例1的覆铝板带的层间结构。

图2显示了实施例9的覆铝板带的层间结构。

图3显示了实施例1的覆铝板带的微观组织。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例以及说明书附图对本发明所述的覆铝板带及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-15

实施例1-15的覆铝板带包括钢基板以及覆合在钢基板表面的铝层，其中，实施例1-8的覆铝板带采用0.2mm的铝带作为铝层单面覆合在钢基板上(覆合方式参见图1)，实施例9-15的覆铝板带采用0.2mm的铝带作为铝层双面覆合在钢基板上(覆合方式参见图3)，各实施例的钢基板的各化学元素的质量百分比如表1所示。

表1列出了实施例1-15中的覆铝板带的钢基板中各化学元素的质量百分比(wt％)。

表1.(wt％，余量为Fe以及除了S以外其他不可避免的杂质元素)

实施例1-15的覆铝板带的制造方法采用以下步骤制得：

(1)按照表1所列的钢基板成分制得钢带和将0.2mm的铝层作为铝带。

(2)对钢带和铝带进行表面处理。

(3)将铝带覆于钢带表面进行室温轧制：控制单道次轧制变形量为50-90％。

(4)退火：退火温度为400-550℃。

(5)精整矫直。

需要说明的是，在上述步骤(2)中，表面处理可以采用例如酸洗、脱脂以及烘干，以去除钢带、铝带表面上的油污或锈蚀缺陷。并且还可以对钢带进行打磨，以提高钢带的覆铝面的粗糙度并露出新鲜的基体金属以提高机械结合强度，优选地，打磨方向为平行于轧制的方向。

表2列出了实施例1-15的覆铝板带的制造方法中所涉及的具体工艺参数。

表2.

对实施例1-15的覆铝板带以及覆铝板带中的钢基板进行各项测试，测试结果列于表3。

表3.

结合表1至表3可以看出，本案各实施例的覆铝板带由于采用本案所述的化学成分以及制造方法，因而，其屈服强度为200-280MPa，抗拉强度为280-380MPa，延伸率≥35％，钢铝界面结合性能优良，并具有良好的冷弯性能((表3中冷弯性能合格是指弯折处不发生开裂))、冲压加工及抑制钢铝截面腐蚀性能，非常适合应用于有耐蚀、散热及表面质量要求的散热器部件、厨具、家电面板及有耐蚀要求的管道、箱体制作。

图1显示了实施例1的覆铝板带的层间结构。

如图1所示，铝层II单面覆合在钢基板I表面上。

图2显示了实施例9的覆铝板带的层间结构。

如图3所示，铝层II双面覆合在钢基板I表面上。

图3显示了实施例1的覆铝板带的微观组织。

如图3所示，在实施例1的覆铝板带中，钢基板I的基体为等轴状铁素体，铁素体晶粒尺寸为10-50微米。并且进一步参考图3可以看出，在钢基体I与铝层II之间的覆铝板带的钢铝界面化合物层厚度≤5μm。在该实施例中，由于覆铝板带经高温钎焊(采用620℃，保温10min)，从而形成钢基板的基体为等轴状铁素体组织。而从图3中可以看出，在靠近钢铝界面附近的晶粒由于经历了剧烈轧制变形而更加细小，与现有技术中钢和铝在界面处易于形成脆性的铁铝化合物Fe₂Al₅所不同的是，该实施例的覆铝板带经高温钎焊后钢铝界面处仍非常洁净，未见有任何化合物层形成。

本发明所述的制造方法同样也具有上述优点以及有益效果。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种覆铝板带，其包括钢基板以及覆合在钢基板表面的铝层；其特征在于，所述钢基板的化学元素质量百分配比为：

2.如权利要求1所述的覆铝板带，其特征在于，所述钢基板中的化学元素还满足：2.5≤Ti/N≤5.0，O/(0.9Al+1.2Si)≥3.0的至少其中之一。

3.如权利要求1所述的覆铝板带，其特征在于，所述钢基板的各化学元素质量百分含量还满足下列各项的至少其中之一：

4.如权利要求1所述的覆铝板带，其特征在于，在其他不可避免的杂质中：S≤0.005％。

5.如权利要求1所述的覆铝板带，其特征在于，所述钢基板的基体为等轴状铁素体，铁素体晶粒尺寸为10-50微米。

6.如权利要求1所述的覆铝板带，其特征在于，所述覆铝板带的钢铝界面化合物层厚度≤5μm。

7.如权利要求6所述的覆铝板带，其特征在于，所述覆铝板带的钢铝界面化合物层厚度为0μm。

8.如权利要求1所述的覆铝板带，其特征在于，所述铝层的厚度占覆铝板带总厚度的0.5-15％。

9.如权利要求1所述的覆铝板带，其特征在于，其厚度为0.3-4mm。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的覆铝板带，其特征在于，所述钢基板的屈服强度为200-280MPa，抗拉强度为280-380MPa，延伸率≥35％。

11.如权利要求1-10中任意一项所述的覆铝板带的制造方法，其特征在于，包括步骤：

(1)制得钢带和铝带；

(2)对钢带和铝带进行表面处理；

(3)将铝带覆于钢带表面进行室温轧制；

(4)退火；

(5)精整矫直。

12.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，控制单道次轧制变形量为50-90％。

13.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，退火温度为400-550℃。