CN113444924B - 一种8000铝合金容器箔及其坯料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种8000铝合金容器箔，包括以下质量百分比的成分：Si：0.1％‑0.2％、Fe：1.2％‑1.5％、Cu：0.13％‑0.18％、Mn：0.5％‑0.7％、Mg：0.0001‑0.05％、Zn：0.001％‑0.1％、Ti：0.01％‑0.05％，单个杂质元素≤0.05％，杂质元素总和≤0.15％，余量的铝。杂质中Pb+Cd+Cr+Hg含量＜0.01％。本发明还公开了一种8000铝合金容器箔坯料的制备方法。采用本发明所述的8000铝合金容器箔及其坯料制备方法制备的铝合金容器箔坯料的抗拉强度不低于240MPa，延伸率在2％以上，能够满足对铝合金容器箔高强度和高延伸率的使用要求。

Description

一种8000铝合金容器箔及其坯料制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金容器箔技术领域，尤其是涉及一种8000铝合金容器箔及其坯料制备方法。

背景技术

铝箔产品的用途十分广泛，从医药、软包装到卡纸、烟包装，从酒标、制管到空调、电子，再到容器、家用，可以说随着经济的发展，铝箔已经逐渐渗透到了各行各业及我们的日常生产当中。铝及铝合金容器箔，是指厚度在0.01-0.20mm之间的铝箔，其主要用于冲压加工生产一次性食品包装容器，由于具有良好的遮光性、密封性以及可再生性，铝箔容器具有安全、卫生、环保等特点，广泛应用于如航空配餐铝箔餐盒、微波炉加热器皿、食品烧烤盘、铝箔碗、蛋糕托、炉头垫、食品打包盒的制作以及冷藏、冰冻和新鲜食品的保鲜包装等。随着容器箔广泛使用，对容器箔的冲压性能、使用性能、表面质量提出越来越高的要求。随着国内外的绿色环保意识日益增强，容器箔的用量逐年提升，预计在今后几内年，将以每年20％左右的速度增长，今后容器箔将会成为铝箔产品的又一重要品种。

目前国内生产容器箔产品，多以3003、8011等合金为主，3003合金容器箔，由于Mn元素含量过高，在进行均匀化退火时，晶粒容易长大，表面易出现粗晶条纹，影响客户的正常使用。8011合金容器箔，由于合金元素含量较低，性能偏软，不适合高速冲制，且冲制深度不足，其使用范围受到很大的限制。现有的铝合金容器箔均不能满足高强度的使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种8000铝合金容器箔，具有较高的强度，能够满足对铝合金容器箔高抗拉强度和较好延伸率的使用需求。本发明的另一个目的是提供一种8000铝合金容器箔坯料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种8000铝合金容器箔，包括以下质量百分比的成分：Si：0.1％-0.2％、Fe：1.2％-1.5％、Cu：0.13％-0.18％、Mn：0.5％-0.7％、Mg：0.0001-0.05％、Zn：0.001％-0.1％、Ti：0.01％-0.05％，单个杂质元素≤0.05％，杂质元素总和≤0.15％，余量的铝。

优选的，所述杂质中Pb+Cd+Cr+Hg含量＜0.01％。

上述8000铝合金容器箔坯料的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料，根据成分设计要求进行铝锭及废料的配比计算，所加废料不得超过成分设计中某一元素要求；

S2、熔炼，将备好的铝锭及废料放入熔炼炉中进行熔炼，待原料熔化完全后取样分析成分，根据成分检测结果进行补料计算及操作，熔炼期间对铝合金液进行精炼。

S3、铸轧，对经过过滤后的铝合金液经流槽注入铸轧机中进行连续铸轧得到7.0-8.0mm的铸轧板；

S4、热处理，对铸轧板进行均匀化退火；

S5、冷轧，将铸轧板进行冷轧，冷轧后成品厚度为0.21mm的冷轧板，得到容器箔坯料。

优选的，所述步骤S1中，原料中包含不高于70％的铝合金废料，其余铝为纯铝锭。

优选的，所述步骤S2中，熔炼时氢含量≤0.12ml/100gAl。

优选的，所述步骤S3中，铸轧时的耳子为石墨耳子，铸轧速度为640-680mm/min，铸轧区长度(53-58)+(1-3)mm，前箱温度夏季702±2℃，冬季708±2℃，液面高度29-31mm，冷却水温度≤40℃；获得的铸轧板的同板差≤0.03mm，纵向板差≤0.12mm，中凸度0-0.05mm。

优选的，所述步骤S4中，均匀化退火工艺炉气温度为580℃，铝卷温度为530℃，保温2h。

优选的，所述步骤S5中，冷轧压下道次为：7.5mm-5.0mm-3.0mm-2.0mm-1.2mm-0.7mm-0.45mm-0.3mm-0.21mm。

优选的，所述步骤S5中，轧制油的馏程为230-285℃，酸值为0.5-0.7mgKOH/g，醇值5-8％，粘度为2.5-3.0cst。

优选的，所述步骤S5中，支撑辊、中间辊粗糙度为0.6-0.7μm，成品辊粗糙度为0.45-0.55μm。

本发明所述的一种8000铝合金容器箔及其坯料制备方法的优点和积极效果是：

(1)在铝合金中对Fe、Mn、Cu、Si进行配比设计，提高铝合金的强度，从而从根本上提高容器箔坯料的强度。

(2)铸轧时选用石墨耳子，铸轧板与石墨耳子摩擦小，减小铸轧过程中对耳子的磨损，改善铸轧板边部裂边。

(3)严格控制铸轧过程中的工艺参数，减小铸轧板表面和内部裂纹缺陷。

(4)对铸轧板进行均匀化退火，合理的设计均匀化退火工艺，减小均匀化退火时出现的晶粒粗大现象。

(5)对冷轧的压下道次进行合理的设置，并控制轧制油的工艺参数和轧制辊的粗糙度，提高板形和表面质量。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

8000铝合金是在8006铝合金的基础上重新进行的合金成分设计，是针对本申请中的合金成分提出的一种新的铝合金牌号。

一种8000铝合金容器箔，包括以下质量百分比的成分：Si：0.1％-0.2％、Fe：1.2％-1.5％、Cu：0.13％-0.18％、Mn：0.5％-0.7％、Mg：0.0001-0.05％、Zn：0.001％-0.1％、Ti：0.01％-0.05％，单个杂质元素≤0.05％，杂质元素总和≤0.15％，余量的铝。

杂质中Pb+Cd+Cr+Hg含量＜0.01％。

Mn能阻止铝合金的再结晶过程，MnAl₆化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，同时MnAl₆能溶解Fe，形成(Fe、Mn)Al₆，减少Fe的有害影响。Mn元素的添加一方面可以提高铝合金强度，一方面可以提高延伸率。

Fe作为合金元素，可以提高铝合金强度。Fe主要以FeAl₃存在，与Mn元素形成(Fe、Mn)Al₆，与Si元素形成Fe₂SiAl₈等。

铝合金中的Cu是重要的合金元素，548℃时铜在铝中的最大溶解度为5.65％，温度降至302℃，铜的溶解度为0.45％，Cu有一定的固溶强化效果，此外Cu含量较高时时效析出的CuAl₂具有明显时效强化效应。在此设计中加入一定的Cu含量，达到固溶强化作用。

上述8000铝合金容器箔坯料的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料，根据成分设计要求进行铝锭及废料的配比计算，所加废料不得超过成分设计中某一元素要求。原料中包含不高于70％的铝合金废料，其余铝为纯铝锭。采用该铝合金的废料可以实现废料的重新利用，降低材料成本。

S2、熔炼，将备好的铝锭及废料放入熔炼炉中进行熔炼，待原料熔化完全后取样分析成分，根据成分检测结果进行补料计算及操作，熔炼期间对铝合金液进行精炼。熔炼时炉料要保持清洁，熔体质量良好，满足铝箔生产要求。氢含量≤0.12ml/100gAl。

S3、铸轧，在铸轧前将Al-Ti-B丝加入到铝液中，对铝合金进行细化变质处理，可以有效的细化铝合金的晶粒，使铸轧板晶粒组织更加细小、均匀。对经过过滤后的铝合金液经流槽注入铸轧机中进行连续铸轧得到7.0-8.0mm的铸轧板。铸轧时的耳子为石墨耳子。8000铝合金中Fe、Mn、Cu含量高，凝固温度范围较宽，强度偏高，在使用普通软耳子时，磨损严重，铸轧板的边部裂边和缺肉超标，边部裂边在8-10mm，在后续轧制生产中容易造成断带或切边不净。选择摩擦性相对小的石墨耳子，铸轧板边部裂边得到改善。

为了获得较高的抗拉强度，8000铝合金中Fe、Mn、Cu含量高，合金在铸轧时具有较宽的温度凝固范围，而这一合金特性铸轧生产很容易出现表面裂纹。裂纹形成机制：铸轧时存在三个区：即冷却区、铸造区、轧制区；这三个区导热系数不同的，冷却区的导热系数较高，铸造区由于与辊面接触，发生凝固并产生收缩，致使板面与辊面脱离，导热系数降低；轧制区由于中心金属已经发生凝固，板与辊紧密接触，导热系数大大增加。铸造区导热系数最低，结晶时释放大量的结晶潜热，使凝固层某些低熔点物质集中的地方重新发生熔化，轧制区在变形时，牵着铸造区的凝固壳一起向前；凝固壳受到液固共存区黏滞阻碍，产生一定的拉应力和剪切应力，出现裂纹。

在生产实践中，铸轧区长度的确定是极其重要的，它关系到产品质量的好坏、生产效率、设备和辊套的使用寿命。在一定铸轧区条件下，铸轧速度增加，铸造区延长轧制区缩短，这就破坏铸轧平衡，因此铸轧速度增加，铸轧区应增加。从轧机来考虑，铸轧区越大，铸轧力越大，轧制力矩越大，会使铸轧辊套龟裂加速，设备传动系统负荷增加。铸轧区过大过小都会影响铸轧质量或生产效率。不同合金，铸轧区不同，纯铝系铸轧区偏大，合金系铸轧区偏小。

在生产实践中，铸轧温度也是极其重要的参数。温度高，结晶时间长，铸轧速度慢，生产效率低，同时降低辊套使用寿命；温度低，熔体流动性差，不利于变质剂的溶解和扩散，易形成大晶粒和组织不均匀现象等缺陷，有时甚至在铸嘴内结晶凝固。合金视其结晶区间的差异不同，结晶区间大的合金，铸轧温度应适当提高。

铸轧速度的具体确定，要根据各方面的实际情况，综合考虑。在一定条件下，铸轧速度太快，可能会缩短铸轧区，加大液穴深度，产生裂纹、黏板、热带等缺陷；铸轧速度太慢，增大轧制力影响产量，破坏轧制平衡条件。一般来说，凡合金都有一定的结晶区间，存在液固两相区，合金越复杂，含量越高，两相共存区越大。结晶开始与结晶终了之间的温差大，铸轧速度快时，铸造区长度加大，轧制区长度减少，将破坏铸轧平衡。

液面高度的确定，要根据各方面实际情况，铸轧速度越快，液面高度应越高，否则就会出现孔洞、热带缺陷，一般来说，液面高度越高，越利于铸轧进行，但液面高度过高，对8000合金来说，表面易出现裂口。

冷却水水温的确定，也要根据各方面实际情况。冷却水水温越低，铸轧速度则能越快，提升生产效率，但水温过低，辊套内外温差增大，辊套使用寿命缩短，同时板面容易出现三角口缺陷。

综合以上考虑，经过生产实践，确立了8000合金的铸轧生产工艺参数。

铸轧生产工艺中铸轧速度设定为640-680mm/min，铸轧区长度(53-58)+(1-3)mm，前箱温度夏季(5月-9月)702±2℃，冬季(10月-次年4月)708±2℃，液面高度29-31mm，冷却水温度≤40℃；有效的降低铸轧板的表面和内部裂纹缺陷。获得的铸轧板的同板差≤0.03mm，纵向板差≤0.12mm，中凸度0-0.05mm。

S4、热处理，对铸轧板进行均匀化退火，均匀化退火工艺炉气温度为580℃，铝卷温度为530℃，保温2h。首先将退火炉加热到580℃，等退火炉内铝卷温度达到530℃后，保温2h。

由于8000铝合金中加入了较多的Mn元素，结晶速度快，铸锭的晶粒内部化学成分是不均匀的，先结晶的部分即树枝状晶体内合金浓度较低，而后结晶的部分即树枝状晶体之间的合金浓度却较高，造成晶内偏析。同时铸轧板还存在内应力，存在偏析和内应力的铸轧板在后续轧制时容易出现裂纹等缺陷。因此采用均匀化退火，以消除内应力和晶内偏析。由于Mn元素的分布不均，铝合金内部共晶点温度不同，均匀化退火时易出现晶粒粗大现象，开展小炉退火，并将均匀化退火温度设置为530℃，保温2h可有效的减小均匀化退火时出现的晶粒粗大现象。

由于连续铸轧时铝液变成铸轧板结晶速度很快，铸锭的晶粒内部化学成分是不均匀的，为了改善或消除成分不均匀性进行均匀化退火。均匀化退火主要工艺包括退火温度和退火时间，这两个参数的选择，直接影响到产品质量及产品性能。均匀化退火温度过低，无论退火时间长短，有时不能起到均匀化的作用，晶内偏析不能消除或完全消除，某些金属化合物不能析出或不能完全均匀析出，致使晶内显微组织不均。均匀化退火温度过高，有可能使析出质点再度固溶，造成晶粒粗大，后续性能不能满足客户要求。

S5、冷轧，将铸轧板进行冷轧，冷轧后成品厚度为0.21mm的冷轧板，得到容器箔坯料。8000铝合金由于较高的Fe、Mn、Cu含量，其在冷轧过程中加工硬化带来的强度较高，越到后期轧制越为困难，板型及表面质量控制难度增加。由于轧制加工困难，轧制力升高，速度快，使得生产过程中出现表面、板形缺陷的几率增加。将冷轧轧制的冷轧压下道次设置为：7.5mm-5.0mm-3.0mm-2.0mm-1.2mm-0.7mm-0.45mm-0.3mm-0.21mm；轧制油的馏程为230-285℃，酸值为0.5-0.7mgKOH/g，醇值5-8％，粘度为2.5-3.0cst；将支撑辊、中间辊粗糙度控制在0.6-0.7μm，成品辊粗糙度控制为0.45-0.55μm；能够有效的提高板形和表面质量。

确定冷轧工艺，应考虑加工后成品的尺寸规格、加工状态、表面质量、力学性能等方面的要求，应视实际情况如设备条件、工艺润滑等综合考虑设定。道次的设定，在合金塑性范围内，在保证良好质量情况下，应采取较大的道次加工率，以减少轧制道次，提升生产效率。但轧制加工率的大小要考虑设备条件，主要受轧制力的限制，还要考虑轧机性能、工艺润滑、冷却条件等。

冷轧的轧制油的设定，直接关系到轧制是否顺利，轧后表面质量情况。适宜的轧制油指标可以在轧制变形区需要形成连续、牢固、薄质的润滑油膜，它的作用能有效防止轧辊粘铝，又能实现光滑辊面对轧件表面微凸体的“压烫”作用，从而获得光亮的轧件表面。轧制油的粘度应保证油膜强度和油膜的减磨降压效果，油品粘度不是越低越好；同时，轧制油的粘度指数必须合适，因为高温形变区的油品粘度适当下降提高了传热效果，还能在形变区内形成更薄的油膜，保证轧辊对金属表面的“压烫”效果，又不影响到油品进入形变区前的容易程度。高品质的轧制油应该同时具备高闪点和低终馏点、窄馏程的特点。高闪点既是生产安全的要求，也是确保轧制油轻组分在轧制高温下不易损失。低终馏点和窄馏程有利于确保铝板带箔的退火清洁性更容易达到。不含芳香烃和很低的硫含量既是日益严格的环保法规的要求，也是确保产品更好的表面质量。

以下将结合实施例对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。

实施例1-6中铝合金的成本配比如下表所示。

采用本申请所述的坯料制备方法对上述实施例的铝合金分别制成0.21mm厚的容器箔坯料，并对其进行力学性能检测，每个实施例合金的抗拉强度和延伸率各测量三次，结果如下表所示。

力学性能	抗拉强度MPa	延伸率％
			实施例一	240、240、241	4.0、4.0、4.5
实施例二	255、254、255	5.0、8.0、7.0
			实施例三	250、250、250	7.5、8.5、7.5
实施例四	268、268、267	5.0、4.0、4.0
			实施例五	240、241、241	4.0、4.0、3.5
实施例六	242、245、244	4.5、4.5、5

采用本发明所述的8000铝合金容器箔及其坯料制备方法制备的铝合金容器箔坯料的抗拉强度不低于240MPa，延伸率在2％以上，能够满足对铝合金容器箔高强度和高延伸率的使用要求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种8000铝合金容器箔，其特征在于，包括以下质量百分比的成分：Si：0.1%-0.2%、Fe：1.2%-1.5%、Cu：0.13%-0.18%、Mn：0.5%-0.7%、Mg：0.0001-0.05%、Zn：0.001%-0.1%、Ti：0.01%-0.05%，单个杂质元素≤0.05%，杂质元素总和≤0.15%，余量的铝；

8000铝合金容器箔坯料的制备方法，包括以下步骤：

S1、配料，根据成分设计要求进行铝锭及废料的配比计算，所加废料不得超过成分设计中某一元素要求；

S2、熔炼，将备好的铝锭及废料放入熔炼炉中进行熔炼，待原料熔化完全后取样分析成分，根据成分检测结果进行补料计算及操作，熔炼期间对铝合金液进行精炼；

S3、铸轧，对经过过滤后的铝合金液经流槽注入铸轧机中进行连续铸轧得到7.0-8.0mm的铸轧板；

S4、热处理，对铸轧板进行均匀化退火；

S5、冷轧，将铸轧板进行冷轧，冷轧后成品厚度为0.21mm的冷轧板，得到容器箔坯料；

所述步骤S4中，均匀化退火工艺炉气温度为580℃，铝卷温度为530℃，保温2h；

所述步骤S5中，冷轧压下道次为：7.5mm-5.0mm-3.0mm-2.0mm-1.2mm-0.7mm-0.45mm-0.3mm-0.21mm；

所述步骤S5中，轧制油的馏程为230-285℃，酸值为0.5-0.7mgKOH/g，醇值5-8%，粘度为2.5-3.0cst；

所述步骤S5中，支撑辊、中间辊粗糙度为0.6-0.7μm，成品辊粗糙度为0.45-0.55μm。

2.根据权利要求1所述的一种8000铝合金容器箔，其特征在于：所述杂质中Pb+Cd+ Cr+Hg含量＜0.01%。

3.根据权利要求1所述的一种8000铝合金容器箔，其特征在于：所述步骤S1中，原料中包含不高于70%的铝合金废料，其余铝为纯铝锭。

4.根据权利要求1所述的一种8000铝合金容器箔，其特征在于：所述步骤S2中，熔炼时氢含量≤0.12ml/100gAl。

5.根据权利要求1所述的一种8000铝合金容器箔，其特征在于：所述步骤S3中，铸轧时的耳子为石墨耳子，铸轧速度为640-680mm/min，铸轧区长度（53-58）+（1-3）mm，前箱温度夏季702±2℃，冬季708±2℃，液面高度29-31mm，冷却水温度≤40℃；获得的铸轧板的同板差≤0.03mm，纵向板差≤0.12mm，中凸度0-0.05mm。