CN113832419B - 无保护气氛的铝合金卷材完全退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无保护气氛的铝合金卷材完全退火方法，涉及铝合金制造技术领域，它在无保护气氛的条件下进行以下步骤：在铝卷端面安装测温热电偶，将铝卷装入退火炉，以≥300℃/h的速度将炉气升至T1℃，T1℃比设置的铝卷保温温度T℃高160～200℃；炉气保持在T1℃，将铝卷升温至T℃，T℃设置为290～325℃，达到T℃时开始对铝卷退火保温时间进行计时；打开吹洗风机，以≥300℃/h的速度将炉气降至T℃，到温后关闭风机，铝卷保持在T℃；炉气保持在T℃，铝卷退火保温时间由上述计时起，达到2～4h后出炉冷却。本发明解决了现有铝合金卷材要在退火过程中充入惰性气体，或退火前增加额外操作的问题。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金制造技术领域，尤其是一种完全退火态铝合金卷材的退火方法。
背景技术
完全退火态（即O态）铝合金板带材具有良好的塑性和加工成形性能，广泛应用于交通运输、电子电器等行业中需冲压加工的零部件。此外，在铝板带生产过程中为消除冷轧加工硬化、恢复塑性以有利于后续轧制过程顺利进行和性能控制，也需进行完全退火。
由于铝合金的完全退火温度较高，在完全退火过程中，尤其是含镁元素的铝合金卷材靠近端面的表面与高温氧气长时间接触会形成较厚的氧化膜，易在退火结束后形成边部氧化色差，越厚的铝卷边部氧化越严重，影响产品美观，严重时对材料使用性能造成不良影响。中国专利CN103757575B、CN108179367A公开了使用氮气保护的铝合金卷材退火方法，CN109468554B公开了使用氩气进行保护的铝合金卷材退火方法，这些方法均是通过向退火炉内持续充入惰性气体，将炉内氧气含量保持在极低水平的方式，减轻完全退火过程中铝合金的氧化。这种方式对减轻铝卷边部氧化的效果较好，但需消耗大量惰性气体，增加了生产成本。中国专利CN109518104B公开了控制轧制时铝材中凸度、退火前卷取张应力、在铝卷两边部打钢带等方式后进行完全退火的方法，通过减少层间缝隙，从而减轻铝与氧气的接触，这种方法轧制时控制难度较大，卷取应力过大以及钢带打捆易导致退火过程产生层间粘伤形成表面损伤。中国专利CN109468555A公开了一种消除冷轧铝卷边部白斑缺陷的方法，通过在退火炉前将铝卷两端面层与层之间的缝隙进行满焊焊接，通过焊缝将铝卷的层间缝隙与外界空气隔绝进行完全退火。该方法工作量大，操作繁琐，且将端面焊接后影响退火过程传热效率而导致能耗增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种无保护气氛的铝合金卷材完全退火方法，这种方法可以解决现有铝合金卷材的完全退火需要在退火过程中充入惰性气体，或者在退火前增加额外操作，存在成本大、操作繁琐的问题。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种无保护气氛的铝合金卷材完全退火方法，它在无保护气氛的条件下进行以下步骤：
（1）炉气升温、铝卷升温阶段：在铝卷端面安装测温热电偶，将铝卷装入退火炉，以≥300℃/h的速度将炉气温度升至T1℃， T1℃比步骤（2）中设置的铝卷保温温度T℃高160～200℃；
（2）炉气保温、铝卷升温阶段：炉气温度保持在T1℃，将铝卷升温至T℃， T℃设置为290～325℃，铝卷温度达到T℃时，即开始对铝卷退火保温时间进行计时；
（3）炉气降温、铝卷保温阶段：打开退火炉吹洗风机，以≥300℃/h的速度将炉气温度降至T℃，到温后关闭吹洗风机，此阶段的铝卷温度保持在T℃；
（4）炉气保温、铝卷保温阶段：炉气温度保持在T℃，铝卷退火保温时间由步骤（2）计时起，达到2～4h后，出炉冷却。
上述无保护气氛的铝合金卷材完全退火方法的技术方案中，更具体的技术方案还可以是：所述铝合金卷材为含Mg铝合金。
进一步的，采用上述完全退火方法制备得到铝合金板带材。
铝卷退火时氧化程度不仅取决于材料本性，还与退火温度和退火时间等因素有关。氧化速率取决于界面反应速率或反应物通过膜的扩散速率，他们都与温度呈指数级关系，退火温度升高会使铝材氧化的速率显著增大，高温氧化膜的厚度也随退火时间延长而增加。因此，通过合理控制升温炉气温度、到温后炉气降温速度、铝卷保温温度和时间，使铝合金卷材尤其是含镁元素的铝合金卷材在保证性能的前提下尽量减少在高温空气下停留时间，从而不需要惰性气体保护和其它保护性措施就可获得边部无氧化色差的完全退火态铝卷。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、在装炉前不需要对铝卷进行特殊保护性处理，在完全退火过程中不需要充入惰性气体，操作简便，生产成本低。
2、使用290～325℃退火保温温度和2～4小时保温时间，使铝卷既能实现完全再结晶达到完全退火状态，又避免长时间与过高温度空气接触导致铝卷过度氧化。
3、使用160～200℃温差加热并以≥300℃/h的速度提升炉气温度，可获得合理的铝卷升温速度，有利于铝卷边部热膨胀将层与层之间缝隙缩小减少热空气与炉卷内部表面接触，避免过高炉气温度导致铝卷边部氧化，也避免过低升温速度导致的铝卷在高温空气环境下长时间停留。
4、铝卷温度达到保温温度后使用退火炉吹洗风机以≥300℃/h的速度将炉气温度降与铝卷温度一致，可减少铝卷与高温空气接触时间发生氧化，也可防止铝卷温度继续升高。
5、在铝卷端面安装测温热电偶，可提高测量铝卷温度的准确率，从而精确测量和控制铝卷温度。
具体实施方式
本无保护气氛的铝合金卷材完全退火方法的退火炉吹洗风机向炉内的铝卷端面均匀送风，铝卷端面各部位受风均匀，测温热电偶可安装在铝卷端面靠近内圈位置，既不影响生产，又能准确测温。在下面结合实施例对本发明作进一步详述：
实施例1
本实施例的无保护气氛的铝合金卷材完全退火方法，在无保护气氛的条件下进行以下步骤：
（1）炉气升温、铝卷升温阶段：在下表的铝卷端面安装测温热电偶，然后将铝卷装入退火炉，在1.5小时内将炉气温度升至500℃；
（2）炉气保温、铝卷升温阶段：炉气温度保持在500℃，将铝卷升温至325℃，到温后开始计保温时间；
（3）炉气降温、铝卷保温阶段：打开退火炉吹洗风机，在0.5小时内将炉气温度降至325℃，炉气降至设定温度后关闭吹洗风机，此阶段的铝卷温度保持在325℃；
（4）炉气保温、铝卷保温阶段：炉气温度保持在325℃，铝卷退火保温时间由步骤（2）计时起，达到2小时后，出炉冷却。
该方法获得的成品力学性能和表面氧化情况如下：
从成品力学性能数据和表面质量情况可知，使用本退火方法生产的铝卷材力学性能达到完全退火态（O态）要求（GB/T 3880.2对3004-O力学性能要求为Rm 155～200MPa，Rp0.2≥60MPa，A≥14%），表面质量良好无边部退火氧化色差。
实施例2
本实施例的无保护气氛的铝合金卷材完全退火方法，在无保护气氛的条件下进行以下步骤：
（1）炉气升温、铝卷升温阶段：在下表中的铝卷端面安装测温热电偶，然后将卷材装入退火炉，在1.5小时内将炉气温度升至510℃；
（2）炉气保温、铝卷升温阶段：炉气温度保持在510℃，将铝卷升温至310℃，到温后开始计保温时间；
（3）炉气降温、铝卷保温阶段：打开退火炉吹洗风机，在0.5小时内将炉气温度降至310℃，炉气降至设定温度后关闭吹洗风机，此阶段的铝卷温度保持在310℃；
（4）炉气保温、铝卷保温阶段：炉气保持在310℃，铝卷保温时间由步骤（2）计时起，达到4小时后，出炉冷却。
该方法获得的成品力学性能和表面氧化情况如下：
从成品力学性能检测数据和表面质量情况可知，使用本退火方法生产的铝卷材力学性能达到完全退火态（O态）要求（GB/T 3880.2对5052-O力学性能要求为Rm 170～215MPa，Rp0.2≥65MPa，A≥16%），表面质量良好无边部退火氧化色差。
实施例3
本实施例的无保护气氛的铝合金卷材完全退火方法，在无保护气氛的条件下进行以下步骤：
（1）炉气升温、铝卷升温阶段：在下表的铝卷端面安装测温热电偶，然后将卷材装入退火炉，在1.5小时内将炉气温度升至450℃；
（2）炉气保温、铝卷升温阶段：炉气保持在450℃，将铝卷升温至290℃，到温后开始计保温时间。
（3）炉气降温、铝卷保温阶段：打开退火炉吹洗风机，在0.5小时内将炉气温度降至290℃，炉气降至设定温度后关闭吹洗风机，此阶段的铝卷温度保持在290℃；
（4）炉气保温、铝卷保温阶段：炉气保持在290℃，铝卷保温时间由步骤（2）计时起，达到3小时后，出炉冷却。
该方法获得的成品力学性能和表面氧化情况如下：
从成品力学性能检测数据和表面质量情况可知，使用本退火方法生产的铝卷材力学性能达到完全退火态（O态）要求（GB/T 3880.2对5083-O力学性能要求为Rm 275～350MPa，Rp0.2≥125MPa，A≥13%），表面质量良好无边部退火氧化色差。
对比例1
本对比例的铝合金卷材的完全退火方法，在无保护气氛的条件下实施以下步骤：
（1）将下表中卷材装入退火炉，在2小时内将炉气温度升至450℃；
（2）炉气保持在450℃，通过循环风机将铝卷升温；
（3）铝卷温度升至315℃时，将炉气温度在1.0～1.5小时内降至335℃。
（4）炉气保持在335℃，当铝卷温度达到325℃后保温2小时出炉冷却。
该方法获得的成品力学性能和表面氧化情况如下：
与本申请的退火方法相比，对比例在无保护气氛的条件下，炉气升温速率低，炉气升温温度与铝卷保温温度的温差小，使用循环风机对铝卷进行升温，炉气降温速率低，炉气保温后，铝卷升温后再进行保温出炉。从成品力学性能检测数据和表面质量情况可知，对比列退火方法生产的铝卷材力学性能达到完全退火态（O态）要求（GB/T 3880.2对5052-O力学性能要求为Rm 170～215MPa，Rp0.2≥65MPa，A≥16%），但表面出现了明显的边部氧化色差。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (2)
1.一种无保护气氛的铝合金卷材完全退火方法，其特征在于，在无保护气氛的条件下进行以下步骤：
（1）炉气升温、铝卷升温阶段：在含Mg铝卷端面安装测温热电偶，将铝卷装入退火炉，以≥300℃/h的速度将炉气温度升至T1℃， T1℃比步骤（2）中设置的铝卷保温温度T℃高160～200℃；
（2）炉气保温、铝卷升温阶段：炉气温度保持在T1℃，将铝卷升温至T℃， T℃设置为290～325℃，铝卷温度达到T℃时，即开始对铝卷退火保温时间进行计时；
（3）炉气降温、铝卷保温阶段：打开退火炉吹洗风机，以≥300℃/h的速度将炉气温度降至T℃，到温后关闭吹洗风机，此阶段的铝卷温度保持在T℃；
（4）炉气保温、铝卷保温阶段：炉气温度保持在T℃，铝卷退火保温时间由步骤（2）计时起，达到2～4h后，出炉冷却。
2.一种如权利要求1所述完全退火方法制备得到铝合金板带材。
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