CN1289701C - 高强度铝合金箔的生产 - Google Patents

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Abstract

一种由合金形成的铝合金箔产品，所述合金包含约1.2-1.7重量%Fe，约0.4-0.8重量%Si，和约0.07-0.20重量%Mn，，以及剩余量的铝和附带的杂质。该合金被连续地进行带浇铸，例如，在带式浇铸机上，以形成厚度小于约25mm的金属带，然后在约280-350℃下进行中间退火后，冷轧成中间退火的规格。中间退火的金属带被冷轧成最终规格和进一步退火形成高强度和优质的最终箔产品。

Description

高强度铝合金箔的生产
技术领域
本发明涉及高强度铝合金箔产品的生产。具体地说，本发明是涉及采用连续带铸法生产新型铝合金箔的方法。
发明背景
薄规格的箔通常是用所谓的DC或直接冷铸法对铝合金锭进行浇铸而生产的。合金锭通常需加热至高温，热轧成厚度为1-10mm的再轧规格，然后冷轧成厚度通常为0.2-0.4mm的“箔料”规格。金属带在冷轧过程中常常需进行中间退火。“箔料”可能需进行进一步的冷轧处理，以生产厚度约为5-150微米的成品箔。
在生产这种箔时，若开始时采用连续带铸法，由于在热轧之前无须进行均化，而且热还原生成再轧规格的量也大大地减少了，所以在成本方面是有优势的。在需要大量连续浇铸的地方，双带浇铸法是连续浇铸的优选方法。但是，连续带铸法在DC浇铸的固化期间需采用不同的冷却条件，而且在热轧之前没有高温均化步骤。因此，当连续带铸法用于通常由DC浇铸和均化法制造的合金时，这会导致生成不同的中间金属形式。在连续带铸法中，金属带在浇铸期间的冷却速度往往高于大块DC锭的冷却速度(在某些情况下，还要高得多)。因此，这种由连续带铸法加工的合金也会形成溶质元素过饱和度较高的箔料，因此具有不希望的硬化和软化特性，难于将箔料轧成成品规格的厚度，也难于控制所生产的成品规格的特性。
人们对于生产所谓的“超高强度箔”，即‘最终抗张强度(UTS)水平为130MPa或更高的一种箔具有特别浓厚的兴趣。这个强度比普通的AA1xxx合金箔的强度(60-90MPa)或更高强的AA8021型合金箔的强度(90-120MPa)高得多。在一种极高强度箔的生产方法中，AA8006型合金是在双辊浇铸机上浇铸的，辊铸材料在特定的加工处理之后进行加工。AA8006型合金具有少于0.4重量％硅，1.2-2.0重量％铁和0.3-1.0重量％锰，剩余量的铝和常见杂质的标称组成。当同样的AA8006型合金在带式铸机上浇铸时，所得合金带的显微结构和双辊浇铸带不同。例如，某些壳扭变会产生多种中间金属尺寸和浓度，这会对微观结构的控制产生负面的影响。因此，最后的退火不能产生所需的结构。这样，也就不可能采用带铸方法生产出超高强度的箔。
采用双辊浇铸生产高强度铝箔的方法在Furukawa Alum JapanesePatent JP1034548中已有描述。该方法采用了含0.8-2重量％Fe，0.1-1重量％Si，0.01-0.5重量％Cu，0.01-0.5重量％Mg和0.01-1重量％Mn的铝合金。也包括粒状精制级的Ti和B。该合金被双辊浇铸成0.5-3mm的厚度，然后滚轧成箔。也包括在200-450℃下的热处理
在Mitsubishi的Japanese Patene Publication H3-153835中描述了一种由Al-Fe-Si-Mn合金制成的精制材料。该合金被浇铸成30mm的厚度，然后热轧和冷轧并进行中间退火，但不进行最后退火。
Alcoa公司的U.S.P.5,380,379描述了采用双辊浇铸机由包含约1.35-1.6重量％铁，约0.3-0.6重量％锰，约0.1-0.4重量％铜，约0.5-0.1重量％钛，约0.01-0.02重量％硼，高达约0.2重量％硅，0.02重量％铬，0.005重量％锰和0.05重量％锌的铝合金生产铂的方法。对该合金进行浇铸，然后在冷轧之前于约460-550℃下进行热处理。
在Showa的JP 62250144中描述了另一种生产铝箔的方法。该方法中采用了含0.7-1.8重量％Fe，0.2-0.5重量％Si，和0.1-1.5重量％Mn的铝合金。该方法在冷轧步骤之前采用了直接冷铸，均化和热轧。
在Swiss Aluminum中，U.S.P.4,671,985描述了一种包含0-0.5重量％Si，0.8-1.5重量％Fe和0-0.5重量％Mn的铝箔。在带浇铸后，进行热轧，然后进行冷轧，没有中间退火。
WO 98 45492描述了一种由铝合金制成的铝箔，该铝合金中包含0.2-0.5重量％Si，0.4-0.8重量％Fe，0.1-0.3重量％Cu和0.05-0.3Mn。该合金被连续浇铸，冷轧，在250-450℃下进行中间退火，冷轧成成品规格并在约330℃下进行最后退火。
本发明的目的是采用连续带式浇铸法生产一种新型高强度铝箔，其特性相当于由直接冷铸或双辊浇铸法生产的高强度箔AA8006。
本发明的另一目的是采用能进行大产量高速生产的连续浇铸法生产高强度合金。
发明内容
根据本发明，用连续带式浇铸机生产高强度铝合金箔中所存在的问题已通过新的合金组成和新的加工方法得到解决。因此，使用的合金中包含1.2-1.7重量％Fe，0.4-0.8重量％Si和0.07-0.2重量％Mn，剩余量的铝和附带的杂质。然后，上述合金在连续带式浇铸机中被浇铸成厚度小于约25mm，优选约5-25mm的合金带，然后冷轧成中间退火的规格。上述中间退火在约280-350℃下进行。接着冷轧成成品规格并进行最后退火。
具体而言，本发明涉及一种采用连续带式浇铸机生产高强度铝箔的方法，该方法包括如下步骤：
(a)提供包含下列元素的合金：约1.2-1.7重量％铁，约0.4-0.8重量％硅，约0.07-0.20重量％锰和剩余量的铝和附带的杂质，
(b)在连续带式浇铸机上将合金浇铸成铸件厚度小于约25mm的浇铸带，
(c)将浇铸带冷轧成中间退火规格，
(d)在约280-350℃下对该带进行中间退火
(e)将中间退火的带冷轧成最终规格，和
(f)对最终规格的带进行最后退火。
本发明还涉及一种由上述方法形成的铝合金箔产品，所述最终规格的箔产品，在最后退火后，具有高于130MPa的最终抗张强度(UTS)，在最后退火温度从250提高至300℃期间，最终抗张强度(UTS)的损失少于25MPa。
在上述方法中，中间退火通常需连续进行约2-8小时，最后退火优选在约250-300℃下进行约1-6小时。连续带式浇铸优选在带浇铸机上进行，中间退火的规格通常约为0.5-3.0mm。
与传统的AA8006合金相比，上述合金中的Si含量有所提高，Mn含量有所下降。这就解决了AA8006所遇到的局部冷却不均的问题和通过仔细地选择中间退火温度范围就可以得到稳定的恢复结构。稳定的恢复结构的颗粒通常为1-7微米。
合金中的铁是一种增强元素，在浇铸期间会形成中间金属粒子(该粒子在滚轧期间通常会破裂成更小的粒子和在随后的热处理期间会形成分散胶体(通常为0.1微米或更小的细小粒子)，在最后的退火过程中，这些粒子能使次级粒子稳定。如果铁的含量少于1.2重量％，铁的作用就不足于生产出坚固的箔，而如果铁的含量超过1.7重量％，在浇铸过程中就有生成大的初级中间金属粒子的危险，这对轧制和箔产品的质量是不利的。
合金中的Si能改善浇铸阶段的可浇铸性和浇铸结构的均匀性。它也能加速退火阶段溶解的溶质元素的沉淀。如果Si的含量少于0.4重量％，就难于进行浇铸而且浇铸结构会变得不那么均匀。如果Si的含量高于0.8重量％，再结晶的温度就会下降，同时最后的退火温度范围就会变得太窄。
合金中的Mn是用于控制恢复过程和提高最后退火之后的箔的粒度。如果Mn的含量低于0.07重量％，该元素的作用就会不足，而且也不能得到稳定的恢复结构。如果Mn的含量超过0.20重量％，最后退火之后材料的延性就会变得太低。
虽然连续浇铸带也可能有高达25mm的类似浇铸的厚度并能在冷轧成要进行中间退火的中间规格之前，热轧成约1-5mm的规格，根据优选的工序，金属带需连续浇铸成不超过10mm的厚度，最优选是5-10mm。这种厚度的金属带在冷轧之前不需要任何的热轧。该金属带优选在冷轧期间轧成的0.5-0.8mm的厚度。
金属带优选在带式浇铸机上进行连续浇铸。带式浇铸是在移动的挠性带和冷却带之间进行的一种连续的带浇铸形式。虽然移动带会在金属带上施加一定的力，以确保充分的冷却，但，优选这个力在金属带固化时不足以挤压金属带，通常，带式浇铸机是将带浇铸成少于约25mm的厚度，优选大于约5mm的厚度。浇铸本发明合金时的冷却速度通常是约20-300℃/秒。
连续浇铸带在随后进行的冷轧步骤之前无须进行均化，因为这会对成品箔材料中可能获得的UTS产生影响，使UTS下降。
附图简述
图1是本发明合金的强度和伸长率与部分退火温度之间的关系图；
图2示出的是，采用不同中间退火温度和300℃的最后退火温度，由本发明合金生产的箔的透射电子显微图；
图3示出的是，采用300℃中间退火温度和300℃最后退火温度，由本发明的不同合金生产的箔的透射电子显微图；和
图4示出的是，采用300℃中间退火温度和不同最后退火温度，由本发明的合金生产的箔的透射电子显微图。
实施本发明的最佳模式
实施例1
在实验室带式浇铸机上进行了一系列试验。所用的合金示于下表1：
表1
 浇铸件号     化学组成(重量％)
    Fe     Si     Mn     注释
    1     1.54     0.47     -     Mn太低
    2     1.55     0.46     0.09     在发明范围内
    3     1.16     0.48     0.20     铁太低
    4     1.48     0.78     0.10     在发明范围内
    5     1.47     0.25     0.10     Si太低
6     0.91     0.45     0.09     铁太低
浇铸带的标称厚度为7.3mm，所有的铸件均无壳扭变。浇铸是在双带浇铸机上进行，其热流量为1.5-3.8MW/m2。这相当于通过浇铸带的平均冷却速度为150-420℃/秒。
所有类似浇铸带都采样、切割、抛光和在硫酸溶液中进行阳极化处理。结果表明，合金1、2、3、4和6在结构上是均匀的，但合金5显示出了不均匀的浇铸结构(在固化期间到处都形成不同的中间金属粒子)。因此这种合金没有进一步加工。
为了试验中间退火和合金组成对最后退火阶段不同材料部分退火特性的影响，特别观察了在250-300℃的温度范围内，该材料是否形成稳定的恢复结构，对所有的浇铸带(除铸件5外)进行了加工并进行了如下强度的试验：
浇铸件(7.3mm)
      ↓
冷轧至3mm
      ↓
在250-500℃下进行中间退火4小时
      ↓
冷轧乙至0.3mm
      ↓
在250-400℃下进行最后退火，并进行强度试验
浇铸件No.2的试验结果的典型实例示于图1。该图示出在4种不同温度下进行中间退火的合金的部分退火的特性曲线。可以看出，部分退火特性在很大程度上取决于使用的中间退火方法。当中间退火温度低于250℃或高于350℃时，材料没有形成任何稳定的恢复机构，即其强度特性在恢复温度范围内发生了迅速的变化。另一方面，当材料在300℃下进行中间退火时，在最后退火阶段会形成相当稳定的恢复结构，即250-300℃范围内的UTS值没有迅速发生变化。
各种合金在250℃和300℃下最后退火后的强度特性如下面的表2所示：
表2
  铸件号   中间退火温度(℃)   最后退火温度(℃)     UTS值(MPa)     伸长率％     UTS下降/MPa
    1     250     250300     179.9120.2     8.535.0     60
1     300     250300     144.1116.6     19.532.5     28
    1     350     250300     117.6115.6     30.733.2     2
    2     250     250300     204.3135.3     3.824.4     69
    2     300     250300     158.3144.2     14.520.2     14
    2     350     250300     139.2125.5     17.727.7     14
    3     250     250300     192.6156.4     4.014.9     36
    3     300     250300     170.8158.0     10.015.915.9     13
    3     350     250300     162.2139.1     12.919.2     23
    4     250     250300     189.2142.8     9.124.7     46
    4     300     250300     159.5148.5     16.323.4     11
4 350 250300 152.6145.9 18.123.2 17
    6     300     250300     152.4132.5     11.919.7     20
表2中示出的UTS下降是最后退火温度从250℃升至350℃时发生的强度的下降。这是该温度范围内最后退火期间强度稳定性的一个指标。优质高强度箔不仅要求成品具有高强度，而且要求在最后退火温度范围内具有良好的延性和良好的强度稳定性。
最后退火后的强度通常应高于130MPa，延性应高于13％的拉伸伸长和UTS下降在50℃范围内应少于25MPa.
表2的数据表明，铸件No.1(一种不含锰的合金)在任何加工条件下都不符合优质箔特性的标准，主要是因为其强度太低和该材料在最后退火阶段不具有稳定的恢复结构；当材料在约300℃下退火时，铸件No.2(发明范围内的Fe，Si和Mn)能制成优质的箔；当材料在300℃下进行中间退火时，铸件No.3(铁的含量稍低于最小值)差不多能达到标准；铸件No.4在300℃和250℃下进行中间退火能达到标准；铸件No.6(低铁)生产不出优质箔，主要是因为其延性低。
因此，表2中的实施例说明，采用本发明的合金组成和中间退火方法能生产出优质高强度的箔。

Claims (11)

1.一种采用连续带式浇铸机生产高强度铝箔的方法，该方法包括如下步骤：
(a)提供包含下列元素的合金：1.2-1.7重量％铁，0.4-0.8重量％硅，0.07-0.20重量％锰和剩余量的铝和附带的杂质。
(b)在连续带式浇铸机上将合金浇铸成铸件厚度小于25mm的浇铸带，
(c)将浇铸带冷轧成中间退火规格，
(d)在280-350℃下对该带进行中间退火。
(e)将中间退火的带冷轧成最终规格，和
(f)对最终规格的带进行最后退火。
2.权利要求1的方法，其中，连续浇铸带的浇铸厚度为5-10mm。
3.权利要求1或2的方法，其中连续浇铸带是在带式浇铸机上进行浇铸的。
4.权利要求1的方法，其中连续浇铸带的浇铸厚度为5-25mm和浇铸带在冷轧之前进行热轧。
5.权利要求1的方法，其中浇铸带被冷轧成0.5-3.0mm的厚度。
6.权利要求5的方法，其中，浇铸带被冷轧成0.5-0.8mm的厚度。
7.权利要求1的方法，其中，在280-350℃下进行的中间退火需进行2-8小时。
8.权利要求7的方法，其中，中间退火在300℃下完成。
9.权利要求1的方法，其中，最后退火是在250-300℃下进行。
10.权利要求9的方法，其中，在250-300℃下进行的最后退火需进行1-6小时。
11.一种由权利要求1的方法形成的铝合金箔产品，所述最终规格的箔产品，在最后退火后，具有高于130MPa的最终抗张强度(UTS)，在最后退火温度从250提高至300℃期间，最终抗张强度(UTS)的损失少于25MPa。
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