CN1340633A - 建筑用a1合金材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了建筑用Al合金材料及其制造方法,该材料在260～280℃下烘烤涂层,耐力下降程度低,可锐角折弯加工。这是JIS规定的A3003热压延材料,300℃以下烘烤涂层后,其结构由纤维结构与面积比率在20%以下的再结晶颗粒结构组成,上述烘烤涂层前后的耐力下降程度低于10%,它的制造方法仅用压延结束时温度控制在290～340℃的热压延。

Description

建筑用Al合金材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及建筑用Al合金材料及其制造方法，更详细地，是涉及在260～280℃高温下进行烘烤涂层为前提的可实用的建筑用材料Al合金材料及其制造方法，此材料在烘烤涂层前后的耐力降低程度小，且能充分保持延伸性，故有优良的折弯加工性能。
背景技术
高层建筑的外墙材料及内装饰材料或幕墙材料等都使用轻质的Al合金材料。
此时，如图1所示，把Al合金板弯成90°角。近来，如图2所示，越来越多的加工是弯90°以上的锐角折弯加工法。在这样的折弯加工法中，弯曲部分2轮廓鲜明，追求匠心独具的表现。作为一个例子，如图3所示，把Al合金材料1割出一个刻痕3再折弯的方法。
又在上述的折弯加工之前，为提高构思的巧妙和耐腐蚀性能，对该Al合金材料用如氟树脂涂料、丙烯酸树脂涂料，聚氨酯涂料在一定的温度下进行烘烤涂层处理。
因此，以这样的形态实用的建筑用Al合金材料，可得到以下的性能。
首先，因为是建筑材料，施工后也必需保护适当的强度特性。具体地讲，如用作建筑物外墙材料时，施工后要求有95N/mm2以上的耐力。
又，要有适当的延伸特性，能使折弯加工圆滑地进行，而且弯曲部分线条分明。
对建筑用Al合金材料，一直重视其强度特性，JIS规定使用A3004-H24材质(ASTM B209规定的3004-H24)和A3004-H32材质(ASTM B209规定的3004-H32)等。
制造这些材料时，先把所定规格的Al合金材料熔化，制成锭料。接着，对该锭料在规定的温度和时间加热，实施均热处理，然后在规定的加工速率下进行热压延加工。
在此热压延加工过程中，锭料的铸造结构(凝固结构)沿着压延的方向伸展转化成纤维结构。
此后，进行冷压延来使晶体粒径减小及调整粒径大小，接着，退火处理以去除加工变形，再一次冷压延，此时为去除加工变形进行热处理，再供实际使用。
在上述一连串的制造过程中，在热压延加工、冷压延加工结束时，压延变形累积在压延材料中。而且，此后把压延材料加热到再结晶化温度以上的温度时，加工变形能量作为起始点，结构中的再结晶颗粒成长起来。通常，此再结晶的颗粒并非纤维状，而且有某种大小的颗粒状。
上述A3004-H24材质等的材料都是停止在冷压延上的材料，其再结晶颗粒的粒径很细，也有残留了纤维结构的，能进行轮廓鲜明的90°折弯加工。
当进行90°以上的锐角折弯，弯曲部分有裂缝时，可用焊接法来修补。
发明内容
本发明的目的是提供建筑用Al合金材料及其制造方法，该材料被用作建筑用材料，且以烘烤涂层为前提而被使用的，烘烤涂层后耐力的下降亦非常小，因为延伸特性恰当所以即使进行轮廓分明的折弯加工或锐角弯曲加工也不产生裂痕。
为了达到上述目的，本发明中提供了：
建筑用Al合金材料，其特征为：JIS规定的A3003(ASTM B 209规定的3003)热压延材料，具有在300℃以下烘烤涂层后的结构由纤维结构及面积比率为20％以下的再结晶颗粒结构组成，前述烘烤涂层前后耐力的下降率为10％以下。
又，本发明提供了建筑用Al合金材料的制造方法，其特征为对JIS规定的A3003(ASTM B209规定的3003)锭料进行均热处理。随后，在压延结束时的温度，即290～340℃仅进行热压延加工以供实际使用。
附图简述
图1为板材折弯90°的加工示意图；
图2为板材锐角折弯加工示意图；
图3为设有刻痕的90°折弯加工示意图；
图4为实施例9的板材结构显微镜照片；
图5为比较例8的板材结构显微镜照片；
图6为在与压延方向垂直的方向上进行折弯的示意图；
图7为在与压延方向平行的方向上进行折弯的示意图。
具体实施方式
本发明的Al合金材料是对强度特性优良的A3003材质仅进行下述条件的热压延加工后可供实用的材料。亦即，并非像以往的Al合金材料那样，热压延后，进一步继续经冷压延-中间退火-冷压延-热处理工序而制得的材料。
具体制造方法如下所述。
首先，将规定组成的A3003材料熔化，制成锭料。接着，对该锭料作均热处理后进行热压延加工。
均热处理以在500-630℃的温度下进行1～15个小时为宜。处理温度低于500℃时，例如以Al Mn为主体的金属间化合物的生成量减少，从铸造结构(凝固结构)生长出来的再结晶颗粒变大，因此容易发生材料弯曲加工性能的变差和外观不良。而处理温度高于630℃时，锭料发生变形或膨胀，经过以后工序(热压延)时会引起结构上的缺陷。适宜的处理温度为600～630℃。
处理时间不满一小时，不能使锭料整体均热化，给均匀的热压延加工带来困难。而超过15小时，均热效果已达饱和，完全是浪费热能增加成本。适宜的处理时间为2-6小时。
经这样均热化的锭料，立即进行热压延，把铸造结构转化为纤维结构，同时使细微的二次结构(亚晶粒)成长起来。
本发明的A3003材料，在上述加热压延结束时，可直接作为建筑材料供实际使用。因此，供实际使用时，该热压延的A3003材料的结构主体是经压延加工形成的纤维结构，其中定量地分散有细微的二次结构。
该3003材料因形成了上述的结构，故可发挥如下的效果。
例如，进行锐角折弯加工时，当结构中仅含有纤维结构时，弯曲部分会沿着纤维结构的颗粒边界发生裂痕。但本材料中共存有细微的二次结构，可抑制上述的裂痕发生。亦即使锐角弯曲加工成为可能。
该3003材料在300℃以下，更具体地说，在260～280℃的高温条件下进行烘烤涂层后，烘烤涂层前后的A3003材料的耐力下降不足10％。而且，烘烤涂层后，其耐力的绝对值仍可确保超过95N/mm2，满足了建筑物外墙材料的必要条件。延伸也超过27％，能进行良好的折弯加工。
上述特性，尤其是烘烤涂层前后的耐力下降不足10％的特性，是上述细微的二次结构与纤维结构共存所带来的效果。该二次结构当然在高温烘烤涂层时，成长为再结晶颗粒结构，其粒径变大，其析出量也增加。
但是，本发明的A303材料中，即使在高温烘烤涂层后，其再结晶颗粒结构的存量占全体结构的面积比率为20％以下，剩下的由纤维结构所控制，因此，烘烤涂层前后耐力的下降不足10％。
这样的特性，在上述的热压延加工过程中可通过控制压延结束时的材料温度在290-340℃来实现。
压延结束时的温度高于340℃时，延伸虽达35％，但其结构几乎全变成再结晶颗粒结构，因此在折弯加工时，弯曲部分发生表面粗糙凹凸不平的现象。
而压延结束时的温度低于290℃时，上述的二次结构生成量少，延伸少于27％，锐角折弯加工时会产生裂痕。
为了把压延结束时的温度控制在290-340℃，本发明中把压延开始时的温度设定在350-450℃。
该温度低于350℃时，不能确保压延结束时的温度在290℃以上，因为强度高延伸减少，折弯加工时会发生裂痕。
该温度高于450℃时，难以把压延结束时的温度控制在340℃以下，压延结束时的结构以粗大的再结晶颗粒结构为主，折弯加工时，弯曲部分的表面变得粗糙凹凸不平。而且，耐力也低于95N/mm2，延伸也不能确保在27％以上。
实施例1～16，比较例1～9
(1)Al合金材料
将以下组成的Al合金材料熔化，制成锭料(厚500mm)。
A3003材料：Si 0.58质量％，Fe 0.68质量％，Cu 0.18质量％，Mn 1.48质量％，Mg 0.02质量％，Zn 0.09质量％，其余为Al及不可避免的杂质。
A3004材料：Si 0.58质量％，Fe 0.68质量％，Cu 0.20质量％，Mn 1.48质量％，Mg 1.01质量％，Zn 0.23质量％，其余为Al及不可避免的杂质。
(2)板材的制造
采用具备以下条件的方法制造如表1所示板厚的板材。
本发明方法(A)：将锭料在600℃的均热炉内均热处理6小时后进行热压延加工，压延开始温度为550℃，结束时的温度控制在如表1所示的温度。就这样作为板材使用。
从往的方法(B)：将锭料在600℃的均热炉内均热处理6小时后进行热压延加工，压延开始时的温度为550℃，结束时的温度为310℃。随后，在80℃进行冷压延。接着，在360℃中间退火3小时，再在80℃进行冷压延后在230℃热处理3小时。此后，作为板材使用。
(3)特性测定
烘烤涂层前后耐力下降程度(％)：
测定烘烤涂层前各板材的耐力(Γ0)和伸长。
接着，用氟树脂涂料涂覆各板材，在表1所示温度下烘烤涂层，测定此时的耐力(Γ)及延伸。
计算100×(Γ0-Γ)/Γ0，作为烘烤涂层前后耐力下降的程度(％)。结果如表1所示。
再结晶颗粒结构的面积比率：
用バ—力—法观察结晶结构。
具体地讲，在各板材的表面进行研磨加工，对该加工面进行电解抛光处理，用HBF4溶液对抛光面进行蚀刻处理，用偏振光处理图像，把每一个再结晶颗粒结构的面积加起来。然后求得上述面积加和值在视野(5mm×5mm)内的比例(百分率)。其结果如表1所示。
实施例9和比较例8板材的结构显微镜照片(放大50倍)分别如图4和图5所示。
(4)折弯试验
对烘烤涂层后的各板材进行弯曲加工，目测弯曲部分无表面粗糙凹凸不平(涂层剥离)及裂痕。
关于表面粗糙凹凸不平，在如图6所示与压延方向4垂直的方向(板材的长度方向)和如图7所示与压延方向4平行的方向(板材的宽度方向)两种情况下观察，求得观察到表面粗糙凹凸不平时的弯曲角度。
关于裂痕，在如图7所示与压延方向平行的方向上(板材的宽度方向)分别折弯90°和180°，观察有无裂痕产生。
无裂痕时以○表示，产生细小的裂痕但不影响实用时以△表示，产生明显裂痕时以×表示。
         表      1
                       板材制造                      烘烤涂层                    弯曲试验
 合金的种类    制造方法的种类   压延结束时的温度(℃)   板厚(m)    特性(涂覆前)  涂覆温度(℃)    特性(涂覆后)  再结晶颗粒的面积比率(％)   耐力下降程度(％)       表面粗糙凹凸不平       裂痕
  耐力(N/mm2)   延伸(％)   耐力(N/mm2)   延伸(％) 与压延方向垂直的方向  与压延方向平等的方向 折弯90° 折弯180°
实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例7实施例8实施例9实施例10实施例11实施例12实施例13实施例14实施例15实施例16  A3003A3003A3003A3003A3003A3003A3003A3003A3003A3003A3003A3003A3003A3003A3003A3003     AAAAAAAAAAAAAAAA     290290290300310310310310310310310330330340340340   1.51.55.01.01.53.05.01.53.05.03.01.51.55.06.05.0   146146142137125124123125124123124114114105104105   26.226.226.526.528.528.628.828.528.628.828.630.430.431.031.231.0   180260260260200200200260260260300200260260260300   14614113813612512312212412212112011411210310299   27.127.627.427.228.929.129.129.029.529.830.030.631.432.032.332.7     0000000000000550     03.42.80.700.80.80.81.61.63.201.81.91.95.7     无无无无无无无无无无无无无无无无     180180180180180180180180180180180180180180180180 ○○○○○○○○○○○○○○○○ △△△△○○○○○○○○○○△○
比较例1比较例2比较例3比较例4比较例5比较例6比较例7比较例8比较例9  A3003A3003A3003A3003A3003A3003A3004A3004A3004     AAAABBBBB     250310330360310310310310310   3.03.03.03.03.03.03.03.03.0   170124106879595225225225   19.828.631.033.334.134.18.88.88.8   260340340260180260180260340   168857882949320116077   21.233.638.134.134.134.38.815.222.0     0556080100100100100100     1.231.526.45.71.12.110.728.965.8     无180180110140140110140140     180140140110140110110110110 ×○○○○○××○ ×○○○○○×××
从表1可明确以下几点。
(1)比较实施例9和比较例6可见，材料相同，压延结束时的温度相同，板厚相同，而比较例6的制造过程经过了热压延—冷压延—中间退火，尽管涂覆温度都是260℃，但涂覆后耐力比实施例9小，不足95N/mm2。而且在弯曲试验中，与实施例9相比，比较例6易产生涂层的剥离。这是由于比较例6的结构，在经过热压延后的一系列工序。尤其在烘烤涂层时形成再结晶颗粒结构的缘故。
由此可以明了，本发明仅用热压延的制造方法是有效的，这样就不让再结晶颗粒结构由于烘烤涂层而成长起来。
(2)图4表示实施例9烘烤涂层的结构是纤维结构与细微的二次结构(亚晶粒)混在一起。且烘烤涂层后的耐力和延伸显示出高达122N/mm2和29.5％，耐力下降程度低，仅1.6％。因而，得到了优异的弯曲试验结果。
另一方面，从图5所示的比较例8烘烤涂层后的结构中认不出纤维结构，成为粗大的再结晶颗粒结构。烘烤涂层后虽然耐力高达160N/mm2，但其延伸少，仅15.2％，且耐力下降的程度极高，达28.9％。其结果，弯曲试验时的涂层剥离和裂痕观察都极差。
由此可以明了，具有纤维结构和细微的二次结构共存的结构的本发明建筑用Al合金材料是有用的。
根据以上说明可以明了，压延结束时温度控制在290-340℃的A3003材料的热压延材料，烘烤涂层后也不生长出再结晶颗粒结构，维持了以纤维结构为主体的状态，耐力下降程度10％以内，确保了其耐力绝对值在95N/mm2上，而延伸也确保在27％以上。因此，本发明的Al合金材料，即使进行烘烤涂层，折弯加工性能仍优良，且耐力不降低，作为建筑材料有很大的工业价值。
上述说明中虽然烘烤涂层的温度为260-280℃，但本发明建筑用Al合金材料也适合于烘烤涂层温度在260℃以下或280～300℃。

Claims (4)

1.建筑用Al合金材料，其特征在于：
是JIS规定组成的A3003(ASTM B209规定的3003)的热压延材料；
300℃以下烘烤涂层后的结构由纤维结构和面积比率20％以下的再结晶颗粒结构组成；且
上述烘烤涂层前后的耐力下降程度在10％以下。
2.如权利要求1所述的建筑用Al合金材料，其中所述烘烤涂层后，耐力超过95N/mm2，且延伸超过27％。
3.如权利要求1或2所述的建筑用Al合金材料，其中所述烘烤涂层温度为260～280℃。
4.建筑用Al合金材料的制造方法，其特征在于：
对JIS规定的A3003(ASTM B209规定的A3003)锭料进行均热处理；接着仅进行压延结束时的温度为290～340℃的热压延加工就提供实际使用。
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