TWI601836B - 鋁片之製造方法 - Google Patents

Description

鋁片之製造方法

本發明是有關於一種金屬片之製造方法，且特別是有關於一種鋁片之製造方法。

AA3xxx系鋁合金(鋁-錳-鎂系)，例如AA3004、AA3104與AA3105，由於質量輕、強度高且成形性佳等優點，因此已被廣泛地使用在包裝類的產品外殼上。然而，這類鋁合金產品的主要問題在於當熱軋條件失當或所購買的熱軋捲品質不佳時，將導致最終成品經深沖後會發生嚴重凸耳以及容易破裂的現象。

針對這些問題，單軋廠(買熱軋捲來進行進一步之加工者)僅能要求供應商之來料品質。但在目前削價競爭的環境下，品質參差不齊的熱軋捲自然會充斥市場，故使得來料品質仍舊不穩定，且能作的改善十分有限。另一方面，一貫作業廠則多是從自行改善熱軋製程來著手，以滿足客戶的需求，問題看來似乎不大。但時間一久設備需汰舊換新，而須升級或購買先進設備時，必然會有一段陣痛期，因而會 產生大量品質不佳的試驗熱軋料。這些試驗熱軋料的去化已成為各大廠的夢魘。

根據相關研究資料可知，凸耳的生成與鋁片的集合組織息息相關，因集合組織會在鋁片深沖成形時導致沿圓周方向發生不同高低差，此即為凸耳。不同的集合組織會在不同方位產生凸耳，例如立方(cube)組織與軋延集合組織分別會造成相對於軋延方向0°/90°與45°/135°的凸耳。為了降低凸耳，傳統的方法係利用平衡材料中的立方組織與軋延集合組織的相對含量。然而，這樣的方法的癥結點在於鋁片強度的要求主要係藉由提高冷軋量來達成，但冷軋量的提高卻會促使鋁片中軋延集合組織的含量竄升，進而使得45°/135°的凸耳過高。另一方面，若降低冷軋量以換取耳率的要求，則有鋁片強度不足的問題。如此將使得生產的困難度大幅增加。綜上所述，若能使熱軋捲具有足夠的立方集合組織，便能於冷軋後使鋁片兼顧強度與耳率的要求，而此法僅限於一貫作業廠，並不適用無法完全控制熱軋來料品質的單軋廠。

目前有一些針對鋁片製作的專利文件提出。日本特開平10-310837號、特開平11-140576號以及特開平11-181558號提出的技術係將熱軋捲分別施予不同熱處理。在特開平10-310837號的技術中，熱處理的條件為於箱型(batch type)爐中以300℃~450℃退火30分鐘以上；或利用連續退火爐(CAL)以100℃/分的升溫速率加熱至360℃~560℃，其持溫時間為120秒以下。在特開平11-140576 號的技術中，熱處理的條件與特開平10-310837號的連續退火爐的條件相近，但溫度範圍變更為400℃~460℃，持溫時間沒變。在特開平11-181558號的技術中，熱處理的條件近似於上兩件，但溫度範圍變更為380℃~450℃，且持溫時間只有20秒以內。

其實，類似概念的專利很多，其目的均是以熱處理的方式促使熱軋所產生之立方的核生長，以平衡冷軋的需求。然，這樣的方法僅限於一貫作業廠於可控制來料內質的狀態下，一旦製程偏離，將導致立方組織含量不足，而產生耳率偏高的缺點。此外，此法於熱完軋後需立即上連續退火爐，作業難度較高而容易失誤，更遑論來料品質不一的單軋廠。

中華民國專利公告號第428035號之熱處理的升溫速率慢，且需持溫4小時以上，不符合目前要求快速、交期短的商業模式。而且，此專利案係以盤捲型態進行熱處理，因此鋁材內的組織均勻度較差。此外，此專利案在熱處理時有可能因為加熱爐內的熱點，而使得鋁材內的集合組織發生變異(例如二次再結晶)，反使得鋁材內之立方組織劇增，而使鋁材深沖發生0°/180°雙耳現象，造成厚度嚴重不均，無法使用。

因此，本發明之一目的就是在提供一種鋁片之製造方法，其藉由適當冷軋量搭配快閃式熱處理(flash annealing)，以促使鋁片中所有方位之晶核成長，藉此產生大量隨機集合組織。如此一來，可有效抑制凸耳的生成。

本發明之另一目的是在提供一種鋁片之製造方法，其採用快閃式熱處理，因此熱處理之升溫速率較快，且持溫時間較短，晶粒自然較細。故，本方法不需高軋量，鋁片強度即可滿足規範。

本發明之又一目的是在提供一種鋁片之製造方法，其可有效解決熱軋鋁捲變異的問題，因此不論一貫作業廠或單軋廠均可生產出符合客戶要求的產品。

本發明之再一目的是在提供一種鋁片之製造方法，對於一貫作業廠而言，本方法的應用可輔以高溫均質化處理，因此可進一步提高集合組織隨機化的程度，而可更有效地降低鋁片的耳率，並提升鋁片的表面品質。

根據本發明之上述目的，提出一種鋁片之製造方法。在此方法中，提供鋁胚，其中此鋁胚為AA3xxx系鋁合金。對鋁胚進行熱軋製程，以形成熱軋鋁板。對熱軋鋁板進行冷粗軋製程，以形成鋁片，其中此冷粗軋製程之冷軋量為40%至71%。對鋁片進行快閃式熱處理，其中此快閃式熱處理之升溫速率為40℃/s至60℃/s，快閃式熱處理之處理溫度為480℃至580℃，且快閃式熱處理之持溫時間小於或等於15秒。於快閃式熱處理後，對鋁片進行冷精軋製程。

依據本發明之一實施例，上述之鋁胚為AA3004鋁合金或AA3104鋁合金。

依據本發明之一實施例，於熱軋製程前，上述鋁片之製造方法更包含對鋁胚進行均質化處理。

依據本發明之一實施例，上述之均質化處理之處理溫度為600℃，且均質化處理之持溫時間小於或等於24小時。

依據本發明之一實施例，上述之均質化處理之持溫時間為18小時。

依據本發明之一實施例，上述之冷精軋製程之冷軋量為30%至50%。

100‧‧‧步驟

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

106‧‧‧步驟

108‧‧‧步驟

110‧‧‧步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋁片之製造方法的流程圖。

有鑑於傳統鋁片於熱軋後，無法有效降低鋁片之凸耳率，因此本發明在此提出一種鋁片之製造方法，其跳過熱軋，即跳過傳統於熱軋時利用增加立方集合組織來平衡軋延集合組織的方法，而直接由後段製程著手，藉由調整關鍵熱處理條件的方式，來控制適當集合組織，以將廢料量壓至極低，並細化晶粒來提高鋁片強度。因此，不論是熱軋鋁 捲的性質為何，利用本發明之方法所製作之鋁片最終均可符合客戶的需求。此外，本發明之方法對於一貫作業廠而言，更可搭配均質化處理，以調整鋁胚析出相種類並粗化其尺寸，藉此進一步穩固集合組織的發展，同時可提高鋁片之表面耐刮傷能力。

本發明之鋁片之製造方法可用以製作高強度、低廢料、且兼具外觀優美之容器類鋁合金薄片。請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋁片之製造方法的流程圖。在本實施方式中，製作鋁片時，可先進行步驟100，以提供鋁胚。在一些例子中，鋁胚為鋁-錳-鎂系鋁合金。在一些示範例子中，鋁胚為AA3xxx系鋁合金，例如AA3004鋁合金或AA3104鋁合金。

在一些特定例子中，例如對於一貫作業廠而言，可先選擇性地進行步驟102，以對鋁胚進行均質化處理，藉此提高鋁胚內之集合組織隨機化的程度。均質化處理可粗化鋁胚內之析出物，利用顆粒誘發再結晶(particle stimulated nucleation，PSN)來促進隨機化的效果。因此，透過均質化處理，可更有效降低鋁片之凸耳率，並提高鋁片之表面品質。然，在不實施均質化處理的情況下，所製得之鋁片仍可獲得符合客戶要求的結果。在一些示範例子中，對鋁胚進行均質化處理時之處理溫度可為約600℃，且持溫時間可為小於或等於24小時。舉例而言，可在約600℃的製程溫度下，對鋁胚進行持溫時間約18小時的均質化處理。

接下來，可進行步驟104，以對鋁胚進行熱軋製程，而形成熱軋鋁板。接著，可進行步驟106，以對熱軋鋁板進行冷粗軋製程，而將熱軋鋁板冷粗軋成鋁片。在一些例子中，冷粗軋製程的冷軋量可為約40%至約71%，藉以確保經後續熱處理後鋁片內之晶粒可以完全再結晶。

完成冷粗軋製程後，可進行步驟108，以對冷粗軋後之鋁片進行快閃式熱處理。此快閃式熱處理須滿足升溫快、且持溫短的要求。另外，快閃式熱處理可例如採攤捲方式來進行，因此鋁材內之組織更為均勻。在一些示範例子中，快閃式熱處理之處理溫度為約480℃至約580℃，且此快閃式熱處理之升溫速率為約40℃/s至約60℃/s，而持溫時間小於或等於約15秒。

在本實施方式中，利用適當冷軋量，並搭配快閃式熱處理，可促使鋁材中各方位之晶核同時具有足夠驅動力而成長，藉此可達到集合組織隨機化的效果，而可有效抑制凸耳的生成，進而可減少廢料量。這樣的做法如同將熱軋捲組織歸零一般，故可忽略熱軋捲之品質變異的問題。此外，快閃式熱處理之升溫速率較快，且持溫時間較短，因此鋁材內所生成之晶粒較細，而可獲得細晶組織。故，本實施方式不需高軋量，所生成之鋁片強度即可滿足規範。

完成鋁片之快閃式熱處理後，可進行步驟110，以對鋁片進行冷精軋製程，而大致完成鋁片的製作。在一些例子中，冷精軋製程之冷軋量可為約30%至約50%。 在一些示範例子中，利用本實施方式所製作之鋁片的凸耳率可為約1%至約3%，且抗拉強度小於約310MPa。

以下利用多個實施例與比較例來說明運用本發明實施例所製作之鋁片在突耳率上的改善。各實施例與比較例之相關製程參數、及鋁片成品厚度與凸耳率記錄於下表1中。

其中，「◎」代表優，「×」代表沒有進行或劣，而「-」代表無法進行或無法量測。

根據上表1可知，實施例1~3利用本發明所設計之冷軋量與快閃式熱處理所製作出之鋁片之耳率與抗拉強度均符合規範。實施例4為一貫作業廠可採方式，其除了利用本發明所設計之冷軋量與快閃式熱處理外，更額外實施高溫長時間的均質化處理，以粗化析出物。因此，實施例4所製作出之鋁片之凸耳可降到比實施例1~3還低，且表面品質更佳。

比較例1和2係大致與實施例相同的製造方式，但比較例1在熱處理時的升溫速率高於本發明之設計範圍，且超過工程能力，故不可行。另一方面，比較例2之升溫速率低於本發明之設計範圍，其特定具尺寸優勢的晶核的成長速度將比其它方位的晶核來得快。如此一來，鋁片內容 易形成具方向性的集合組織，導致鋁片的耳率劇增，且強度也因晶粒粗化而偏低。

比較例3係大致與實施例相同的製造方式，但比較例3在熱處理時的持溫時間較長，而有利於立方組織的發展，因而於最終冷軋後雖仍可以獲得良好的耳率，但因高溫長時間的關係，晶粒尺寸偏大，故強度不足。

比較例4和5係大致與實施例相同的製造方式，但比較例4之冷粗軋量偏低，因而導致再結晶驅動力不足，使得鋁片具有較多的殘留應變量，因此鋁片強度較高。然而，比較例4之鋁片中的軋延集合組織亦相對偏高，使得鋁片成品的45°/135°的凸耳過高，如此導致廢料量過多。另一方面，比較例5之冷軋量偏高，導致鋁材太薄以致於解捲後扭曲變形，而無法進行快閃式熱處理。

比較例6和7同樣係大致與實施例相同的製造方式，但比較例6之熱處理溫度偏低，導致鋁材不易再結晶，如此雖然鋁材之殘留應變量有利於強度的提高，但鋁材成品的45°/135°的凸耳也相對較高，如此導致廢料量較多。另一方面，比較例7之熱處理溫度高於本發明之設計範圍，而會發生過衝，導致鋁片發生局部熔解現象，毀損設備的風險也大幅提高，故無法進行快閃式熱處理。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之鋁片之製造方法藉由適當冷軋量搭配快閃式熱處理，以促使鋁片中所有方位之晶核成長，藉此產生大量隨機集合組織。因此，可有效抑制凸耳的生成。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之鋁片之製造方法採用快閃式熱處理，因此熱處理之升溫速率較快，且持溫時間較短，晶粒自然較細。故，本方法不需高軋量，鋁片強度即可滿足規範。

由上述之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為本發明之鋁片之製造方法可有效解決熱軋鋁捲變異的問題，因此不論一貫作業廠或單軋廠均可生產出符合客戶要求的產品。

由上述之實施方式可知，本發明之再一優點就是因為對於一貫作業廠而言，本發明之鋁片之製造方法的應用可輔以高溫均質化處理，因此可進一步提高集合組織隨機化的程度，而可更有效地降低鋁片的耳率，並提升鋁片的表面品質。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧步驟

102‧‧‧步驟

104‧‧‧步驟

106‧‧‧步驟

108‧‧‧步驟

110‧‧‧步驟

Claims (6)

1. 一種鋁片之製造方法，包含：提供一鋁胚，其中該鋁胚為AA3xxx系鋁合金；對該鋁胚進行一熱軋製程，以形成一熱軋鋁板；對該熱軋鋁板進行一冷粗軋製程，以形成一鋁片，其中該冷粗軋製程之冷軋量為40%至71%；對該鋁片進行一快閃式熱處理，其中該快閃式熱處理之一升溫速率為40℃/s至60℃/s，該快閃式熱處理之一處理溫度為480℃至580℃，且該快閃式熱處理之一持溫時間小於或等於15秒；以及於該快閃式熱處理後，對該鋁片進行一冷精軋製程。
2. 如申請專利範圍第1項之鋁片之製造方法，其中該鋁胚為AA3004鋁合金或AA3104鋁合金。
3. 如申請專利範圍第1項之鋁片之製造方法，於該熱軋製程前，更包含對該鋁胚進行一均質化處理。
4. 如申請專利範圍第3項之鋁片之製造方法，其中該均質化處理之一處理溫度為600℃，且該均質化處理之一持溫時間小於或等於24小時。
5. 如申請專利範圍第4項之鋁片之製造方法，其中該均質化處理之該持溫時間為18小時。
6. 如申請專利範圍第1項之鋁片之製造方法，其中該冷精軋製程之冷軋量為30%至50%。