TWI683016B - 鋁合金片之製造方法 - Google Patents

Abstract

一種鋁合金片之製造方法。在此方法中，製備鋁胚。鋁胚包含小於或等於約0.25wt%的矽、約0.20wt%至約0.60wt%的鐵、小於或等於約0.20wt%的銅、約0.002wt%至約0.05wt%的錳、約0.01wt%至約0.05wt%的鈦、小於或等於約0.15wt%無法避免的雜質、以及平衡量的鋁。對鋁胚進行均質化步驟。對鋁胚進行熱軋延步驟，而獲得熱軋鋁板，其中進行熱軋延步驟包含將完軋溫度控制在約280℃至約330℃。對熱軋鋁板進行冷粗軋延步驟，而獲得冷粗軋鋁板。對冷粗軋鋁板進行中間退火熱處理步驟。對冷粗軋鋁板進行冷精軋延步驟，而獲得鋁合金片。

Description

鋁合金片之製造方法

本發明是有關於一種金屬合金片的製造方法，且特別是有關於一種鋁合金片之製造方法。

由於鋁合金具有質輕、高比強度、導電度佳、易回收、抗腐蝕性佳、以及成型性良好等優點，目前已廣泛地應用在電腦、通訊、電子鍋具、化妝品盒、消費型電子產品、以及建築帷幕牆等外觀殼件上。應用在3C與建築之外觀件的鋁合金的表面通常需經過陽極處理，以提升其表面質感與功能性，例如耐磨耗與耐蝕等性質。然而，1000系鋁合金經陽極處理後，鋁合金之表面常會有明暗條紋出現，導致鋁合金之外觀不佳，不僅影響客戶購買產品的意願，也造成應用上的限制。

針對鋁合金片材之表面經陽極處理後所產生之明暗條紋缺陷，目前已知的解決方法主要係提高鋁胚的冷卻速率、以及添加鐵與矽等元素，再配合均質化處理，藉以促使較多之尺寸細緻的晶出物生成且均勻地分布在鋁基材中。如此，除了可避免粗大的晶出物產生與聚集之外，更可 利用較多的晶出量來促使澆鑄所得之鋁胚具有較細的晶粒，而達成晶粒細化，藉此來改善鋁合金片材之表面的明暗條紋缺陷。

然而，這些技術大都只針對晶出相或熔鑄、以及均質化等前段製程上的改善，但發明人認為造成鋁合金之陽極表面的明暗條紋缺陷的成因複雜，並不只限於晶出相與晶粒尺寸等因素。此外，1000系鋁合金所添加之元素較5000系與6000系等鋁合金少，其純度較高，因此不容易利用粒子激發形核(particle stimulated nucleation，PSN)型再結晶來細化晶粒與產生均勻之晶粒方位。進一步來說，1000系鋁合金因再結晶方位擇優取向的問題，容易產生立方型(cube)方位之晶粒聚集的現象，如此鋁合金之表面容易在陽極處理後產生明暗條紋缺陷。因此，習知技術無法徹底改善鋁合金片材之陽極處理表面的明暗條紋缺陷。

因此，本發明之一目的就是在提供一種鋁合金片之製造方法，其熱軋延步驟採低溫完軋，以提高熱軋鋁板之軋延組織(rolling texture，即β-fiber)的比例，而可避免立方型方位晶粒比例過高。後續於冷粗軋延步驟與冷精軋延步驟之間，對鋁板進行中間退火熱處理，以得到細緻且分布均勻之晶粒組織，藉此可獲得表面晶粒細化、以及晶粒均勻分布且無方向性排列之鋁合金片。

根據本發明之上述目的，提出一種鋁合金片之製造方法。在此方法中，製備鋁胚。鋁胚包含小於或等於約0.25wt%的矽、約0.20wt%至約0.60wt%的鐵、小於或等於約0.20wt%的銅、約0.002wt%至約0.05wt%的錳、約0.01wt%至約0.05wt%的鈦、小於或等於約0.15wt%無法避免的雜質、以及平衡量的鋁。對鋁胚進行均質化步驟。對鋁胚進行熱軋延步驟，而獲得熱軋鋁板，其中進行熱軋延步驟包含將完軋溫度控制在約280℃至約330℃。對熱軋鋁板進行冷粗軋延步驟，而獲得冷粗軋鋁板。對冷粗軋鋁板進行中間退火熱處理步驟。對冷粗軋鋁板進行冷精軋延步驟，而獲得鋁合金片。

依據本發明之一實施例，上述之鋁胚中，鐵的含量為約0.25wt%至約0.50wt%，鈦的含量為小於或等於約0.04wt%，且無法避免的雜質包含鎂、鉻、與鋅。

依據本發明之一實施例，上述對鋁胚進行均質化步驟包含將均質化溫度控制在約440℃至約550℃，以及將均質化時間控制在約4小時至約10小時。

依據本發明之一實施例，上述對鋁胚進行熱軋延步驟包含對鋁胚進行預熱處理，且進行預熱處理包含將預熱溫度控制在大於或等於約450℃。

依據本發明之一實施例，上述對鋁胚進行熱軋延步驟包含將完軋溫度控制在小於或等於約310℃。

依據本發明之一實施例，上述對熱軋鋁板進行冷粗軋延步驟包含將厚度裁減量控制在約20%至約40%。

依據本發明之一實施例，上述對冷粗軋鋁板進行中間退火熱處理步驟包含將熱處理溫度控制在約270℃至約340℃，以及將熱處理時間控制在約2小時至約5小時。

依據本發明之一實施例，上述對冷粗軋鋁板進行冷精軋延步驟包含將厚度裁減量控制在約40%至約60%。

依據本發明之一實施例，上述製備鋁胚包含進行備料步驟，以提供鋁胚之原料，並將鋁胚之該原料熔融；以及進行澆鑄步驟，以將熔融之原料澆鑄成鋁胚。

依據本發明之一實施例，上述對鋁胚進行熱軋延步驟包含對鋁胚進行四道熱軋延處理，對鋁胚進行四道熱軋延處理包含使四道熱軋延處理中之後二道熱軋延處理之厚度裁減量大於四道熱軋延處理中之前二道熱軋延處理之厚度裁減量。

100‧‧‧備料步驟

110‧‧‧澆鑄步驟

120‧‧‧均質化步驟

130‧‧‧熱軋延步驟

140‧‧‧冷粗軋延步驟

150‧‧‧中間退火熱處理步驟

160‧‧‧冷精軋延步驟

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合金片之製作流程圖。

有鑑於習知鋁合金製作技術無法完全改善各鋁合金系之陽極處理表面的明暗條紋缺陷，因此本發明在此提 出一種鋁合金片之製造方法，其熱軋延步驟採低溫完軋，且於冷粗軋延步驟與冷精軋延步驟之間進行中間退火熱處理，藉此可獲得表面晶粒細化、以及晶粒均勻分布且無方向性排列之鋁合金片。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋁合金片之製作流程圖。本實施方式所製作之鋁合金片可為1000系之鋁合金片。此鋁合金片可應用在3C與建築帷幕牆等外觀件上，其中應用在外觀件時，鋁合金片通常需經過陽極處理。

製作鋁合金片時，可先製備鋁胚。在一些例子中，以鋁胚為100wt%來計，鋁胚可包含小於或等於約0.25wt%的矽、約0.20wt%至約0.60wt%的鐵、小於或等於約0.20wt%的銅、約0.002wt%至約0.05wt%的錳、約0.01wt%至約0.05wt%的鈦、小於或等於約0.15wt%無法避免的雜質、以及平衡量的鋁。舉例而言，鋁胚中之無法避免的雜質可為鎂、鉻、與鋅等。在一些示範例子中，鋁胚中之鐵的含量為約0.25wt%至約0.50wt%，鈦的含量為小於或等於約0.04wt%。如圖1所示，在一些示範例子中，製備鋁胚時可先進行備料步驟100，以提供上述鋁胚之原料，並將鋁胚的原料予以熔融。接著，可進行澆鑄步驟110，以將熔融之鋁胚原料澆鑄成鋁胚。

完成鋁胚的製備後，可對鋁胚進行均質化步驟120，以將澆鑄步驟110時所產生之細小晶出物回熔至鋁母材中，並可在降溫過程中獲得均勻的細小析出物，藉此可使 晶粒細緻化，而可避免鋁合金材之表面出現明暗條紋。在一些例子中，對鋁胚進行均質化步驟120時，可將均質化溫度控制在約在440℃至約550℃，且將均質化時間控制在約4小時至約10小時。

完成鋁胚的均質化步驟120後，可對鋁胚進行熱軋延步驟130，而獲得熱軋鋁板。對鋁胚進行熱軋延步驟130時，可對鋁胚先進行預熱處理，以將鋁胚的溫度提高到適合熱軋延的溫度。舉例而言，對鋁胚進行預熱處理時可將預熱溫度控制在大於或等於約450℃。在一些例子中，對鋁胚進行熱軋延步驟130時，可將完軋溫度控制在約280℃至約330℃。在一些示範例子中，對鋁胚進行此熱軋延步驟130時，可將完軋溫度控制在小於或等於約310℃。藉由將熱軋延步驟130之完軋溫度控制在較低溫，可使鋁胚於熱軋延步驟130中所產生之差排密度可持續累積，使之具有的應變能於完軋時的較低溫狀態釋放，藉此可提高所獲得之熱軋鋁板的軋延組織比例，而可避免立方型方位晶粒比例過高，例如避免立方型方位晶粒的比例大於50%。

對鋁胚所進行之熱軋延步驟130可包含多道熱軋延處理。在一些示範例子中，對鋁胚所進行之熱軋延步驟130可包含四道熱軋延處理。在對鋁胚進行這四道熱軋延處理時，可對這四道熱軋延處理的厚度裁減量進行控制。舉例而言，可使這四道熱軋延處理中之後二道熱軋延處理的厚度裁減量均大於這四道熱軋延處理中之前二道熱軋延處理的厚度裁減量。藉此可使熱軋鋁板在熱軋延步驟130所產生之 差排密度持續獲得累積，其具有之應變能不致在熱軋延過程中產生動態回復使差排密度降低而消耗掉，係可累積到最後盤捲時供再結晶所需，進而可避免熱軋晶粒粗大，使所得鋁合金片之成品的晶粒細緻而均勻，因此可有效避免鋁合金片於陽極處理後產生明暗條紋。

完成熱軋鋁板後，可對熱軋鋁板進行冷粗軋延步驟140，而獲得冷粗軋鋁板。在一些例子中，對熱軋鋁板進行冷粗軋延步驟140時，可將鋁板之冷粗軋延時的厚度裁減量控制在約20%至約40%。

接著，對完成冷粗軋延步驟140之冷粗軋鋁板進行中間退火熱處理步驟150。在一些例子中，對冷粗軋鋁板所進行之中間退火熱處理步驟150時，可將熱處理溫度控制在約270℃至約340℃，且將熱處理時間控制在約2小時至約5小時。中間退火熱處理步驟150可使鋁板於熱軋延步驟130時所累積在其軋延組織內的應變能產生足夠之再結晶的驅動力，而可避免鋁合金片於成品階段時具有狹長粗大的軋延晶粒組織，藉此可避免鋁合金片之表面於陽極處理後產生明暗條紋。

完成冷粗軋鋁板之中間退火熱處理步驟150後，可對冷粗軋鋁板進行冷精軋延步驟160，而獲得鋁合金片。至此，大致完成鋁合金片的製作。在一些例子中，對冷粗軋鋁板進行冷精軋延步驟160時，可將鋁板之冷精軋延時的厚度裁減量控制在約40%至約60%。

於本發明之一些實施方式中，在鋁胚之熱軋延步驟130採用低溫熱完軋設計，並於冷粗軋延步驟140與冷精軋延步驟160之間進行中間退火熱處理步驟150。藉此，可使鋁合金片之退火集合強度與變形集合組織強度的比值介於約0.13至約1.0。因此，本發明實施方式可製作出表面晶粒細化、均勻分散、且無方向性排列的鋁合金片，而可防止鋁合金片之表面經陽極處理後產生明暗條紋。

以下利用多個比較例與實施例，來更具體說明利用本發明實施方式的技術內容與功效。請參見下表1與表2，其中表1係列示各試片之合金成分，表2係列示各試片之製程參數與陽極處理後之結果。

第1號試片的成分如上表1所列。第1號試片是先對1000系鋁合金製成的鋁胚進行500℃的均質化步驟，之後將溫度冷卻至室溫。接著，將均質化之鋁胚刨皮與刨邊後，對鋁胚進行熱軋延步驟，而獲得熱軋鋁板。熱軋延步驟中的最後四道的裁減率分別為30%、30%、40%、與60%，且熱完軋溫度為290℃。再對熱軋鋁板進行冷粗軋延步驟，而後對所獲得之冷粗軋鋁板進行300℃之中間退火熱處理步驟。然後，對冷粗軋鋁板進行冷軋延量為42%的冷精軋延步驟，以將冷粗軋鋁板冷精軋至成品厚度，而製得第1號試片之高表面品質的1000系鋁合金片。再對第1號之鋁合金片進行陽極處理製程，其評價結果列於上表2中。

上表2所列示之明暗條紋評價方式係先對所製得之鋁合金片材之表面進行陽極處理後，再以目測方式來判斷鋁合金片之表面上是否有沿其軋延方向的明暗條紋出 現。在表2，符號「O」代表鋁合金片之表面無明暗條紋；符號「△」代表鋁合金片之表面的明暗條紋程度中等；而「X」代表鋁合金片之表面的明暗條紋明顯，表面品質差。

根據上表1與表2，第2號試片的成分和大部分的製程均與第1號試片相同，但第2號試片不經均質化步驟。觀察第2號試片之表面，發現第2號試片之表面有中等程度的明暗條紋。這樣的結果可能是因為均質化過程可將鋁胚澆鑄時所產生之不穩定細小晶出物回熔至母材中，鋁胚更可在降溫過程中獲得均勻且細小的析出物，因此均質化處理可促進鋁合金材之晶粒細緻化，而可避免鋁合金材之表面出現明暗條紋。

第3號試片之成分和大部分之製程均與第1號試片相同，但第3號試片不經中間退火熱處理步驟。由於第3號試片沒有經中間退火熱處理，如此將導致試片於熱軋延時所累積在軋延組織內的應變能產生再結晶的驅動力不足，使鋁合金片於成品階段仍為狹長粗大的軋延晶粒組織，因而於陽極處理後，第3號試片表面有明暗條紋產生。

第4號試片之成分和大部分的製程均與第1號試片相同，但第4號試片在製作上採高熱完軋溫度且不經中間退火熱處理步驟。第4號試片之製程係於熱軋延完軋時提供較高之完軋溫度，來促使鋁材產生完全再結晶，藉此避掉後續之中間退火熱處理製程。雖然這樣的製程方法應用於5000系或6000系鋁合金時可達到晶粒大小與方位均勻的效果。但，由於1000系鋁合金所添加的元素較少，純度較 高，因而不容易利用成核型再結晶來細化晶粒與產生均勻的晶粒方位，而且就算在熱軋延後鋁合金材中可得到再結晶組織，卻容易產生立方型方位之晶粒聚集現象，而使得鋁合金片之表面於陽極處理後產生明暗條紋缺陷，如上表2所列之評價結果。故，第4號試片所採之製程方法並不適用於1000系鋁合金上。

利用X光方位分布函數(ODF)量測鋁合金材的集合組織強度，第4號試片之熱軋延與成品鋁合金材的cube/β-fiber方位強度比值分別為3.63與3.58。而採用本發明之實施例的第1號試片之熱軋延與成品鋁合金材的cube/β-fiber方位強度比值分別為0.65與0.58，均明顯低於第4號比較例的試片。如此可表示，本發明實施例之第1號的製程可得晶粒細化、均勻分散、且無方向性排列之晶粒型態的1000系鋁合金片，而使得此鋁合金片之表面於陽極處理後無明暗條紋現象。

第5號試片之成分和大部分的製程均與第4號試片相同，但如同第1號試片，第4號試片也再經一道中間退火熱處理。然，第5號試片所得鋁合金片成品於陽極處理後，表面仍有明暗條紋，品質不佳。這樣的結果表示，鋁合金材中的晶粒方位主要可能受熱軋延影響，因此低熱完軋溫度為重要條件。

第6號試片之成分和大部分的製程均與第1號試片相同，但第6號試片採低均質化溫度。第6號試片所得之鋁合金片成品經陽極處理後，其表面出現中等程度的明暗 條紋。這樣的結果表示，均質化步驟的均質化溫度較佳係大於440℃。

第7號試片主要係用以觀察鐵合金添加量的效應。第7號試片之成分如上表1所列，而其餘製程均與第1號試片相同。第7號試片所得鋁合金片成品經陽極處理後，其表面出現中等程度的明暗條紋。這樣的結果表示，鋁胚中的鐵含量不可過高，以避免雜質元素過多而致使晶出物粗大化且聚集進而產生明暗條紋缺陷。

第8號試片之製程均與第1號試片相同，而第8號試片的成分與第1號試片之成分略有不同，但仍在本發明實施方式的範圍內。第8號試片所得之鋁合金片成品於陽極處理後，其表面並未產生明暗條紋的現象。

第1與9~11號試片主要係用以觀察較佳熱完軋與中間退火熱處理之溫度範圍，這四個試片之成分與熱軋延製程相同。由實驗與上表2可觀察到，熱完軋溫度小於或等於330℃，且中間退火熱處理之溫度在270℃至340℃的範圍內，都可以生產出陽極處理後表面無明暗條紋的鋁合金片。

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合金片之製造方法的熱軋延步驟採低溫完軋，以提高熱軋鋁板之軋延組織的比例，而可避免立方型方位晶粒比例過高。後續於冷粗軋延步驟與冷精軋延步驟之間，對鋁板進行中間退火熱處理，以得到細緻且分布均勻之 晶粒組織，藉此可獲得表面晶粒細化、以及晶粒均勻分布且無方向性排列之鋁合金片。

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‧‧‧備料步驟

110‧‧‧澆鑄步驟

120‧‧‧均質化步驟

130‧‧‧熱軋延步驟

140‧‧‧冷粗軋延步驟

150‧‧‧中間退火熱處理步驟

160‧‧‧冷精軋延步驟

Claims (8)

1. 一種鋁合金片之製造方法，包含：製備一鋁胚，其中該鋁胚包含小於或等於0.25wt%的矽、0.20wt%至0.60wt%的鐵、小於或等於0.20wt%的銅、0.002wt%至005wt%的錳、0.01wt%至0.05wt%的鈦、小於或等於0.15wt%無法避免的雜質、以及平衡量的鋁；對該鋁胚進行一均質化步驟，其中對該鋁胚進行該均質化步驟包含將一均質化溫度控制在440℃至550℃，以及將一均質化時間控制在4小時至10小時；對該鋁胚進行一熱軋延步驟，而獲得一熱軋鋁板，其中進行該熱軋延步驟包含將一完軋溫度控制在280℃至330℃；對該熱軋鋁板進行一冷粗軋延步驟，而獲得一冷粗軋鋁板；對該冷粗軋鋁板進行一中間退火熱處理步驟，其中對該冷粗軋鋁板進行該中間退火熱處理步驟包含將一熱處理溫度控制在270℃至340℃，以及將一熱處理時間控制在2小時至5小時；以及對該冷粗軋鋁板進行一冷精軋延步驟，而獲得一鋁合金片。
2. 如申請專利範圍第1項之鋁合金片之製造方法，其中該鋁胚中，該鐵的含量為0.25wt%至 0.50wt%，該鈦的含量為小於或等於0.04wt%，且該無法避免的雜質包含鎂、鉻、與鋅。
3. 如申請專利範圍第1項之鋁合金片之製造方法，其中對該鋁胚進行該熱軋延步驟包含對該鋁胚進行一預熱處理，且進行該預熱處理包含將一預熱溫度控制在大於或等於450℃。
4. 如申請專利範圍第1項之鋁合金片之製造方法，其中對該鋁胚進行該熱軋延步驟包含將該完軋溫度控制在小於或等於310℃。
5. 如申請專利範圍第1項之鋁合金片之製造方法，其中對該熱軋鋁板進行該冷粗軋延步驟包含將一厚度裁減量控制在20%至40%。
6. 如申請專利範圍第1項之鋁合金片之製造方法，其中對該冷粗軋鋁板進行該冷精軋延步驟包含將一厚度裁減量控制在40%至60%。
7. 如申請專利範圍第1項之鋁合金片之製造方法，其中製備該鋁胚包含：進行一備料步驟，以提供該鋁胚之一原料，並將該鋁胚之該原料熔融；以及進行一澆鑄步驟，以將熔融之該原料澆鑄成該鋁胚。
8. 如申請專利範圍第1項之鋁合金片之製造方法，其中對該鋁胚進行該熱軋延步驟包含對該鋁胚進行四道熱軋延處理，對該鋁胚進行該四道熱軋延處理包含使該四道熱軋延處理中之後二道熱軋延處理之厚度裁減量大於該四道熱軋延處理中之前二道熱軋延處理之厚度裁減量。

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