專利名稱:深沖加工用硬質(zhì)鋁合金帶材加工工藝的制作方法
本發(fā)明涉及一種改變鋁合金的物理結(jié)構(gòu)的熱處理及熱、冷加工的方法。
國際上自五十年代采用深沖加工制造鋁質(zhì)易拉罐封裝啤酒，可樂型飲料和各種碳酸飲料以來，由于其許多的優(yōu)點，已經(jīng)在世界各國得到普遍應(yīng)用，從而導(dǎo)致對制罐原材料的需求量不斷增加。世界上罐用鋁合金的產(chǎn)量逐年遞增，已成為鋁材料加工業(yè)中的主要產(chǎn)品之一。
由于加工工藝和使用上的特殊要求，以及與其它材質(zhì)的飲料罐的成本競爭的需要，形成罐用鋁材合金成份和加工工藝的特殊性和復(fù)雜性。目前國外采用的加工工藝是把AA3004或類似成份的Al-Mg-Mn系合金鑄造成錠后，先進行高溫長時間保持，以達到均勻化的目的。然后進行熱軋，再對熱軋板進行退火處理，最后以80%的總冷軋壓下率冷軋至最終狀態(tài)。如專利號為3851787和3930895的美國專利所描述的。這一工藝在國內(nèi)顯得缺乏經(jīng)濟性和實用性。如在進行均勻化處理時，采用較低的溫度，一般需要很長時間，引起后續(xù)加工廢品率和加工難度的增加。如果采用較高的溫度，為了使整個鑄錠充分均勻化，保溫時間也不可過短，如此很容易引起晶界過燒，導(dǎo)致熱軋時材料破裂，產(chǎn)生廢品。又如冷軋階段，隨著軋制的進程，加工硬化度不斷增加，當(dāng)由于設(shè)備加工能力的限制，而必需采用單道次小壓下率的加工方法，因此使工序繁復(fù)。這些都會增加生產(chǎn)成本，降低生產(chǎn)效率，使產(chǎn)品缺乏經(jīng)濟性和實用性。
本發(fā)明的目的在于采用新的熱處理及熱、冷加工方法來提供一種經(jīng)濟的易行的加工罐用鋁合金的工藝。
本發(fā)明加工罐用鋁合金的工藝包括1.制備含有Mg0.5-2.0%、Mn0.4-3.0%、Fe不超過0.9%+Ti不超過0.1%，其余基本上是鋁的溶化合金，以半連續(xù)鑄造方式鑄錠，鑄錠厚度大于180mm;
2.將上述鑄錠在入爐溫度低于200℃的溫度下裝爐，以梯次加溫方式進行均勻化處理，最高升溫溫度不超過620℃，總加熱時間低于20小時;
3.以不低于510℃的初始溫度熱軋上述均勻化的鑄錠，熱軋終止溫度不低于300℃，單道次壓下率為10%至50%，熱軋總壓下率大于95%，熱軋終止厚度為5.6至6.5mm;
4.將上述熱軋帶在350℃至480℃的溫度下進行1至4小時的退火處理;
5.冷軋上述退火處理后的熱軋帶材，單道次壓下率為10%至40%，總壓下率大于60%，冷軋板厚為1.0-2.0mm;
6.將上述冷軋帶在380℃至500℃的溫度下梯次退火處理2至6小時;
7.對上述退火處理后的冷軋帶材進行最終冷軋，單道次壓下率為10%至40%，總壓下率大于70%，最終軋制厚度為0.32mm至0.42mm;
8.對上述最終軋制品在110℃至220℃的溫度下，進行40分鐘至8小時的保溫穩(wěn)定化處理，即得所述的深沖加工用硬質(zhì)鋁合金帶材。
本發(fā)明的工藝所體現(xiàn)的特點和效果在于
1.在均勻化處理中，由于采用梯次加溫方法，避免了因保持溫度過高所產(chǎn)生的晶界過燒和表面氧化皮過厚，以及由次分別引起熱軋坯碎裂和熱軋帶斷帶及邊緣出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象。同時也避免了因均勻化溫度過低所引起的均勻化不足，或因時間過長而引起能耗過高的問題。這一熱處理制度所達到的良好均勻化效果，保證后續(xù)熱軋工序的順利實施;
2.采用單道次大壓下率的熱軋工藝，有利于保持熱軋終止溫度在較高的溫度范圍內(nèi)，而不必采用常規(guī)的等溫軋制工藝，或熱軋后再溫軋的分段軋制工藝，因此提高了加工效率;
3.以具有兩次中間退火和最終穩(wěn)定化熱處理，以及采取單道次大壓下率為特征的冷軋工藝，不僅降低加工難度和對軋制設(shè)備的要求，而且提高材料強度和生產(chǎn)效率。因此，本工藝尤其適合于國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)條件生產(chǎn)這種罐用鋁合金帶材。
本發(fā)明的具體工藝流程如下鋁錠、中間合金、其它金屬→裝爐→熔化→精煉→成份調(diào)整→鑄錠→鑄錠銑面→梯次加溫處理→非等溫?zé)彳垺鸁彳垘嘶稹滠垺滠垘嘶稹罱K冷軋→修邊精整→穩(wěn)定化熱處理→成品。
按照上述工藝過程詳細(xì)說明以下1.熔煉本發(fā)明所采用的Al-Mg-Mn系鋁合金成分與AA3004類似，典型的AA3004合金的組成Mg0.8-1.3%，Mn1.0-1.5%，F(xiàn)e＜0.70%，Si＜0.30%，Cu＜0.25%，Zn＜0.25%，其它成份每種小于0.05%、總量小于0.15%。
Mg和Mn是為了提高合金強度的目的而加入的，Mg還有細(xì)化晶粒的作用。Mn的存在可以防止鋁材在沖壓成型和拉伸變薄時粘附在模具上，Mg和Mn的聯(lián)合作用可使鋁材強度進一步提高，但Mn含量不易過高，否則將產(chǎn)生粗晶而導(dǎo)致材料的延伸率下降。Si與Mg共存可形成MgSi沉淀相，有利于提高冷軋帶的強度，但Si含量不能過高，以免引起加工成形性的惡化。Fe可改善鋁合金的強度，并能促進晶粒細(xì)化。Cu可提高鋁合金強度，當(dāng)有Mn，Mg，Si共存在時，0.1%的Cu即可起增強作用，但0.4%以上的Cu會使鋁合金的熱軋加工性下降，故Cu含量應(yīng)予嚴(yán)格控制。Zn可改善鋁合金的強度和加工成型性。另外，Ti、Cr等也都具有促進晶粒細(xì)化、改善材料的機械和加工性能的作用。因此，本發(fā)明所用的合金，其成份在下述范圍之間0.5-2.0%的鎂、0.4-3.0%的錳、0.1-0.9%的鐵、0.1-0.5%的硅、0.05-0.4%的銅，其余基本上是鋁。
熔煉基料選用工業(yè)純鋁錠。根據(jù)熔化難易程度和燒損率高低，Mn和Ti分別以Al-Mn和Al-Ti中間合金加入，Mg和Fe分別以純金屬加入，為了保證熔體化學(xué)成份和減少爐料燒損率，選定裝爐順序依次為基料-鋁-錳中間合金-鐵屑-純鎂錠-鋁-鈦中間合金。裝料量按合金成份要求和下表所列的損失率計算。
原料 技術(shù)要求 燒損率鋁錠 L1-L3(GB3190-82) 3%Al-Mn中間合金 含錳量＞10% 2%鎂錠 含鎂量＞99.9% 5%鐵屑 含鐵量＞99.7% /Al-Ti中間合金 含鈦量＞5% 0.5%裝爐之后即開始熔化，并采用市售的無毒固體精煉劑和四氯化碳進行精煉，以確保熔體的含氣量和非金屬雜質(zhì)含量降至最低限度。熔化過程中鋁液溫度不大于760℃。
2.鑄錠和銑面經(jīng)過精煉的熔體，在井式半連續(xù)鑄錠機上進行鑄錠，為了使鑄錠獲得良好的組織結(jié)構(gòu)，鑄造速度，鑄造溫度和冷卻水壓要配合適當(dāng)，本工藝所采用的參數(shù)為鑄造溫度不超過720℃，鑄造速度70-80mm/分鐘，冷卻水壓不低于1.0公斤/cm2。按本工藝得到的鑄錠，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)均一，無嚴(yán)重偏折和疏松現(xiàn)象，無縱裂紋和橫裂紋。鑄錠之后進行銑面。
3.均勻化處理均勻化處理是制造罐用鋁合金的關(guān)鍵工序之一，它不僅對最終制品的機械性能和工藝性能應(yīng)響較大，而且是保證熱軋具有高合格率的重要步驟。目前使用的均勻化熱處理制度都采用長時間的高溫保持的方式。在大尺寸鑄錠的情況下，選用較低的均勻化溫度，不僅需要相當(dāng)長的處理時間，降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟性，而且可能出現(xiàn)均勻化不足，導(dǎo)致熱軋廢品和成品廢品。如果選用較高的均勻化溫度，則容易產(chǎn)生晶界過燒或表皮氧化層過厚，同樣導(dǎo)致開坯和熱軋廢品，即熱軋坯碎裂，斷帶和邊緣開裂等現(xiàn)象。本發(fā)明根據(jù)內(nèi)部的溫度分布規(guī)律，采用了梯次加熱的均勻化處理制度，很大程度上消除了內(nèi)部溫差，在不增加保溫時間的前提下，既避免了鑄錠表層及內(nèi)部的過燒，又獲得了良好的均勻化效果，從而為此后的熱軋?zhí)峁┝肆己玫呐髁稀?br>本工藝的入爐溫度不超過200℃，從低于再結(jié)晶溫度的某一溫度第一次定溫開始，分段升溫，升溫幅度逐次減少，而保溫時間逐次延長，最高定溫不超過620℃，總加熱時間不超過28小時。
4.熱軋為了保證熱軋的順利進行，目前采用的熱軋工藝一般是等溫軋制或熱軋之后再溫軋的兩步軋制工藝。非等溫軋制只在小尺寸鑄錠和鑄帶上進行使用。本發(fā)明采用了適合大尺寸鑄錠使用的單道次大壓下率熱軋工藝，不僅簡化了加工設(shè)備和操作，而且顯著提高了加工效率。本熱軋工藝的鑄錠出爐溫度不低于530℃，初軋溫度不低于510℃，終軋溫度不低于380℃，單道次壓下率10-50%，總壓下率大于95%，單錠軋制時間不長于5分鐘。這樣獲得的熱軋坯，鑄造結(jié)構(gòu)得到充分的破壞。退火之后不僅適合于冷軋加工，而且最終產(chǎn)品的性能令人滿意。
5.中間退火和冷軋熱軋坯料成卷和空冷后，為了滿足普通精軋機的進料要求，首先對其進行退火處理。為了與前述熱軋工藝和后續(xù)冷軋工藝相配合，本工藝選用較強的退火條件，即退火溫度高于400℃，時間為2-4小時。退火之后，冷卻至80℃以下，然后開始冷軋。冷軋采用單道次大壓下率，單道次壓下率為10-40%，總壓下率超過60%之后再次進行中間退火，采用梯次加熱方式，在不超過400℃的溫度下定溫后，保持1-2小時，然后升溫至440℃-500℃，保持2-4小時，冷卻后進行最終冷軋，最終冷軋仍然采用單道次10-40%的大壓下率(軋至所要求的最終扳厚)，以獲得足構(gòu)的加工硬化。冷軋階段的總壓下率大于90%。該整個冷軋工藝不僅降低了加工難度，提高了加工效率，而且通過大壓下率加工使最終板材的強度顯著提高。
6.精整和低溫穩(wěn)定化熱處理上述最終冷軋后的帶材，根據(jù)使用要求，進行修邊和其他精整處理，然后進行最終穩(wěn)定化處理，以使成品帶材的機械性能得到進一步的改善。穩(wěn)定化熱處理溫度為120-225℃，處理時間為30分鐘至8小時，出爐之后在靜止空氣中冷卻至室溫，從而得到本發(fā)明所說的深沖加工用質(zhì)鋁合金帶材。
按本工藝所得到的硬質(zhì)鋁合金帶材具有如下的機械和工藝性能抗拉強度29Kg/Cm2以上，屈服強度27Kg/Cm2以上，延伸率不低于3%，硬度HU582以上，制耳率低于4%。
具體實施方式
按照下表所列的成份制備熔化的鋁合金。
Mg Mn Fe Si Cu Ti Al0.98% 1.09% 0.26% 0.10% 0.22% 0.01% 余量以半連鑄方式鑄錠，錠厚210mm。然后按下表工序 溫度 保持時間入爐溫度 ≯200℃定溫 200℃ 2小時第一次改溫 380℃ 4小時第二次改溫 480℃ 5小時第三次改溫 580℃ 6小時第四次改溫 600℃ 1小時所列的規(guī)范進行均勻化處理。以不低于530℃的溫度出爐后，在510℃的開始溫度下熱軋至6.0mm，單道次壓下率分布如下表
道次 軋前厚度(mm) 軋后厚度(mm) 道次壓下率(%)1 210 185 11.92 185 160 13.53 160 130 18.84 130 105 19.25 105 85 19.06 85 65 23.57 65 .45 33.38 45 30 33.39 30 20 33.310 20 10 50.011 10 6 40.0所示，總壓下率為97.1%。在420℃下將熱軋帶退火4小時，空冷后進行冷軋。冷軋至1.9mm。進行第二次退火，退火分兩斷進行，先在400℃下退火2小時，接著再在480℃下退火2小時，空冷后最終冷軋至0.355mm。兩步冷軋的道次壓下量分布如表道次 軋前厚度(mm) 軋后厚度(mm) 道次壓下率(%)1 6.0 5.3 11.72 5.3 4.5 15.13 4.5 3.7 17.74 3.7 3.0 18.95 3.0 2.4 20.06 2.4 1.9 20.87 1.9 1.5 21.18 1.5 1.1 26.79 1.1 0.8 27.310 0.8 0.6 25.011 0.6 0.45 25.012 0.45 0.40 11.113 0.40 0.355 11.3所示。冷軋的總壓下率94.1%。最后將冷軋帶在180℃下穩(wěn)定化處理3.5小時，這樣得到的帶材的機械性能σb32.8Kg/mm2，σ0.232.2Kg/mm2，δ38%，制耳率3.84%。
權(quán)利要求
1.一種深加工用硬質(zhì)鋁合金帶材加工工藝，包括以Al-Mg-Mn系合金鑄錠，加熱均勻化處理，熱軋，退火冷軋至最終狀態(tài)，本發(fā)明的特征在于(1)以梯次加溫方式進行均勻化處理，(2)單道次大氣下率的熱軋，單道次大氣壓下率為10%至50%，總加壓率大于95%，(3)兩次中間退火，最后穩(wěn)定化熱處理和單次大氣壓下率的冷軋。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的工藝，其特征在于所述的Al-Mg-Mn系合金成分Mg占0.5-2.0%、Mn占0.4-3.0%、Fe不超過0.9%Ti不超過0.1%，其余基本上是鋁，鑄錠厚度大于180mm。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的工藝，其特征在于所述的以梯次加溫的均勻化處理，其鑄錠在入爐溫度低于200℃下裝爐，梯次加溫的最高升溫溫度不超過620℃，總加熱時間低于20小時。
4.根據(jù)權(quán)力要求1所述的工藝，其特征在于所述的熱軋，其初始溫度不低于510℃，終止溫度不低于300℃。
5.根據(jù)權(quán)力要求1所述的工藝，其特征在于所述的兩次中間退火、最終穩(wěn)定化熱處理和單次大氣壓率的冷軋，其包括(1).熱軋帶在350℃到480℃的溫度下進行1小時至4小時的退火處理，(2).冷軋退火處理后的熱軋帶材，單道次壓下率為10%至40%，總壓下率大于60%，冷軋板厚為1.0-2.0mm，(3).將冷軋帶在380℃至500℃的溫度下梯次退火處理2小時至6小時，(4).對退火處理后的冷軋帶材進行最終冷軋，單道次壓下率為10%-40%，總壓下率大于70%，最終軋制厚度為0.32mm至0.42mm，(5).對最終軋制品在110℃至220℃的溫度下進行40分鐘至8小時的保溫處理。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種改變鋁合金物理結(jié)構(gòu)的熱處理及熱冷加工工藝，以成分為Mg占0.5-2.0％，Mn占0.4-3.0％其余基本是鋁的Al-Mg-Mn系合金，半連鑄鑄錠，采用梯次加溫的均勻化處理，單道次大氣壓下率的熱軋工藝，以及兩次中間退火，最終穩(wěn)定化處理和單道次大氣壓下率的冷軋為特征的工藝，制成深沖加工用的硬質(zhì)鋁合金帶材，本工藝具有經(jīng)濟和易行的優(yōu)點，特別適合于國內(nèi)的加工條件，這種鋁合金帶材是制造封裝啤酒和飲料的易拉罐的材料。
文檔編號C22F1/047GK87102994SQ87102994
公開日1988年11月9日 申請日期1987年4月25日
發(fā)明者高廣明, 許維鈞 申請人:中國原子能科學(xué)研究院, 北京鋁箔廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan