3003+1.5%Zn合金鋁板帶生產(chǎn)工藝研究*

王進(jìn)錄，錢 蓉，楊 鵬，陳曉云

(云南鋁業(yè)股份有限公司，云南 呈貢 650502)

3003+1.5%Zn合金鋁板帶生產(chǎn)工藝研究*

王進(jìn)錄，錢 蓉，楊 鵬，陳曉云

(云南鋁業(yè)股份有限公司，云南 呈貢 650502)

結(jié)合3003+1.5%Zn合金生產(chǎn)實踐，著重研究了通過鑄軋供坯，冷軋生產(chǎn)厚度為0.10mm空調(diào)鋁箔，不同的工藝流程和退火工藝對產(chǎn)品性能的影響。

3003+1.5%Zn;冷軋工藝;退火工藝

3003合金是一種硬度高，脆性大，塑性差，難于軋制生產(chǎn)的鋁合金，生產(chǎn)廠家較少。目前汽車工業(yè)開始逐步采用3003鋁合金取代其它鋁合金作為其散熱片，特別是添加Zn元素后的3003+1.5%Zn合金，既保證了鋁合金的強(qiáng)度，又增強(qiáng)了可焊接性能。隨著國內(nèi)汽車業(yè)近幾年的迅猛發(fā)展，厚度為0.1 mm的3003+1.5%Zn合金汽車用空調(diào)箔作為一種全新的空調(diào)箔產(chǎn)品，市場需求量逐年高速增長。我們對0.1 mm的3003+1.5%Zn合金汽車用空調(diào)箔進(jìn)行了研究和生產(chǎn)試驗，生產(chǎn)出了合格產(chǎn)品。本文在工業(yè)試生產(chǎn)基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)過程、產(chǎn)品成分要求、尺寸及精度要求進(jìn)行了闡述，重點對化學(xué)成分、冷軋、退火等工藝對產(chǎn)品性能的影響進(jìn)行了研究。

1 技術(shù)要求

1)化學(xué)成分

依據(jù)客戶要求，確定的化學(xué)成分要求為:Si≤0.10%;Fe0.25% ～0.35%;Mn1.05% ～1.15%;Zn 1.3% ～1.65%;Cu≤0.10%;Mg≤0.02%;Cr≤0.02%;Ti≤0.02% 。

2)幾何尺寸

按客戶需求，確定尺寸為0.1 mm×1 021 mm×C帶材，厚度公差為±0.01 mm，寬度公差為±1 mm。

3)機(jī)械性能

按用途要求，抗拉強(qiáng)度為180～200 MPa，伸長率為≥1.5%。

2 生產(chǎn)試驗及研究

2.1 成份控制

Fe、Si控制:由于3000系合金是鋁錳系合金，F(xiàn)e、Si的比例適當(dāng)，可以起輔助調(diào)整性能，增加合金加工韌性作用，參考相關(guān)鋁加工資料和我們的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，鐵硅比控制在2:1左右為宜。

Mn含量控制:Mn是3000系合金的主要彌散相形成元素，在合金中形成尺寸為0.01～0.1μm彌散相，抑制合金的再結(jié)晶和晶粒長大，有效提高機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)變形抗力，含量低于0.5%時強(qiáng)化效果不夠;但含量過高達(dá)到2%時，在合金結(jié)晶過程中形成粗大的一次結(jié)晶化合物，使材料成型性能下降，增加鑄軋、冷軋生產(chǎn)難度，所以按客戶要求控制在1.05%～1.15%。

Zn含量控制:Zn在此合金中起到改善焊接性能的作用，是客戶的特殊要求，考慮含量高后難于加工，按下限添加，控制在1.3%～1.5%。

Cu含量范圍控制:Cu在此合金中起到進(jìn)一步強(qiáng)化作用，低于0.5%時強(qiáng)化作用不明顯;當(dāng)高于0.10%時，根據(jù)鑄軋生產(chǎn)1200等鋁銅系合金的實際經(jīng)驗，容易產(chǎn)生邊部裂紋，對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，同時銅含量高于0.5%時會導(dǎo)致材料耐腐蝕性急劇下降，所以控制在0.05%～0.10%。

我們對試驗生產(chǎn)中的8個爐次按每爐次取3個樣進(jìn)行了連續(xù)取樣分析，可獲得如圖1所示的折線圖。

圖1 試驗樣品雜質(zhì)元素成分折線圖Fig.1 Composition of impurity elements in test samples

從圖1可以看出鑄軋卷化學(xué)成份達(dá)到了預(yù)期的控制目的，表明所采用的熔煉和鑄軋生產(chǎn)工藝可以滿足化學(xué)成份控制要求。

2.2 冷軋與退火工藝

產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程為:鑄軋卷→均勻化退火→冷軋→中間退火→冷軋→成品檢驗→入庫，軋制加工率盡可能發(fā)揮設(shè)備極限，采用較大加工率，而均勻化退火是改善鑄軋鋁坯的內(nèi)部組織偏析，為冷軋?zhí)峁┯欣麠l件，中間退火是避免軋制硬化過大而產(chǎn)生裂紋，滿足持續(xù)軋制加工的需要，成品退火是考慮Mn、Zn含量較高，適當(dāng)提高熱處理溫度，以達(dá)到性能改善的目的。

試生產(chǎn)在360×800×1400鋁冷軋機(jī)上進(jìn)行，采用7.0 mm×1100 mm×C鋁鑄軋帶材。先后采用了五個試驗方案對產(chǎn)品進(jìn)行試制，前四個試驗方案獲得的結(jié)果都無法滿足要求，即產(chǎn)品力學(xué)性能都不符合使用要求，而試驗生產(chǎn)方案五:主要工藝參數(shù)如表1。

表1 3003+Zn合金厚度0.1 mm鋁板帶冷軋工藝參數(shù)Tab.1 The cold－rolling process parameters for 0.1 mm thick aluminum alloy strip of 3003+Zn aluminum alloy

生產(chǎn)試驗五結(jié)果產(chǎn)品性能見表2，只有3號試樣抗拉強(qiáng)度偏低，其余都符合要求，并在此后的生產(chǎn)中多次采用此工藝生產(chǎn)了大量產(chǎn)品，都符合用戶要求。

表2 產(chǎn)品力學(xué)性能Tab.2 The mechanical property of products

根據(jù)采用的冷軋與退火工藝看，能否獲得合格產(chǎn)品關(guān)鍵在于是否采用中間退火制度以及成品退火制度，而中間退火屬再結(jié)晶退火，主要目的是消除加工硬化，成品退火屬低溫退火，主要目的是消除部分內(nèi)應(yīng)力，保留一定的加工硬化。由于Al－Mn系合金固溶體內(nèi)有過飽和的錳原子阻礙鋁原子的擴(kuò)散和形成新的晶粒，再結(jié)晶溫度較高，相應(yīng)的退火溫度的選擇也比其他鋁合金要高。

結(jié)合Al－Zn二元相圖和Al－Mn二元相圖可以看出:首先，在成品退火制度不變的條件下，試驗二中間退火溫度為 (A－60)℃時，加工硬化沒有完全消除，產(chǎn)品成品退火后，抗拉強(qiáng)度低于技術(shù)要求，伸長率同樣偏小;試驗三調(diào)整中間退火溫度為A℃后，抗拉強(qiáng)度同樣低于技術(shù)要求，但伸長率大幅增大。其次，中間退火制度不變的前提下，試驗四成品退火工藝為B℃/180 min－(B+110)℃/120 min－ (B+80)℃/540 min。時，由于退火溫度偏低，沒有達(dá)到消除部分內(nèi)應(yīng)力的效果，產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度偏高，超過了技術(shù)要求;試驗五成品退火工藝為B℃/180 min－(B+110)℃/120 min－(B+95)℃ /540 min。時，退火溫度比較適合，產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度和延伸率都基本符合技術(shù)要求。

2.3 厚度控制

由于箔材對厚度控制比較嚴(yán)格，公差要求為±0.01 mm，考慮到我們X射線測厚儀設(shè)備測量精度和對3003+1.5%Zn合金測量校準(zhǔn)的問題，控制精度難以符合要求。在試驗生產(chǎn)中，我們分別采用X射線測厚儀合金校準(zhǔn)、人工經(jīng)驗校準(zhǔn)和綜合校準(zhǔn)(即合金校準(zhǔn)+人工經(jīng)驗校準(zhǔn))三種方式進(jìn)行了厚度控制，并對生產(chǎn)出的鋁箔帶材按間隔10米取一個樣進(jìn)行厚度測量統(tǒng)計，共測量10次結(jié)果見表3。

表3 產(chǎn)品厚度測量記錄表Tab.3 The measurement record list for the thickness of products

從以上結(jié)果可以看出，合金校準(zhǔn)厚度均值雖然符合要求，但厚度波動大，有較多測量值超出厚度要求范圍 (即0.1±0.01 mm);人工經(jīng)驗校準(zhǔn)厚度均值雖然偏小，不符合要求，但其厚度測量值較為穩(wěn)定，在生產(chǎn)中我們進(jìn)一步做了試驗，把厚度控制向上調(diào)節(jié)，但獲得的產(chǎn)品厚度測量結(jié)果卻偏大，仍不符合要求。經(jīng)過分析認(rèn)為人工經(jīng)驗校準(zhǔn)不能準(zhǔn)確把握X射線測厚儀對該合金厚度控制時測量的基準(zhǔn)值，且缺少自動調(diào)節(jié)作用，一旦人為向上限或下限控制，則結(jié)果都會偏離要求。為此，我們綜合了兩種厚度控制的優(yōu)點，確定了綜合校準(zhǔn)厚度控制，即“合金校準(zhǔn)+人工經(jīng)驗校準(zhǔn)”聯(lián)合使用，通過生產(chǎn)試驗，獲得實測結(jié)果見表3，厚度實測值有兩個仍超出厚度技術(shù)要求，但穩(wěn)定性和平均值都符合要求，經(jīng)過調(diào)整可以滿足產(chǎn)品技術(shù)要求。

3 結(jié)語

通過新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)試驗，我們先后為客戶提供了3003+1.5%Zn合金厚度0.1 mm鋁帶材，標(biāo)志著新產(chǎn)品工藝開發(fā)獲得成功，探索研究出厚度為0.1 mm的3003+1.5%Zn合金汽車用空調(diào)箔最佳生產(chǎn)工藝。

1)化學(xué)成分:Si 0.05% ～0.10%;Fe 0.25%～0.35%，Mn 1.05% ～1.15%，Zn 1.3% ～1.65%，Cu 0.05% ～0.10%，其他元素不超過0.02%;

2)冷軋工藝:厚度7 mm鑄軋坯均勻化退火→冷軋→0.46 mm→中間退火→冷軋→0.1 mm→成品退火;

3)熱處理工藝:均勻化退火工藝 (A+40)℃/540 min－B℃/90 min，中間退火工藝A℃/540 min－B℃/90 min，成品退火工藝B℃/180 min－(B+110)℃ /120 min－(B+95)℃ /540 min。

4)厚度控制采用X射線測厚儀的“合金校準(zhǔn)+人工經(jīng)驗校準(zhǔn)”聯(lián)合控制。

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Study on Production Process of 3003+1.5%Zn Aluminum Alloy Strip

WANG Jin－lu，QIAN Rong，YANG Peng，CHEN Xiao－yun
(Yunnan Aluminum Co．，Ltd．，Chenggong，Yunnan 650502，China)

Combined with the production practice of 3003+1．5%Zn aluminum alloy，This paper focus on the effects of different process flow and annealing process on the performance of the 0．10mm thick aluminum foil for air conditioner which produced by cold rolling with cast billet．

3003+1.5%Zn;cold rolling process;annealing process

TG166.3

A

1006－0308(2009)05－0054－03

2011－05－05

王進(jìn)錄 (1969－)，男，云南永勝縣人，高級工程師。