均勻化退火工藝對(duì)雙輥鑄軋3003Al帶坯力學(xué)性能的影響

鄒利華，曾江濤，吳海江，劉長(zhǎng)青，劉驚濤

(1 邵陽(yáng)學(xué)院 機(jī)械與能源工程系，湖南 邵陽(yáng) 422004) (2邵東新仁鋁業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 邵陽(yáng) 422814)

均勻化退火工藝對(duì)雙輥鑄軋3003Al帶坯力學(xué)性能的影響

鄒利華，曾江濤1，吳海江1，劉長(zhǎng)青1，劉驚濤2

(1 邵陽(yáng)學(xué)院 機(jī)械與能源工程系，湖南 邵陽(yáng) 422004) (2邵東新仁鋁業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 邵陽(yáng) 422814)

實(shí)驗(yàn)研究了不同均勻化退火工藝對(duì)雙輥鑄軋3003Al帶坯力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，隨著均勻化退火的溫度升高及保溫時(shí)間增長(zhǎng)，3003Al帶坯的抗拉強(qiáng)度降低、延伸率升高。在540oC/20h的退火制度下，3003Al帶坯力學(xué)性能基本呈各向同性，同時(shí)其延伸率大于30%，有利于帶坯的后續(xù)冷軋加工。

均勻化退火;退火溫度;3003Al 帶坯;力學(xué)性能

3003Al合金是Al-Mn系重要合金，目前廣泛應(yīng)用于電解電容器陰極鋁箔、容器鋁箔、鋁塑復(fù)合板等領(lǐng)域。連續(xù)鑄軋法生產(chǎn)鋁板帶材具有投資省、能耗低、流程短等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前鋁板帶材生產(chǎn)的主要方法之一[1～3]。以連續(xù)鑄軋法生產(chǎn)3003Al電解電容器陰極鋁箔為例，其生產(chǎn)工藝通常為:成分設(shè)計(jì)(熔煉配料/直接電解鋁液)→連續(xù)鑄軋→冷軋→均勻化退火→冷軋→二次退火→箔軋→成品[4,5]，均勻化退火是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵一步，未進(jìn)行均勻化退火的鑄軋鋁帶坯很有可能存在加工硬化程度過大、力學(xué)性能各向異性等問題，影響后續(xù)的冷軋加工。能否獲得具有合理力學(xué)性能的鋁帶坯與均勻化退火工藝制度是否合理密切相關(guān)。本文結(jié)合3003鋁箔生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)計(jì)了不同的均勻化退火工藝，研究了退火工藝對(duì)鋁帶坯力學(xué)性能的影響，得出了合理的均勻化退火制度。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為3003Al，獲得過程為通過投入鋁錠及相應(yīng)成分原料在熔煉爐中熔煉，并在730oC-760oC保溫一定時(shí)間后取樣測(cè)試、調(diào)整成分，最終實(shí)驗(yàn)各爐次3003Al化學(xué)成分如表1所示。從表1可以看出各爐次材料成分無(wú)顯著差別。為有利于3003鋁箔生產(chǎn)，熔煉過程中還添加微量Pb、Ni元素，使Pb、Ni濃度達(dá)到約1ppm。

表1 3003Al合金化學(xué)成分

1.2 工藝路線

3003Al鋁箔的制備工藝路線為:鑄軋獲得7.5mm鋁帶坯→冷軋2～3道次至4.0mm→均勻化退火→冷軋4～5道次至0.9mm→切邊+二次退火→冷軋至0.55mm→箔軋4～5道次至0.043mm→分切。其中鑄軋?jiān)讦?20×1600mm鑄軋機(jī)上進(jìn)行，冷軋、箔軋?jiān)讦?80×1450冷軋機(jī)上進(jìn)行，退火在箱式電爐中進(jìn)行。五個(gè)爐次的3003鋁帶坯均勻化退火工藝如表2所示。

表2 鑄軋3003Al帶坯均勻化退火工藝

均勻化退火前，在未退火3003鋁帶坯卷上取試樣作為對(duì)照組進(jìn)行性能測(cè)試。均勻化退火后，分別在鋁帶坯卷的不同部位按照平行及垂直于鑄軋方向取樣進(jìn)行性能測(cè)試，每組測(cè)試試樣不少于5個(gè)。

2 結(jié)果及分析

4.0mm厚3003Al帶坯均勻化退火后力學(xué)性能如表3所示。

未進(jìn)行均勻化退火處理的對(duì)照組試樣在平行鑄軋方向抗拉強(qiáng)度為165MPa，延伸率為11.8%，在垂直于鑄軋方向抗拉強(qiáng)度為142MPa，延伸率為7.6%，說明鑄軋+冷軋至4.0mm后3003鋁帶坯力學(xué)性能不均勻，在平行鑄軋方向上其強(qiáng)度與延伸率均比較大，有著顯著的各向異性。與各爐次進(jìn)行均勻化處理后的鋁帶坯的力學(xué)性能相比較，對(duì)照組試樣抗拉強(qiáng)度較大、延伸率較低，分析其原因?yàn)?(1)3003Al成分中含有一定量的Fe、Si元素，上述元素易于偏聚形成偏析和脆性相，使3003鋁合金塑性降低。隨后，各爐次均勻化退火的溫度都高于3003Al的再結(jié)晶溫度，試樣均勻化退火過程中發(fā)生了回復(fù)和再結(jié)晶，消除了偏析等缺陷，提高合金塑性。因此均勻化退火后各爐次試樣的延伸率均獲得了提高；(2)在3003Al鑄軋“獲得7.5mm鋁帶坯→冷軋2～3道次至4.0mm”的冷軋過程中，每道次冷軋變形量較大，冷加工產(chǎn)生大量位錯(cuò)，在試樣中造成了冷加工硬化。隨后，對(duì)照組沒有進(jìn)行均勻化退火，其它各爐次試樣均進(jìn)行了均勻化退火，消除了加工硬化效果，試樣中位錯(cuò)密度降低，因此其它其延伸率提高、抗拉強(qiáng)度降低；

對(duì)比爐次1/爐次2、爐次3/爐次4力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果，可以看出在同樣的保溫時(shí)間下，隨著均勻化退火溫度的升高，在平行和垂直于鑄軋方向上，均有隨著退火溫度升高，鋁帶坯抗拉強(qiáng)度降低、延伸率提高的規(guī)律；對(duì)比爐次2/爐次3、爐次4/爐次5力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果，可以看出在同一均勻化退火溫度下，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，在平行和垂直于鑄軋方向上，均有隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)，鋁帶坯抗拉強(qiáng)度降低、延伸率提高的規(guī)律。

在爐次1/2/3/5的退火制度下，平行鑄軋方向上3003鋁帶坯的抗拉強(qiáng)度和延伸率均高于垂直鑄軋方向的對(duì)應(yīng)性能，即上述退火制度下不能消除鋁帶坯的各向異性。在540oC/20h的退火制度下，3003Al帶坯平行于垂直鑄軋方向上抗拉強(qiáng)度分別為96N/mm2和93N/mm2，二者極為接近，延伸率分別為32.2%和30.3%，也較為接近，說明在該退火制度下，3003Al帶坯力學(xué)性能的各向異性基本消失。同時(shí)其各向延伸率大于30%，有利于后續(xù)多道次的冷軋/箔軋，在隨后的加工過程中，爐次4加工產(chǎn)品更符合預(yù)期性能目標(biāo)。

表3 4.0mm厚鑄軋3003Al帶坯力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著均勻化退火的溫度升高、保溫時(shí)間的增長(zhǎng)，3003Al帶坯的抗拉強(qiáng)度逐漸降低、延伸率逐漸升高。本次實(shí)驗(yàn)中，3003Al帶坯在540oC/20h的退火制度下，其力學(xué)性能基本呈各向同性，同時(shí)其延伸率超過了30%，有利于3003Al帶坯的后續(xù)冷軋加工。

[1]Cook R,Grocock PG,Thmas P M,et al.Development of the twin-roll casting process[J].Journal of Materials Processing Technolgy,1995,55:76-84

[2]周科朝，林映紅，黃伯云，等.鑄軋鋁的組織、性能及工藝新進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2001，15(11):18-20

[3]楊明波，梁小平，潘復(fù)生，等.雙輥薄帶連鑄技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2000，14(10):17-20.

[4]王祝堂.鋁帶坯雙輥式連續(xù)鑄軋技術(shù)的現(xiàn)狀與新進(jìn)展[J].世界有色金屬，1997，(7):18-23.

[5]鄒利華，劉驚濤，寧愛林，等.太陽(yáng)集能少反射鋁箔的制備及其性能[J].邵陽(yáng)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012,9(2):41-44.

Effects of homogenizing annealing on mechanical properties of twin-roll casting 3003Al strips

ZOU Lihua1,ZENG Jiangtao1,WU Haijiang1,LIU Changqing1,LIU Jingtao2

(1 Department of Mechanical and Energy Engineering,Shaoyang University,Shaoyang,422004,China) (2 Shaodong Xinren Aluminum Corp.Ltd.,Shaoyang 422814,China)

Effects of different homogenizing annealing on mechanical properties of twin-roll casting 3003Al strips were studied.Results show that the ultimate tensile strength increased and elongation of 3003Al strips decreased with the annealing temperature and holding time increasing.The mechanical properties were almost isotropic when annealing at 540oC/20h,and elongation of 3003Al strips was above 30%,these were beneficial to the subsequent cold rolling processing.

homogenizing annealing;annealing temperature;3003Al strips;mechanical properties

1672-7010(2016)04-0068-03

2016-10-14

湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目(12C0858)

鄒利華(1983-)，男，湖南隆回人，講師，博士，主要從事鋁合金的研究及應(yīng)用，E-mail：zoulihua-mail@163.com

TG146.2

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