CN111331964B - 一种冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材及其制造方法 - Google Patents

一种冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于铝箔加工成型技术领域，公开了一种冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材及其制造方法。所述材料由芯材及两层皮材复合而成，所述复合铝材利用芯材熔点温度高于皮材的特点，将钎焊温度升至高于皮材熔点温度且低于芯材熔点温度从而实现将蜂窝铝箔与铝板粘黏在一起，起到减震隔音效果的目的。所述皮材、芯材使用铸轧+冷轧生产方式进行制备，经过冷轧复合将上下两层皮材与芯材紧密结合在一起。本发明还公开了这种高铁隔音蜂窝板用复合铝材的制造方法，本发明与传统热轧复合制造法相比，生产成本低，生产效率高。本发明生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材焊前焊后强度高，耐腐蚀性好，且整体包覆率均匀稳定，焊接质量好。

Description

一种冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材及其制造 方法
技术领域
本发明涉及一种冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材及其制造方法，属于铝箔加工成型技术领域。
背景技术
随着社会和科学技术的发展，高铁所使用的材料向着轻量化的方向发展，蜂窝板在轨道交通方面应用广泛。通常蜂窝以铝材为基体用胶粘制而成，但是胶水粘贴制成蜂窝后对使用条件有特殊要求，且稳定性较差。
如今各大生产厂家生产高铁隔音蜂窝板用复合铝材通常采用熔炼-铸造-锯切-铣面-加热-热轧-复合配对-热轧复合及后续加工方法生产，该方法设备投入资金多，生产流程多、耗时长，生产能耗高，生产成品率低，且产出成品包覆率不均匀。少部分使用冷轧复合方法亦拥有多次退火的步骤，增加许多不必要的退火工序所需的成本。
发明内容
针对上述冷复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材现有传统热轧制作方法技术的不足，本发明的目的是提供一种通过冷复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材。本发明的另一个目的是一种冷复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材的制造方法，具有生产成本低，生产效率高，生产过程风险低，且包覆率均匀等优点。
本发明的技术方案如下：
一种冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材，所述复合铝材由芯材以及上下两层皮材复合而成，
所述芯材原料成分的质量百分数为：
Si 0.6～1.0％，Fe≤0.7％，Cu≤0.2％，Mn 1.0～1.8％，Mg≤0.1％，Zn 1.0～2.0％，Zr≤0.2％，Ti≤0.2％，余量为Al；
或Si≤0.6％，Fe≤0.7％，Cu≤0.2％，Mn 1.0～1.8％，Mg≤0.1％，Zn 1.0～2.0％，Zr≤0.05％，Ti≤0.2％，余量为Al；
所述皮材原料成分的质量百分数为：
Si 6.8～8.2％，Fe 0.05～0.8％，Cu≤0.25％，Mn≤0.10％，Zn≤0.2％，余量为Al。
优选的，所述高铁隔音蜂窝板用复合铝材由上到下依次为芯材、皮材、芯材，将上下两层皮材包覆固定在芯材上、下表面处，经过熔炼、铸轧、冷轧的步骤制备而成。
优选的，包括以下步骤：(1)熔炼；(2)铸轧得到厚度为6.5～7.5mm的铝卷；(3)将铸轧得到的铝卷轧至3.0～5.0mm进行均匀化退火，得到芯材；(4)铸轧得到的铝卷坯料退火后，轧至0.4～0.8mm进行成品退火，得到皮材；(5)将上下两层皮材包覆固定在芯材上、下表面处，经过复合机进行冷轧复合，道次加工率为50～65％；(6)将冷轧后的铝材经粗轧轧制到0.4～0.8mm后进行切边；(7)精轧轧制至成品厚度0.07～0.2mm；(8)拉矫清洗；(9)成品退火；(10)分切检验包装：分切至成品宽度≥100mm，成品抗拉强度115～155Mpa，延伸率≥8％。
优选的，步骤(3)的均匀化退火工艺为：1～2h内升温到240～280℃，保温时间3～5h；17～22h内升温到520～560℃，保温时间4～8h。
优选的，步骤(4)坯料退火工艺为：2～4h内升温到480～520℃，保温时间2～6h；然后粗轧经过5～8个道次轧制成坯料的厚度为0.4～0.8mm。
优选的，步骤(4)成品退火工艺为1～2h内升温到240～280℃，保温时间3～5h；3～7h升温到300～400℃，保温时间2～4h。
优选的，步骤(5)对芯材上下表面、上层皮材下表面、下层皮材上表面采用特定设备进行打磨，打磨后铝粉通过抽吸装置抽吸干净。
优选的，步骤(7)中成品退火工艺为1～2h内升温到240～280℃，保温时间3～5h；11～14h内升温到200～300℃，保温时间3～8h。
优选的，步骤(7)中成品退火后，出炉风机强冷至≤60℃，取样检测力学性能。
优选的，步骤(6)精轧时表面控油≤10mg/m2。
本发明提出一种新的冷复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材合金技术方案，其合金组成成分及质量百分比为：
所述芯材化学组分为：
Si 0.6～1.0％，Fe≤0.7％，Cu≤0.2％，Mn 1.0～1.8％，Mg≤0.1％，Zn 1.0～2.0％，Zr≤0.2％，Ti≤0.2％，余量为Al；
或Si≤0.6％，Fe≤0.7％，Cu≤0.2％，Mn 1.0～1.8％，Mg≤0.1％，Zn 1.0～2.0％，Zr≤0.05％，Ti≤0.2％；余量为Al；
所述皮材化学组分为：
Si 6.8～8.2％，Fe 0.05～0.8％，Cu≤0.25％，Mn≤0.10％，Zn≤0.2％，余量为Al。
一种冷复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材的制造方法，其特征在于该方法的步骤如下：
(1)熔炼、铸轧：按照所述芯材、皮材合金进行熔炼、铸轧成一定厚度的坯料；
(2)芯材制备：对步骤(1)制备得到的芯材坯料进行粗轧，经过1～3个道次轧制成坯料的厚度为3.0～5.0mm，然后进行均匀化退火处理。其中均匀化退火：1～2h内升温到240～280℃，保温时间3～5h；17～22h内升温到520～560℃，保温时间4～8h；
(3)皮材制备：对步骤(1)制备得到的皮材坯料进行坯料退火：2～4h内升温到480～520℃，保温时间2～6h；然后粗轧经过5～8个道次轧制成坯料的厚度为0.4～0.8mm，然后切边处理后，进行成品退火：1～2h内升温到240～280℃，保温时间3～5h；3～7h升温到300～400℃，保温时间2～4h。；
(4)步骤(2)、(3)得到的一卷芯材、两卷皮材经过冷复合机进行冷轧复合得到复合坯料，道次加工率控制在40～70％；
(5)粗轧、切边：对步骤(4)制备得到的复合坯料进行粗轧，经过2～4个道次轧制成坯料的厚度为0.4～0.8mm，进行半成品的纵剪切边处理；
(6)精轧：对步骤(5)制备得到的坯料进行精轧，经过2～4个道次轧制成成品前道次的厚度为0.07～0.2mm；
(7)拉矫清洗：通过拉弯矫直机进行表面清洗和板型矫直，保证表面干净无油；
(8)成品退火：对步骤(7)制备得到的坯料进行成品前退火，1～2h内升温到240～300℃，保温时间3～5h；11～14h内升温到200～300℃，保温时间3～8h；
(9)分切、检查、包装：分切完成后进行产品的尺寸、表面、端面、性能检查，检查完成后进行包装。
优选的，
步骤(2)、(3)中芯材、皮材制备过程中，芯材、皮材厚度根据具体订单包覆率要求进行计算和生产。
步骤(3)中两卷皮材成品退火前需将表面油渍清洗干净。
步骤(4)中冷轧复合时对对芯材上下表面、上层皮材下表面、下层皮材上表面采用特定设备进行打磨，打磨后铝粉通过抽吸装置抽吸干净，经过打磨后的三层材料进入轧辊进行冷轧复合。
步骤(6)所述精轧成品时表面控油≤10mg/m2。
步骤(7)中为了保证铝材表面净化，在成品退火前设置吹洗风机吹洗。
步骤(7)所述的成品退火后，出炉风机强冷至≤60℃，要求取样检测力学性能，成品抗拉强度115～155Mpa，延伸率≥8％。
步骤(8)所述分切、检查、包装过程中，分切后不允许有黄油斑、氧化、腐蚀、荷叶边、卷边、翘边及接头现象。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
本发明所述的复合铝材利用芯材熔点温度高于皮材的特点，将钎焊温度升至高于皮材熔点温度且低于芯材熔点温度从而实现将蜂窝铝箔与铝板粘黏在一起，起到减震隔音效果的目的。
本发明生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材，制成蜂窝后经高温焊接成型，组成全铝制高铁隔音蜂窝板，与传统高铁隔音蜂窝板相比有着结构牢固、稳定性强、焊后支撑性好、减震隔音效果好、绿色环保可回收及防火性能高等优点。本发明采用铸轧+冷轧复合及后续加工方法生产，与传统热轧方法相比，省去了通常的铸锭、铣面、热轧开坯、组坯焊接、热轧复合等一系列高能耗、高污染、低效率的工艺过程，减少昂贵设备的投入，且因所制铝材只经过轧辊的均匀轧制，生产出的复合铝材的包覆率与热轧材料相比更加均匀，可广泛用于高铁隔音蜂窝板领域。
本发明与部分冷轧复合方法相比，皮材与芯材复合后只经过一次成品退火，减少了多次退火所需的成本，且所生产的材料能够满足高铁隔音蜂窝板所需的要求。
本发明设计了两种不同成分配比的芯材合金元素，第二种芯材合金元素配比如实施例2为我司开发的一种用于高铁隔音蜂窝板上的全新配比的合金元素，与传统合金元素相比减少了Si元素与Zr元素的占比，极大地减少了因Zr元素导致芯材产生孔洞的几率，并因Zr元素的降低而极大地减少生产芯材所需成本。生产出的复合铝材亦满足高铁隔音蜂窝板所需的要求。
附图说明
图1.复合铝材制备流程图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
制备冷复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材的步骤如下：
1.按重量百分比Si 0.7％，Fe 0.6％，Cu 0.18％，Mn 1.3％，Mg 0.083％，Zn1.3％，Zr 0.1，Ti 0.02％，余量为Al的配比作为基础成分，配制合金原料进行芯材坯料熔炼铸轧得到7.0mm铸轧卷，合金“3003”；
按重量百分比Si 7.2％，Fe 0.5％，Cu 0.1％，Mn 0.05％，Zn 0.1，余量为Al的配比作为基础成分，配制合金原料进行皮材坯料熔炼铸轧得到7.5mm铸轧卷，合金“4343”；
2.芯材制备：将3003铸轧母卷经粗轧按7.0—5.4—4.0轧制至4.0mm厚度进行中间退火2h升温至240℃保温3h，继续升温至520℃保温3h冷却出炉，芯层宽度1280mm；
3.皮材制备：按照复合率10±2％设计，对4343铸轧母卷进行坯料退火18h升温至500℃保温3h冷却出炉，然后经粗轧按7.5—1.6(冷却12h)—0.7轧制至0.5mm厚度进行中间退火，然后切边至1260mm，通过拉弯矫直机进行表面清洗和板型矫直，最后进行成品退火2h升温至240℃保温3h，继续升温至360℃保温3h冷却出炉；
4.冷轧复合：步骤2、3得到的芯材、两卷皮材经过冷轧复合按0.5+4.0+0.5冷轧复合至2.3mm厚度复合坯料，坯料宽度1280mm，道次加工率61.7％；
5.步骤4得到的复合坯料经粗轧按1.8—1.0—0.75道次轧制至0.75mm厚度，然后切边至1230mm半成品；
6.步骤5得到半成品经精轧按0.75—0.5—0.34—0.24—0.18道次轧制至成品道次0.18±0.004mm厚度；
7.步骤6得到成品通过拉弯矫直机进行表面清洗和板型矫直；
8.步骤6得到的成品进行成品退火，2h升温至260℃保温3h，继续升温至275℃保温6h冷却出炉；
9.完成成品退火料进行分切至成品宽度600±0.05mm。
对上述工艺过程生产成品翅片材料进行性能检测，抗拉强度142MPa、延伸率11.6％，包覆率9.9、10.1、9.8、10、10.1在多家高铁隔音蜂窝板客户产品批量使用无异常，未出现焊后倒伏、虚焊、漏焊等异常现象，满足生产高铁隔音蜂窝板的要求。
实施例2
制备冷复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材的步骤如下：
1.按重量百分比Si 0.45％，Fe 0.5％，Cu 0.12％，Mn 1.4％，Mg 0.05％，Zn1.8％，Zr 0.01％，Ti≤0.05％，余量为Al的配比作为基础成分，配制合金原料进行芯材坯料熔炼铸轧得到7.0mm铸轧卷，合金“3003”；
按重量百分比Si 7.2％，Fe 0.5％，Cu 0.1％，Mn 0.05％，Zn 0.1，余量为Al的配比作为基础成分，配制合金原料进行皮材坯料熔炼铸轧得到7.5mm铸轧卷，合金“4343”；
2.芯材制备：将3003铸轧母卷经粗轧按7.0—5.4—4.0轧制至4.0mm厚度进行中间退火2h升温至240℃保温3h，继续升温至520℃保温3h冷却出炉，芯层宽度1280mm；
3.皮材制备：按照复合率10±2％设计，对4343铸轧母卷进行坯料退火18h升温至500℃保温3h冷却出炉，然后经粗轧按7.5—1.6(冷却12h)—0.7轧制至0.5mm厚度进行中间退火，然后切边至1260mm，通过拉弯矫直机进行表面清洗和板型矫直，最后进行成品退火2h升温至240℃保温3h，继续升温至360℃保温3h冷却出炉；
4.冷轧复合：步骤2、3得到的芯材、两卷皮材经过冷轧复合按0.5+4.0+0.5冷轧复合至2.3mm厚度复合坯料，坯料宽度1280mm，道次加工率61.7％；
5.步骤4得到的复合坯料经粗轧按1.8—1.0—0.75道次轧制至0.75mm厚度，然后切边至1230mm半成品；
6.步骤5得到半成品经精轧按0.75—0.5—0.34—0.24—0.18道次轧制至成品道次0.18±0.004mm厚度；
7.步骤6得到成品通过拉弯矫直机进行表面清洗和板型矫直；
8.步骤6得到的成品进行成品退火，2h升温至260℃保温3h，继续升温至275℃保温6h冷却出炉；
9.完成成品退火料进行分切至成品宽度600±0.05mm。
对上述工艺过程生产成品翅片材料进行性能检测，抗拉强度138MPa、延伸率12.5％，包覆率10、10.1、9.9、9.8、10.1，在多家高铁隔音蜂窝板客户产品批量使用无异常，未出现焊后倒伏、虚焊、漏焊等异常现象，满足生产高铁隔音蜂窝板的要求。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在本发明技术原理的前提下，还可以做出适当改进和优化，这些改进和优化也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材的制造方法，其特征在于：所述复合铝材由芯材以及上下两层皮材复合而成，
所述芯材原料成分的质量百分数为：
Si 0.6～1.0%，Fe ≤0.7%，Cu ≤0.2%，Mn 1.0～1.8%，Mg ≤0.1%，Zn 1.0～2.0%，Zr≤0.2%，Ti ≤0.2%，余量为Al；
或Si ≤0.6%，Fe ≤0.7%，Cu ≤0.2%，Mn 1.0～1.8%，Mg ≤0.1%，Zn 1.0～2.0%，Zr ≤0.05%，Ti ≤0.2%，余量为Al；
所述皮材原料成分的质量百分数为：
Si 6.8～8.2%，Fe 0.05～0.8%，Cu ≤0.25%，Mn ≤0.10%，Zn ≤0.2%，余量为Al；
所述高铁隔音蜂窝板用复合铝材由上到下依次为芯材、皮材、芯材，将上下两层皮材包覆固定在芯材上、下表面处，经过熔炼、铸轧、冷轧的步骤制备而成；
所述方法包括以下步骤：（1）熔炼；（2）铸轧得到厚度为6.5～7.5mm的铝卷；（3）将铸轧得到的铝卷轧至3.0～5.0mm进行均匀化退火，得到芯材；均匀化退火工艺为：1~2h内升温到240~280℃，保温时间3~5h；17~22h内升温到520~560℃，保温时间4~8h；（4）铸轧得到的铝卷坯料退火后，轧至0.4～0.8mm进行成品退火，得到皮材；坯料退火工艺为：2~4h内升温到480~520℃，保温时间2~6h；然后粗轧经过5～8个道次轧制成坯料的厚度为0.4～0.8mm；成品退火工艺为1~2h内升温到240~280℃，保温时间3~5h；3~7h升温到300~400℃，保温时间2~4h；（5）将上下两层皮材包覆固定在芯材上、下表面处，经过复合机进行冷轧复合，道次加工率为50～65%；（6）将冷轧后的铝材经粗轧轧制到0.4～0.8mm后进行切边；（7）精轧轧制至成品厚度0.07～0.2mm；（8）拉矫清洗；（9）成品退火。
2.根据权利要求1所述的冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材的制造方法，其特征在于，步骤（5）对芯材上下表面、上层皮材下表面、下层皮材上表面采用特定设备进行打磨，打磨后铝粉通过抽吸装置抽吸干净。
3.根据权利要求1所述的冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材的制造方法，其特征在于，步骤（7）中成品退火工艺为1~2h内升温到240~280℃，保温时间3~5h；11~14h内升温到200~300℃，保温时间3~8h。
4.根据权利要求1所述的冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材的制造方法，其特征在于，步骤（7）中成品退火后，出炉风机强冷至≤60℃，取样检测力学性能。
5.根据权利要求1所述的冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材的制造方法，其特征在于，步骤（6）精轧时表面控油≤10mg/m2。
6.一种冷轧复合法生产的高铁隔音蜂窝板用复合铝材，其特征在于，由权利要求1~5任一项所述方法制备而成。
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