CN112831692B - 一种铝锰合金带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种铝锰合金带材及其制备方法，所述铝锰合金带材的组分及质量百分比为Al 98.00～98.30％、Si≤0.60％、Fe≤0.70％、Cu≤0.05％、Mg≤0.02％、Mn 1.0～1.5％、Zn≤0.10％、Ti 0.01～0.03％、其余为不可避免的杂质，其中Fe的质量与Si的质量的比值在3.1～3.2之间；熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭。与相关技术相比，该方法制得的铝锰合金带材具有优异的综合机械性能，冲压成形性能良好，抗拉强度可达170～180MPa，且所述铝锰合金带材可应用于电容器壳体，解决了现有技术中内部组织偏析严重、晶粒局部不均匀粗大、制耳率偏高的问题。

Description

一种铝锰合金带材及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及一种铝及铝合金带材的制备领域，尤其是涉及一种铝锰合金带材的制备方法。
【背景技术】
随着电子信息技术的日新月异，数码产品的更新换代技术越来越快，而数码产品离不开的元件之一就是电容器，由于铝猛合金具有质轻、强度高、耐腐蚀等突出的优点，因此铝锰合金材料在电容器产业中应用逐渐增多。
相关技术的铝锰合金带材的制备方法中，通常包括熔炼、铸造、均匀化、轧制和退火等步骤，但用铸轧法生产纯铝带材时，存在化学成分及内部组织偏析严重、晶粒局部不均匀粗大、制耳率偏高等机械性能问题，以及表面橘皮、粗糙、松树支状花纹、表面发乌等表面缺陷；采用热轧法生产纯铝带材时，其抗拉强度只有100～110MPa、强度偏低和防爆压力不稳等缺陷，上述问题不但会造成电容器漏液事故，还可能会导致电容器***，危害安全。
因此，有必要提供一种新的铝锰合金带材的制备方法以解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种耐腐蚀性优良、抗拉强度大的铝锰合金带材及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供一种铝锰合金带材的制备方法，所述铝锰合金带材的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、按如下组分及质量百分比：Al 98.00～98.30％、Si≤0.60％、Fe≤0.70％、Cu≤0.05％、Mg≤0.02％、Mn 1.0～1.5％、Zn≤0.10％、Ti 0.01～0.03％、其余为不可避免的杂质，其中Fe的质量与Si的质量的比值范围为3.1～3.2；熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭，具体包括：
步骤S11、配料要求一级废料固体冷料比例25％～30％，其余的选用元素Cu、Mg、Zn、Al含量符合上述质量百分比的重熔铝锭作为熔体并熔炼成铝液，熔炼铝液温度不超过750℃，熔体温度达到730℃～750℃后，按上述质量百分比加入元素Fe、Si和Mn；
步骤S12、将所述铝液在熔炼炉中进行精炼，所述熔炼炉中加入20～30Kg颗粒状精炼剂和充入氩气进行精炼，精炼时间为20～30分钟，其中，所述颗粒状精炼剂的粒度分布在0.85～3.15mm之间的精炼剂的质量与所述颗粒状精炼剂总质量的比大于或等于96％；
步骤S13、将经所述步骤S12处理后的铝液转入保温炉中进行第二次精炼，使用氯气精炼25～35分钟；
步骤S14、将第二次精炼完成后的所述铝液进行扒渣，再静置30～40分钟；
步骤S15、静置结束后的所述铝液依次经过除气箱除气，所述除气箱内的氢含量小于0.12mL/100gAl，其中，所述除气箱除气全程按上述Ti元素的质量百分比在线加入钛丝AlTi5B0.2A进行晶粒细化；除气后的所述铝液经过过滤箱，所述过滤箱为双级过滤；过滤后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭，其中，铸造速度为42～52mm/min，铸造冷却水流量为220～320L/min；
步骤S2、采用热轧工序将所述铸锭制成4.0mm厚的热轧坯料：
步骤S21、对所述铸锭铣削，大面铣削10mm每面，将冷隔铣削干净；
步骤S22、将铣面之后的所述铸锭进行均匀化处理，采用差热分析，确定均匀化工艺温度为605±5℃，保温7小时；均匀化处理后继续保温2小时再出炉轧制，其中，该保温2小时时段中，所述铸锭温度为515～525℃；
步骤S23、将均匀化处理之后的所述铸锭经热连轧机进行轧制，其中热轧粗轧轧制21道次，粗轧后中间坯厚度为28mm，再进行精轧3机架轧制得到厚度为4.0mm的热轧坯料，其中终轧温度为320℃～330℃；
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为0.3mm的铝锰合金带材：
步骤S31、对所述热轧坯料进行冷轧，经4道次轧制最终得到厚度为0.3mm的铝卷，其中，轧制速度保持在800～1000m/min；
步骤S32、将所述铝卷依次经过碱液清洗以去除轧制油、铝粉及轧辊脱落的铁粉；
步骤S33、将清洗后的所述铝卷在退火炉进行低温退火处理后得到厚度为0.3mm的所述铝锰合金带材，其中，退火温度为260℃并保温10小时。
优选的，所述步骤S11中，配制元素Fe、Si、Mn均采用中间合金。
优选的，所述步骤S15中，所述双级过滤采用40PPi+60PPi陶瓷过滤板组合过滤结构。
优选的，所述步骤S23中，精轧3机架轧制形成4.0mm的所述热轧坯料需依次经过轧制道次为28mm、14mm、8.0mm、4.0mm。
优选的，所述步骤S23中，所述热轧坯料下机后使用风机进行强制快速冷却。
优选的，所述步骤S31中，在冷轧时，形成最终厚度0.3mm的所述铝卷需经过轧制道次依次为4.0mm、1.8mm、0.85mm、0.45mm、0.3mm。
优选的，所述步骤S31中，所述铝卷下机时所述铝卷温度保持在140～150℃之间。
优选的，所述铝锰合金带材由权利要求1-7任意一项所述铝锰合金带材的制备方法制成，所述铝锰合金带材用于电容器壳体。
与现有技术相比，本发明铝锰合金带材的制备方法通过优异的化学成分设计，尤其是控制Fe的质量与Si的质量的比值、铸造工艺参数匹配、铸锭均匀化工艺制度等，得到的铝锰合金带材抗拉强度可达170～180MPa，且晶粒细小、各向异性良好，形成0°、90°及45°共8个制耳，制耳率在0.4％以下；通过控制热轧坯料和铝卷的冷却方式，使得铝锰合金带材具有优异的综合机械性能，冲压成形性能良好；采用优异的熔体精炼工艺，使得熔体渣含量只有0.012mm2/Kg，因此所述铝锰合金带材具有高强度、弥散均匀的第二相分布，从而电位差极小。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明铝锰合金带材制备方法的流程框图。
【具体实施方式】
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请结合图1，本发明提供一种铝锰合金带材的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤S1、按如下组分及质量百分比：Al 98.00～98.30％、Si≤0.60％、Fe≤0.70％、Cu≤0.05％、Mg≤0.02％、Mn 1.0～1.5％、Zn≤0.10％、Ti 0.01～0.03％、其余为不可避免的杂质，其中Fe的质量与Si的质量的比值范围为3.1～3.2；熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭。
其中，控制Fe的质量与Si的质量的比值在3.1～3.2之间，可以有效的避免大量形成硬脆相β相Fe Si Al3，达到所述铝锰合金带材具有高抗拉强度的目的。
步骤S1具体还包括：
步骤S11、配料要求一级废料固体冷料比例25％～30％，其余的选用元素Cu、Mg、Zn、Al含量符合上述质量百分比的重熔铝锭作为熔体并熔炼成铝液，熔炼铝液温度不超过750℃，熔体温度达到730℃～750℃后，按上述质量百分比加入元素Fe、Si和Mn；具体的，配制元素Fe、Si、Mn均采用中间合金，其它合金不配制加入。
具体的，所述一级废料固体冷料是指铸锭锯切头尾废料，该配料要求可以充分减轻该铝锰合金原始铸锭晶粒粗大的组织缺陷，保证后续加工性能。其中，所述一级废料固体冷料符合YS/T 1004-2004规定的废料分类。
本实施例中，配置元素Fe采用AlFe20、Si采用AlSi20、Mn采用AlMn25。
步骤S12、将所述铝液在熔炼炉中进行精炼，所述熔炼炉中加入20～30Kg颗粒状精炼剂和充入氩气进行精炼，精炼时间为20～30分钟，其中，所述颗粒状精炼剂的粒度分布在0.85～3.15mm之间的精炼剂的质量与所述颗粒状精炼剂总质量的比大于或等于96％。
步骤S13、将经所述步骤S12处理后的铝液转入保温炉中进行第二次精炼，使用氯气精炼25～35分钟。
本实施例中，铝液精炼过程采用熔炼炉精炼方法以及保温炉两次精炼工艺组合的方式，可以得到纯净的熔体，熔体中无腐蚀夹渣源。具体的，熔体渣含量为0.012mm2/Kg，因此所述铝锰合金带材具有高强度、弥散均匀的第二相分布，从而电位差极小。
步骤S14、第二次精炼完成后的所述铝液再一次进行扒渣，再静置30～40分钟。
步骤S15、静置结束后的所述铝液依次经过除气箱除气，所述除气箱内的氢含量小于0.12mL/100gAl，其中，所述除气箱除气全程按上述Ti元素的质量百分比在线加入钛丝AlTi5B0.2A进行晶粒细化；除气后的所述铝液经过过滤箱，所述过滤箱为双级过滤；具体的，所述双级过滤采用40PPi+60PPi陶瓷过滤板组合过滤结构。过滤后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭，其中，铸造速度为42～52mm/min，铸造冷却水流量为220～320L/min。
本实施例中，由步骤S1的铸造工艺参数匹配生产得到的铸锭，所述铸锭原始晶粒细小均匀，没有严重的组织偏析等不良缺陷。
步骤S2、采用热轧工序将所述铸锭制成4.0mm厚的热轧坯料：
步骤S21、对所述铸锭铣削，大面铣削10mm每面，将冷隔铣削干净。
步骤S22、将铣面之后的所述铸锭进行均匀化处理，采用差热分析，确定均匀化工艺温度为605±5℃，保温7小时；均匀化处理后继续保温2小时再出炉轧制，其中，该保温2小时时段中，所述铸锭温度为515～525℃。
本实施例中的均匀化处理，可消除铸锭枝晶偏析，针状FeAl3相明显减少，同时形成大量短棒状(Fe，Mn)Al6相，且在晶间析出大量颗粒状(Fe，Mn)SiAl相及短棒状MnAl6相，弥散的第二相避免后续热处理晶粒产生不均匀长大；晶粒细小均匀，带材冲制表面不会形成橘皮、滑移线等不良，制耳率小，而且相之间电位差极小，不会形成微电池，因此电容器使用安全性能大幅度提高。
步骤S23、将均匀化处理之后的所述铸锭经热连轧机进行轧制，具体的，所述热连轧机为“1+3”热连轧机。其中热轧粗轧轧制21道次，粗轧后中间坯厚度为28mm，再进行精轧3机架轧制得到厚度为3.0mm的热轧坯料，其中终轧温度为320℃～330℃，该终轧温度可以保证热轧坯料充分再结晶。
具体的，精轧3机架轧制形成4.0mm的所述热轧坯料需依次经过轧制道次为28mm、14mm、8.0mm、4.0mm，所述热轧坯料下机后使用风机进行强制快速冷却，最优的，所述风机设有4台。其中，强制快速冷却不易使铝锰系合金晶粒长大，利于最终产品晶粒细小，且冲压性能优良。
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为0.3mm的铝锰合金带材：
步骤S31、对所述热轧坯料进行冷轧，经4道次轧制最终得到厚度为0.3mm的铝卷，其中，轧制速度保持在800～1000m/min。
具体的，在冷轧时，形成最终厚度0.3mm的所述铝卷需经过轧制道次依次为4.0mm、1.8mm、0.85mm、0.45mm、0.3mm，且所述铝卷下机时所述铝卷温度保持在140～150℃之间，然后采用自然冷却的方式进行冷却，在自然冷却中铝卷处于动态回复中，此种动态回复相对单纯热处理的效果更佳，利于平衡轧制变形45°方向制耳，使得成品带材制耳率低。
步骤S32、将所述铝卷依次经过碱液清洗以去除轧制油、铝粉及轧辊脱落的铁粉；清洗后干净的铝卷表面，冲制电容器壳后表面不会出现发乌、压坑、麻点等质量缺陷。
步骤S33、将清洗后的所述铝卷在退火炉进行低温退火处理后得到厚度为0.3mm的所述铝锰合金带材，其中，退火温度为260℃并保温10小时。该退火生产工艺，可以避免热处理时铝卷内圈及外圈不均匀升温导致的晶粒不均匀长大的问题，热处理后得到的铝锰合金带材，晶粒细小均匀，制耳率低，满足冲制要求。
本实施例中，通过所述铝锰合金带材的制备方法制备得到的铝锰合金带材在进一步冲压加工后，可以作为电容器壳体。实验数据表明，使用该制备方法制得的铝锰合金带材，厚度0.3mm，其抗拉强度可达170～180MPa，且晶粒细小、各向异性良好，形成0°、90°及45°共8个制耳，制耳率在0.4％以下；熔体低含渣质量使其满足电位差极小的条件，具体的，熔体渣含量为0.012mm2/Kg，因此满足电容器壳体不易击穿的要求，将其作为电容器壳体，解决了现有技术中化学成分及内部组织偏析严重、晶粒局部不均匀粗大、制耳率偏高等机械性能问题。
具体的，采用上述铝锰合金带材的制备方法制备得到的铝锰合金带材成品厚度0.3mm，具有优异的综合机械性能，其抗拉强度178MPa，各向异性良好，制耳率0.34％，并且冲压性能优良，冲压无起皱翘曲开裂现象，冲制后壳体表面亮泽。
与现有技术相比，本发明铝锰合金带材的制备方法通过优异的化学成分设计，尤其是控制Fe的质量与Si的质量的比值、铸造工艺参数匹配、铸锭均匀化工艺制度等，得到的铝锰合金带材抗拉强度可达170～180MPa，且晶粒细小、各向异性良好，形成0°、90°及45°共8个制耳，制耳率在0.4％以下；通过控制热轧坯料和铝卷的冷却方式，使得铝锰合金带材具有优异的综合机械性能，冲压成形性能良好；采用优异的熔体精炼工艺，使得熔体渣含量只有0.012mm2/Kg，因此所述铝锰合金带材具有高强度、弥散均匀的第二相分布，从而电位差极小。
本发明提供一种以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种铝锰合金带材的制备方法，其特征在于，所述铝锰合金带材的制备方法包括以下步骤：
步骤S1、按如下组分及质量百分比：Al 98.00～98.30％、Si≤0.60％、Fe≤0.70％、Cu≤0.05％、Mg≤0.02％、Mn 1.0～1.5％、Zn≤0.10％、Ti 0.01～0.03％、其余为不可避免的杂质，其中Fe的质量与Si的质量的比值范围为3.1～3.2；熔铸工序采用半连续铸造方法制备铸锭，具体包括：
步骤S11、配料要求一级废料固体冷料比例25％～30％，其余的选用元素Cu、Mg、Zn、Al含量符合上述质量百分比的重熔铝锭作为熔体并熔炼成铝液，熔炼铝液温度不超过750℃，熔体温度达到730℃～750℃后，按上述质量百分比加入元素Fe、Si和Mn；
步骤S12、将所述铝液在熔炼炉中进行精炼，所述熔炼炉中加入20～30Kg颗粒状精炼剂和充入氩气进行精炼，精炼时间为20～30分钟，其中，所述颗粒状精炼剂的粒度分布在0.85～3.15mm之间的精炼剂的质量与所述颗粒状精炼剂总质量的比大于或等于96％；
步骤S13、将经所述步骤S12处理后的铝液转入保温炉中进行第二次精炼，使用氯气精炼25～35分钟；
步骤S14、将第二次精炼完成后的所述铝液进行扒渣，再静置30～40分钟；
步骤S15、静置结束后的所述铝液依次经过除气箱除气，所述除气箱内的氢含量小于0.12mL/100gAl，其中，所述除气箱除气全程按上述Ti元素的质量百分比在线加入钛丝AlTi5B0.2A进行晶粒细化；除气后的所述铝液经过过滤箱，所述过滤箱为双级过滤；过滤后的所述铝液通过结晶器进行铸造得到所述铸锭，其中，铸造速度为42～52mm/min，铸造冷却水流量为220～320L/min；
步骤S2、采用热轧工序将所述铸锭制成4.0mm厚的热轧坯料：
步骤S21、对所述铸锭铣削，大面铣削10mm每面，将冷隔铣削干净；
步骤S22、将铣面之后的所述铸锭进行均匀化处理，采用差热分析，确定均匀化工艺温度为605±5℃，保温7小时；均匀化处理后继续保温2小时再出炉轧制，其中，该保温2小时时段中，所述铸锭温度为515～525℃；
步骤S23、将均匀化处理之后的所述铸锭经热连轧机进行轧制，其中热轧粗轧轧制21道次，粗轧后中间坯厚度为28mm，再进行精轧3机架轧制得到厚度为4.0mm的热轧坯料，其中终轧温度为320℃～330℃，所述热轧坯料下机后使用风机进行强制快速冷却；
步骤S3、对所述热轧坯料进行冷轧，得到厚度为0.3mm的铝锰合金带材：
步骤S31、对所述热轧坯料进行冷轧，经4道次轧制最终得到厚度为0.3mm的铝卷，其中，轧制速度保持在800～1000m/min，所述铝卷下机时所述铝卷温度保持在140～150℃之间，然后采用自然冷却的方式进行冷却；
步骤S32、将所述铝卷依次经过碱液清洗以去除轧制油、铝粉及轧辊脱落的铁粉；
步骤S33、将清洗后的所述铝卷在退火炉进行低温退火处理后得到厚度为0.3mm的所述铝锰合金带材，其中，退火温度为260℃并保温10小时。
2.根据权利要求1所述的铝锰合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S11中，配制元素Fe、Si、Mn均采用中间合金。
3.根据权利要求1所述的铝锰合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S15中，所述双级过滤采用40PPi+60PPi陶瓷过滤板组合过滤结构。
4.根据权利要求1所述的铝锰合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S23中，精轧3机架轧制形成4.0mm的所述热轧坯料需依次经过轧制道次为28mm、14mm、8.0mm、4.0mm。
5.根据权利要求1所述的铝锰合金带材的制备方法，其特征在于，所述步骤S31中，在冷轧时，形成最终厚度0.3mm的所述铝卷需经过轧制道次依次为4.0mm、1.8mm、0.85mm、0.45mm、0.3mm。
6.一种铝锰合金带材，其特征在于，所述铝锰合金带材由权利要求1-5任意一项所述铝锰合金带材的制备方法制成，所述铝锰合金带材用于电容器壳体。
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