均匀化退火工艺对双辊铸轧3003Al带坯力学性能的影响

邹利华，曾江涛，吴海江，刘长青，刘惊涛

(1 邵阳学院 机械与能源工程系，湖南 邵阳 422004) (2邵东新仁铝业有限责任公司，湖南 邵阳 422814)

均匀化退火工艺对双辊铸轧3003Al带坯力学性能的影响

邹利华，曾江涛1，吴海江1，刘长青1，刘惊涛2

(1 邵阳学院 机械与能源工程系，湖南 邵阳 422004) (2邵东新仁铝业有限责任公司，湖南 邵阳 422814)

实验研究了不同均匀化退火工艺对双辊铸轧3003Al带坯力学性能的影响，结果表明，随着均匀化退火的温度升高及保温时间增长，3003Al带坯的抗拉强度降低、延伸率升高。在540oC/20h的退火制度下，3003Al带坯力学性能基本呈各向同性，同时其延伸率大于30%，有利于带坯的后续冷轧加工。

均匀化退火;退火温度;3003Al 带坯;力学性能

3003Al合金是Al-Mn系重要合金，目前广泛应用于电解电容器阴极铝箔、容器铝箔、铝塑复合板等领域。连续铸轧法生产铝板带材具有投资省、能耗低、流程短等优点，是当前铝板带材生产的主要方法之一[1～3]。以连续铸轧法生产3003Al电解电容器阴极铝箔为例，其生产工艺通常为:成分设计(熔炼配料/直接电解铝液)→连续铸轧→冷轧→均匀化退火→冷轧→二次退火→箔轧→成品[4,5]，均匀化退火是生产过程中的关键一步，未进行均匀化退火的铸轧铝带坯很有可能存在加工硬化程度过大、力学性能各向异性等问题，影响后续的冷轧加工。能否获得具有合理力学性能的铝带坯与均匀化退火工艺制度是否合理密切相关。本文结合3003铝箔生产实际，设计了不同的均匀化退火工艺，研究了退火工艺对铝带坯力学性能的影响，得出了合理的均匀化退火制度。

1 实验

1.1 实验材料

实验材料为3003Al，获得过程为通过投入铝锭及相应成分原料在熔炼炉中熔炼，并在730oC-760oC保温一定时间后取样测试、调整成分，最终实验各炉次3003Al化学成分如表1所示。从表1可以看出各炉次材料成分无显著差别。为有利于3003铝箔生产，熔炼过程中还添加微量Pb、Ni元素，使Pb、Ni浓度达到约1ppm。

表1 3003Al合金化学成分

1.2 工艺路线

3003Al铝箔的制备工艺路线为:铸轧获得7.5mm铝带坯→冷轧2～3道次至4.0mm→均匀化退火→冷轧4～5道次至0.9mm→切边+二次退火→冷轧至0.55mm→箔轧4～5道次至0.043mm→分切。其中铸轧在φ820×1600mm铸轧机上进行，冷轧、箔轧在φ680×1450冷轧机上进行，退火在箱式电炉中进行。五个炉次的3003铝带坯均匀化退火工艺如表2所示。

表2 铸轧3003Al带坯均匀化退火工艺

均匀化退火前，在未退火3003铝带坯卷上取试样作为对照组进行性能测试。均匀化退火后，分别在铝带坯卷的不同部位按照平行及垂直于铸轧方向取样进行性能测试，每组测试试样不少于5个。

2 结果及分析

4.0mm厚3003Al带坯均匀化退火后力学性能如表3所示。

未进行均匀化退火处理的对照组试样在平行铸轧方向抗拉强度为165MPa，延伸率为11.8%，在垂直于铸轧方向抗拉强度为142MPa，延伸率为7.6%，说明铸轧+冷轧至4.0mm后3003铝带坯力学性能不均匀，在平行铸轧方向上其强度与延伸率均比较大，有着显著的各向异性。与各炉次进行均匀化处理后的铝带坯的力学性能相比较，对照组试样抗拉强度较大、延伸率较低，分析其原因为:(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铝合金塑性降低。随后，各炉次均匀化退火的温度都高于3003Al的再结晶温度，试样均匀化退火过程中发生了回复和再结晶，消除了偏析等缺陷，提高合金塑性。因此均匀化退火后各炉次试样的延伸率均获得了提高；(2)在3003Al铸轧“获得7.5mm铝带坯→冷轧2～3道次至4.0mm”的冷轧过程中，每道次冷轧变形量较大，冷加工产生大量位错，在试样中造成了冷加工硬化。随后，对照组没有进行均匀化退火，其它各炉次试样均进行了均匀化退火，消除了加工硬化效果，试样中位错密度降低，因此其它其延伸率提高、抗拉强度降低；

对比炉次1/炉次2、炉次3/炉次4力学性能试验结果，可以看出在同样的保温时间下，随着均匀化退火温度的升高，在平行和垂直于铸轧方向上，均有随着退火温度升高，铝带坯抗拉强度降低、延伸率提高的规律；对比炉次2/炉次3、炉次4/炉次5力学性能试验结果，可以看出在同一均匀化退火温度下，随着保温时间的延长，在平行和垂直于铸轧方向上，均有随着保温时间延长，铝带坯抗拉强度降低、延伸率提高的规律。

在炉次1/2/3/5的退火制度下，平行铸轧方向上3003铝带坯的抗拉强度和延伸率均高于垂直铸轧方向的对应性能，即上述退火制度下不能消除铝带坯的各向异性。在540oC/20h的退火制度下，3003Al带坯平行于垂直铸轧方向上抗拉强度分别为96N/mm2和93N/mm2，二者极为接近，延伸率分别为32.2%和30.3%，也较为接近，说明在该退火制度下，3003Al带坯力学性能的各向异性基本消失。同时其各向延伸率大于30%，有利于后续多道次的冷轧/箔轧，在随后的加工过程中，炉次4加工产品更符合预期性能目标。

表3 4.0mm厚铸轧3003Al带坯力学性能实验结果

3 结论

实验结果表明，随着均匀化退火的温度升高、保温时间的增长，3003Al带坯的抗拉强度逐渐降低、延伸率逐渐升高。本次实验中，3003Al带坯在540oC/20h的退火制度下，其力学性能基本呈各向同性，同时其延伸率超过了30%，有利于3003Al带坯的后续冷轧加工。

[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，林映红，黄伯云，等.铸轧铝的组织、性能及工艺新进展[J].材料导报，2001，15(11):18-20

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[4]王祝堂.铝带坯双辊式连续铸轧技术的现状与新进展[J].世界有色金属，1997，(7):18-23.

[5]邹利华，刘惊涛，宁爱林，等.太阳集能少反射铝箔的制备及其性能[J].邵阳学院学报(自然科学版)，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

湖南省教育厅科学研究项目(12C0858)

邹利华(1983-)，男，湖南隆回人，讲师，博士，主要从事铝合金的研究及应用，E-mail：zoulihua-mail@163.com

TG146.2

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