3C电子用5052合金板带材短流程工艺研究

吴春江

（中铝瑞闽股份有限公司，福州 350015）

0 前言

5052合金是一种具有良好的成形性、加工性、耐蚀性及表面处理性能的铝合金。在国内外，5052-H32状态铝合金板带材广泛应用于石油化工行业、建筑行业、交通运输行业及电子电器行业。随着这些行业的迅猛发展和大量采用新技术，对5052-H32板带材的综合性能、板型、表面质量等方面提出了更高的要求。如何以质量最好、性能最稳定、能耗最低、效率最高的最优工艺生产出满足用户需求的板带材是各生产厂家一直努力的方向[1]。其中3C电子用铝方面的结构件普遍采用5052合金，在该类型产品市场竞争日趋激烈的现状下，工艺改进和成本控制就显得尤为重要。

对于厚度≥1.95 mm的5052-H32状态的成品来说，传统工艺需要冷轧两个道次且需进行成品退火，存在生产周期长、生产成本高、粘伤问题突出、成品率低等问题。目前所用的H32工艺已无法满足日趋激烈的市场竞争，急需对其进行改进，缩短生产流程，降低生产成本，提升产品品质，在竞争激烈的市场占有一席之地。

1 试验方案

1.1 试验材料

选取铸锭质量满足要求的6批样品进行投料生产，铸锭规格为560 mm×1 290 mm×6 500 mm。熔铸工序的要求是：化学成分符合GB／T 3190规定，并对Fe、Cu、Cr、Mg等成分加以控制，尤其合金中的Mg固溶于铝基体中，能阻碍位错运动，起加工硬化作用，控制好Mg含量能保证较快的加工硬化效果，不需要较大的冷加工率，就能保证有足够的抗拉强度[2]。同时，合金中的Fe不全是杂质元素，将其质量分数控制在0.2%～0.3%，能避开其有害影响，还能发挥其有益作用。合金中的部分Fe元素以过饱和形式存在，在高温均匀化过程中，晶粒内部能沉淀出AlFeSi弥散相。其尺寸非常小，能细化再结晶晶粒，对强度和塑性都有贡献[2]。

铸锭晶粒度为1级，低倍组织合格；含氢量≤0.14 mL/100g⋅A1；铸锭切头150 mm，切尾300 mm，铣面量8～12 mm，铸锭表面无回刀痕等表面缺陷。其化学成分如表1所示。

表1 试验用5052铸锭的成分（质量分数/%）

1.2 试验内容

经冷作硬化的5052合金由于α固溶体中存在过饱和度的镁，引起化学自由能较高，加之冷变形产生的大量位错又使应变能较高，导致其性能不稳定。为了使5052合金性能稳定，必须对冷变形的合金进行低温退火，即稳定化处理，以减少镁在α（A1）中的过饱和度和位错密度，消除形成β相晶界沉淀网膜的可能性[3]。因此，传统生产中常选择H32工艺进行生产。

本次试验的目的是采用H12工艺替代传统的H32工艺，即通过一个道次冷轧直接生产出成品厚度，并且不经过退火的工艺路线即能够得到所需要的合格性能。原工艺路线（H32）为：熔铸—热轧—冷轧1道次—冷轧2道次—成品退火—清洗—成品切边。这种工艺工序多，生产成本高，生产周期长，市场竞争力弱。试验新工艺路线（H12）为：熔铸—热轧—冷轧1道次—清洗—成品切边。为了确保既能得到目标性能，同时又保持性能稳定，必须采取较小冷轧加工率的工艺进行生产。试验中新工艺如何选择合适的冷轧压下量较为关键。

1.3 试验目标

优化后的新工艺路线得到的产品性能指标值、性能稳定性以及表面质量必须到达或超过原工艺路线的水平，同时，成品率较原工艺要有所提升。本次试验目标成品为2.48 mm厚的冷轧结构件产品，其力学性能等各项指标要求见表2。

表2 各项试验目标要求

1.4 试验过程

热轧主要控制点为：终轧温度控制（325±5）℃（准确控制终轧温度对于后续热轧后卷材的表面质量很重要）；精轧出口厚度公差＜±0.02 mm；表面阳极黑条B级以上，表面无粘铝、划伤、乳液痕等影响使用的表面缺陷；热轧生产后转运过程要注意卷材保护，不允许出现松层、磕碰导致的层间擦伤；热轧生产后规格为：2.66 mm×1 250 mm（根据下文冷轧压下量设计结果确定热轧最终成品厚度）。

根据5052合金结构件的性能区间要求，初步选定加工率区间范围在6%~7%之间。在试验轧机上选取不同的压下量进行压下试验，通过力学性能数据测量得出如图1所示的拟合线图。根据力学性能过程能力图，并结合力学性能与道次压下量的拟合线图，最终选定合适的加工率。

图1 冷轧压下量拟合线图

根据力学性能过程能力图，抗拉强度的波动区间是15 MPa。为了确保抗拉强度＞210 MPa，抗拉强度的中心值应＞217.5 MPa，同时屈服强度达到目标值，结合力学性能与道次压下量的拟合线图，将道次压下率确定为6.6%~7.0%，这样还可同时解决冷轧厚度补偿偏差的问题。冷轧工艺参数详见表3。

表3 冷轧参数表

由于热轧坯料冷却到室温后，层间会出现一定的间隙，在冷轧工序开坯时极易出现开卷时的层间粘伤。程度较轻的粘伤经过后续多个道次的冷轧后会逐渐减轻，最终成品表面质量可接受；如果只经一个道次直接出成品，则会导致粘伤无法消除。因此，需要重点关注冷轧设备的开卷、卷取、入口偏导辊等辊道和卷轴的精度，确保满足设计要求，以免出现卷取或开卷粘伤缺陷。必要时可以在开坯卷材端面喷轧制油，使卷材间隙内因渗入的轧制油而形成一定油膜，有助于缓解开卷时造成的表面粘伤。

2 试验结果及分析

2.1 性能检测

对6个试验批次的卷材分别从头部、中部、尾部取样进行力学性能测试，结果如表4所示。

表4 性能测试结果

试验结果表明，各项性能指标均达到试验目标，且性能值稳定。

2.2 成品率及表面质量

根据企业内控检验标准，对6个试验批次的卷材进行表面质量检测，并统计了6个批次的投入量和产出量，进行成品率统计，具体结果如表5所示。

表5 表面质量及成品率结果

本次试验6个批次，成品率均超过82%，平均成品率达到86.52%，较原工艺的81.02%大幅提高，同时带材表面质量均达到验收标准。

2.3 晶粒度

对试验样品分别进行表面和纵向的晶粒度检测，结果如图2所示。

图2 两种工艺晶粒度比较（左侧为H12工艺，右侧为H32工艺）

对比可以看出，采用H12工艺的卷材表面晶粒明显更细小且均匀。H32工艺纵向晶粒呈现明显的纤维状，而H12工艺成品纵向晶粒仍保持较好的等轴性，晶粒细小均匀，这也为获得合格的表面质量打好了基础。

通过试验数据的对比可以看出，新工艺的试验结果完全符合预期效果，力学性能、成品率、晶粒度几个指标都达到甚至超出了预期目标，同时也保证了产品的表面质量。

3 结论

（1）在合适的冷轧压下量下对5052合金进行一个道次的冷轧便可获得所需的合格力学性能。

（2）一道次冷轧后的5052合金产品在未经过成品退火的情况下，依然可以获得稳定的性能数据。

（3）经6.6%~7.0%的较小压下量后，5052合金表面晶粒度可以满足客户需求。

试验结果表明，采用H12新工艺生产5052合金结构件产品可以获得客户所需的稳定的力学性能和更加良好的晶粒度。同时还能使产品成品率大幅提升，生产周期明显缩短，能很好地解决5052-H32内构件产品生产周期长、生产成本高、市场竞争力弱等一系列问题。

新工艺是一种短流程、高质量、低成本的生产工艺，完全可以替代原有的H32工艺，值得广泛推广使用。