电解铝铸轧高级包装铝箔坯料中间退火与性能研究*

周 勇，贾瑞娇，康吉昌，王义仁

（云南浩鑫铝箔有限公司，云南 昆明 650502）

铝箔具有质轻、密封性好、遮光防潮、耐蚀等优点，广泛应用于食品包装、药品包装等行业，一个国家的铝箔人均消费量是其经济是否发展较好的重要性标志，随着社会经济的快速发展，人民收入和消费水平的不断提高，铝箔产品的消费需求越来越高，国内对于铝箔的消费需求每年呈现10%的增长趋势，从而为铝箔新产品的研发和生产销售带来巨大的动力，铝箔市场应用前景广阔[1-2]。随着包装行业的迅速发展，更加促进了铝箔的应用和消费，使得包装成为铝箔的主要消费市场[3]，常见的包装铝箔有食品包装、医药包装、酒封包装、软包装、铝塑复合包装等类型[4]，一些高质量铝箔经常应用在高级包装领域，美观，质优，高端，从而极大地促进了铝箔的消费。

国内铝箔坯料的主要生产方式有三种，铸锭热轧法、重熔铸轧法或电解铝液铸轧法，其中热轧法主要生产流程包括重熔、进行铸锭、铸锭进行铣面、均匀化处理、热轧、中退、冷轧等工序，热轧生产工艺由于会对铸锭进行铣面，通过铣面工艺环节后，可以有效除去铸锭表面的氧化膜以及其他缺陷，同时通过多次热处理，铸锭内部晶粒组织更加均匀细化，但其流程长，投资高，耗能大，生产成本较高；重熔铸轧法生产流程短，但同样是高耗能生产工艺，生产成本较高；电解铝液铸轧生产工艺主要生产工序包括电解铝液熔炼、连续铸轧、冷轧、中退、冷轧环节，大大缩短了生产工艺流程，电解铝液铸轧法生产流程短，且采用水电铝生产电解铝液，绿色、低碳，污染小，同时连续铸轧过程中采用双铸轧辊冷却轧制，双辊直接接触铝液，冷却速度快，形核质点多，铸轧坯料内部组织枝晶间距大幅度缩短，这样的晶粒组织也更加适合生产更高级的铝箔[5-6]。但电解铝液具有“三高一低”的技术特性，电解铝液温度高，内部形核质点少，生产的铝箔坯料产品晶粒组织不均匀，性能不达标，因此采用电解铝液铸轧制备高级包装铝箔坯料，必须解决铝箔坯料的组织性能问题。

1 试验方案

1.1 试验材料

试验选取的电解铝液铸轧制备高级包装铝箔坯料主要采用1235合金成分制备，铸轧坯料规格为（6.0～6.5）mm，冷轧中间坯料规格为（0.55～0.65）mm，试验产品50 t，试验卷16个，1235合金具体化学成分见下表：

表1 1235化学成分表Tab.1 1235 chemical composition list %

1.2 试验仪器

试验采用WE-50电子万能试验机进行力学性能测试，采用XJG-05金相显微镜观察试验品晶粒组织情况。

1.3 试验方案

铸轧坯料经过冷轧后，发生较大程度的变形，坯料内部组织晶粒严重畸变，材料的加工硬化程度升高，后续无法继续进行轧制生产，必须进行中间热处理（中间退火）。坯料进行中间退火的温度要大于340℃，主要是由于中退温度在340℃时，金属内部的析出物较少，不利于再结晶的进行。当中间退火温度不断升高时，金属内部析出物不断增多，经研究表明，当中间退火温度达到380℃时，金属内部细小化合物的数量最多，最利于内部组织形核结晶[7]。

为了得到试验结果，本次试验共设置了16种技术方案，第一组试验品以0.60 mm厚度为中间退火厚度，退火温度为380℃，退火时间分别为8 h、6 h、4 h、2 h；第二组试验品以0.55 mm厚度为中间退火厚度，退火温度为380℃，退火时间分别为8 h、6 h、4 h、2 h；第三组试验品以0.6 mm厚度为中间退火厚度，退火温度为370℃，退火时间分别为8 h、6 h、4 h、2 h；第四组试验品以0.55 mm厚度为中间退火厚度，退火温度为370℃，退火时间分别为8 h、6 h、4 h、2 h。具体试验流程见图1。

图1 电解铝液铸轧制备高级包装铝箔试验流程图Fig.1 Test flow chart for aluminum foil blank for advanced packaging produced by electrolytic aluminum roll casting

2 结果和讨论

2.1 力学性能分析

图2为不同退火条件下，高级包装铝箔坯料抗拉强度变化情况。从图2（a）中可以看出，当高级包装铝箔坯料轧制中间退火厚度为0.55 mm时，在380℃中间退火温度下，保温6 h和8 h，两组坯料的抗拉强度基本在（69～72）MPa，且两者之间偏差较小，主要由于随着退火时间的延长，坯料内部组织趋于均匀一致，再结晶过程已完成，这个试验结论与潘复生[8]出版的铝箔材料图书中的研究结果是一致的；当保温4 h时，坯料的抗拉强度达到81 MPa，当保温2 h时，坯料抗拉强度达到76 MPa；对比不同保温时间下，高级包装铝箔坯料性能变化，在保温4 h时，坯料抗拉强度达到最佳，随着退火时间延长，坯料内部组织晶粒进一步长大，性能出现衰减。当高级包装铝箔坯料轧制中间退火厚度为0.55 mm时，在370℃中间退火温度下，保温6 h和8 h，两组坯料的抗拉强度基本在69～71 MPa，该性能略低于380℃的退火性能，这主要受坯料轧制加工变形率的影响，且保温6 h和8 h的抗拉强度偏差较小，该试验结果与上述试验结论一致；当保温时间为4 h时，坯料抗拉强度为77 MPa，当保温2 h时，坯料抗拉强度达到74 MPa，都略低于380℃的退火性能。

图2 不同退火条件对高级包装铝箔坯料抗拉强度的影响Fig.2 Effect of different annealing conditions on tensile strength of aluminum foil blank for advanced packaging

从图2（b）中可以看出，当高级包装铝箔坯料轧制中间退火厚度为0.60 mm时，在380℃中间退火温度下，保温6 h和8 h，两组坯料的抗拉强度基本在71 MPa；当保温4 h时，坯料的抗拉强度达到80 MPa，当保温2 h时，坯料抗拉强度达到77 MPa。在370℃中间退火温度下，保温6 h和8 h，两组坯料的抗拉强度基本在70 MPa；当保温时间为4 h时，坯料抗拉强度为80 MPa，当保温2 h时，坯料抗拉强度达到75 MPa。通过试验数据分析，高级包装铝箔坯料轧制中间道次厚度分别为0.55 mm和0.60 mm时，两者的抗拉强度性能值偏差较小，偏差范围在±1 MPa，当轧制厚度为0.55 mm时，轧制加工变形率达到43%，当轧制厚度为0.60 mm时，轧制加工变形率达到47%，加工率越大，坯料内部的变形储能增加，但从试验数据看，两者性能趋于一致。在中间轧制道次为0.60 mm时，在不同保温温度条件下，坯料性能变化规律与中间轧制道次为0.55 mm厚度时保持一致。

图3为不同退火条件下，高级包装铝箔坯料的延伸率变化情况。从图3（a）中可以看出，当高级包装铝箔坯料轧制中间退火厚度为0.55 mm时，在380℃中间退火温度下，保温6 h和8 h，两组坯料的延伸率基本保持在39.5%，同时在两个保温时间条件下，两组坯料的力学性能趋于一致；当保温4 h时，坯料的延伸率能够达到43%，当保温2 h时，坯料的延伸率能达到40%，当保温时间为4 h时，坯料的延伸率性能达到最佳。当退火保温温度为370℃时，保温6 h和8 h，两组坯料的延伸率基本保持在39%～39.2%，该性能略低于380℃时的退火性能；当保温时间为4 h时，坯料的延伸率为41%，当保温2 h时，坯料的延伸率达到39%，两组坯料的试验性能结果都略低于380℃的退火性能。

图3 不同退火条件对高级包装铝箔坯料延伸率的影响Fig.3 Effect of different annealing conditions on elongation of aluminum foil blank for advanced packaging

从图3（a）中可以看出，当高级包装铝箔坯料轧制中间退火厚度为0.60 mm时，在380℃中间退火温度下，保温6 h和8 h，两组坯料的延伸率基本在39%～39.2%；当保温4 h时，坯料的延伸率达到42%，当保温2 h时，坯料延伸率达到40%，在此退火条件下，坯料在经过保温4 h时，延伸率性能达到最大。当退火保温温度为370℃时，保温6 h和8 h，两组坯料的延伸率基本在38.5%～39%；当保温时间为4 h时，坯料延伸率为40.5%，当保温2 h时，坯料的延伸率达到39.5%。通过对试验数据进行分析，保温6 h和8 h，坯料的延伸率性能基本一致，这是因为随着退火时间的延长，再结晶过程及Fe、Si等元素第二相的析出和溶解过程都已完成，因此两者性能变化较小；当保温时间为4 h时，坯料晶粒组织趋于均匀一致，坯料组织性能达到最佳；当保温时间为2 h时，坯料延伸率相比保温时间6 h和8 h较高，但由于时间较短，晶粒组织再结晶不均匀，难以实现后续轧制。通过对不同中间轧制厚度的试验数据进行对比，两者的性能变化规律基本一致。

2.2 金相组织分析

图4为高级包装铝箔坯料中间轧制道次厚度为0.55 mm时，不同保温时间下的晶粒组织情况。由图4可以看出：经料温380℃的中间退火温度时，分别保温2 h、4 h、6 h、8 h的坯料均发生了完全再结晶，同时随着退火时间的延长，再结晶晶粒逐渐长大，且保温时间为2 h、4 h、6 h时，坯料经过中间退火后，其内部组织晶粒尺寸基本在50 μm以下，其中退火保温时间为4 h的坯料晶粒最为均匀，且晶粒尺寸基本分布在（20～25）μm之间，利于后续轧制及成品针孔的控制；而退火保温时间为8 h，坯料的部分晶粒尺寸已超过50 μm，不利于成品针孔控制及轧制。这与料温380℃，保温时间不同的4组坯料的抗拉强度及延伸率分析结果是一致的。

图4 坯料经380℃中间退火后的金相组织（0.55/mm厚度）（A：保温2 h，B：保温4 h，C：保温6 h，D：保温8 h）Fig.4 The metallographic structure of blank after 380/℃intermediate annealing (the thickness is 0.55/mm)(A:heat preservation for 2 h;B:heat preservation for 4 h;C:heat preservation for 6 h;D:heat preservation for 8 h)

3 结语

1）电解铝液铸轧制备高级包装铝箔坯料经中间退火后，随着保温时间的延长，坯料内部组织晶粒进一步长大，性能出现衰减；

2）通过试验数据分析，高级包装铝箔坯料中间轧制厚度为0.55 mm和0.60 mm时，经中退后，坯料性能偏差较小，性能变化规律一致；

3）电解铝液铸轧制备高级包装铝箔坯料中间退火温度为380℃，保温时间为4 h，在此技术参数下，铝箔坯料抗拉强度达到81 MPa，延伸率达到42%，内部组织均匀一致，晶粒尺寸在（20～25）μm之间，利于后续轧制及成品针孔的控制。