哈兹列特3102合金空调箔生产工艺研究

1009 编辑：中冶有色技术网来源：洛阳龙鼎铝业有限公司

2023-05-11 17:28:20

哈兹列特连铸连轧(以下简称哈兹列特)生产工艺是由美国人Clarence Hazelett发明的一种新型的铝带生产技术，非常适用于单规格、规模化生产条件。自第一台商业化哈兹列特生产线投产至今已有近60年的历史。当今世界上共有60多台这种生产线在工作，主要用于生产铝、锌、铜和铅等带坯的生产[1，2]。

中国第一台哈兹列特生产线是由河南伊电控股集团下属的洛阳豫港龙泉高精度铝板带有限公司安装使用的，目前已经具备产业化生产条件。但由于该类生产线在国内尚属首家，其所生产的带坯性能及用途仍亟待研究与开发。中国作为世界第一大空调器生产国，全年空调箔消耗量超过100万吨，因其规格相对固定，非常适用于单规格、大批量生产特点的哈兹列特生产线的特点。而本研究项目即是在此情况下开展的。

1 实验方法

鉴于辊式铸轧坯料生产3102合金空调箔技术目前在国内相当成熟，故本次实验将选择在坯料厚度均为7.0mm的铸轧3102合金坯料和哈兹列特3102合金坯料进行同步对比生产，两种材料的实际化学成分如表1所示。

表1 材料的化学成分

材料的化学成分

将上述两种材料按照7.0-4.0-2.1-1.1-0.70-0.42-切边-0.24-0.14-0.1的道次分布轧制到成品厚度后，根据铸轧3102合金的坯料特性，对两种材料在265℃、275℃、285℃条件下分别进行3小时、6小时、9小时、12小时、15小时、20小时保温退火实验。并根据目前行业内对3102合金空调箔的力学性能指标：抗拉强度σb=130~140Mpa，非比例伸长率δ50≥18%的要求进行控制、选择最恰当的成品退火工艺。

2 实验结果

根据实验方案所确定的方法，对材料进行成品退火实验，得到在不同工艺条件下的材料力学性能结果，如图1、图2、图3、图4所示：

对材料进行成品退火实验，得到在不同工艺条件下的材料力学性能结果

说明：系列1——铸轧3102合金的抗拉强度值;

系列2——哈兹列特3102合金抗拉强度值;

系列3——铸轧3102合金的延伸率值;

系列4——哈兹列特3102合金延伸率值。

由图1、图2、图3、图4中所示数据可以看出，两种材料在进行成品退火实验时，均是随着退火温度的升高、保温时间的延长，强度有所降低，但延伸率则同时受到退火温度和保温时间的交叉影响。

对于铸轧坯料生产的3102合金空调箔而言，在退火温度保持在270℃以下时，材料的延伸率会随着保温时间的延长而增加，但在保温时间达到9小时之后，保温时间对延伸率的影响显著减小，在温度达到280℃时，材料的延伸率反而会随着时间的延长而显著降低，且出现橘皮纹现象，说明材料的晶粒已经显著长大。

而对于哈兹列特法生产的3102合金空调箔而言，当退火温度保持在280℃以下时，材料的延伸率同样也会随着保温时间的延长而增加，但保温时间的对材料无论是抗拉强度、还是延伸率这两个指标的作用更为显著。当退火温度达到280℃或290℃时，测试材料的力学性能达到最佳，且在280~290℃的温度区间内，材料的力学性能不会因温度的变化而发生明显变化，说明哈兹列特法生产的3102合金空调箔的再结晶温度区间更大，工艺加工性能更优。

3 分析与讨论

3.1 再结晶温度影响

材料再结晶温度的高低取决于材料内部原子迁移重新形成晶核和长大所需的激活能的大小，激活能越高，则再结晶温度也就越高[3]。而激活能则受到材料化合物组织，以及在冷变形过程中产生的应变能的影响。通常而言，材料的应变能越低，则所需要的激活能也就越高。

哈兹列特生产工艺作为一种新型的铝带坯加工技术，其在生产工艺上与传统的辊式铸轧有着明显的不同。辊式铸轧机是通过两根自带水冷系统的旋转铸轧辊作为结晶器，使铝液在其辊缝间完成凝固和热轧两个过程，整个铸造和轧制仅在1~2s内完成[4]。而哈兹列特技术则是将铝液注入以钢带作为冷却载体的连铸机内，形成约19mm的铸坯，然后直接进入轧机进行轧制，其冷却速度相对较慢[1]。两种工艺的部分关键参数如表2所示。

表2 辊式铸轧与哈兹列特工艺对比

辊式铸轧与哈兹列特工艺对比

通过表2对比，可以看出，哈兹列特生产工艺在冷却速度方面远远低于铸轧。在采用辊式铸轧法生产时，由于铸轧带坯内铸造、变形、再结晶三种组织共存，且致密度较差，晶界间较宽，容易产生偏析[5，6]。而3102合金中的Mn元素在铝中的扩散速度比较慢，在急速冷却条件下来不及沉淀，以过饱和状态保留在固溶体中，产生晶内偏析，导致晶界附近区域含锰量较晶粒内部高。Mn元素会强烈提高材料的再结晶温度，所以Mn元素的偏析，将会直接导致Mn元素含量低的区域率先发生再结晶。而在采用哈兹列特法生产时，由于其冷却速度相对平缓，不利于产生化学成分的偏析，且铸坯在进行初轧时温度可以保持在400℃以上，基本类似于热轧工艺，这就决定了材料在后续冷变形过程中，所产生的应变能较之铸轧坯料要更低，同时高的初轧温度，也可以使锰从固溶体中析出，生成细小弥散分布的第二相粒子即金属间化合物MnAl6，可以阻碍亚晶界的迁移，也就是阻碍再结晶的发生。因此，其再结晶开始温度要高于辊式铸轧法生产的3102合金材料，其再结晶温度区间也更大。

3.2 保温时间的影响

材料在退火时保温时间的选择主要考虑到材料的再结晶进程是否充分，以确保材料能够得到理想的状态。通过前文论述可以看到，采用哈兹列特法生产的3102合金材料对保温时间十分敏感，再相同的温度条件下，随着时间的延长，其抗拉强度值会发生10~15Mpa的变化，而延伸率则会发生成倍数的增长。而辊式铸轧法生产的3102合金材料则无此现象。由于哈兹列特法是一种新型的生产技术，目前国内尚无此方面的研究及论述可以参考。通过前文对辊式铸轧和哈兹列特生产工艺的对比可知，哈兹列特法生产的3102合金内部由于细小弥散分布的第二相粒子MnAl6存在，阻碍了再结晶的发生，因此，在温度不发生变化的情况下，保温时间越长，其再结晶进程越完全，所得到的强度自然也就越低，塑形即延伸率也就越高。

4 结论

(1)采用哈兹列特法生产的3102合金较之辊式铸轧法生产的3102合金再结晶温度更高，且工艺性能更优。

(2)采用哈兹列特法生产3102合金空调箔时，退火温度选择在280~290℃为宜，保温时间则应至少保持在15小时以上。

(3)采用哈兹列特法生产3102合金空调箔是可行的。

参考文献

[1] 马立蒲，佟浩静. 哈兹列特连铸连轧技术[J]. 有色金属加工. 2003，32(2);

[2] 刘小玲，马道章. 浅谈哈兹列特连铸连轧技术在我国铝板带生产上的应用[J].上海有色金属，2004，25(2);

[3] 胡庚祥.材料科学基础[M].上海：上海交通大学出版社，2010年第3版;

[4] 马锡良.铝带坯连续铸轧生产[M]. 长沙：中南工业大学出版社，1999;

[5] 潘秋红，黄瑶，王雷刚.包裹管道用3A21料冷轧工艺改进.轻合金加工技术[J].2007，35(2);

[6] 张新明，吴文祥，刘胜胆.退火过程中AA3003铝合金的析出与再结晶[J].中南大学学报(自然科学版)，2006,37(1);

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