（材料加工工程专业论文）aa1235铸轧铝箔毛料的高温中间退火与双零铝箔白条缺陷的研究.pdf

原创性声明 本人声明 所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果 尽我所知 除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料 与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明 作者签名 本人了解中南大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文 允 许学位论文被查阅和借阅 学校可以公布学位论文的全部或部分内 容 可以采用复印 缩印或其它手段保存学位论文 同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库 并通过网络向社会公众提供信息服务 作者签名 导师签名 日期 年j 月二竺日 中南大学硕士学位论文 摘要 摘要 铸轧法生产双零铝箔毛料效率高 流程短 能耗低 具有显著的经济效益优 势 但是由于铸轧的工艺特点 决定了坯料具有组织不均匀性 固溶体的过饱和 程度更高 加工硬化率高等特点 并且随着轧制厚度的减薄 坯料的质量 如偏 析 粗大晶粒等缺陷 对铝箔的轧制影响更加直接 因此研究铸轧组织的控制以 及箔材轧制流程中的组织遗传特性具有非常重要的意义 本文利用国内某公司提 供的a a l 2 3 5 宽幅铸轧铝板为原料 研究了a a l 2 3 5 铸轧铝板的显微组织 低倍 组织特征 以及高温退火和轧制变形对其组织结构的影响 探讨了双零铝箔 白 条缺陷 的形成原因 并提出了可能的解决方案 主要研究内容和结果如下 1 铸轧板的晶粒和第二相在厚度方向上 具有组织不均匀性和非平衡特 征 表层区域为变形纤维组织 往中心层方向 则变为细长的柱状晶 中心层则 主要是发生了动态回复和少量再结晶的铸造组织 其发生了少量的再结晶 铸轧 板是由铸造晶粒 变形组织和再结晶晶粒所共同组成 由于表层固溶度更高以及 存在中心偏析 其第二相含量少于中心层 激冷作用使得铸轧板中存在较多的亚 稳相 1 3 p f e s i a l 和f e a l m 6 x 沿厚度方向 近表层区域主要为a f e s i a l 越靠 近中心区域 带状a 1 f e a l i i l 6 x 共晶相明显增多 并存在少量的p f e s i a l 2 由于铸轧过程中 两肋和中心区域冷却较差 酸蚀实验后发现铸轧板 存在不同于正常 基础组织 的 光亮组织 光亮组织表层主要为晶粒略微粗大的 变形组织 变形织构b 的取向密度较高 基础组织由于过冷度高 晶粒更加细 小 变形更加严重 d 线上的r 或s 织构取向密度较高 3 高温退火前的轧制变形和退火温度将会显著影响铝箔毛料的相转变和 相转变程度 车l l l l 变形程度的增加和退火温度的升高都将促进有害相f e a l 3 的析 出和粗化 对于4 m m 的冷轧板而言 5 2 5 的高温退火温度得到的再结晶晶粒最 为均匀细化 随着变形程度的增加 再结晶晶粒越加细小 第二相分布更加均匀 一致 高温退火 5 5 0 8 h 前的轧制变形 厚度 3 m m 可以改善第二相组织 分布的均匀性 值得注意的是 也将极大的促进有害相f e a l 3 析出并变得粗大 其长轴超过了7 9 m 4 铸轧板中的 基础组织 和 光亮组织 的织构强弱关系将一直延续遗传 至铝箔毛料乃至双零铝箔中 随着轧制厚度的减薄 光亮组织 的晶粒尺寸 偏 大 的特征逐渐变得更加明显 由于晶粒 粗大不均 各向异性更强 其织构更 弱 光反射效果 散漫 使得双零铝箔在肉眼观察下存在 白条缺陷 5 增大高温退火前的车l i i l 变形程度有利于铝箔毛料再结晶组织更加均匀 细小 并且基础组织和光亮组织的织构趋于一致 可能可以消除双零铝箔中的 白 中南大学硕士学位论文 摘要 条缺陷 但冷轧变形将会极大的促进有害相f e a l 3 的析出 提出改进的工艺流 程为 铸轧板 6 5 m m 一冷轧板 2 3 m m 高温退火 5 1 0 c 5 2 0 c 8 h 冷轧板 0 6 m m 一中温退火 3 8 0 c 3 h 退火时间可以适当减少 关键词 a a l 2 3 5 第二相 铸轧板 白条缺陷 高温中间退火 中南大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h eu s a g eo fc c c o n t i n u o u sc a s t i n g s t r i pt op r o d u c et w o z e r oa l l u m i n u mf o i l h a sh i g he f f i c i e n c y h i g h s p e e d a n dl o we n e r g y c o n s u m i n g m a i n t a i n i n g o b i v o u s a d v a n t a g e so fe c o n o m y h o w e v e r d u e t ot h et e c h n o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f c o n t i n u o u sc a s t i n g r e s u l t i n gi nh e t e r o g e n e o u sm i c r o s t r u c t u r eo ft h eb i l l e t ah i g h e r d e g r e eo fs u p e r s a t u r a t i o no fs o l i ds o l u t i o na n dh a r d e n i n gr a t e a n da l s o w i t ht h e r e d u c t i o no ft h et h i c k n e s so fa l l u m i n u mf o i l t h ei n f l u e n c e o fq u a l i t i e sa n d c h a r a c t e r i s t i c s s u c ha ss e g r e g a t i o n c o a r s eg r a i na n do t h e rd e f e c t s o ft h es t r i po n a l u m i n u mf o i lh a sb e c o m em o r e d i r e c ta n ds i g n i f i c a n t w h i c hm e a n st h a t i n v e s t i g a t i o no fc o n t r o t i n g o ri m p r o v i n gt h em i c r o s t r u c t u r eo ft h ec cs t r i p t h e e v o l u t i o no fm e t a l l o g r a p h i ca n ds e c o n d p h a s ed u r i n gt h er o l l i n gp r o c e s si so fg r e a t s i g n i f i c a n c e t h ep u r p o s e o f t h i sp a p e ri st oi n v e s t i g a t em i c r o s t r u c t r u eo f a a l 2 3 5c c s t r i pw h i c hi sp r o v i d e db yac h i n aa l l u m i n u mm a n u f a c t u r e r a n dt h ee v o l u t i o no f s e c o n dp h a s e sa n dm e t a l l o g r a p h i cd u r i n gh i g ht e m p e r a t u r ea n n e a l l i n g t h er e a s o nf o r w h i t es t r i p e d e f e c te x i s t i n gi nt w o z e r oa l l u m i n u mf o i la r ea l s ob es t u d i e d p r o p o s e ad o s s i b l e s o l u t i o nt ot h i sd e f e c tb a s e do nt h ep r e v i o u sr e s e a r c hr e s u l t s t h em a i n r e s e a c hd e t a i l sa n dr e s u l t so f t h ea r t i c l ea r ea sf o l l o w s 1 t h ed i s t r i b u t i o no fg r a i n s i z ea n ds e c o n dp h a s e sa r eh e t e r o g e n e o u sa n d n o n e a u i l i b r i u ma l o n gt h et h i c k n e s sd i r e c t i o n s u r f a c el a y e ri s o fd e f o r m e df i b e r s s u b s u r f a c ec o n t a i n sc o l u m n a rg r a i n sm a i n l y a n dt h e c e n t e r l a y e r i s c o m p o s e d o f c a s t i n gg r a i n s w h i c ha l s oh a se x p e r i e n c e dal i t t l ed y n a m i cr e c o v e r y a n d r e c r y s t a l l i z a t i o n t h es u r f a c el a y e rc o n t a i n sl e s ss e c o n d sp h a s ep a r t i c l e st h a nc e n t r a l l a y e rb e c a u s eo f t h eh i g h e rs o l i ds o l u b i l i t yi tg e t sa n dc e n t e rs e g r e g a t i o n t h e r e r es o m a n ym e t a s t a b l ep h a s e ss u c ha s 3 p f e s i a l f e a l m 6 xi n t h es t r i pa sar e s u l to fr a p i d c o o l i n ga n ds o l i d i f i c a t i o nd u r i n gc o n t i n u o u sc a s t i n g a l o n g t h et h i c k n e s sd i r e c t i o n s u r f a c el a y e rc o n t a i n sm o r ea f e s i a i b u te u t e c t i cp h a s e s a t f e a l m 6 x i n c r e a s e s i g n i f i c a n t l yi nt h ec e n t r a ll a y e r f 2 t h e r e r es o m e b r i g h ts a m p l e s w h i c h a r ed i f f e r e n tf r o mt h e n o r m a l s a m p l e s e x i s t i n go nt h es u r f a c eo fc cs t r i pa f t e r t h ee t c h i n ge x p e r i e n c e i tm a yd u e t ot h es l o wc o o l i n go ft h es t r i p s c e n t e ra n dc h e s tr e g i o n sd u r i n gt h ec o n t i n u o u s c a s t i n g t h eb r i g h ts a m p l e ss u r f a c ei sc o m p o s e do fd e f o r m e df i b e rg r a i n sw h i c h a r e m o r ec o a r s e r e s u l t i n gi ni th a sg o tt h eh i g h e ri n t e n s i t yo f b r a s st e x t u r e h o w e v e r t h e n o r m a ls a m p l ec o n t a i n ss m a l lg r a i n sw h i c ha r es i m i l a rt or e c r y s t a l l i z e dg r a i n sb e c a u s e i i i 中南大学硕士学位论文 a b s t r a c t o fh i g h e rc o o l i n gr a t e a n di ta l o sh a sg o th i g hi n t e n s i t yo fr o rst e x t u r e 3 t h et y p e sa n dd e g r e eo fp h a s e t r a n s f o r m a t i o n sa r ei n f l u e n c e ds i g n i f i c a n t l yb y t h et e m p e r a t u r ea n dc o l dr o l l i n gb e f o r ea n n e a l l i n g w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ed e g r e eo f d e f o r m a t i o na n dt e m p e r a t u r e i tw i l lp r e c i p i t a t em o r ef e a l 3a n dt h ef e a l 3w i l l b e c o m em o r ec o a r s ew h i c ha r eh a r m f u lt o t h ea l l u m i n u mf o i l a sf o rt h e4 m m c o l d r o l l e dp l a t e t h er e c r y s t a l l i s z e dg r a i n sa r em o r eu n i f o r ma n df i n ew i t ht h eh i g h a n n e a l i n gt e m p e r a t u r eo f5 2 5 c a st h ed e g r e eo fd e f o r m a t i o ni n c r e a s e s r e c r y s t a l l i z e d g r a i nb e c o m ef i n e r t h ed i s t r i b u t i o n o fs e c o n dp h a s e sa r em o r eh o m o g e n e o u s i t s w o r t ht on o t e dt h a t c o l dr o l l i n gb e f o r eh i g ht e m p e r a t u r ea n e a l l i n gw i l lp r e m o t et h e p r e c i p i t a t i o no ff e a l 3 a n di t sl e n g t hw i l lb eo v e r7p m w h e nt h et h i c k n e s so ft h e c o l d r o l l e dp l a t ei sl e s st h a n3 m m u n d e r5 5 0 8 ha n n e a l i n gc o n d i t i o n 4 t h et e x t u r ed i f f e r e n c e si n t h ei n t e n s i t yb e t w e e nn o r m a ls a m p l ea n db r i g h t s a m p l ec o n t i n u et og ot h r o u g h t h ec o l l r o l l e da n da n n e a l l i n gs t a t eb a s e do nt h ef a c t o r y p r o d u c t i o np r o c e s s w i t h t h ed e c r e a s eo ft h et h i c k n e s so fa l l u m i n u mp l a t e c h a r a c t e r i s t i c so f c o a r s eg r a i n i nt h eb r i g h ts a m p l eb e c o m em o r es i g n i f i c a n t a sa r e s u l to ft h ec o a r s eg r a i n sa r em o r ea n i s o t r o p i c i t st e x t u r ei n t e n s i t yi sm o r el o w w e r s ot h e r ea r ew h i t es t r i p ed e f e c to nt h et w o z e r oa l l u m i n u mf o i lu n d e ro p t i c a l o b s e r v a t i o n 5 t h e i n c r e a s e m e n to fd e f o r m a t i o np r i o rh i g ht e m p e r a t u r ea n n e a l i n gw i l l p r e m o t em i c r o s t r u c t u r em o r en n i f o r i na n df i n e r a n dt h ed i f f e r e n c eo f t e x t u r eb e t w e e n b r i g h ts a m p l ea n dn o r m a ls a m p l eb e c o m em o r e i d e n t i c a l s oi tm a ys o l v et h ep r o b l e m o fw h i t es t r i p ei nt w o z e r of o i l h o w e v e r c o l d r o l l i n gw i l lp r e m o t et h ep r e c i p i t a t i o n o ff e a l 3 s ot h ei m p r o v e dp r o c e s si s p r o p o s e d c cs t r i p 6 5 m m c o l d r o l l e d p l a t e 2 3 m m h i g ht e m p e r a t u r ea n n e a l i n g 5 10 5 2 0 s h m o l d r o l l e dp l a t e o 6 m m 一m o d e r a t et e m p e r a t u r ea n n e a l i n g 3 8 0 c 1 3 h a n dt h ea n n e a l i n gt i m ec a nb e r e d u c e dp r o p e r l y k e yw o r d s a a l 2 3 5 s e c o n dp h a s e c o n t i n u o u sc a s t i n gs t r i p b r i g h ts t r i p ed e f e c t h i g h t e m p e r a t u r ea n n e a l i n g i v 中南大学硕士学位论文 目录 摘要一 一 a b s t r a c t 目录 目录 i i i i v 1 1 第一章文献综述 前言 1 1 铝箔简介 1 1 1 铝箔的分类 1 1 2 铝箔材料的 1 1 3 铝箔的性能 1 1 4 铝箔的质量 1 1 5 铝箔的用途 1 1 6 铝箔生产流 1 2 铝箔坯料生产类型 1 2 1 热轧法 1 2 2 连续铸轧法 1 3a a l 2 3 5 铸轧坯料特点 1 3 11 x x x 铝合金中的相 1 3 2 过饱和固溶体 一 一 一 1 3 1 3 3 偏析 1 3 4 组织特点 1 4 影响铝箔性能和质量的因素 1 4 1 坯料质量 1 4 2 热处理 1 5 本文研究内容 第二章实验方案 前言 一 一 1 3 1 4 1 5 目的与意义 2 1 实验方案路线 1 5 2 0 一2 2 2 2 样品制备 一一 2 2 1 实验材料 2 2 2 冷轧 2 2 3 中间退火 2 2 2 2 2 3 组织与形貌观察 一一 一 2 3 1 金相 o m 组织观察与分析 2 3 2 宏观织构分析 2 3 2 4 2 4 2 3 3x 射线衍射分析 x r d 2 3 4 扫描电子显微镜 s e m 2 3 5 透射电子显微镜 t e m 2 4 性能检测 一 一 一一 2 4 1 硬度测量一 一2 4 2 4 2 5 一 一一2 6 与观察能谱仪 e d s 分析 一 观察分析 一2 6 2 6 2 7 v 2 7 中南大学硕士学位论文目录 第三章a a l 2 3 5 宽幅铸轧板坯的组织特征研究 一 h u 吾一 3 1 铸轧板的组织特点 一 3 1 1 结晶特点 一 3 1 2 铸轧板中的第二相 3 2 铸轧板低倍组织观察 3 3 本章小结 2 8 2 8 3 0 第四章a a l 2 3 5 铸轧毛料热高温中间退火的研究 日 舌 4 1 高温退火时铝箔毛料组织的演变 4 1 1 实验过程 4 1 2 温度对第二相的影响 4 1 3 温度对再结晶组织的影响 4 1 4 变形对第二相的影响 3 7 4 1 4 2 4 2 4 3 4 1 5 变形对再结晶组织的影响 4 2 本章小结 第五章双零铝箔白条缺陷的研究一 一 月u 吾 5 1 双零铝箔白条缺陷 一 一 5 2 铝箔毛料组织的遗传特性一 一 5 3 可能的解决方案 5 4 本章小结 第六章结论一 参考文献 4 3 5 0 5 3 5 7 5 8 致谢一 v i 5 8 一 6 0 6 4 6 7 一一 一7 0 7 4 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 只l j 吾 第一章文献综述弟一早义陬琢怂 国民经济生产中 人们总是期望使用尽可能少的原料 消耗更少的能源 生 产尽可能多或附加价值高的产品 使用铸轧法生产双零铝箔比较符合这一构想 采用铸轧带坯生产铝箔 是当今铝箔生产的最短工艺流程 不仅大大减少了 设备投资和人员投入 并且生产周期短 能耗低 约为传统生产方法的4 0 成品率高 比铸锭热轧工艺提高了8 目前在我国 铝合金的连续铸轧板产量 已经超过热轧板uj 铝箔轧制得越薄 材料的利用率越高 产品附加价值越高 同时相应的技术 要求越高 而双零铝箔作为铝的极限加工产品 其对于轧制技术以及铝箔毛料质 量的要求更甚 虽然铸轧毛料中枝晶间距小 金属间化合物较为细小 适合于轧 制薄箔 但同时也面临许多问题 2 j 轧制的变形量小 铸轧板的质量和缺陷更容易直接影响最终箔材的质量 铸轧板过饱和固溶度高 加工硬化率高 轧制过程中压下量小 结晶条件不同导致板材边部与中心 上下表面组织成分会不均匀 组织 分布具有不均匀性 初生第二相类型与成分难以控制和预测 以及轧制过程中组织的控制和 遗传规律 中间退火时 退火制度的确立往往需要综合考虑加工变形和组织结构的 共同作用 等 相比而言 热轧毛料更适合轧制高品质的铝箔 2 j 但同样有企业已经生产证 明 铸轧法同样可以生产出品质优良的双零铝箔 3 j 虽然目前在我国 双零铝箔 大部分采用热轧毛料生产 可以预见的是 随着对铸轧毛料组织的控制和改善 技术的更新与进步 铸轧毛料生产双零铝箔必定会受到市场更广泛的欢迎 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 1 1 铝箔简介 铝箔是指铝以及铝合金板带卷经轧制后得到的一种厚度非常薄的铝卷材 带 材或片材 4 1 不同国家对于铝箔的最大厚度的定义各不相同 我国的规定是 箔 材 f o i l 横断面呈矩形 厚度均一并等于或小于0 2 r a m 且成卷的轧制产品 卯 1 1 1 铝箔的分类 铝箔可以根据厚度的差异分为无零铝箔 n o t h i n gz e r of o i l 单零铝箔 o n e z e r of o i l 双零铝箔 t w o z e r of o i l 按照形状可分为卷状铝箔和片状铝 箔 按状态分为硬质铝 半硬箔 软质箔 四分之一硬箔 四分之三硬箔 根据 表面状态分类为单面光铝箔 双面光铝箔 按照加工状态可以分为素箔 压花箔 复合箔 涂层箔 上色铝箔和印铝箔 按照用途主要分为包装用箔 日用品箔 电气设备用箔和建筑用箔1 4 引 国外有时把厚度不大于4 0 p m 的铝箔成为 l i g h tg a u g ef o i l 而把厚度大于 4 0 9 m 的铝箔统称为 h e a v yg a u g ef o i l 以下简介铝箔根据厚度的差异所做出的 分类 所谓双零铝箔就是在其厚度以m m 为计量单位时小数点后有两个零的铝 箔 具体如表1 1 所示 表1 1 无零铝箔 单零铝箔 双零铝箔 4 5 厚度 m m 无零铝箔 单零铝箔 双零铝箔 o 1 0 0 2 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 2 铝箔材料的合金体系 铝箔材料的合金体系包括1 x x x 系 2 x x x 系 3 x x x 系 5 x x x 系 8 x x x 系等合金 2 j 目前 市场上绝大部分铝箔都是由工业纯铝 纯度9 9 0 9 9 5 加工制成的 而电容铝箔则是由9 9 9 以上的高纯铝加工制成 工业纯铝的主要 杂质包含s i f e c u m n g a 等其他元素 6 i 双零铝箔是一种很薄的铝箔 其通常采用铝合金体系为1 x x x 系 另外有 3 x x x 系和8 x x x 系 一般用于生产双零铝箔的合金有 1 1 4 5 1 2 3 5 1 3 5 0 等 最常用的为1 2 3 5 合金 5 j 目前国内市场上生产的6 7 p m 铝箔9 0 以上采用1 2 3 5 合金 也有一些双零铝箔企业开始采用8 0 7 9 合金 欧美市场主要采用8 0 7 9 合金 7 1 同时有研究者发现3 0 0 3 8 0 0 6 8 0 1 1 合金系生产的双零铝箔相比1 2 3 5 具有 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 更好的性能 8 9 1 例如中国铝业西北铝加工分公司生产的6 6 5 p r o 的8 0 1 1 合金箔 已经收获很好的市场反应 表1 2 所示为通常用于制造铝箔的铝合金化学成分 表1 2 用于制造铝箔的铝合金化学成分 1 1 3 铝箔的性能简介 铝箔作为一种重要的铝加工产品 除了具有铝本身的一般性质 还兼具许多 其它优良 独特的性能 其不仅具有防潮 气密 遮光 耐腐蚀 无毒无味等优 点 而且外观美丽 具有闪耀的银白色的光泽 经过着色 压花和印刷等工序 可以制成成各种多彩的花色团和花纹 对于包装用铝箔而言 其质量特征诸如防 潮性能 绝热性能 光发射性能 力学性能最为重要 1 1 3 1 防潮性能 与其他包装材料相比 铝箔的透湿性低 具有良好的防潮性能 5 并且方便 安全 保存期久 虽然随着厚度的减薄 铝箔不可避免将会出现针孔并且数目增 多 但是其防潮性能相比无针孔的塑料薄膜及其它包装材料仍极具优势 这是因 为塑料薄膜的高分子链间距较大 不能防止水汽渗透 一般认为o 0 3 8 m m 是铝箔出现针孔的极限厚度 随着轧制技术和材质的提 高 这一厚度已降低至o 0 2 5 m m 有实验证明 当铝箔针孔直径小于5 p m 时 在可测到的范围内不传递氧气和水蒸气 1 1 3 2 绝热性能 铝箔的隔热保温性能也非常优异 通常传热的方式有 导热 对流 辐射等 铝箔的绝热性能主要体现其表面的热辐射性能上 铝箔对辐射能的吸收和 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 发射率特别小 其发射率取决于其表面平整度 与厚度关系不大 由于铝箔的发 射率和吸收率十分相近 在热计算时甚至可以把铝箔当做灰体 5 1 需要注意的是 铝箔表面最高耐热温度为3 5 0 c 温度更高时 表面将会变 黑 失去绝热性能 故常用于低温或者超低温隔热材料 1 0 l 1 1 3 3 光反射性能 铝箔对光的反射能力特别强 纯度是影响铝箔反射率的重要因素 铝箔中的 杂质将会产生杂质散射 使辐射吸收增加 因此要想获得高反射率 纯度不应该 低于9 9 6 铝箔的表面质量同样也会影响反射率 当存在划痕 断裂 皱褶 孔洞 结晶缺陷等表面缺陷时 均会导致辐射能的吸收增加或者发射率加大 因 此要提高铝箔的绝热效果 务必保证其表面质量 使表面光洁平整 无划痕 l o 1 1 3 4 力学性能 铝箔的力学性能通常包括抗拉强度 伸长率 破裂强度和撕裂强度 1 1 对于 包装材料而言 铝箔的力学性能或机械性能是衡量其质量的重要指标 影响铝箔 的力学性能因素很多 如化学成分 生产工艺 厚度 状态等 另外试样制取的 方式也会对铝箔的力学性能测试结果产生影响 j a e a d y 1 2 j 等人研究了箔材边部 条件对力学性能的影响 发现刀割法相比其他制样方法对铝箔边缘损害更小 实 验结果更符合真实值 1 延伸率 延伸率是指材料拉伸断裂时 试样伸长的长度与原来长度的百分比 在铝箔 的 n 过程中 由于冷作硬化的关系 随着铝箔的轧薄 强度增加 延伸率将会 降低 13 1 经过完全退火后的铝箔延伸率将会逐渐恢复 但强度却会明显降低 铝箔的延伸率和强度跟厚度有很大的关系 2 抗拉强度 破裂强度 撕裂强度 箔材的抗拉强度受其厚度 材质 化学成分 加工工艺等因素影响 通常随 着厚度的减薄 加工硬化的作用 将使铝箔的抗拉强度随之提高 但是当厚度减 薄到一定程度时 强度将会发生下降 出现所谓的加工软化现象 1 4 破裂强度 和撕裂强度主要用于衡量包装材料抵抗破裂的能力 破裂强度是指铝箔纸抵抗表 面垂直方向受有均匀压力而不破裂的能力 其测量单位为n c m 2 撕裂强度是指 指定尺寸的试样 用两点夹持使试样受切力而撕裂时的抗力 单位为n 1 5 m m 4 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 1 1 4 铝箔的质量指标简介 铝箔作为一种工业产品 通常需要具备一定的质量指标 其中厚度 针孔 板型是衡量铝箔的重要质量指标 1 5 i 1 4 1 厚度 大部分使用情况下 要求的是铝箔的使用面积 因此成品铝箔厚度的发展趋 势将越来越薄 2 1 6 j 所以在能保证铝箔的使用性能的前提下 轧的越薄 利用率 越高 收益率越高 例如包装用箔和空调箔的强度和密封性能已经满足要求时 往往要求越薄越好 这样不仅节约了成本 并节省了材料 当然并不代表单纯追求铝箔厚度降低 当轧制厚度小于0 0 0 4 5 r a m 时 2 1 从 工业化生产的角度来看不一定划算 并且针孔率必然随着厚度的降低而增加 这 将影响产品的利用率和使用性能 控制铝箔轧制厚度的因素有辊缝 c l n 力 后张力 轧制速度等 不同于板 材的轧制 随着轧制厚度的减小 c l i i j 压力对铝箔压下量的影响将越来越小 轧 制速度和后张力成为调节压下量的主要因素1 1 7 j 当铝箔轧制厚度达到最小极限厚度时 必须继续增加轧制压力 使辊缝变为 负值 才能获得所需的压下量 这个时候 上下轧辊紧密压靠 轧辊的表面产生 压扁变形 辊缝值为负值 称之为负辊缝t l ne 1 8 j 并且单纯增 n n c l i t j 压力 调 节压下装置只会改变铝箔的平整度 而不能改变其厚度 对压下量将不起作用 此时 利用速度效应 5 1 7 j 以及增大后张力 可以使得铝箔厚度继续降低 不过 利用速度和张力只能在有限的范围内对厚度进行调节 l9 l 速度太快将会导致温 度上升 润滑油膜强度降低甚至破裂 造成干摩擦 不利于铝箔表面质量 后张 力过大将会增加铝箔断带次数 过小则会造成带材不平 斜角等缺陷 因此必须 根据实际的轧制情况设置合适的c l n 速度和后张力 1 1 4 2 针孑l 铝箔的针孔是指表面迎光可见的不规则小孔 针孔作为铝箔主要的缺陷之 一 随着轧制厚度的减小 无法避免将会产生针孔 针孔数量随着厚度的减薄而 增加 铝箔针孔的数量和大小将会对铝箔的防潮 阻气性 遮光性产生决定性的 影响 1 6 关于铝箔针孔产生的原因很多 主要原因有 4 5 1 6 2 0 2 1 1 坯料质量 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 坯料的纯度 纯度太低时 塑性较差 容易产生针孔 太高时 粘辊现象 严重 轧辊与轧件之间摩擦系数增加 也会产生针孔 坯料存在内部组织缺陷 这些缺陷主要包括些缺陷主要包括偏析 微孔 气泡 非金属杂质 氧化膜 裂纹 分层等 轧制过程中引起的不连续 以及氧 化膜的脱落 坯料中的粗大的第二相 如f e a l 3 随着轧制厚度的变薄 在这些第二相 的周围容易产生裂纹形成针孔 并且这种趋势随着材料加工硬化程度增加而越明 显 坯料表面质量 当坯料表面存在擦划伤 腐蚀斑痕 金属或非金属压入 压人划痕和松树枝状时 在轧制过程中 随着厚度减薄 这些缺陷依其严重程度 而形成数量和大小不等的针孔 乃至孔洞 坯料的晶粒粗大 尤其是孪晶导致组织的不均匀性 不易破碎 材料塑性 较差 轧制的时容易产生针孔 2 生产工艺 轧制工艺参数控制不当 轧制速度和张力太大时候 针孔将会增多 轧制油 不清洁 轧制油中含有固体小颗粒 粘度太大 导致麻面粗糙度 增加 油量不足 无法清洗外来颗粒 油温过高 油膜变薄润滑不良 这些都会 导致针孔的增多 轧辊的凸度太大 粗糙度太大 表面质量不佳 以及外部环境差 灰尘 铝屑等杂质的压入也会使铝箔容易产生针孔 另外还有人为操作因素等也会导致针孔的产生 总之 影响铝箔针孔率的因 素很多 并且各因素相互影响 值得注意的是 随着工艺改进发展 轧制油和环 境变得清洁 轧辊表面质量得以改善 坯料质量成为影响铝箔针孔发生率的重要 因素 实际生产中 减少含氢量 提高熔体品质 调整化学成分 完善热处理工 艺 改善显微组织和相分布 设置合理的轧制工艺参数 尤其是轧制速度和轧制 力 等 可以降低铝箔的针孔率 1 1 4 3 板形 板形一般是指轧制材料的平直度 为保证铝箔的板形良好 在g l i n 过程中 坯料的理想板形横断面应维持在一种中间略厚 两边略薄的抛物线状 中凸度要 求控制在厚度的1 以内 偏差量小 板型小于2 0 i 8 1 i 是板形的定量表达方式 其含义是 将一段铝箔纵向分割成若干条 最大的长条长度为l 最小的为1 则 1 i 1 0 巧 l 1 l 4 j 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 坯料的板形质量直接影响到成品的板形质量 箔材的板形具有传承性 上下 道次之间 不能人为大幅度改变某一道次的断面形状 生产实践证明 如果铝箔 坯料的板形较差 数道次轧制后得到的成品箔 将无法通过辊型完全矫正原来较 松驰的地方 整个板面无法变得完全平整 生产出来的成品铝箔板形质量仍然较 差 可见 良好的铝箔坯料板形质量是生产出高质量铝箔的必要条件 2 2 1 1 5 铝箔的用途 由于铝箔具有质轻 包覆性好 密闭 耐腐蚀 无毒无味等一系列优点 2 2 3 1 在国民经济的许多部门以及人们的日常生活中获得了广泛的应用 主要应用的主 要领域有包装 日用 机电 建筑等 2 若以厚度来区分 无零铝箔主要用于 空调电子和汽车 单零铝箔主要应用于装饰 软包装和药品 双零铝箔主要应用 于香烟和食品包装等 全世界6 0 左右的铝箔用于包装 1 6 1 其中双零铝箔占到 包装用铝箔使用量的9 0 以上 2 3 铝箔的主用用途见表1 3 表l 3 铝箔用途一览表 4 5 行业类别类型厚度 加工方式用途 m m 复合纸 塑料薄膜 糖果 奶以及乳制品 粉末食 食品 0 0 0 6 0 0 0 9 压花上色 印刷等品 饮料 茶 面包等 烟草 0 0 0 6 0 0 0 7 复合纸 上色 印刷等各种香烟内 外包装 包装 医药0 0 0 6 0 0 2复合 涂层 印刷等片剂 颗粒剂 化妆品 0 0 0 6 0 0 0 9复合 印刷等 管状 袋状包装 瓶盖 啤酒瓶 果汁瓶外封 瓶罐 0 0 l1 0 2印刷 冲制等 各种商标等 家庭 0 0 0 9 0 0 2 小卷家庭食品包装等 日用 食品器皿 煤气罩 烟灰盒等 器皿0 0 l1 0 1成型加工 各种容器 电解电容器 0 0 1 5 0 1 在特定介质中浸蚀电解电容器 电器电力电容器0 0 0 5 0 0l6衬油浸纸电容器 工业 散热器0 0 9 0 2冲制翘片各种空调散热器 电缆 0 1 5 0 2 铝塑复合电缆包覆 绝热材料 0 0 0 6 0 0 3 复合材料住宅 管道等绝热保温材料等 建筑装饰板0 0 2 6 0 2涂漆 复合材料建筑装饰板 铝塑管 o 2 复合聚乙烯塑料各种管道 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 1 1 6 铝箔生产流程简介 通常铝箔生产的工艺流程为 板坯 铸锭 一毛料 坯料 一成品铝箔 其 中包括铸锭的熔铸和均匀化 板材的热轧和冷轧 中间退火 箔材轧制 成品退 火 二次加工等工序 2 j 板坯的生产方法分为热轧法和连续铸轧法 根据板坯的 类型不同 其铝箔毛料或成品的生产流程也将有所区别 热轧法生产铝箔的传统工艺是 采用半连续铸造法用铝熔体铸造成扁锭 经 过热轧和冷轧轧制成0 4 1 m m 厚的板材 作为铝箔毛料 将这种铝箔毛料通过 高于再结晶温度的退火后 使用箔轧机进行若干道次的冷轧轧制成铝箔成品 或 采用铸轧板坯或连铸连轧板坯生产铝箔 其生产工艺流程如图1 1 所示 图1 i 铝箔生产工艺总流程图1 2 1 铝箔坯料经过粗轧 中轧 精轧 以及双合 分卷 退火等工序 获得不同 厚度的铝箔 其工艺流程简图如图1 2 所示 通常使用的坯料厚度为0 4 0 7 r a m 坯料厚度的大小取决于粗轧机的能力 经过粗轧后 可以生产出较厚的铝箔 o 4 1 0 0 2 5 r a m 而单零箔和双零箔则需要经过中轧 精轧多道轧制等工序才能 得到 例如铝箔坯料通常需要经过6 道次才能轧制成o 0 7 m m 厚的双零箔 双零 铝箔的轧制最后1 道次需要经历叠轧 即两张铝箔重叠起来进行轧制 24 1 叠轧 生产的薄箔有暗面和亮面之分 重叠在中间的铝箔的内表面为暗面 与轧辊接触 的外表面为亮面 叠轧对于比较厚的铝箔可以使用 可以提高生产效率 叠轧不 仅可以轧制出单张轧制不能生产的极薄铝箔 而且还可以减少断带次数 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 图1 2 铝箔坯料至铝箔产品生产工艺流程简图 2 1 2 铝箔坯料生产类型 铝箔坯料是指轧制铝箔的中间坯料1 2 2 根据铝箔坯料的来源和生产方法 生产铝箔坯料的方法一般有d c d i r e c tc h i l l i n g 铸锭 连续铸轧法 c o n t i n u o u s c a s t i n g 铝箔坯料的厚度通常在0 4 一l m m 左右 2 5 1 目前国内4 0 的铝板带箔采 用连续铸轧技术进行生产 2 6 1 1 2 1 热轧法 热轧坯料是指将铝熔体半连续铸造成扁锭 再经过热轧和冷轧轧制成一定厚 度的铝箔坯料 2 7 传统的热轧生产铝箔坯料的流程为 4 2 8 熔炼 铸锭 铣面 铣边 均匀化一热轧 中间退火 冷轧 铝箔坯料 由于热轧经过铣面去除扁锭表面的氧化层和缺陷 又通过加热均匀化 在高 于再结晶温度下进行热轧 坯料内部组织经历多次的回复 再结晶 内部组织的 均匀性 晶粒的尺寸与形状等都能获得明显的改善 因此热轧坯料更适合于轧制 高品质的双零箔 2 引 1 2 2 连续铸轧法 连续铸轧生产是指直接将熔体连续铸造和轧制成半成品带坯或带材的工艺 连续铸轧的工艺特点是2 个带水冷系统的旋转铸轧辊作为结晶器 熔体在辊缝 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 之间完成凝固 并且受到热轧 这个过程非常短 只有2 3 s 所以轧辊主要起冷 凝作用 同时还产生轧压效果 根据轧制履带的不同 可以分为回转轧辊式 履带式或钢带式两种 图1 3 为典型的d c 生产和c c 生产流程简图 相比热轧需要经铣面 铣边等工序 以 及热轧之前需要均匀化处理 连续铸轧法的能耗至少可以降低2 5 2 9 并且设 备投资费用低 工艺流程简单有效 有利于实现自动化 高速化 大批量生产 传统的铸轧生产铝箔坯料的流程为 熔炼 铸轧 冷轧 中间退火 冷轧 铝箔坯料 由于铸轧过程中锭坯冷却速度高 凝固后金属还经历了一定的轧制变形 铸 轧坯料具有组织致密 枝晶间距小 金属间化合物颗粒大大细化等特点 这样的 显微组织结构适合于薄箔产品的轧制郾l 但由于板带表面激冷的作用 板带表 面晶粒尺寸相比中心层要小 为细小的等轴晶 板带内部颗粒分布不均匀 存在 弥散相 固溶相以及共晶组织 3 0 3 l j 变形性能比d c 型材差 不是很适合生产高 品质的铝箔 可以通过配制合理的化学成分 设置合适的铸造 轧制和退火参数 来弥补这种微观组织特点的不足 云南新美铝箔有限公司使用铸轧坯料 生产的 0 0 0 5 5 m m 的电容器铝箔获得通用电气和a b b 公司的认证1 3 2 1 这证明完全可以 采用铸轧工艺完生产超薄铝箔 r l 一 攀c