ica陈小玲;郝成罡;苏丽萍;吴镇宇
【摘 要】本文采用三种合金成分及多种退火工艺制度对3003合金冷轧板材进行试验,研究合金成分及退火工艺对3003合金冷轧板材0态退火组织的影响.结果表明:在控制Fe/Si比的前提下,适当提高Fe的含量及降低Mn的含量有利于成品退火晶粒的细化.由于箱式炉退火时金属加热速度有限(30～40℃/h),提高退火温度对3003合金冷轧板材O态成品退火后晶粒的影响很小,330、360、390℃温度下的晶粒尺寸基本在一个等级.而气垫炉退火有高温短时的特点,退火过程中金属加热速度快,有利于再结晶形核质点的增加,最终大大细化3003合金冷轧板材O态成品退火的晶粒组织. 【期刊名称】《热处理技术与装备》zhengzhoudaxue
【年(卷),期】2017(038)005
【总页数】5页(P23-27)拾贝集
【关键词】3003合金;退火工艺;成分;加热速度;组织
【作 者】陈小玲;郝成罡;苏丽萍;吴镇宇
【作者单位】广西南南铝加工有限公司,广西南宁530031;广西南南铝加工有限公司,广西南宁530031;广西南南铝加工有限公司,广西南宁530031;广西南南铝加工有限公司,广西南宁530031
【正文语种】中 文
【中图分类】TG156.2
众所周知，3xxx系变形铝合金为铝-锰合金，此合金系的锰合金元素含量低，塑性高，变形能力仅次于纯铝，因此常用于快速拉深制造罐体及锅体[1]。相对于3004和3005系列合金，3003合金的原料及铸造成本最低，因此应用最为广泛[2]。某铝厂3003合金圆片产品供应金汇、泰呈、美亚、大成国际等经销商，最终使用客户为拉深制锅厂，某铝厂的圆片生产工艺流程为：半连续铸造铸锭→均匀化退火→预热→热轧(6～9 mm)→冷轧至成品(1.5～3.0 mm)→清洗→成品退火→冲圆片。对于快速拉深成型，圆片产品晶粒度大小及均匀性直接影响客户制造锅体的表面质量及成品率，因此生产出晶粒细小且满足客户要求的圆片组织是某铝厂生产过程中应该重点考虑的。
圆片生产工艺流程中的铸锭均匀化退火对产品晶粒度及均匀性至关重要，半连续铸造铸锭的晶粒和枝晶内存在严重的锰偏析，锰能够显著地提高合金的再结晶温度，锰的晶内偏析又使合金的再结晶温度区间加宽，致使合金在退火时容易产生大晶粒[3]。铸锭均匀化退火时，主要的组织变化就是枝晶偏析消除和非平衡溶解，3003合金合适的均匀化温度为600～620 ℃，此温度范围内均匀化后MnAl6等析出物分布均匀，板材成品退火后晶粒细小均匀[3]。预热不仅仅为轧制提供温度准备，此温度选择对成品退火组织亦有重要的作用，480～520 ℃高温轧制变形时能加速过饱和固溶体的分解，利于成品退火组织细化。冷变形为成品退火提供再结晶驱动力，冷变形量越大再结晶起始温度越低，晶粒尺寸越小，当冷变形量>70%时，冷变形量对再结晶温度及晶粒尺寸的影响变化很小[4]。完全再结晶退火是控制产品晶粒的最后也是至关重要的环节，3003合金对退火升温速度敏感性很强，快速加热能得到细小晶粒，这是由于快速升温能缩小再结晶区间，在高锰和低锰处同时形核，因而产生细小晶粒[5]。箱式卷退升温速度慢，整卷温差大，为避免外层和内层升温速度差异大导致整卷均一性差，通常的退火温度不会选择很高，高出再结晶温度30～40 ℃为宜，因此高温退火工艺较适合快速升温的气垫炉[6]或盐浴炉生产。且慢速升温的晶粒尺寸较快速升温的通常是成倍的增大。
配制三种不同合金成分的3003合金，各成分见表1。对铸锭进行相同的均匀化退火、预热及热轧和冷轧变形量(>70%)。取A、B、C三种合金成分的3003合金冷轧板材进行模拟箱式炉相同温度的退火试验1，对B合金成分的3003冷轧板材取样进行模拟箱式炉不同退火温度的退火试验2，以及对C合金成分的3003冷轧板材取样进行模拟气垫炉快速升温退火的退火试验3，试验方案详见表2所示，观察对比以上试验样品表面及纵向晶粒组织。
如表1所示，A、B、C三种不同合金成分的3003合金，成分差异主要体现在Fe和Mn的含量有所不同。A合金在控制Si和Fe总量的基础上，提高了Fe的含量，并控制在0.5%～0.7%之间。国标要求Mn含量范围为1.0%～1.5%，而A合金和B合金均降低Mn含量，稍微低于国标。C合金不提高Fe含量，Mn含量在1.0%～1.5%范围内。即三种合金按Fe含量大小基本排序为A>B=C，Mn含量大小基本排序为C>A=B。工会帮扶工作管理系统
图1为A、B、C合金冷轧板材经相同的退火工艺(箱式炉退火330 ℃×3 h)退火后的表面和纵向晶粒组织图。经对比可知，无论是表面晶粒还是纵向晶粒，三种合金的晶粒尺寸大小依次为C>B>A。因为适当含量的Fe能够降低Mn在铝中的溶解度，加速Mn的析出。Fe还可以与MnAl6形成Al6(Mn，Fe)，从而增大Mn的析出以减小Mn在铝中的偏析[3]。而Mn是3003
合金中的主要合金元素，Mn以细小的弥散沉淀物分布时，可以阻碍退火过程中晶粒长大，固溶状态的Mn及以粗大粒子存在时，有利于退火过程中形成粗大的晶粒。因此适当提高Fe含量，降低Mn含量，往往形成细小晶粒组织。
返回料中Fe的含量也可能影响到最终退火组织的晶粒尺寸，因为返回料中部分的Fe是以FeAl3及Al6(Mn，Fe)的形式存在，FeAl3及Al6(Mn，Fe)中的Fe对于Mn在铝中的的溶解度降低作用不大，因此细化晶粒的作用被降低。
图2为B合金成分的3003合金冷轧板材分别在330、360、390 ℃退火温度下进行模拟箱式退火试验的金相组织。可知，在30、33、35 ℃/h升温速度和330、360、390 ℃退火温度下，3003合金冷轧板材晶粒尺寸大致相同，主要原因是金属升温速度差别不大，组织再结晶形核数量基本相同，温度升高还可能增加晶粒长大的风险。箱式退火的一个重要特点就是同卷芯表温差大，金属升温速度慢，为防止芯表因为温差大导致组织不均匀，箱式退火温度普遍较气垫炉退火的低。
图3(a1)和3(a2)为C合金冷轧板材100 ℃/h升温速度下在模拟气垫炉470 ℃×0.2 h退火后的组织，图3(b1)和3(b2)为C合金冷轧板材30 ℃/h升温速度下在模拟箱式炉330 ℃×3 h退火后
的组织。对比可知，模拟气垫炉退火的晶粒较模拟箱式炉退火的晶粒细小很多。气垫炉退火为单层板材经过高温炉气连续退火[6]，因为单板芯表温差很小，退火温度可以远高于箱式炉退火温度，高温短时退火是气垫炉退火的重要特点。升温速度大大提高有利于细化3003合金冷轧板材的晶粒度，因为快速升温可大大增加再结晶形核数量。
通过研究不同合金含量及不同退火工艺对3003合金冷轧板材组织的影响，得出以下结论：
1)适当提高3003合金Fe含量(国标的上限)，降低Mn含量(稍微低于国标)，有利于3003合金冷轧板材O态成品退火后晶粒组织的细化。
2)箱式炉退火由于金属升温速度有限，提高退火温度对3003合金冷轧板材O态成品退火后晶粒组织的影响很小。
3)气垫炉退火有高温短时的特点，退火过程中金属升温速度快，有利于再结晶形核质点的增加，最终可大大细化3003合金冷轧板材O态成品退火的晶粒组织。
【相关文献】老酸奶事件
[1] 王祝堂. 变形铝合金热处理工艺[M]. 长沙：中南大学出版社, 2011.
[2] 唐智娇. Al-Mn系铝合金的合金化与性能研究[D].南京：东南大学硕士学位论文，2014.
[3] 李学朝. 铝合金材料组织与晶相图谱[M]. 北京，冶金工业出版社，2010.
[4] 李荣平. 退火和轧制变形对3003阴极电子铝箔纤维组织的影响[D].郑州：郑州大学硕士学位论文，2011.
[5] 徐丽珠.退火工艺对3003铝合金的组织和性能的影响[D] .兰州：兰州理工大学硕士学位论文，2008.
[6] 王艳丽，卢刚，曹胜强等. 2800mm气垫炉优点及技术难点概述[J]. 热处理技术与装备, 2017, 38(1): 60-63.
青铜合金经淬火时效后具有很高的强度、硬度、疲劳极限、弹性极限、屈服极限和疲劳极限，并且稳定性好，还具有耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温、无磁性、导电导热性好、冲击时不会产生火花等一系列优点，常被用作高级精密的弹性元件(如弹簧、膜片、膜盒)及特殊要求的耐磨元件。航空产品中也大量使用铍青铜棒材和板、带材，在航空仪表、电机和飞行控制产品中用作具有弹性的无磁元件。铍青铜材料分为高强高弹性铍铜合金(含铍量为
1.6%～2.1%)和高导电铍铜合金(含铍量为0.2%～0.7%)；按产品成型方式分为加工合金和铸造合金，常见的航空用铍青铜材料有QBe1.9和QBe2。
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