專利名稱：具有極好延性的鋁材以及所述鋁材的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適于要求高延伸加工性的應用例如拉制翅片材料等的鋁材以及所述鋁材的制造方法。
背景技術：
在用于熱交換器的板翅中，采用拉延成形或非拉延成形工藝成形出管子通過的環(huán)圈部分(例如日本專利申請No.5-230579)。為了在這種成形工藝且特別是在脹形工藝或拉延工藝中確?？沙尚涡裕牧嫌斜匾哂休^大的延伸率，從而防止材料在成形工藝中發(fā)生斷裂。若進行精煉以提供被叫做0材的退火材料，那么會得到良好的延伸率，但是會產生起始于再結晶晶界處的環(huán)圈裂紋。因此，一般采用被稱作H22(在冷加工之后進行軟化熱處理)的精煉工藝。H22涉及一種材料，所述材料處于在0材(退火材料)的狀態(tài)和1/2硬化狀態(tài)之間的中間加工硬化狀態(tài)，所述1/2硬化狀態(tài)為處于在0材的狀態(tài)和通過冷作而被加工硬化的材料的狀態(tài)之間的中間硬化狀態(tài)。
例如，對于采用DC鑄造等工藝得到的純鋁基材料，例如JIS A1050或1200或其它，在H22中的軟化處理將獲得適當的延伸(25％或更大)可加工性，使得可以良好的方式通過拉延成形工藝實現前述環(huán)圈部分的成形。
近來，為提高生產率或得到更細微的結構，采用連鑄和軋制工藝生產出鋁材。還可以考慮在前述板翅和其它的生產中采用這種制造工藝。
然而，具有如前述JIS A1050或1200的組成的經過連鑄和軋制的材料，即便是進行了H22處理，可達到的延伸率至多為約20％。因此，經過連鑄和軋制的材料不適用于要求延伸率為25％或更大的板翅的成形。因此，在要求較大延伸率的成形加工中不考慮使用經過連鑄和軋制的材料。
發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的發(fā)明人對提高經過連鑄和軋制的材料的延伸率埃里克森(erichsen)值進行了研究，并發(fā)現為了產生應變，通過作為合金成分的Fe的均勻析出，并通過控制一定軋制壓下率下冷軋后的結構可明顯改善經過連鑄和軋制的材料的延伸率，由此實現了本發(fā)明。
在前面的條件下本發(fā)明已被實現。本發(fā)明的目的在于提供一種鋁材，所述鋁材為經過連鑄和軋制的材料，但是可在要求高延伸加工性的應用中使用，例如板翅等，和一種所述鋁材的制造方法。
因此，為了實現前述目的，本發(fā)明的第一方面涉及具有極好延性的鋁材，其特征在于，所述鋁材為由純鋁制成的經過連鑄和軋制的材料，并且最大長度等于或大于2.0微米且長寬比等于或大于3的金屬間化合物基于對板表面進行觀察以等于或大于30晶粒/10000平方微米的比率分布在金屬結構中。
本發(fā)明的第二方面涉及具有極好延性的鋁材，其特征在于，所述鋁材為由純鋁制成的經過連鑄和軋制的材料，并且所述鋁材的抗拉強度為100-130MPa且電導率等于或大于58％IACS。
本發(fā)明的第三方面涉及具有極好延性的鋁材，其特征在于，所述鋁材為由純鋁制成的經過連鑄和軋制的材料，并且最大長度等于或大于2.0微米且長寬比等于或大于3的金屬間化合物基于對板表面進行觀察以等于或大于30晶粒/10000平方微米的比率分布在金屬結構中，并且所述鋁材的抗拉強度為100-130MPa且電導率等于或大于58％IACS。
此外，本發(fā)明的第一方面涉及具有極好延性的鋁材的制造方法，其特征在于，對由純鋁制成的經過連鑄和軋制的材料在軋制壓下率為30-70％的條件下進行冷軋，然后在500-640℃條件下進行等于或長于1個小時的高溫析出處理，然后進行冷軋，且然后在220-300℃條件下進行最終退火。
本發(fā)明的第二方面涉及具有極好延性的鋁材的制造方法，所述方法基于本發(fā)明的第一方面所涉及的具有極好延性的鋁材的制造方法，且其特征在于，在冷卻速度等于或大于70℃/秒的條件下已對所述經過連鑄和軋制的材料進行鑄造。
本發(fā)明的第三方面涉及具有極好延性的鋁材的制造方法，所述方法基于本發(fā)明的第一或第二方面所涉及的具有極好延性的鋁材的制造方法，且其特征在于，在高溫析出處理后進行的冷軋的軋制壓下率等于或大于90％。
本發(fā)明中所使用的純鋁不可避免地含有雜質Fe和包括鋁的其它元素。例如，純鋁中可含有0.2-1.0％的Fe。
除Fe外，Si可作為純鋁中不可避免的雜質。例如其中Si含量可為0.2％或更少。
至于其它雜質的量，本發(fā)明并沒有特別限定其含量。然而，所希望的是，本發(fā)明中的純鋁中的鋁的純度為99.0％或更高。
在根據本發(fā)明的一種形式的鋁材中，重要的是要控制金屬間化合物的最大長度。若最大長度等于或大于2.0微米且長寬比等于或大于3的鋁材中的金屬間化合物以等于或大于30晶粒/10000平方微米的比率進行分布，那么該鋁材可具有極好的延性。若所述分布比率小于30晶粒/10000平方微米，那么Fe在超飽和固溶體狀態(tài)下局部存在，使得延性下降。
在根據本發(fā)明的另一種形式的鋁材中，由于所述鋁材為由純鋁制成的經過連鑄和軋制的材料，并且所述鋁材具有100-130MPa大小的抗拉強度和高電導率，所以所述鋁材具有高強度和優(yōu)秀的延伸率特征，使得在延伸加工中固溶硬化較少，且此外可進行較大的延伸加工，而不會產生起源在再結晶晶界處的裂紋。若抗拉強度小于100MPa，那么強度不足，且翅片的強度不夠。若抗拉強度超過130MPa，那么強度過高并且可成形性降低。此外，等于或大于58％IACS的電導率提供了較高的延伸可加工性。若電導率小于58％IACS，那么延伸可加工性不夠，使得難于對前述板翅材料等良好地進行拉延成形或非拉延成形。
如上所述，由純鋁制成的本發(fā)明的鋁材可達到25％或更高的延伸率。特別是，在例如板翅材料的情況下，當使用拉延成形或非拉延成形工藝成形出用于通過管子的環(huán)圈部分時，會產生局部較大的彎曲應力。然而，本發(fā)明的鋁材允許成形出沒有環(huán)圈裂紋的環(huán)圈部分。因此，即使對于板翅的拉延成形工藝來說，也可以獲得良好的可成形性。因此，本發(fā)明的鋁材適于經過拉延的翅片材料。然而，本發(fā)明的鋁材的用途不限于所述經過拉延的翅片材料，也可被用作要求高延伸特性的具有多種用途的材料。
在本發(fā)明的鋁材的制造方法中使用了純鋁材料。純鋁材料通過連鑄和軋制被生產出。連鑄和軋制工藝使得不需要將鑄造和熱軋步驟相互間分開進行，并使這些步驟連續(xù)進行。在本發(fā)明中，可采用已公知的方法，例如雙輥鑄造技術、帶式鑄造技術等進行連鑄和軋制，不受本發(fā)明中的任何具體方法的限制。然而，在連鑄和軋制中，優(yōu)選在冷卻速度等于或大于70℃/秒的條件下得到經過連鑄和軋制的純鋁材。這是因為，若冷卻速度小于70℃/秒，在固溶狀態(tài)下不存在Fe，而是結晶出來，使得當在冷軋壓下后進行高溫析出處理時，不會產生Al-Fe基金屬間化合物的析出。在前面的冷卻速度范圍內快速冷卻的所述經過連鑄和軋制的材料具有微細的結構，并且具有進一步增大的強度。冷軋對如上所述的經過連鑄和軋制的材料進行冷軋。
(1)在前冷軋(軋制壓下率30-70％)在進行冷軋過程中，進行如下面所述的高溫析出處理。在高溫析出處理前的冷軋過程中，總軋制壓下率被限制在30％-70％之間。
具體而言，在預定軋制壓下率條件下通過冷軋得到的軋制壓下在進行連鑄和軋制之后和在進行高溫析出處理之前是必須的。
若軋制壓下率小于30％，則不能達到析出所需要的應變，且因此在隨后的高溫析出處理過程中難于有效析出Fe。
因此，當對材料進行H22處理時，不能得到足夠的延伸率。因此，在進行高溫析出處理之前，軋制壓下率需要等于或大于30％。另一方面，當在軋制壓下率大于70％的條件下進行軋制壓下時，在高溫析出處理后面進行的冷軋僅被允許對最終板的厚度產生非常小量的軋制壓下，使得當對材料進行H22處理時不能達到足夠的延伸率。因此，在進行高溫析出處理前的軋制壓下率被限制在30％-70％之間。
此外，考慮到實際操作，優(yōu)選在軋制壓下率等于或大于40％的條件下進行冷軋，這是由于當軋制壓下率小于30％時，為了得到足夠的延伸率，需要高溫析出處理時間長于24小時。此外，基于與設置前述上限相同的原因，將60％作為上限也是適當的。
(2)高溫析出處理(500℃-640℃)在連鑄和軋制完成后以30-70％的軋制壓下率進行冷軋后，在500℃-640℃條件下進行高溫析出處理，由此均勻析出Fe的析出物。若在最終冷軋后對材料進行H22處理，那么可達到現有技術不可能達到的25％或更大的延伸率。為了使經過連鑄和軋制的材料達到傳統(tǒng)上不能達到大延伸率，進行高溫析出處理是必不可少的。
以下將對其原因進行解釋。與慢冷速的DC鑄造工藝(直接激冷工藝)相比較，在冷卻速度較快的連鑄工藝中，Fe形成超飽和固溶體。在這種狀態(tài)下進行冷軋在對材料進行H22處理時不可能達到足夠的延伸率。然而，若在一定軋制壓下率條件下進行冷軋，并在冷軋后對Fe在高溫條件下進行高溫析出處理，那么Fe均勻析出，使得可以實現空前高的延伸率。
至于高溫析出處理的溫度，所述溫度需要等于或大于500℃。若所述溫度小于500℃，那么不能實現Fe的充分析出。盡管為在短時間內均勻析出Fe而優(yōu)選高溫，但是在640℃以上的溫度會使局部產生氣泡，破壞產品的外觀。因此，進行高溫析出處理的適當溫度為500℃-640℃。此外，考慮到實際操作，在500℃以下進行的熱處理需要熱處理時間長于24小時，從而得到足夠的延伸率。在640℃以上進行的熱處理在短時間內對熱處理爐造成損壞?；谶@些原因，進行高溫析出處理的下限溫度優(yōu)選為550℃，并且其上限溫度優(yōu)選為630℃。更優(yōu)選的是，下限溫度為570℃，且上限溫度為610℃。
對于熱處理時間來說，為了得到足夠的延伸率，保持時間至少為1小時是需要的，且因此所述時間等于或長于1小時是所希望的。若將熱處理的保持時間設置為增長的時間，那么可更可靠地加速Fe的析出。然而，就生產率來說，保持時間多于24小時將是不利的。因此，對于高溫析出處理的熱處理時間來說，1-24小時是適當的，并且更優(yōu)選的是，2-10小時是適當的。
(3)在后冷軋在進行高溫析出處理后，再次進行冷軋以得到所需的最終厚度。在在后冷軋過程中，根據本發(fā)明并沒有特別限制軋制壓下率。然而，若在在后冷軋過程中軋制壓下量不足，那么材料的延伸率不足夠大。因此，所需要的是使在后冷軋過程中的軋制壓下率等于或大于90％。
(4)最終退火(220℃-300℃)在進行上述在后冷軋后，進行最終退火，由此材料變軟從而具有大延伸率。最終退火的加熱溫度優(yōu)選為220℃-300℃。若所述加熱溫度低于220℃，則不能充分獲得退火效果。若所述加熱溫度超過300℃，則會產生再結晶，并且成為產生環(huán)圈裂紋的起始點。因此，所示前述溫度范圍是適合的。
如上所述，根據本發(fā)明的鋁材具有等同于DC鑄造鋁材并且高于常規(guī)經過連鑄和軋制的鋁料的高延伸率特征，并且即便是局部也可以高加工率進行加工而不會產生裂紋。
此外，根據本發(fā)明的制造方法，在以30-70％的軋制壓下率進行連鑄后的冷軋后，在500℃-640℃條件下進行高溫析出處理，使得由于在最終冷軋后進行最終退火，因此可實現具有等同于DC鑄造鋁材并且常規(guī)經過連鑄和軋制的鋁材不能達到的25％或更高的延伸率。因此，即便是在需要具有高延伸可成形性的應用中如板翅的拉延成形中，也有可能在較好的狀態(tài)下進行成形加工。
本發(fā)明的鋁材可被用于熱交換器的翅片等其它，其要求較高的延伸特性，并且作為經過連鑄和軋制的材料具有與DC鑄造相同水平的延伸率埃里克森值。
圖1是示出了生產根據本發(fā)明的鋁材的步驟的示意圖；圖2是使用根據本發(fā)明的鋁材生產板翅的步驟的示意圖；和圖3是示出了板翅材料和管子的示意圖。
具體實施例方式
下面，結合圖1對本發(fā)明的一個實施例進行描述。
基于純鋁的材料被制備出，并且使用適當的方法被熔化，隨后進行連鑄和軋制。在進行連鑄和軋制的過程中，采用適當的方法如雙輥鑄造技術等連續(xù)進行一系列鑄造和軋制步驟。在該工藝中，優(yōu)選在冷卻速度等于或大于70℃/秒的條件下進行連鑄和軋制。
在生產線上或其它設備中對所得到的經過連鑄和軋制的材料進行冷軋。
在冷軋過程中，以介于其間的方式進行高溫析出處理。在高溫析出處理之前，以30％-70％的總軋制壓下率進行冷軋。冷軋中進行軋制的次數沒有特別的限制。
在進行析出處理之前的冷軋之后，進行高溫析出處理。
在高溫析出處理過程中，加熱至500℃-640℃(優(yōu)選550℃-630℃)1-24小時(優(yōu)選2-10小時)，使得主要是通過連鑄和軋制而固溶在基體中的Fe作為析出物而析出。
在那之后，進行在后冷軋以獲得最終板的厚度。雖然沒有特別限制在后冷軋過程中的軋制壓下率，但是通常優(yōu)選以等于或大于90％的軋制壓下率進行軋制。
將鋁材加熱至220℃-300℃例如1-24小時，然后進行最終退火以軟化材料。由于進行最終退火，因此鋁材具有等于或大于25％的延伸率。通過調節(jié)該工藝中的退火溫度，可對軟化程度進行調節(jié)。
以下結合圖2對為將鋁材1加工成板翅而形成環(huán)圈部分5的步驟進行描述。
在鋁材1的所需面積上進行環(huán)圈部分的脹形加工以形成鼓起部分1a，然后在鼓起部分1a上進行多階段拉延的拉延加工以形成鼓起部分1b。在已進行拉延的鼓起部分1b中進行形成孔2的穿孔加工以形成粗制環(huán)圈部分3。在粗制環(huán)圈部分3上進行擴口加工以形成所需的環(huán)圈部分5。在進行一系列步驟中，鋁材1的延伸特性是良好的，使得可完成該成形工藝而不會產生裂紋或其它。
通過以上成形工藝得到的許多板翅材料10進行疊置，使得其相互間的間距受到環(huán)圈部分5的高度的限制，如圖3所示。管子20被插入穿過孔2并被固定。就管子20的固定而言，管子20已成形使得其外徑略小于孔20的內徑。在管子20插入疊置板翅10的孔2之后，通過使用塞子(未示出)等其它以將管子20的外周部分壓靠在環(huán)圈部分5上，從而管子20沿徑向擴張，由此完成板翅10和管子20之間的固定。
在不偏離本發(fā)明的范圍的條件下可對本發(fā)明進行改變，并且本發(fā)明不受前述實施例的限制。
例如，雖然已結合作為板翅材料的具有由所述制造方法制造出的高延伸可加工性的鋁材的情況對前述實施例進行了說明，但是，鋁材的應用不限于板翅，而是可用于根據本發(fā)明的要求高延伸可加工性的多種用途。
實例純鋁材含有0.1％的Si，0.7％的Fe，其余為Al和不可避免的雜質，所述純鋁材料使用以如表1所示的冷卻速度的雙輥鑄造技術的連鑄和軋制工藝被生產出。
生產出的具有7.2毫米板厚的純鋁材在進行高溫析出處理前以如表1所示的軋制壓下率進行冷軋。然后，在如表1所示的溫度條件下進行如表1所示的一段時間的高溫析出處理。在那之后，所述材料以如表1所示的軋制壓下率被冷軋至具有0.1毫米大小的最終板厚度。然后，通過進行最終退火(加熱至250℃6小時)完成材料的精煉細化，由此制備出樣品。
為了進行比較，樣品還通過冷軋至最終板厚度，然后進行最終退火而不進行高溫析出處理而被制備出。
通過從板表面一側使用掃描電鏡觀察板表面，并測量金屬間化合物的最大長度、其長寬比(最大長度/最小長度)以及預定面積中的晶粒個數而確定出金屬間化合物在每個樣品中的分布。
此外，對每個樣品的抗拉強度、延伸率和電導率進行了測量。測量結果如表1所示。
在此之后，在每一個樣品上采用拉延加工技術進行翅片壓力加工，條件是翅片直徑為9.40毫米且翅片間距(環(huán)圈部分的高度)為1.8-3.0毫米。通過對形成的具有各種翅片間距的翅片進行觀察而進行可成形性的評估。用○表示在環(huán)圈部分中無任何裂紋或裂縫的良好成形，用×表示在材料中出現裂紋或裂縫。
可成形性的評估結果如表1所示。
從表1可明顯看出，在拉延加工工藝中的本發(fā)明的實例具有較大的延伸率并且達到了較高的可成形性，同時具有預定的強度。
另一方面，采用本發(fā)明范圍之外的制造方法生產出的比較例具有較差的可成形性，且不適用于拉延加工技術。
表1
金屬間化合物最大長度為2.0μm或更長，且長寬比為3或更大(晶粒/10000(μm)2)
權利要求
1.一種具有極好延性的鋁材，其特征在于，所述鋁材為由純鋁制成的經過連鑄和軋制的材料，并且最大長度等于或大于2.0微米且長寬比等于或大于3的金屬間化合物基于對板表面進行觀察以等于或大于30晶粒/10000平方微米的比率分布在金屬結構中。
2.一種具有極好延性的鋁材，其特征在于，所述鋁材為由純鋁制成的經過連鑄和軋制的材料，并且所述鋁材的抗拉強度為100-130MPa且電導率等于或大于58％IACS。
3.一種具有極好延性的鋁材，其特征在于，所述鋁材為由純鋁制成的經過連鑄和軋制的材料，并且最大長度等于或大于2.0微米且長寬比等于或大于3的金屬間化合物基于對板表面進行觀察以等于或大于30晶粒/10000平方微米的比率分布在金屬結構中，并且所述鋁材的抗拉強度為100-130MPa且電導率等于或大于58％IACS。
4.一種具有極好延性的鋁材的制造方法，其特征在于，對由純鋁制成的經過連鑄和軋制的材料在軋制壓下率為30-70％的條件下進行冷軋，然后在500-640℃條件下進行等于或長于1個小時的高溫析出處理，然后進行冷軋，且然后在220-300℃條件下進行最終退火。
5.根據權利要求4所述的具有極好延性的鋁材的制造方法，其特征在于，在冷卻速度等于或大于70℃/秒的條件下已對所述經過連鑄和軋制的材料進行鑄造。
6.根據權利要求4或5所述的具有極好延性的鋁材的制造方法，其特征在于，在高溫析出處理后的軋制壓下率等于或大于90％。
全文摘要
一種由純鋁制成的經過連鑄和軋制的材料在軋制壓下率為30－70％的條件下進行冷軋。然后，對所述材料在500－640℃條件下進行等于或長于1個小時的高溫析出處理，然后進行冷軋。在此之后，在220－300℃條件下進行最終退火。雖然是經過連鑄和軋制的材料，但是使用這種制造方法制造出的鋁材具有25％或更大的后最終退火延伸率，并且允許進行要求高延伸特征的翅片的拉延加工。
文檔編號C22C21/00GK1661122SQ200510051689
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權日2004年2月25日
發(fā)明者宇宿洋二, 勝又堅, 井之上和弘 申請人:三菱鋁株式會社