3C電子用5052合金板帶材短流程工藝研究

吳春江

（中鋁瑞閩股份有限公司，福州 350015）

0 前言

5052合金是一種具有良好的成形性、加工性、耐蝕性及表面處理性能的鋁合金。在國內(nèi)外，5052-H32狀態(tài)鋁合金板帶材廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)、建筑行業(yè)、交通運(yùn)輸行業(yè)及電子電器行業(yè)。隨著這些行業(yè)的迅猛發(fā)展和大量采用新技術(shù)，對(duì)5052-H32板帶材的綜合性能、板型、表面質(zhì)量等方面提出了更高的要求。如何以質(zhì)量最好、性能最穩(wěn)定、能耗最低、效率最高的最優(yōu)工藝生產(chǎn)出滿足用戶需求的板帶材是各生產(chǎn)廠家一直努力的方向[1]。其中3C電子用鋁方面的結(jié)構(gòu)件普遍采用5052合金，在該類型產(chǎn)品市場競爭日趨激烈的現(xiàn)狀下，工藝改進(jìn)和成本控制就顯得尤為重要。

對(duì)于厚度≥1.95 mm的5052-H32狀態(tài)的成品來說，傳統(tǒng)工藝需要冷軋兩個(gè)道次且需進(jìn)行成品退火，存在生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)成本高、粘傷問題突出、成品率低等問題。目前所用的H32工藝已無法滿足日趨激烈的市場競爭，急需對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，縮短生產(chǎn)流程，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品品質(zhì)，在競爭激烈的市場占有一席之地。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

選取鑄錠質(zhì)量滿足要求的6批樣品進(jìn)行投料生產(chǎn)，鑄錠規(guī)格為560 mm×1 290 mm×6 500 mm。熔鑄工序的要求是：化學(xué)成分符合GB／T 3190規(guī)定，并對(duì)Fe、Cu、Cr、Mg等成分加以控制，尤其合金中的Mg固溶于鋁基體中，能阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，起加工硬化作用，控制好Mg含量能保證較快的加工硬化效果，不需要較大的冷加工率，就能保證有足夠的抗拉強(qiáng)度[2]。同時(shí)，合金中的Fe不全是雜質(zhì)元素，將其質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.2%～0.3%，能避開其有害影響，還能發(fā)揮其有益作用。合金中的部分Fe元素以過飽和形式存在，在高溫均勻化過程中，晶粒內(nèi)部能沉淀出AlFeSi彌散相。其尺寸非常小，能細(xì)化再結(jié)晶晶粒，對(duì)強(qiáng)度和塑性都有貢獻(xiàn)[2]。

鑄錠晶粒度為1級(jí)，低倍組織合格；含氫量≤0.14 mL/100g?A1；鑄錠切頭150 mm，切尾300 mm，銑面量8～12 mm，鑄錠表面無回刀痕等表面缺陷。其化學(xué)成分如表1所示。

表1 試驗(yàn)用5052鑄錠的成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

經(jīng)冷作硬化的5052合金由于α固溶體中存在過飽和度的鎂，引起化學(xué)自由能較高，加之冷變形產(chǎn)生的大量位錯(cuò)又使應(yīng)變能較高，導(dǎo)致其性能不穩(wěn)定。為了使5052合金性能穩(wěn)定，必須對(duì)冷變形的合金進(jìn)行低溫退火，即穩(wěn)定化處理，以減少鎂在α（A1）中的過飽和度和位錯(cuò)密度，消除形成β相晶界沉淀網(wǎng)膜的可能性[3]。因此，傳統(tǒng)生產(chǎn)中常選擇H32工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

本次試驗(yàn)的目的是采用H12工藝替代傳統(tǒng)的H32工藝，即通過一個(gè)道次冷軋直接生產(chǎn)出成品厚度，并且不經(jīng)過退火的工藝路線即能夠得到所需要的合格性能。原工藝路線（H32）為：熔鑄—熱軋—冷軋1道次—冷軋2道次—成品退火—清洗—成品切邊。這種工藝工序多，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期長，市場競爭力弱。試驗(yàn)新工藝路線（H12）為：熔鑄—熱軋—冷軋1道次—清洗—成品切邊。為了確保既能得到目標(biāo)性能，同時(shí)又保持性能穩(wěn)定，必須采取較小冷軋加工率的工藝進(jìn)行生產(chǎn)。試驗(yàn)中新工藝如何選擇合適的冷軋壓下量較為關(guān)鍵。

1.3 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

優(yōu)化后的新工藝路線得到的產(chǎn)品性能指標(biāo)值、性能穩(wěn)定性以及表面質(zhì)量必須到達(dá)或超過原工藝路線的水平，同時(shí)，成品率較原工藝要有所提升。本次試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)成品為2.48 mm厚的冷軋結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品，其力學(xué)性能等各項(xiàng)指標(biāo)要求見表2。

表2 各項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)要求

1.4 試驗(yàn)過程

熱軋主要控制點(diǎn)為：終軋溫度控制（325±5）℃（準(zhǔn)確控制終軋溫度對(duì)于后續(xù)熱軋后卷材的表面質(zhì)量很重要）；精軋出口厚度公差＜±0.02 mm；表面陽極黑條B級(jí)以上，表面無粘鋁、劃傷、乳液痕等影響使用的表面缺陷；熱軋生產(chǎn)后轉(zhuǎn)運(yùn)過程要注意卷材保護(hù)，不允許出現(xiàn)松層、磕碰導(dǎo)致的層間擦傷；熱軋生產(chǎn)后規(guī)格為：2.66 mm×1 250 mm（根據(jù)下文冷軋壓下量設(shè)計(jì)結(jié)果確定熱軋最終成品厚度）。

根據(jù)5052合金結(jié)構(gòu)件的性能區(qū)間要求，初步選定加工率區(qū)間范圍在6%~7%之間。在試驗(yàn)軋機(jī)上選取不同的壓下量進(jìn)行壓下試驗(yàn)，通過力學(xué)性能數(shù)據(jù)測量得出如圖1所示的擬合線圖。根據(jù)力學(xué)性能過程能力圖，并結(jié)合力學(xué)性能與道次壓下量的擬合線圖，最終選定合適的加工率。

圖1 冷軋壓下量擬合線圖

根據(jù)力學(xué)性能過程能力圖，抗拉強(qiáng)度的波動(dòng)區(qū)間是15 MPa。為了確保抗拉強(qiáng)度＞210 MPa，抗拉強(qiáng)度的中心值應(yīng)＞217.5 MPa，同時(shí)屈服強(qiáng)度達(dá)到目標(biāo)值，結(jié)合力學(xué)性能與道次壓下量的擬合線圖，將道次壓下率確定為6.6%~7.0%，這樣還可同時(shí)解決冷軋厚度補(bǔ)償偏差的問題。冷軋工藝參數(shù)詳見表3。

表3 冷軋參數(shù)表

由于熱軋坯料冷卻到室溫后，層間會(huì)出現(xiàn)一定的間隙，在冷軋工序開坯時(shí)極易出現(xiàn)開卷時(shí)的層間粘傷。程度較輕的粘傷經(jīng)過后續(xù)多個(gè)道次的冷軋后會(huì)逐漸減輕，最終成品表面質(zhì)量可接受；如果只經(jīng)一個(gè)道次直接出成品，則會(huì)導(dǎo)致粘傷無法消除。因此，需要重點(diǎn)關(guān)注冷軋?jiān)O(shè)備的開卷、卷取、入口偏導(dǎo)輥等輥道和卷軸的精度，確保滿足設(shè)計(jì)要求，以免出現(xiàn)卷取或開卷粘傷缺陷。必要時(shí)可以在開坯卷材端面噴軋制油，使卷材間隙內(nèi)因滲入的軋制油而形成一定油膜，有助于緩解開卷時(shí)造成的表面粘傷。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 性能檢測

對(duì)6個(gè)試驗(yàn)批次的卷材分別從頭部、中部、尾部取樣進(jìn)行力學(xué)性能測試，結(jié)果如表4所示。

表4 性能測試結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，且性能值穩(wěn)定。

2.2 成品率及表面質(zhì)量

根據(jù)企業(yè)內(nèi)控檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)6個(gè)試驗(yàn)批次的卷材進(jìn)行表面質(zhì)量檢測，并統(tǒng)計(jì)了6個(gè)批次的投入量和產(chǎn)出量，進(jìn)行成品率統(tǒng)計(jì)，具體結(jié)果如表5所示。

表5 表面質(zhì)量及成品率結(jié)果

本次試驗(yàn)6個(gè)批次，成品率均超過82%，平均成品率達(dá)到86.52%，較原工藝的81.02%大幅提高，同時(shí)帶材表面質(zhì)量均達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 晶粒度

對(duì)試驗(yàn)樣品分別進(jìn)行表面和縱向的晶粒度檢測，結(jié)果如圖2所示。

圖2 兩種工藝晶粒度比較（左側(cè)為H12工藝，右側(cè)為H32工藝）

對(duì)比可以看出，采用H12工藝的卷材表面晶粒明顯更細(xì)小且均勻。H32工藝縱向晶粒呈現(xiàn)明顯的纖維狀，而H12工藝成品縱向晶粒仍保持較好的等軸性，晶粒細(xì)小均勻，這也為獲得合格的表面質(zhì)量打好了基礎(chǔ)。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出，新工藝的試驗(yàn)結(jié)果完全符合預(yù)期效果，力學(xué)性能、成品率、晶粒度幾個(gè)指標(biāo)都達(dá)到甚至超出了預(yù)期目標(biāo)，同時(shí)也保證了產(chǎn)品的表面質(zhì)量。

3 結(jié)論

（1）在合適的冷軋壓下量下對(duì)5052合金進(jìn)行一個(gè)道次的冷軋便可獲得所需的合格力學(xué)性能。

（2）一道次冷軋后的5052合金產(chǎn)品在未經(jīng)過成品退火的情況下，依然可以獲得穩(wěn)定的性能數(shù)據(jù)。

（3）經(jīng)6.6%~7.0%的較小壓下量后，5052合金表面晶粒度可以滿足客戶需求。

試驗(yàn)結(jié)果表明，采用H12新工藝生產(chǎn)5052合金結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品可以獲得客戶所需的穩(wěn)定的力學(xué)性能和更加良好的晶粒度。同時(shí)還能使產(chǎn)品成品率大幅提升，生產(chǎn)周期明顯縮短，能很好地解決5052-H32內(nèi)構(gòu)件產(chǎn)品生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)成本高、市場競爭力弱等一系列問題。

新工藝是一種短流程、高質(zhì)量、低成本的生產(chǎn)工藝，完全可以替代原有的H32工藝，值得廣泛推廣使用。