專利名稱：用于金屬箔產(chǎn)品的原料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于金屬箔產(chǎn)品的原料及其制造方法。
背景技術(shù)：
原料是指在變成最終產(chǎn)品之前需要經(jīng)過進一步加工的材料。在一個實施例中，應(yīng) 用這些原料的最終用途覆蓋了各種各樣的產(chǎn)品，諸如包裝需求，即家用箔。在另一個實施 例中，用所公開的原料制成的鋁箔產(chǎn)品具有改進的表面特性和機械性能，諸如在薄規(guī)格下 的高破裂壓力(burst pressure)、高拉伸強度(tensile strength)、高屈服強度(yield strength)禾口更ι 白勺延 串率(percentageelongation)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，本發(fā)明提供了一種原料產(chǎn)品。在另一個實施例中，所述產(chǎn)品包括 由非錠鑄造(non-ingot casting)工藝制成的lxxx、3xxx和8xxx系列鋁合金，其中對于箔 產(chǎn)品，這些鋁合金具有約5微米到約150微米的厚度。所述產(chǎn)品具有比使用平板或輥鑄造 (roll casting)工藝加工的0-回火鑄造的同種合金的平均值大至少10%的0-回火拉伸 強度。所述產(chǎn)品具有比使用平板或輥鑄造工藝加工的0-回火鑄造的同種合金的平均值大 至少10%的0-回火延伸。所述產(chǎn)品具有比使用平板或輥鑄造工藝加工的0-回火鑄造的同 種合金的平均值大至少10%的0-回火馬倫(Mullen)壓力。所述產(chǎn)品基本上沒有由金屬間 顆粒的中心偏析(centerline segregation)所導(dǎo)致的孔。在一個實施例中，所述產(chǎn)品包括由非錠鑄造工藝制成的8111鋁合金，其中對于箔 產(chǎn)品，所述鋁合金具有約5微米到約150微米的厚度。所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8111 合金的平均值大至少10%的0-回火拉伸強度。所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8111合金 的平均值大至少10%的0-回火延伸。所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8111合金的平均值 大至少10%的0-回火馬倫壓力。所述產(chǎn)品基本上沒有由金屬間顆粒的中心偏析所導(dǎo)致的 針孔。在另一個實施例中，所述產(chǎn)品包括由非錠鑄造工藝制成的8921鋁合金，其中對于 箔產(chǎn)品，所述鋁合金具有約5微米到約150微米的厚度。所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準 8921合金的平均值大至少10%的0-回火拉伸強度。所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8921 合金的平均值大至少10%的0-回火延伸。所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8921合金的平 均值大至少10%的0-回火馬倫壓力。所述產(chǎn)品基本上沒有由金屬間顆粒的中心偏析所導(dǎo) 致的針孔。因此，本發(fā)明的一個實施例提供了一種具有改進性能的原料。本發(fā)明的這些和其它進一步的實施例通過下面的說明和附圖將變得更清楚。


為了更充分地理解本發(fā)明，將參考下面的說明和附圖，在附圖中圖1是示出由輥鑄造原料生產(chǎn)箔和片的現(xiàn)有方法的流程圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的生產(chǎn)箔的方法的一個實施例的流程圖；圖3是本發(fā)明的一個實施例的三層鑄帶；以及圖4是本發(fā)明的一個實施例的8921合金鑄帶的橫截面放大100倍的顯微照片。
具體實施例方式下面是本申請中使用的術(shù)語的定義。如這里所使用的，術(shù)語“原料”是指在變成諸 如家用箔之類的最終產(chǎn)品之前需要經(jīng)過進一步加工的材料。如這里所使用的，術(shù)語“鋁合金”是指含有其它元素的鋁金屬。所述元素可以包括 銅、鐵、鎂、鎳、硅、鋅、鉻、錳、鈦、釩、鋯、錫和/或鈧。添加所述元素以影響鋁合金的物理屬 性和工作特性。如這里所使用的，術(shù)語“中心偏析”是指通過傳統(tǒng)的輥鑄造機(rollcaster)制成 的帶(strip)的中心面中的校直(aligned)金屬間顆粒。它會導(dǎo)致輥軋期間片材的撕裂和 導(dǎo)致最終產(chǎn)品的機械性能差。如這里所使用的，術(shù)語“精細的微觀結(jié)構(gòu)”是指具有晶粒尺寸(finegrain size)和 精細成分(fine constituent)的微觀結(jié)構(gòu)。如這里所使用的，術(shù)語“β金屬間相顆粒”是指Al9FeSi合成物的棒狀顆粒。這些 顆粒是在輥軋期間破碎并導(dǎo)致最終產(chǎn)品的機械性能較差的易碎粒子。通過均勻化處理將β 相轉(zhuǎn)變成更可塑的α相來消除其不利影響。如這里所使用的，術(shù)語“線內(nèi)(in-line) ”是指沒有中間卷繞和開卷(uncoiling)。如這里所使用的，術(shù)語“晶粒細化劑”是指諸如TiB2、TiC或AlTi之類的有助于在 鑄造金屬中產(chǎn)生更精細的晶粒結(jié)構(gòu)的化合物。如這里所使用的，術(shù)語“馬倫破裂壓力”是指使片材被撕破的壓力。它測量對撕破 的抵抗力。如這里所使用的，術(shù)語“基本上”是指很大的范圍或程度。如這里所使用的，術(shù)語“非錠鑄造工藝”是指不產(chǎn)生錠的任何鑄造工藝。如這里所使用的，術(shù)語“平板(slab)工藝”是指鑄造厚度在約0. 25英寸到約8英 寸之間的平板的工藝。如這里所使用的，術(shù)語“輥鑄造工藝”是指使用常規(guī)的輥鑄造機在高的輥分離力下 以小于10英尺/分鐘的速度鑄造厚度為約0. 25英尺到約0. 5英尺的帶。如這里所使用的，術(shù)語“針孔(pinhole) ”是指在燈箱(light box)上測量的金屬 板或箔上的小孔。如這里所使用的，術(shù)語“熱輥軋”是指在進口溫度高于約700。F的條件下輥軋鋁金屬。如這里所使用的，術(shù)語“溫輥軋”是指在進口溫度范圍為約350° F到約700° F的 條件下輥軋鋁金屬。如這里所使用的，術(shù)語“冷輥軋”是指在進口溫度低于約350° F的條件下輥軋鋁金屬。
在一個實施例中，本發(fā)明公開了一種使用如下方法生產(chǎn)的原料，所述方法包括生 產(chǎn)厚度小于約6mm的鋁合金鑄帶，線內(nèi)熱輥軋所述鑄帶到厚度不大于約1mm，然后卷繞所產(chǎn) 生的帶以生產(chǎn)金屬箔的原料產(chǎn)品，其中所述鑄帶基本上沒有β金屬間相顆粒。在另一個實施例中，所述原料被進一步加工以提供具有改進的機械性能和表面特 性的金屬箔。在另一個實施例中，通過開卷所述帶，冷輥軋所述原料帶到所需要的產(chǎn)品厚度，以 及部分退火或全部退火最終規(guī)格的帶而對所述原料產(chǎn)品進一步加工來生產(chǎn)金屬箔。圖1所示的流程圖概述了由輥鑄造原料制造箔或片產(chǎn)品的常規(guī)工藝的主要步驟。 在起始步驟10中，將鋁合金輥鑄造到約6mm到約IOmm之間的厚度。然后在步驟20中線內(nèi) 熱卷繞/溫卷繞所述鋁合金鑄帶，接著可選地，在約430°C到約530°C之間單獨均勻化所述 鋁合金鑄帶。在下一步驟40中，均勻化后的卷被開卷，以便在步驟50中將所述鋁合金鑄帶 冷輥軋到中間規(guī)格。在步驟60中，隨后將所述中間規(guī)格的帶在450°C下進行中間退火，并冷 輥軋到箔的最終規(guī)格。在最終步驟80中，根據(jù)產(chǎn)品所需要的物理屬性，可選地對鋁合金鑄 帶進行部分退火或全部退火。在一個實施例中，圖2所示的流程圖概述了本發(fā)明的主要步驟。本發(fā)明消除了通 常與輥鑄造或錠原料的現(xiàn)有方法相關(guān)的冗長且昂貴的均勻化步驟和/或中間退火步驟，并 且消除了一個或多個冷輥軋遍次(pass)。這里，在第一步驟100中，高速生產(chǎn)出厚度小于 約6mm材料的原料鑄帶。然后在第二步驟200中在約720° F下將鋁合金材料線內(nèi)熱輥軋 到厚度至多為1mm。然后在第三步驟300中線內(nèi)熱/溫卷繞所述原料材料。這種材料是本 發(fā)明的原料的一個實施例，其被用來進一步離線加工成最終產(chǎn)品。在這種離線操作中，在第 五步驟500中被冷輥軋到最終規(guī)格之前，其中該最終規(guī)格為所需要的產(chǎn)品厚度，在步驟400 中所述卷被開卷。根據(jù)應(yīng)用，在第六步驟600中可選地使最終規(guī)格的產(chǎn)品經(jīng)受部分或全部 退火處理，或在輥軋狀態(tài)條件(as-rolled condition)下提供該處理。在起始步驟中，厚度小于約6mm的帶被鑄造。在一個實施例中，通過連續(xù)鑄造鋁合 金來執(zhí)行用于由鋁合金制造厚度小于約6mm的鑄帶的方法。這包括并置地且與一對設(shè)置在 通常為水平的平面上的水冷輥相聯(lián)系地傳送融化的鋁合金。該鑄造以諸如約200fpm(62m/ min)的高速進行。來自儲液器的融化的鋁合金朝著輥之間的縫隙(nip)前進。在每一個輥 上都形成固態(tài)的鋁合金外層，而半固態(tài)鋁合金層則在固態(tài)層之間的中心產(chǎn)生。所述半固態(tài) 層包括從凝固前沿(solidification front)分離的破碎的樹枝狀臂的融化成分和固態(tài)成 分。所述固態(tài)外層和半固態(tài)鋁合金的固態(tài)成分穿過縫隙，以便固態(tài)鋁合金帶從縫隙中引出。 從縫隙中引出的帶包括夾在外面的鋁合金均勻?qū)又g的固態(tài)中間層。在另一個實施例中，通過一系列連續(xù)的線內(nèi)步驟來執(zhí)行用于由鋁合金制造厚度小 于約6mm的鑄帶的方法，所述步驟序列包括下列步驟(a)熱輥軋熱鋁原料以減少其厚度； (b)隨后將熱的減薄的原料進行線內(nèi)退火，而基本上無需進行中間冷卻；(c)隨后立即且快 速地將退火后的原料淬火到適合于冷輥軋的溫度；和(d)使淬火后的原料經(jīng)過冷輥軋以制 造出具有所需厚度和冶金性能的片材。最后生產(chǎn)出的鑄帶具有精細的微觀結(jié)構(gòu)，并且兩人驚訝的是，其基本上沒有β金 屬間相顆粒。這導(dǎo)致了品質(zhì)優(yōu)良的箔產(chǎn)品。可用于本發(fā)明的鋁合金種類包括但不限于1ΧΧΧ、3ΧΧΧ和8ΧΧΧ鋁合金(鋁協(xié)會標號)。注意將在后面的例子中描述8921和8111家用箔。在一個實施例中，鑄帶的厚度小于約6mm。在另一個實施例中，鑄帶的厚度為約 Imm到約5mm之間。在再一個實施例中，鑄帶的厚度為約2mm到約4mm之間。在本發(fā)明的一個實施例中，在第二步驟中，鑄帶在約720° F的條件下被線內(nèi)熱輥 軋到所需要的厚度，其中厚度減小了最少10%。術(shù)語“線內(nèi)熱輥軋”被定義為直接來自鑄造 機的鋁鑄帶在大于約700° F的入軋口(mill inlet)溫度下進行的任何輥軋。在一個實施 例中，熱輥軋后在卷繞機處原料材料的溫度低于約700° F?？墒褂镁€內(nèi)熱輥軋和溫輥軋步驟的組合來將材料減薄到合適的厚度。這只受與鑄 造機同軸的軋機機座(mill stand)的數(shù)目限制。在第三步驟中，原料材料被熱卷繞/溫卷繞。在一個實施例中，原料材料在卷繞機 處的溫度低于約700° F。在第四步驟中，該卷被開卷，以使得在第五步驟鋁合金鑄帶可被冷輥軋到所需要 的產(chǎn)品厚度。在一個實施例中，在室溫下在一對旋轉(zhuǎn)輥之間進行冷輥軋。在另一個實施例 中，根據(jù)產(chǎn)品厚度而將冷輥軋步驟分為不同步驟。例如，在將原料材料輥軋到所需的最終規(guī) 格之前，原料材料可被輥軋成分解規(guī)格。 根據(jù)所需的最終規(guī)格，這導(dǎo)致具有在約5微米到約150微米之間的基本上均勻的 厚度的箔產(chǎn)品。表1示出了由本發(fā)明的8921鋁合金制造的家用箔與一般的商用家用鋁箔 的性能比較。
產(chǎn)品秋厚度.拉伸賊屈臓度延伸(分)恥F/hr英寸ksiksi%psiMcrcsriitl 8921 Mleroml 8S21 縫cram瞧21刪 FM hr 棚 FMhr 鏈0 F/4 hr0.(K)0568 0.000628 0.000606SOJ 20.6 18.715·4 14.95.9 &8 6.221.3 23.8 22.6o.morn12.35,1137秋厚度拉伸賊屈職Jt延伸馳C/hrμιηMPaMPa%psi_omi 翻 Mtawit 8821 MkromiR 8921288 CM hr 31§G/4hr 343 CM hr14.4 160 15.4143.4 142,0 135.δ117.2 106,2 <02.7SJ SJ 6.2146.8 164.1 155J'Reytv^dsWmp16,184.845.55,1隊4
注釋1、Reynolds Wrap數(shù)值是以該商標售出的標準產(chǎn)品的平均值。2、未針對家用箔規(guī)定 屈服強度。 圖2示出了由本發(fā)明的8111鋁合金制造的家用箔與一般的商業(yè)家用鋁箔的性能 之t匕。表2
注釋1、Reynolds Wrap數(shù)值是以該商標售出的標準產(chǎn)品的平均值。2、未針對家用箔規(guī)定 屈服強度。在第五步驟中，根據(jù)應(yīng)用可選地使最終規(guī)格的產(chǎn)品經(jīng)受部分退火或全部退火處 理，或在輥軋狀態(tài)條件下提供該處理。鑄帶基本上沒有β金屬間相顆粒，這導(dǎo)致也沒有β金屬間相顆粒的箔。β金屬 間相顆粒的存在通過顯微鏡確定。在一個實施例中，本發(fā)明提供了一種不需要使用晶粒細化劑、中間退火或均勻化 處理的制造鋁箔原料的方法。這導(dǎo)致同樣合金所導(dǎo)致的鋁箔具有改進的性能。例如，改進 的合金性能中的一些包括較高的強度、展延性和破裂壓力。注意這種制造用于金屬箔的原 料的方法可用來制造片產(chǎn)品。在另一個實施例中，本方法生產(chǎn)具有改進性能的原料產(chǎn)品。在一個實施例中，所述產(chǎn)品包括由非錠鑄造工藝制成的1ΧΧΧ、3ΧΧΧ和Sxxx系列招 合金，其中對于箔產(chǎn)品，鋁合金具有約5微米到約150微米的厚度。所述產(chǎn)品具有比使用 平板或商業(yè)上可得到的輥鑄造工藝加工的0-回火鑄造的同種合金的平均值大至少10%的 0-回火拉伸強度、0-回火延伸和0-回火馬倫壓力。所述產(chǎn)品基本上也不具有由金屬間顆 粒的中心偏析所導(dǎo)致的針孔。在另一個實施例中，所述產(chǎn)品包括由非錠鑄造工藝制成的8111鋁合金，其中對于 箔產(chǎn)品，鋁合金具有約5微米到約150微米的厚度。所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8111 合金的平均值大至少10%的0-回火拉伸強度、0-回火延伸和0-回火馬倫壓力。所述產(chǎn)品 基本上沒有由金屬間顆粒的中心偏析所導(dǎo)致的針孔。所述產(chǎn)品表現(xiàn)出與Reynolds Wrap 同樣的可折疊性。在另一個實施例中，所述產(chǎn)品包括由非錠鑄造工藝制成的8921鋁合金，其中對于 箔產(chǎn)品，鋁合金具有約5微米到約150微米的厚度。所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8921 合金的平均值大至少10%的0-回火拉伸強度、0-回火延伸和0-回火馬倫壓力。所述產(chǎn)品基本上沒有由原料材料中的金屬間顆粒的中心偏析所導(dǎo)致的針孔。在表1中可找到8921鋁合金的原料產(chǎn)品的改進性能的例子。在表2中可找到8111 鋁合金的原料產(chǎn)品的改進性能的例子。圖3示出了根據(jù)本方法所生產(chǎn)的三層鑄帶11。鑄帶11分別包括上殼12、下殼13 和夾在上殼12和下殼13之間的中間層14。中間層是基本上沒有有害的金屬間顆粒的桁條 (stringer)0圖4示出了根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的8921合金的毛胚鑄帶的橫截面放大100倍的顯微 照片。這個顯微照片示出了精細的微觀結(jié)構(gòu)、晶粒并且無中心偏析。在一個實施例中，非錠鑄造工藝是制造用于如上所述的金屬箔的原料的方法。實 施例18921合金樣品初始為鑄造到厚度為2. 7mm的鑄帶，然后在兩架軋機機座中線內(nèi)熱 輥軋和溫輥軋到約0. 64mm。所述金屬在325° F下被卷繞。8921合金然后被開卷，隨后用 多個輥軋遍次冷輥軋到箔規(guī)格16 μ m厚。實施例28111合金樣品為鑄造到厚度為2. 5mm的鑄帶，然后在兩架軋機機座中線內(nèi)熱輥軋 和溫輥軋到約0. 64mm。然后8111合金在325° F下被卷繞。8111合金然后被開卷，隨后用 多個輥軋遍次冷輥軋到箔規(guī)格16 μ m厚。實施例1的最終退火在525、600和650° F下進行，并且保持時間為4小時。實 施例2的最終退火在550、600和650° F下進行，并且保持時間為4小時。采用標準ASTM 過程E345-93進行機械性能評估。馬倫測試根據(jù)ASTM#774-97執(zhí)行。針孔確定根據(jù)ASTM B926-03 執(zhí)行。盡管已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的具體實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，根據(jù)本 公開的總教導(dǎo)，可以對這些細節(jié)進行各種修改和替換。因此，所公開的具體配置只表示是示 例性的，而不是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求和其任何及所有等 同的整個范圍給出。
權(quán)利要求
一種產(chǎn)品，包括由非錠鑄造工藝制成的1xxx、3xxx和8xxx系列鋁合金，其中對于箔產(chǎn)品，所述鋁合金具有約5微米到約150微米的厚度，其中所述產(chǎn)品具有比使用平板或輥鑄造工藝加工的O 回火鑄造的同種合金的平均值大至少10％的O 回火拉伸強度，其中所述產(chǎn)品具有比使用平板或輥鑄造工藝加工的O 回火鑄造的同種合金的平均值大至少10％的O 回火延伸，其中所述產(chǎn)品具有比使用平板或輥鑄造工藝加工的O 回火鑄造的同種合金的平均值大至少10％的O 回火馬倫壓力，其中所述產(chǎn)品基本上沒有由金屬間顆粒的中心偏析所導(dǎo)致的針孔。
2.一種產(chǎn)品，包括由非錠鑄造工藝制成的8111鋁合金，其中對于箔產(chǎn)品，所述鋁合金具有約5微米到約150微米的厚度，其中所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8111合金的平均值大至少10%的0-回火拉伸強度，其中所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8111合金的平均值大至少10%的0-回火延伸， 其中所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8111合金的平均值大至少10%的0-回火馬倫壓力，其中所述產(chǎn)品基本上沒有由金屬間顆粒的中心偏析所導(dǎo)致的針孔。
3.一種產(chǎn)品，包括由非錠鑄造工藝制成的8921鋁合金，其中對于箔產(chǎn)品，所述鋁合金具有約5微米到約150微米的厚度，其中所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8921合金的平均值大至少10%的0-回火拉伸強度，其中所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8921合金的平均值大至少10%的0-回火延伸， 其中所述產(chǎn)品具有比0-回火的標準8921合金的平均值大至少10%的0-回火馬倫壓力，其中所述產(chǎn)品基本上沒有由金屬間顆粒的中心偏析所導(dǎo)致的針孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種產(chǎn)品，包括由非錠鑄造工藝制成的1xxx、3xxx和8xxx系列鋁合金，對于箔產(chǎn)品所述鋁合金具有約5微米到約150微米的厚度。所述產(chǎn)品具有比使用平板或輥鑄造工藝加工的O-回火鑄造的同種合金的平均值大至少10％的O-回火拉伸強度、O-回火延伸和O-回火馬倫壓力。所述產(chǎn)品基本上沒有由金屬間顆粒的中心偏析所導(dǎo)致的針孔。在另一個實施例中，本發(fā)明公開了由非錠鑄造工藝制成的8111或8921鋁合金，對于箔產(chǎn)品所述鋁合金具有約5微米到約150微米的厚度。所述產(chǎn)品具有比通過使用由平板或輥鑄造工藝制備的原料制成的O-回火的同種合金的平均值大至少10％的O-回火拉伸強度、O-回火延伸和O-回火馬倫壓力。所述產(chǎn)品基本上沒有由金屬間顆粒的中心偏析所導(dǎo)致的針孔。
文檔編號C22C21/00GK101899596SQ20091025306
公開日2010年12月1日 申請日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者A·尤納爾, D·W·蒂蒙斯, D·托馬斯, G·F·懷亞特-邁爾, J·W·科林斯三世 申請人:美鋁公司