专利名称：具有极好延性的铝材以及所述铝材的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种适于要求高延伸加工性的应用例如拉制翅片材料等的铝材以及所述铝材的制造方法。
背景技术：
在用于热交换器的板翅中，采用拉延成形或非拉延成形工艺成形出管子通过的环圈部分(例如日本专利申请No.5-230579)。为了在这种成形工艺且特别是在胀形工艺或拉延工艺中确保可成形性，材料有必要具有较大的延伸率，从而防止材料在成形工艺中发生断裂。若进行精炼以提供被叫做0材的退火材料，那么会得到良好的延伸率，但是会产生起始于再结晶晶界处的环圈裂纹。因此，一般采用被称作H22(在冷加工之后进行软化热处理)的精炼工艺。H22涉及一种材料，所述材料处于在0材(退火材料)的状态和1/2硬化状态之间的中间加工硬化状态，所述1/2硬化状态为处于在0材的状态和通过冷作而被加工硬化的材料的状态之间的中间硬化状态。
例如，对于采用DC铸造等工艺得到的纯铝基材料，例如JIS A1050或1200或其它，在H22中的软化处理将获得适当的延伸(25％或更大)可加工性，使得可以良好的方式通过拉延成形工艺实现前述环圈部分的成形。
近来，为提高生产率或得到更细微的结构，采用连铸和轧制工艺生产出铝材。还可以考虑在前述板翅和其它的生产中采用这种制造工艺。
然而，具有如前述JIS A1050或1200的组成的经过连铸和轧制的材料，即便是进行了H22处理，可达到的延伸率至多为约20％。因此，经过连铸和轧制的材料不适用于要求延伸率为25％或更大的板翅的成形。因此，在要求较大延伸率的成形加工中不考虑使用经过连铸和轧制的材料。
发明内容
因此，本发明的发明人对提高经过连铸和轧制的材料的延伸率埃里克森(erichsen)值进行了研究，并发现为了产生应变，通过作为合金成分的Fe的均匀析出，并通过控制一定轧制压下率下冷轧后的结构可明显改善经过连铸和轧制的材料的延伸率，由此实现了本发明。
在前面的条件下本发明已被实现。本发明的目的在于提供一种铝材，所述铝材为经过连铸和轧制的材料，但是可在要求高延伸加工性的应用中使用，例如板翅等，和一种所述铝材的制造方法。
因此，为了实现前述目的，本发明的第一方面涉及具有极好延性的铝材，其特征在于，所述铝材为由纯铝制成的经过连铸和轧制的材料，并且最大长度等于或大于2.0微米且长宽比等于或大于3的金属间化合物基于对板表面进行观察以等于或大于30晶粒/10000平方微米的比率分布在金属结构中。
本发明的第二方面涉及具有极好延性的铝材，其特征在于，所述铝材为由纯铝制成的经过连铸和轧制的材料，并且所述铝材的抗拉强度为100-130MPa且电导率等于或大于58％IACS。
本发明的第三方面涉及具有极好延性的铝材，其特征在于，所述铝材为由纯铝制成的经过连铸和轧制的材料，并且最大长度等于或大于2.0微米且长宽比等于或大于3的金属间化合物基于对板表面进行观察以等于或大于30晶粒/10000平方微米的比率分布在金属结构中，并且所述铝材的抗拉强度为100-130MPa且电导率等于或大于58％IACS。
此外，本发明的第一方面涉及具有极好延性的铝材的制造方法，其特征在于，对由纯铝制成的经过连铸和轧制的材料在轧制压下率为30-70％的条件下进行冷轧，然后在500-640℃条件下进行等于或长于1个小时的高温析出处理，然后进行冷轧，且然后在220-300℃条件下进行最终退火。
本发明的第二方面涉及具有极好延性的铝材的制造方法，所述方法基于本发明的第一方面所涉及的具有极好延性的铝材的制造方法，且其特征在于，在冷却速度等于或大于70℃/秒的条件下已对所述经过连铸和轧制的材料进行铸造。
本发明的第三方面涉及具有极好延性的铝材的制造方法，所述方法基于本发明的第一或第二方面所涉及的具有极好延性的铝材的制造方法，且其特征在于，在高温析出处理后进行的冷轧的轧制压下率等于或大于90％。
本发明中所使用的纯铝不可避免地含有杂质Fe和包括铝的其它元素。例如，纯铝中可含有0.2-1.0％的Fe。
除Fe外，Si可作为纯铝中不可避免的杂质。例如其中Si含量可为0.2％或更少。
至于其它杂质的量，本发明并没有特别限定其含量。然而，所希望的是，本发明中的纯铝中的铝的纯度为99.0％或更高。
在根据本发明的一种形式的铝材中，重要的是要控制金属间化合物的最大长度。若最大长度等于或大于2.0微米且长宽比等于或大于3的铝材中的金属间化合物以等于或大于30晶粒/10000平方微米的比率进行分布，那么该铝材可具有极好的延性。若所述分布比率小于30晶粒/10000平方微米，那么Fe在超饱和固溶体状态下局部存在，使得延性下降。
在根据本发明的另一种形式的铝材中，由于所述铝材为由纯铝制成的经过连铸和轧制的材料，并且所述铝材具有100-130MPa大小的抗拉强度和高电导率，所以所述铝材具有高强度和优秀的延伸率特征，使得在延伸加工中固溶硬化较少，且此外可进行较大的延伸加工，而不会产生起源在再结晶晶界处的裂纹。若抗拉强度小于100MPa，那么强度不足，且翅片的强度不够。若抗拉强度超过130MPa，那么强度过高并且可成形性降低。此外，等于或大于58％IACS的电导率提供了较高的延伸可加工性。若电导率小于58％IACS，那么延伸可加工性不够，使得难于对前述板翅材料等良好地进行拉延成形或非拉延成形。
如上所述，由纯铝制成的本发明的铝材可达到25％或更高的延伸率。特别是，在例如板翅材料的情况下，当使用拉延成形或非拉延成形工艺成形出用于通过管子的环圈部分时，会产生局部较大的弯曲应力。然而，本发明的铝材允许成形出没有环圈裂纹的环圈部分。因此，即使对于板翅的拉延成形工艺来说，也可以获得良好的可成形性。因此，本发明的铝材适于经过拉延的翅片材料。然而，本发明的铝材的用途不限于所述经过拉延的翅片材料，也可被用作要求高延伸特性的具有多种用途的材料。
在本发明的铝材的制造方法中使用了纯铝材料。纯铝材料通过连铸和轧制被生产出。连铸和轧制工艺使得不需要将铸造和热轧步骤相互间分开进行，并使这些步骤连续进行。在本发明中，可采用已公知的方法，例如双辊铸造技术、带式铸造技术等进行连铸和轧制，不受本发明中的任何具体方法的限制。然而，在连铸和轧制中，优选在冷却速度等于或大于70℃/秒的条件下得到经过连铸和轧制的纯铝材。这是因为，若冷却速度小于70℃/秒，在固溶状态下不存在Fe，而是结晶出来，使得当在冷轧压下后进行高温析出处理时，不会产生Al-Fe基金属间化合物的析出。在前面的冷却速度范围内快速冷却的所述经过连铸和轧制的材料具有微细的结构，并且具有进一步增大的强度。冷轧对如上所述的经过连铸和轧制的材料进行冷轧。
(1)在前冷轧(轧制压下率30-70％)在进行冷轧过程中，进行如下面所述的高温析出处理。在高温析出处理前的冷轧过程中，总轧制压下率被限制在30％-70％之间。
具体而言，在预定轧制压下率条件下通过冷轧得到的轧制压下在进行连铸和轧制之后和在进行高温析出处理之前是必须的。
若轧制压下率小于30％，则不能达到析出所需要的应变，且因此在随后的高温析出处理过程中难于有效析出Fe。
因此，当对材料进行H22处理时，不能得到足够的延伸率。因此，在进行高温析出处理之前，轧制压下率需要等于或大于30％。另一方面，当在轧制压下率大于70％的条件下进行轧制压下时，在高温析出处理后面进行的冷轧仅被允许对最终板的厚度产生非常小量的轧制压下，使得当对材料进行H22处理时不能达到足够的延伸率。因此，在进行高温析出处理前的轧制压下率被限制在30％-70％之间。
此外，考虑到实际操作，优选在轧制压下率等于或大于40％的条件下进行冷轧，这是由于当轧制压下率小于30％时，为了得到足够的延伸率，需要高温析出处理时间长于24小时。此外，基于与设置前述上限相同的原因，将60％作为上限也是适当的。
(2)高温析出处理(500℃-640℃)在连铸和轧制完成后以30-70％的轧制压下率进行冷轧后，在500℃-640℃条件下进行高温析出处理，由此均匀析出Fe的析出物。若在最终冷轧后对材料进行H22处理，那么可达到现有技术不可能达到的25％或更大的延伸率。为了使经过连铸和轧制的材料达到传统上不能达到大延伸率，进行高温析出处理是必不可少的。
以下将对其原因进行解释。与慢冷速的DC铸造工艺(直接激冷工艺)相比较，在冷却速度较快的连铸工艺中，Fe形成超饱和固溶体。在这种状态下进行冷轧在对材料进行H22处理时不可能达到足够的延伸率。然而，若在一定轧制压下率条件下进行冷轧，并在冷轧后对Fe在高温条件下进行高温析出处理，那么Fe均匀析出，使得可以实现空前高的延伸率。
至于高温析出处理的温度，所述温度需要等于或大于500℃。若所述温度小于500℃，那么不能实现Fe的充分析出。尽管为在短时间内均匀析出Fe而优选高温，但是在640℃以上的温度会使局部产生气泡，破坏产品的外观。因此，进行高温析出处理的适当温度为500℃-640℃。此外，考虑到实际操作，在500℃以下进行的热处理需要热处理时间长于24小时，从而得到足够的延伸率。在640℃以上进行的热处理在短时间内对热处理炉造成损坏。基于这些原因，进行高温析出处理的下限温度优选为550℃，并且其上限温度优选为630℃。更优选的是，下限温度为570℃，且上限温度为610℃。
对于热处理时间来说，为了得到足够的延伸率，保持时间至少为1小时是需要的，且因此所述时间等于或长于1小时是所希望的。若将热处理的保持时间设置为增长的时间，那么可更可靠地加速Fe的析出。然而，就生产率来说，保持时间多于24小时将是不利的。因此，对于高温析出处理的热处理时间来说，1-24小时是适当的，并且更优选的是，2-10小时是适当的。
(3)在后冷轧在进行高温析出处理后，再次进行冷轧以得到所需的最终厚度。在在后冷轧过程中，根据本发明并没有特别限制轧制压下率。然而，若在在后冷轧过程中轧制压下量不足，那么材料的延伸率不足够大。因此，所需要的是使在后冷轧过程中的轧制压下率等于或大于90％。
(4)最终退火(220℃-300℃)在进行上述在后冷轧后，进行最终退火，由此材料变软从而具有大延伸率。最终退火的加热温度优选为220℃-300℃。若所述加热温度低于220℃，则不能充分获得退火效果。若所述加热温度超过300℃，则会产生再结晶，并且成为产生环圈裂纹的起始点。因此，所示前述温度范围是适合的。
如上所述，根据本发明的铝材具有等同于DC铸造铝材并且高于常规经过连铸和轧制的铝料的高延伸率特征，并且即便是局部也可以高加工率进行加工而不会产生裂纹。
此外，根据本发明的制造方法，在以30-70％的轧制压下率进行连铸后的冷轧后，在500℃-640℃条件下进行高温析出处理，使得由于在最终冷轧后进行最终退火，因此可实现具有等同于DC铸造铝材并且常规经过连铸和轧制的铝材不能达到的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应用中如板翅的拉延成形中，也有可能在较好的状态下进行成形加工。
本发明的铝材可被用于热交换器的翅片等其它，其要求较高的延伸特性，并且作为经过连铸和轧制的材料具有与DC铸造相同水平的延伸率埃里克森值。
图1是示出了生产根据本发明的铝材的步骤的示意图；图2是使用根据本发明的铝材生产板翅的步骤的示意图；和图3是示出了板翅材料和管子的示意图。
具体实施例方式
下面，结合图1对本发明的一个实施例进行描述。
基于纯铝的材料被制备出，并且使用适当的方法被熔化，随后进行连铸和轧制。在进行连铸和轧制的过程中，采用适当的方法如双辊铸造技术等连续进行一系列铸造和轧制步骤。在该工艺中，优选在冷却速度等于或大于70℃/秒的条件下进行连铸和轧制。
在生产线上或其它设备中对所得到的经过连铸和轧制的材料进行冷轧。
在冷轧过程中，以介于其间的方式进行高温析出处理。在高温析出处理之前，以30％-70％的总轧制压下率进行冷轧。冷轧中进行轧制的次数没有特别的限制。
在进行析出处理之前的冷轧之后，进行高温析出处理。
在高温析出处理过程中，加热至500℃-640℃(优选550℃-630℃)1-24小时(优选2-10小时)，使得主要是通过连铸和轧制而固溶在基体中的Fe作为析出物而析出。
在那之后，进行在后冷轧以获得最终板的厚度。虽然没有特别限制在后冷轧过程中的轧制压下率，但是通常优选以等于或大于90％的轧制压下率进行轧制。
将铝材加热至220℃-300℃例如1-24小时，然后进行最终退火以软化材料。由于进行最终退火，因此铝材具有等于或大于25％的延伸率。通过调节该工艺中的退火温度，可对软化程度进行调节。
以下结合图2对为将铝材1加工成板翅而形成环圈部分5的步骤进行描述。
在铝材1的所需面积上进行环圈部分的胀形加工以形成鼓起部分1a，然后在鼓起部分1a上进行多阶段拉延的拉延加工以形成鼓起部分1b。在已进行拉延的鼓起部分1b中进行形成孔2的穿孔加工以形成粗制环圈部分3。在粗制环圈部分3上进行扩口加工以形成所需的环圈部分5。在进行一系列步骤中，铝材1的延伸特性是良好的，使得可完成该成形工艺而不会产生裂纹或其它。
通过以上成形工艺得到的许多板翅材料10进行叠置，使得其相互间的间距受到环圈部分5的高度的限制，如图3所示。管子20被插入穿过孔2并被固定。就管子20的固定而言，管子20已成形使得其外径略小于孔20的内径。在管子20插入叠置板翅10的孔2之后，通过使用塞子(未示出)等其它以将管子20的外周部分压靠在环圈部分5上，从而管子20沿径向扩张，由此完成板翅10和管子20之间的固定。
在不偏离本发明的范围的条件下可对本发明进行改变，并且本发明不受前述实施例的限制。
例如，虽然已结合作为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铝材的情况对前述实施例进行了说明，但是，铝材的应用不限于板翅，而是可用于根据本发明的要求高延伸可加工性的多种用途。
实例纯铝材含有0.1％的Si，0.7％的Fe，其余为Al和不可避免的杂质，所述纯铝材料使用以如表1所示的冷却速度的双辊铸造技术的连铸和轧制工艺被生产出。
生产出的具有7.2毫米板厚的纯铝材在进行高温析出处理前以如表1所示的轧制压下率进行冷轧。然后，在如表1所示的温度条件下进行如表1所示的一段时间的高温析出处理。在那之后，所述材料以如表1所示的轧制压下率被冷轧至具有0.1毫米大小的最终板厚度。然后，通过进行最终退火(加热至250℃6小时)完成材料的精炼细化，由此制备出样品。
为了进行比较，样品还通过冷轧至最终板厚度，然后进行最终退火而不进行高温析出处理而被制备出。
通过从板表面一侧使用扫描电镜观察板表面，并测量金属间化合物的最大长度、其长宽比(最大长度/最小长度)以及预定面积中的晶粒个数而确定出金属间化合物在每个样品中的分布。
此外，对每个样品的抗拉强度、延伸率和电导率进行了测量。测量结果如表1所示。
在此之后，在每一个样品上采用拉延加工技术进行翅片压力加工，条件是翅片直径为9.40毫米且翅片间距(环圈部分的高度)为1.8-3.0毫米。通过对形成的具有各种翅片间距的翅片进行观察而进行可成形性的评估。用○表示在环圈部分中无任何裂纹或裂缝的良好成形，用×表示在材料中出现裂纹或裂缝。
可成形性的评估结果如表1所示。
从表1可明显看出，在拉延加工工艺中的本发明的实例具有较大的延伸率并且达到了较高的可成形性，同时具有预定的强度。
另一方面，采用本发明范围之外的制造方法生产出的比较例具有较差的可成形性，且不适用于拉延加工技术。
表1
金属间化合物最大长度为2.0μm或更长，且长宽比为3或更大(晶粒/10000(μm)2)
权利要求
1.一种具有极好延性的铝材，其特征在于，所述铝材为由纯铝制成的经过连铸和轧制的材料，并且最大长度等于或大于2.0微米且长宽比等于或大于3的金属间化合物基于对板表面进行观察以等于或大于30晶粒/10000平方微米的比率分布在金属结构中。
2.一种具有极好延性的铝材，其特征在于，所述铝材为由纯铝制成的经过连铸和轧制的材料，并且所述铝材的抗拉强度为100-130MPa且电导率等于或大于58％IACS。
3.一种具有极好延性的铝材，其特征在于，所述铝材为由纯铝制成的经过连铸和轧制的材料，并且最大长度等于或大于2.0微米且长宽比等于或大于3的金属间化合物基于对板表面进行观察以等于或大于30晶粒/10000平方微米的比率分布在金属结构中，并且所述铝材的抗拉强度为100-130MPa且电导率等于或大于58％IACS。
4.一种具有极好延性的铝材的制造方法，其特征在于，对由纯铝制成的经过连铸和轧制的材料在轧制压下率为30-70％的条件下进行冷轧，然后在500-640℃条件下进行等于或长于1个小时的高温析出处理，然后进行冷轧，且然后在220-300℃条件下进行最终退火。
5.根据权利要求4所述的具有极好延性的铝材的制造方法，其特征在于，在冷却速度等于或大于70℃/秒的条件下已对所述经过连铸和轧制的材料进行铸造。
6.根据权利要求4或5所述的具有极好延性的铝材的制造方法，其特征在于，在高温析出处理后的轧制压下率等于或大于90％。
全文摘要
一种由纯铝制成的经过连铸和轧制的材料在轧制压下率为30－70％的条件下进行冷轧。然后，对所述材料在500－640℃条件下进行等于或长于1个小时的高温析出处理，然后进行冷轧。在此之后，在220－300℃条件下进行最终退火。虽然是经过连铸和轧制的材料，但是使用这种制造方法制造出的铝材具有25％或更大的后最终退火延伸率，并且允许进行要求高延伸特征的翅片的拉延加工。
文档编号C22C21/00GK1661122SQ200510051689
公开日2005年8月31日 申请日期2005年2月25日 优先权日2004年2月25日
发明者宇宿洋二, 胜又坚, 井之上和弘 申请人:三菱铝株式会社