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(jìn)一步加工的材料。在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例中，用所公開的原料制成的鋁箔產(chǎn)品具有改進(jìn)的表面特性和機(jī)械性能，諸如在薄規(guī)格下的高破裂壓力(burst pressure)、高拉伸強(qiáng)度(tensile strength)、高屈服強(qiáng)度(yield strength)和更高的延伸率(percentage elongation)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種原料產(chǎn)品。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述產(chǎn)品包括由非錠鑄造(non-ingot casting)工藝制成的1xxx、3xxx和8xxx系列鋁合金，其中對(duì)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(qiáng)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-回火延伸。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(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(gè)實(shí)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(duì)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O-回火的標(biāo)準(zhǔn)8111合金的平均值大至少10％的O-回火拉伸強(qiáng)度。所述產(chǎn)品具有比O-回火的標(biāo)準(zhǔn)8111合金的平均值大至少10％的O-回火延伸。所述產(chǎn)品具有比O-回火的標(biāo)準(zhǔn)8111合金的平均值大至少10％的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(gè)實(shí)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(duì)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O-回火的標(biāo)準(zhǔn)8921合金的平均值大至少10％的O-回火拉伸強(qiáng)度。所述產(chǎn)品具有比O-回火的標(biāo)準(zhǔn)8921合金的平均值大至少10％的O-回火延伸。所述產(chǎn)品具有比O-回火的標(biāo)準(zhǔn)8921合金的平均值大至少10％的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。

因此，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種具有改進(jìn)性能的原料。

本發(fā)明的這些和其它進(jìn)一步的實(shí)施例通過下面的說明和附圖將變得更清楚。

附圖說明

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(gè)實(shí)施例的流程圖；

圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三層鑄帶；以及

圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的8921合金鑄帶的橫截面放大100倍的顯微照片。

具體實(shí)施方式

下面是本申請(qǐng)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(jìn)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(jī)(roll caster)制成的帶(strip)的中心面中的校直(aligned)金屬間顆粒。它會(huì)導(dǎo)致輥軋期間片材的撕裂和導(dǎo)致最終產(chǎn)品的機(jī)械性能差。

如這里所使用的，術(shù)語“精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)”是指具有晶粒尺寸(fine grain size)和精細(xì)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(jī)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(xì)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(xì)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(cè)量對(duì)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(jī)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(cè)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(jìn)口溫度高于約700℉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(jìn)口溫度范圍為約350℉到約700℉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(jìn)口溫度低于約350℉的條件下輥軋鋁金屬。

在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例中，所述原料被進(jìn)一步加工以提供具有改進(jìn)的機(jī)械性能和表面特性的金屬箔。

在另一個(gè)實(shí)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(duì)所述原料產(chǎn)品進(jìn)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10mm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℃到約530℃之間單獨(dú)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℃下進(jìn)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(duì)鋁合金鑄帶進(jìn)行部分退火或全部退火。

在一個(gè)實(shí)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(zhǎng)且昂貴的均勻化步驟和/或中間退火步驟，并且消除了一個(gè)或多個(gè)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(gè)實(shí)施例，其被用來進(jìn)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(gè)實(shí)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(duì)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(jìn)行。來自儲(chǔ)液器的融化的鋁合金朝著輥之間的縫隙(nip)前進(jìn)。在每一個(gè)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(gè)實(shí)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(jìn)行線內(nèi)退火，而基本上無需進(jìn)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(xì)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1XXX、3XXX和8XXX鋁合金(鋁協(xié)會(huì)標(biāo)號(hào))。注意：將在后面的例子中描述8921和8111家用箔。

在一個(gè)實(shí)施例中，鑄帶的厚度小于約6mm。在另一個(gè)實(shí)施例中，鑄帶的厚度為約1mm到約5mm之間。在再一個(gè)實(shí)施例中，鑄帶的厚度為約2mm到約4mm之間。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(jī)的鋁鑄帶在大于約700°F的入軋口(mill inlet)溫度下進(jìn)行的任何輥軋。在一個(gè)實(shí)施例中，熱輥軋后在卷繞機(jī)處原料材料的溫度低于約700°F。

可使用線內(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(jī)同軸的軋機(jī)機(jī)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(gè)實(shí)施例中，原料材料在卷繞機(jī)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(gè)實(shí)施例中，在室溫下在一對(duì)旋轉(zhuǎn)輥之間進(jìn)行冷輥軋。在另一個(gè)實(shí)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。

表1

注釋：1、Reynolds Wrap數(shù)值是以該商標(biāo)售出的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的平均值。

2、未針對(duì)家用箔規(guī)定屈服強(qiáng)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)家用鋁箔的性能之比。

表2

注釋：1、Reynolds Wrap數(shù)值是以該商標(biāo)售出的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的平均值。

2、未針對(duì)家用箔規(guī)定屈服強(qiáng)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(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種不需要使用晶粒細(xì)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(jìn)的性能。例如，改進(jìn)的合金性能中的一些包括較高的強(qiáng)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。

另一個(gè)實(shí)施例中，本方法生產(chǎn)具有改進(jìn)性能的原料產(chǎn)品。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述產(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(duì)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(qiáng)度、O-回火延伸和O-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(gè)實(shí)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(duì)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O-回火的標(biāo)準(zhǔn)8111合金的平均值大至少10％的O-回火拉伸強(qiáng)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。所述產(chǎn)品表現(xiàn)出與Reynolds同樣的可折疊性。

在另一個(gè)實(shí)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(duì)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O-回火的標(biāo)準(zhǔn)8921合金的平均值大至少10％的O-回火拉伸強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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)。

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(gè)顯微照片示出了精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)、晶粒并且無中心偏析。

在一個(gè)實(shí)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(shí)施例1

8921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(jī)機(jī)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(gè)輥軋遍次冷輥軋到箔規(guī)格16μm厚。

實(shí)施例2

8111合金樣品為鑄造到厚度為2.5mm的鑄帶，然后在兩架軋機(jī)機(jī)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(gè)輥軋遍次冷輥軋到箔規(guī)格16μm厚。

實(shí)施例1的最終退火在525、600和650°F下進(jìn)行，并且保持時(shí)間為4小時(shí)。實(shí)施例2的最終退火在550、600和650°F下進(jìn)行，并且保持時(shí)間為4小時(shí)。采用標(biāo)準(zhǔn)ASTM過程E345-93進(jìn)行機(jī)械性能評(píng)估。馬倫測(cè)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(xì)描述了本發(fā)明的具體實(shí)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(duì)這些細(xì)節(jié)進(jìn)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(duì)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(gè)范圍給出。