СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИСТОВ И ЛЕНТ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2001 года по МПК C22F1/04 

Изобретение относится к термо-механической обработке алюминиевых сплавов, в частности, к изготовлению листов и лент, преимущественно фольговой заготовки для последующей прокатки фольги.

Известен способ изготовления листов и лент из алюминиевых сплавов, применяемых в качестве фольговой заготовки для последующей прокатки алюминиевой фольги [1] Способ включает в себя приготовление расплава, получение литой заготовки, ее термическую обработку, горячую и последующую холодную прокатку до заданных размеров и окончательный отжиг. Известный способ не обеспечивает получение фольговой заготовки высокого качества.

Известен способ производства листов и лент из алюминиевых сплавов, в котором проводят термообработку литой заготовки, ее горячую прокатку, охлаждение и последующую холодную прокатку в несколько проходов с последующей термической обработкой [2]. Известный способ также не обеспечивает получение фольговой заготовки высокого качества.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному способу является известный способ изготовления листов и лент из алюминиевых сплавов. Способ включает в себя получение полосовой заготовки в валках-кристаллизаторах, ее термическую обработку, последующую холодную прокатку в несколько проходов до заданной толщины и отжиг [3]. Недостаток известного способа заключается в низкой производительности процесса, малом выходе годного и недостаточном качестве получаемых лент и полос, используемых в качестве фольговой заготовки.

Задачей изобретения является повышение уровня свойств получаемых листов и лент, используемых в качестве фольговой заготовки, а также повышения производительности процесса и выхода годного.

Предложенный способ изготовления листов и лент из алюминиевых сплавов, преимущественно фольговой заготовки для последующей прокатки фольги, включает отливку сплава в виде полосовой заготовки в валках-кристаллизаторах, термическую обработку, последующую холодную прокатку в несколько проходов до заданной толщины и отжиг, отличающийся тем, что перед отливкой сплава осуществляют приготовление расплава и нагрев его до температуры не выше 790^oC, а отливку сплава в виде полосовой заготовки осуществляют путем подачи расплава при 685-730^oC и валки-кристаллизаторы с температурой поверхности валков-кристаллизаторов 45-60^oC и осуществляют пластическую деформацию металла в процессе кристаллизации со степенью 25-45% до достижения толщины формуемой полосовой заготовки 0,0052-0,01 от минимальной величины диаметра валков-кристаллизаторов, затем полученную полосовую заготовку подстуживают до 140-220^oC и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 2-6 град./час, последующую холодную прокатку до заданного размера проводят в несколько проходов с относительной степенью деформации в каждом проходе 39-58% и величиной удельных передних и задних натяжений 0,40-2,5 кгс/мм², причем скорость деформации в каждом последующем проходе увеличивается по сравнению с предыдущим в 1,45-2,8 раза, а отжиг холоднокатаной ленты осуществляют в атмосфере азота при температуре металла 390-500^oC с изотермической выдержкой в течение 5-7 часов, причем нагрев до температуры изотермической выдержки осуществляют со скоростью 25-50 град./час, а охлаждение с температуры изотермической выдержки осуществляют ступенчато: сначала с печью до 260-340^oC, а затем до комнатной температуры - на воздухе.

Предложенный способ осуществляется следующим образом. В плавильной печи готовят расплав алюминиевого сплава. Полученный расплав нагревают до температуры, не превышающей 790^oC, и осуществляют подачу расплава в валковый кристаллизатор при 685-730^oC, причем температура поверхности валков-кристаллизаторов поддерживается на уровне 45-60^oC. В процессе формования заготовки осуществляется пластическая деформация металла со степенью 25-45% до достижения толщины формуемой полосовой заготовки 0,0052-0,01 от минимальной величины диаметра валков-кристаллизаторов. Полученную заготовку подстуживают до 140-220^oC, сворачивают в рулон и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 2-6 град./час. После охлаждения до комнатной температуры полученную заготовку подвергают холодной прокатке в несколько проходов с относительной степенью деформации в каждом проходе 39-58% и величиной удельных передних и задних натяжений 0,40-2,5 кгс/мм², причем скорость деформации в каждом последующем проходе увеличивается по сравнению с предыдущим в 1,45-2,8 раза. После холодной прокатки проводят отжиг фольговой заготовки в атмосфере азота при температуре металла 390-500^oC с изотермической выдержкой при этой температуре в течение 5-7 часов, причем нагрев до температуры изотермической выдержки осуществляют со скоростью 25-50 град./час, а охлаждение с температуры изотермической выдержки осуществляют ступенчато, сначала с печью до 260-340^oC, а затем до комнатной температуры - на воздухе.

Расплав готовят в плавильной печи, загружая в нее жидкий алюминий, алюминиевые чушки и отходы фольгопрокатного производства. Полученный расплав расшихтовывают до заданного состава сплава и разогревают до температуры, обеспечивающей возможность подачи его в валковый кристаллизатор. Температура расплава не должна превышать 790^oC, в противном случае наблюдается интенсивное насыщение расплава газами, приводящее к снижению качества металла.

Процесс формования полосовой заготовки в валках-кристаллизаторах должен осуществляться при температуре металла 685-730^oC и температуре поверхности валков-кристаллизаторов 45-60^oC. При температуре расплава ниже 685^oC и температуре поверхности валков-кристаллизаторов менее 45^oC наблюдается захолаживание металла, образование трещин, "скворешен" на формуемой полосе. При завышении температуры расплава более 730^oC и превышении температуры поверхности валков-кристаллизаторов более 60^oC расплав не успевает полностью закристаллизоваться. Окончательное затвердевание расплава происходит после выхода формуемой полосы из валков-кристаллизаторов, что приводит к нарушению целостности получаемой полосовой заготовки, полностью приводящей ее к непригодности для дальнейшей прокатки.

Величина пластической деформации металла в процессе кристаллизации со степенью 25-45% обеспечивает формирование структуры, близкой к деформированному состоянию с определенным размером зерна и уровнем механических свойств. Достижение толщины формуемой полосовой заготовки, равной 0,0052-0,01 от минимальной величины диаметра валков-кристаллизаторов в совокупности с величиной пластической деформации, обеспечивает наилучшие условия проработки формуемого материала, способствует формированию в формуемой полосе высокого уровня физико-механических свойств и обеспечивает условия получения фольговой заготовки, обладающей высокими эксплуатационными свойствами.

Температура полосы, выходящей из валков-кристаллизаторов, составляет 220-250^oC. Для тогo чтобы избежать увеличения размера зерна и ухудшения за счет этого механических свойств полосовой заготовки, осуществляют подстуживание полосовой заготовки до 140-220^oC и при этой температуре сворачивают в рулон. Рулон полосовой заготовки охлаждают с температуры 140-220^oC до комнатной температуры со скоростью 2-6 град./час. Температурный диапазон 140-220^oC исключает возможность роста размера зерна с одной стороны и обеспечивает снятие внутренних напряжений, способствуя разупрочнению сплава в необходимых пределах. Скорость охлаждения до комнатной температуры в интервале 2-6 град. /час способствует формированию необходимого уровня механических свойств, обеспечивая запас пластичности сплава в процессе его дальнейшей холодной прокатки.

Холодную прокатку полосовой заготовки осуществляют в несколько проходов до заданного размера со степенью деформации 39-58% в каждом проходе. Указанная степень деформации обеспечивает высокую производительность процесса прокатки, заданную точность проката и определяет оптимальный режим прокатки листов и лент из алюминиевых сплавов, обеспечивающий формирование высоких механических свойств фольговой заготовки.

Величина удельных передних и задних натяжений, равная 0,4-2,5 кгс/мм², обеспечивает в процессе холодной прокатки получение подката с высокими характеристиками планшетности, что положительно сказывается на дальнейшей обработке полученного подката. Увеличение в каждом последующем проходе по сравнению с предыдущим скорости деформации в 1,45-2,8 раза обеспечивает постоянство теплового баланса прокатки и способствует высокой производительности процесса прокатки.

Отжиг холоднокатанной ленты проводят в атмосфере азота, что обеспечивает высокое качество поверхности получаемых листов и лент, используемых в качестве фольговой заготовки для последующей прокатки фольги. Температура изотермической выдержки ниже 390^oC в течение менее 5 часов не обеспечивает формирования уровня прочностных и пластических характеристик необходимого для дальнейшей прокатки фольги. Изотермическая выдержка при температуре более 500^oC длительностью выше 7 часов приводит к росту размера зерна и снижению технологических свойств листов и лент. Нагрев до температуры изотермической выдержки со скоростью 25-50 град/час обеспечивает достаточно равномерный высокоскоростной подъем температуры и равномерный прогрев всего отжигаемого рулона.

Ступенчатое охлаждение с температуры изотермической выдержки, осуществляемое сначала с печью до 260-340^oC, а затем на воздухе до комнатной температуры способствует стабилизации свойств получаемых листов и лент, устраняя возникновение термических напряжений и температурных перепадов по объему рулона, отрицательно сказывающихся на качестве получаемых полуфабрикатов.

Предложенный способ иллюстрируется на следующем примере.

Для получения фольговой заготовки из сплава 8111 готовили расплав алюминия в плавильной печи. В качестве исходного сырья использовали жидкий алюминий марки A5, чушки алюминия марки A5 и отходы гладкой фольги из сплава 8111. После расплавления шихты расплав расшихтовывали до заданного химического состава, нагревали до 770^oC и переливали в миксер, откуда расплав по металлопроводу подавали в валки-кристаллизаторы при температуре 692^oC. Температуру поверхности валков-кристаллизаторов поддерживали на уровне 52^oC. В процессе кристаллизации сплава осуществлялась пластическая деформация металла со степенью 33% до достижения толщины полосовой заготовки 8,0 мм, что составляет 0,0084 от минимальной величины диаметра (951 мм) валков- кристаллизаторов. Полученная полосовая заготовка подстуживается до 155^oC, сворачивается в рулон при этой температуре, после чего охлаждается со скоростью 3,5 град./час до комнатной температуры.

После охлаждения полосовую заготовку подвергают холодной прокатке в несколько проходов по следующим режимам:
1 проход - с 8 до 4 мм (величина относительной степени деформации за проход - 50%). Величина переднего удельного натяжения - 0,75 кгс/мм²; заднего удельного натяжения - 0,45 кгс/мм². Скорость деформации составляет 2,42 сек^-1.

2 проход - с 4 до 2,1 мм (величина относительной степени деформации за проход - 47,5%). Величина переднего удельного натяжения - 1,15 кгс/мм²; заднего удельного натяжения - 0,7 кгс/мм². Скорость деформации 6,56 сек^-1 (в 2,7 раза выше, чем в предыдущем проходе).

3 проход - с 2,1 до 1 мм (величина относительной степени деформации за проход - 52%). Величина переднего удельного натяжения - 1,55 кгс/мм²; заднего удельного натяжения - 1,3 кгс/мм². Скорость деформации 12,7 сек^-1 (в 1,93 раза выше, чем скорость деформации в предыдущем проходе).

4 проход - с 1 до 0,57 мм (величина относительной степени деформации за проход - 43%). Величина переднего удельного натяжения - 1,8 кгс/мм² заднего удельного натяжения - 1,7 кгс/мм². Скорость деформации - 19,0 сек^-1 (в 1,49 раза выше, чем скорость деформации в предыдущем проходе).

Отжиг холоднокатанной ленты проводят в садочных печах. После загрузки рулонов осуществляют продувку объема печи азотом в течение 1,5 часа, а затем осуществляют нагрев садки со скоростью 30 град./час до температуры 450+5^oC и проводят изотермическую выдержку в течение 6 часов. После изотермической выдержки осуществляют охлаждение до температуры 300^oC с печью и далее - до комнатной температуры - на воздухе. Полученная фольговая заготовка обладает следующим уровнем механических свойств: σ_в= 9,3 кгс/мм², δ = 36%. При этом, полученная фольговая заготовка характеризуется равномерной структурой, обеспечивающей стабильный процесс прокатки фольги и высокий уровень выхода годного.

Использование оптимальных режимов изготовления листов и лент из алюминиевых сплавов способствует получению более высокого уровня механических свойств. Например, лента толщиной 0,57 мм из сплава 8111, полученная по оптимальным режимам прокатки обладает следующим уровнем свойств: σ_в= 10,2-10,5 кгс/мм², δ = 40-42%.
Источники информации
1. Ивао Осаму "Алюминиевая фольга и технология ее производства". "Киндзоку. Киндоки." 1977, 47, N 8, р.36-42.

2. Авторское свидетельство СССР N 1548259, М.кл. C 22 F 1/04, 1988.

3. Авторское свидетельство СССР N 1306484, М.кл. C 22 F 1/04, 1982.

Способ изготовления листов и лент из алюминиевых сплавов, преимущественно фольговой заготовки, для последующей прокатки фольги включает приготовление расплава и нагрев его до температуры не выше 790°С, подачу расплава при 685-730°С в валки-кристаллизаторы с температурой поверхности 45-60°С, последующую пластическую деформацию со степенью 25-45% до достижения толщины заготовки 0,0052-0,01 от минимальной величины диаметра валков-кристаллизаторов, подстуживание до 140-220°С и охлаждение до комнатной температуры со скоростью 2-6 град./час, после чего проводят термическую обработку, последующую холодную прокатку до заданной толщины с относительной степенью деформации в каждом проходе 39-58% и величиной удельных передних и задних натяжений 0,4-2,5 кгс/мм² с увеличением скорости деформации в каждом последующем проходе по сравнению с предыдущим в 1,45-2,8 раза, а затем проводят отжиг в атмосфере азота при температуре металла 390-500°С с изотермической выдержкой в течение 5-7 ч со скоростью нагрева до нее 25-50 град./ч и последующим ступенчатым охлаждением: сначала с печью до 260-340°С, а затем до комнатной температуры на воздухе. Техническим результатом изобретения является повышение уровня свойств получаемых листов и лент, используемых в качестве фольговой заготовки, а также повышение производительности процесса и повышение выхода годного.

Способ изготовления листов и лент из алюминиевых сплавов, преимущественно фольговой заготовки, для последующей прокатки фольги, включающий отливку сплава в виде полосовой заготовки в валках-кристаллизаторах, термическую обработку, последующую холодную прокатку в несколько проходов до заданной толщины и отжиг, отличающийся тем, что перед отливкой сплава осуществляют приготовление расплава и нагрев его до температуры не выше 790^oC, а отливку сплава в виде полосовой заготовки осуществляют путем подачи расплава при 685 - 730^oC в валки-кристаллизаторы с температурой поверхности валков-кристаллизаторов 45 - 60^oC и осуществляют пластическую деформацию металла в процессе кристаллизации со степенью 25 - 45% до достижения толщины формуемой полосовой заготовки 0,0052 - 0,01 от минимальной величины диаметра валков-кристаллизаторов, затем полученную полосовую заготовку подстуживают до 140 - 220^oC и охлаждают до комнатной температуры со скоростью 2 - 6 град/ч, последующую холодную прокатку до заданного размера проводят в несколько проходов с относительной степенью деформации в каждом проходе 39 - 58% и величиной удельных передних и задних натяжений 0,4 - 2,5 кгс/мм², причем скорость деформации в каждом последующем проходе увеличивается по сравнению с предыдущим в 1,45 - 2,8 раза, а отжиг холоднокатанной ленты осуществляют в атмосфере азота при температуре металла 390 - 500^oC с изометрической выдержкой в течение 5 - 7 ч, причем нагрев до температуры изотермической выдержки осуществляют со скоростью 25 - 50 град/ч, а охлаждение с температуры изотермической выдержки осуществляют ступенчато, сначала с печью до 260 - 340^oC, а затем до комнатной температуры на воздухе.