TWI674324B - 鋁錳合金之製造方法 - Google Patents

Abstract

一種鋁錳合金之製造方法。在此方法中，製備鋁胚。此鋁胚包含約0.15wt%至約0.35wt%的矽、約0.25wt%至約0.60wt%的鐵、約1.0wt%至約1.3wt%的錳、約0.1wt%至約0.2wt%的銅、小於或等於約0.1wt%的鈦、無法避免的雜質、以及平衡量的鋁。對鋁胚進行均質化步驟，其中進行均質化步驟時包含控制均質化溫度為約540℃至約595℃。對鋁胚進行熱軋步驟，而獲得熱軋鋁捲。對熱軋鋁捲進行冷軋步驟，而獲得冷軋鋁捲。進行冷軋步驟時包含控制厚度裁減量為約12%至約25%。

Description

鋁錳合金之製造方法

本發明是有關於一種鋁錳合金之製造方法，且特別是有關於一種高延性鋁錳合金之製造方法。

鋁錳(Al-Mn)合金，例如3000系鋁錳加工硬化型鋁合金，具有中等強度與伸長率性。鋁錳合金主要應用於建築業之帷幕牆、飲料業的罐身料與瓶蓋片、立體(3C)散熱鰭片、以及汽車隔熱片等。

請參照圖1，其係繪示一種傳統鋁錳合金之製作流程圖。傳統上，製作鋁錳合金，例如3003-H14鋁材時，先將鋁合金之原料融熔，再進行澆鑄步驟100，以製得鋁胚。接下來，對鋁胚進行均質化步驟110，其中此均質化步驟110之溫度大於或等於600℃。再對均質化之鋁胚進行熱軋步驟120，以獲得熱軋鋁捲。接著，對熱軋鋁捲進行冷粗軋步驟130，以獲得冷粗軋鋁捲。而後，對冷粗軋鋁捲進行中間退火步驟140。於中間退火步驟140後，對退火後之冷粗軋鋁捲進行冷精軋步驟150，以獲得鋁錳合金鋁材之鋁捲。

由習知技術得知3003-H14鋁材在往復式熱軋(reverse hot mill)製程時，熱軋延後的3003-H14鋁材在厚度方向的晶粒尺寸呈現不均勻的分布。因此，根據上述觀察，傳統製程若要獲得均勻的晶粒組織，來提高鋁材的延性，通常需使鋁胚在熱軋步驟前先經過600℃以上的均質化步驟，藉以使合金添加元素以原子固溶方式存在鋁胚內。合金原子固溶不會在熱軋過程中阻礙再結晶發展。此外，傳統製程需再利用後續冷粗軋步驟、以及冷粗軋步驟與冷精軋步驟之間的中間退火熱處理等兩製程的搭配，使熱軋晶粒重新再結晶，藉此才能得到較均勻之退火晶粒尺寸。

在傳統製程中，若均質化步驟之溫度低於600℃，合金添加元素在鋁胚內會析出尺寸小於0.4μm的微細析出物。這樣的微細析出物無論是在往復式熱軋製程或在中間退火製程，均會降低再結晶核的成核數目，且會抑制再結晶的成長速率，而在退火製程後形成粗大的晶粒組織，將導致鋁材的伸長率降低，不利於鋁材的成形。

因此，本發明之一目的就是在提供一種鋁錳合金之製造方法，其藉由適切的合金添加量，並導入低溫均質化製程，藉以在鋁胚內析出小於0.4μm等級的微細析出相。再搭配適當的熱軋延製程與低冷軋延量，可有效強化鋁錳合金之加工性，並提高鋁錳合金的伸長率，而可擴大鋁錳合金的應用性。

本發明之另一目的是在提供一種鋁錳合金之製造方法，其可省掉冷軋製程中的中間退火製程，因此可大幅簡化生產流程。

本發明之又一目的是在提供一種鋁錳合金之製造方法，其可縮短均質化爐每爐次的能源消耗，提高均質化爐的使用效率，進而可節能與降低成本。

根據本發明之上述目的，提出一種鋁錳合金之製造方法。在此方法中，製備鋁胚，其中此鋁胚包含約0.15wt%至約0.35wt%的矽、約0.25wt%至約0.60wt%的鐵、約1.0wt%至約1.3wt%的錳、約0.1wt%至約0.2wt%的銅、小於或等於約0.1wt%的鈦、無法避免的雜質、以及平衡量的鋁。對鋁胚進行均質化步驟，其中進行均質化步驟時包含控制均質化溫度為約540℃至約595℃。對鋁胚進行熱軋步驟，而獲得熱軋鋁捲。對熱軋鋁捲進行冷軋步驟，而獲得冷軋鋁捲，其中進行冷軋步驟時包含控制厚度裁減量為約12%至約25%。

依據本發明之一實施例，當上述之均質化溫度為約540℃至約595℃時，進行均質化步驟包含控制均質化時間為約4小時至約9小時。

依據本發明之一實施例，上述進行均質化步驟時包含控制均質化溫度為約550℃至約575℃。

依據本發明之一實施例，當上述之均質化溫度為約550℃至約575℃時，進行均質化步驟包含控制均質化時間為約6小時至約8小時。

依據本發明之一實施例，上述進行熱軋步驟時包含控制熱完軋溫度低於約360℃。

依據本發明之一實施例，上述製備鋁胚包含進行備料步驟，以提供鋁胚之原料，並將鋁胚之原料融熔；以及進行澆鑄步驟，以將融熔之原料澆鑄成鋁胚。

依據本發明之一實施例，上述之無法避免的雜質之總重量不超過約0.1wt%。

依據本發明之一實施例，上述之鋁錳合金為3000系鋁錳合金。

依據本發明之一實施例，上述之鋁錳合金為3003-H14鋁合金。

依據本發明之一實施例，上述之鋁錳合金之伸長率大於約10%。

100‧‧‧澆鑄步驟

110‧‧‧均質化步驟

120‧‧‧熱軋步驟

130‧‧‧冷粗軋步驟

140‧‧‧中間退火步驟

150‧‧‧冷精軋步驟

200‧‧‧備料步驟

210‧‧‧澆鑄步驟

220‧‧‧均質化步驟

230‧‧‧熱軋步驟

240‧‧‧冷軋步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：〔圖1〕係繪示一種傳統鋁錳合金之製作流程圖；以及〔圖2〕係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋁錳合金之製作流程圖。

有鑑於傳統鋁合金製程需將均質化溫度控制在大於或等於600℃，才能使原料中所添加之合金元素以原子的狀態固溶於母材，如此在後續冷軋製程中的中間退火過程可增加再結晶成核點，藉以獲得較佳之再結晶晶粒組織。然而，傳統的鋁合金製程需中間退火製程，因此不僅生產流程較為繁瑣，更會消耗大量的能源。故，本發明在此提出一種鋁錳合金之製造方法，其可省掉傳統製程中的中間退火製程，大幅簡化鋁錳合金的生產流程。此外，本發明之實施方式採低溫均質化製程，且可縮短均質化爐的能源消耗，因此不僅可有效節能，降低製程成本，更可提升均質化爐使用效率。而且，本發明之實施方式所製作出之鋁錳合金的伸長率可達約11%至約15%，優於傳統方式所製作出之鋁合金的約7%至約9%，因此可應用於其他高成行需求的產品，可擴大應用性。

請參照圖2，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種鋁錳合金之製作流程圖。本實施方式所製作之鋁錳合金可為3000系之鋁錳合金，此鋁錳合金可為加工硬化型鋁合金。舉例而言，鋁錳合金可為3003-H14鋁合金。

製作鋁錳合金時，可先製備鋁胚。在一些例子中，以鋁胚為100wt%來計，鋁胚可包含約0.15wt%至約0.35wt%的矽、約0.25wt%至約0.60wt%的鐵、約1.0wt%至約1.3wt%的錳、約0.1wt%至約0.2wt%的銅、小於或等於約0.1wt%的鈦、無法避免的雜質、以及平衡量的鋁。舉例而言，無法避免的雜質可為鋅與鉻等。鋁胚中之無法避免 的雜質之總重量不超過約0.1wt%。請繼續參考圖2，在一些示範例子中，製備鋁胚時可先進行備料步驟200，以提供上述鋁胚之原料，並將鋁胚的原料予以融熔。接著，可進行澆鑄步驟210，以將融熔之鋁胚原料澆鑄成鋁胚。

完成鋁胚的製備後，可進行對鋁胚進行均質化步驟220。本發明之實施方式對鋁胚採低溫均質化處理。在一些例子中，對鋁胚進行均質化步驟220時可將均質化溫度控制在約540℃至約595℃。當均質化溫度控制在約540℃至約595℃時，進行均質化步驟220包將均質化時間控制在約4小時至約9小時。利用低溫的均質化步驟220，使鋁胚內析出約0.4μm以下的細密析出物。舉例而言，均質化步驟220可使鋁胚內析出0.4μm以下的細密析出物。在一些示範例子中，對鋁胚進行均質化步驟220時可將均質化溫度控制在約550℃至約575℃。而當均質化溫度控制在約550℃至約575℃時，進行均質化步驟包含將均質化時間控制在約6小時至約8小時。

完成鋁胚之均質化步驟220後，可對鋁胚進行熱軋步驟230，而獲得熱軋鋁捲。舉例而言，熱軋步驟230可對鋁胚依序進行往復式熱軋製程與熱連軋(tandem hot mill)製程。在一些示範例子中，對鋁胚進行熱軋步驟230時包含將熱完軋溫度控制在低於約360℃，以避免熱軋後之鋁材發生不均勻再結晶現象。

於鋁胚之熱軋步驟230後，可對熱軋鋁捲進行冷軋步驟240，以獲得冷軋鋁捲，而大致完成鋁錳合金的製 作。本發明實施方式之冷軋步驟240期間並未額外進行中間退火步驟，即鋁胚經熱軋步驟230後再經冷軋步驟240後即可完成鋁錳合金的製作，而可省略中間退火步驟。此外，本發明實施方式採低厚度裁剪量的方式對鋁胚進行冷軋。舉例而言，進行冷軋步驟240時可將厚度裁減量控制在約12%至約25%。

在本發明實施方式中，利用對鋁胚之低溫均質化步驟220先使鋁胚內析出約0.4μm以下的細密析出物，再於熱軋步驟230中利用熱連軋設備之低溫軋延優勢，使得鋁錳合金材在熱軋過程中不易發生再結晶。藉此，熱軋步驟230後之鋁錳合金材中絕大部分為扁平狀的軋延組織。此外，鋁錳合金材內之0.4μm以下的細密析出物可抑制加工差排(dislocation)的移動，如此可使得鋁錳合金材反而具有較高之加工強度效應。如此一來，後續對鋁胚進行冷軋步驟240時，僅需以低於傳統製程的冷軋延量即可達到例如3003-H14鋁材之機性規格要求。而由於冷軋量低，因此在相同強度下，本發明實施例所製作出之鋁錳合金材除較傳統製程所製作出之鋁錳合金材具有更高的伸長率外，也可省卻二冷軋程序之間的中間退火步驟，可大幅簡化鋁錳合金的生產流程。本發明實施例所製作出的鋁錳合金的伸長率可大於約10%。

以下利用多個比較例與實施例，來更具體說明利用本發明實施方式的技術內容與功效。請參見下表1與表 2，表1係列示各試片之合金成分，表2係列示各試片之製程參數與機性。

根據上表1可知，第1號至第5號試片的合金成分均落在上述第[0022]段之鋁胚成分的範圍內。然而，第1號試片係採用傳統生產方式所製作，即包含以600℃以上之溫度對鋁胚進行均質化步驟、對鋁材進行350℃的中間退火步驟、以及對鋁材進行30%的冷精軋延量。由表2上可知，第1號試片的抗拉強度為153MPa，雖合乎140MPa~170MPa的規範要求，但第1號試片的伸長率卻僅有7.7%。

第2號試片係採用本發明上述實施方式之範圍的製程，包含對鋁胚進行6小時之595℃的低溫均質化步驟、熱完軋溫度低於360℃、以及16%的低冷精軋量。從表 2可知，第2號試片的抗拉強度為154MPa，但伸長率卻高達16.2%，明顯優於第1號的比較例試片。第3號試片所採之製程與第2號試片的製程相類似，只有冷軋量從16%提高到21%，此鋁材會因冷軋量的增加而提升其加工強化效應，因此從表2可明顯比較出第3號試片的抗拉強度已增加到164MPa，而伸長率則些微下降到12.2%。第4號試片的冷軋量為28%，已超出本發明上述實施方式的冷軋量範圍。從上表2可知，第4號試片的抗拉強度雖快速提高到179MPa，但其伸長率卻急遽下降到7.9%，無法符合高伸長率的規範需求。

第5號試片係對鋁胚進行8小時之560℃的更低溫均質化製程，而熱軋製程與冷軋製程的參數則落在本發明上述實施方式所界定的範圍內。從上表2可知，第5號試片的伸長率亦高於10%，達12.7%，符合高伸長率的規範需求。根據第1號至第5號試片的測試結果，可知本發明實施方式在均質化溫度與冷軋量的適用範圍，亦可知利用本發明實施方式製作出之鋁錳合金與利用傳統方式製作出之鋁錳合金相較之下所呈現的優越伸長率特性。

請再參見上表1，第6號試片與第7號試片主要是將鋁胚內的錳合金成分調高1.22wt%，但採用本發明上述實施方式的製程。從上表2可知，第6號試片與第7號試片的抗拉強度分別為158MPa與165MPa，而伸長率均大於10%的規範目標值，分別達15.1%與11.5%。第8號試片之鋁胚內的錳添加量達1.4%。從上表2可知，第8號試片因錳 合金添加過量，雖可將其抗拉強度快速提高到173MPa，但其伸長率卻急遽下降到7.8%，不符高伸長率的規範需求。第9號試片的矽添加量僅有0.04wt%，因此其雖採用本發明上述實施方式的製程，卻因矽添加過低，無法在均質化過程析出尺寸在0.4μm以下的足夠析出物，而導致鋁錳合金的加工強化效應不顯著，強度無法達到規範需求。由此可知，矽合金的添加也是相當重要的製程因素。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之鋁錳合金之製造方法藉由適切的合金添加量，並導入低溫均質化製程，藉以在鋁胚內析出小於0.4μm等級的微細析出相。再搭配適當的熱軋延製程與低冷軋延量，可有效強化鋁錳合金之加工性，並提高鋁錳合金的伸長率，而可擴大鋁錳合金的應用性。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之鋁錳合金之製造方法可省掉冷軋製程中的中間退火製程，因此可大幅簡化生產流程。

由上述之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為本發明之鋁錳合金之製造方法可縮短均質化爐每爐次的能源消耗，提高均質化爐的使用效率，進而可節能與降低成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因 此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種鋁錳合金之製造方法，包含：製備一鋁胚，其中該鋁胚包含0.15wt%至0.35wt%的矽、0.25wt%至0.60wt%的鐵、1.0wt%至1.3wt%的錳、0.1wt%至0.2wt%的銅、小於或等於0.1wt%的鈦、無法避免的雜質、以及平衡量的鋁；對該鋁胚進行一均質化步驟，其中進行該均質化步驟時包含控制一均質化溫度為540℃至595℃；對該鋁胚進行一熱軋步驟，而獲得一熱軋鋁捲；以及對該熱軋鋁捲進行一冷軋步驟，而獲得一冷軋鋁捲，其中進行該冷軋步驟時包含控制一厚度裁減量為12%至25%。
2. 如申請專利範圍第1項之鋁錳合金之製造方法，其中當該均質化溫度為540℃至595℃時，進行均質化步驟包含控制一均質化時間為4小時至9小時。
3. 如申請專利範圍第1項之鋁錳合金之製造方法，其中進行該均質化步驟時包含控制該均質化溫度為550℃至575℃。
4. 如申請專利範圍第3項之鋁錳合金之製造方法，其中當該均質化溫度為550℃至575℃時，進行該均質化步驟包含控制一均質化時間為6小時至8小時。
5. 如申請專利範圍第1項之鋁錳合金之製造方法，其中進行該熱軋步驟時包含控制一熱完軋溫度低於360℃。
6. 如申請專利範圍第1項之鋁錳合金之製造方法，其中製備該鋁胚包含：進行一備料步驟，以提供該鋁胚之一原料，並將該鋁胚之該原料融熔；以及進行一澆鑄步驟，以將融熔之該原料澆鑄成該鋁胚。
7. 如申請專利範圍第1項之鋁錳合金之製造方法，其中該無法避免的雜質之總重量不超過0.1wt%。
8. 如申請專利範圍第1項之鋁錳合金之製造方法，其中該鋁錳合金為3000系鋁錳合金。
9. 如申請專利範圍第1項之鋁錳合金之製造方法，其中該鋁錳合金為3003-H14鋁合金。
10. 如申請專利範圍第1項之鋁錳合金之製造方法，其中該鋁錳合金之伸長率大於10%。