罐体用大规格3104铝合金材料制备、组织与性能研究

摘要

本文结合中国铝业公司科技基金项目，以易拉罐罐体用3104铝合金材料为研究对象，从现场生产线上取样，采用显微硬度、拉伸力学试验、金相、X射线衍射、扫描和透射电子显微分析以及JMatPro软件模拟，对大规格铸锭特性及其均匀化处理、热轧、冷轧等全流程关键工艺控制因素进行研究，在此基础上，深入探讨了3104铝合金薄带成分-组织结构和性能之间的关系。获得了以下创新性成果:
　　(1)3104铝合金大规格铸锭横截面上明显的宏观偏析，从铸锭表面到中心，各元素含量差别很大，Ti含量极差达到0.025％，Mg含量的极差达到0.34％，Ti元素的偏析规律与其他元素相反。从铸锭表层到中心，晶粒和初生化合物尺寸逐渐增大。3104铝合金大规格铸锭横截面上不同部位的微观偏析也是不均匀的，铸锭表层晶内Mg分布较均匀，而铸锭中部存在Mg的晶内偏析。大规格铸锭必须均匀化。
　　(2)随均匀化温度的升高和时间的延长，晶粒内部的偏析逐步减少，显微硬度趋于一致;晶内发生(AlMnSi)和(AlMnFeSi)化合物析出，在590℃以下温度均匀化后析出不均匀，晶界和晶粒中心析出少;600℃以上均匀化后，析出相长大，密度减小，在晶内分布更为均匀。与此同时，晶粒边界区域的铝化物逐步溶解、熔断和球化，部分Al6(FeMn)相转变为α-Al12(MnFe)3Si相;大生产条件下3104合金铸锭最佳均匀化处理工艺为600℃/8-12h。
　　(3)热轧过程过程中化合物的破碎效果非常明显，但热粗轧板坯在厚度和宽度方向上的组织还存在不均匀性，表层为完全再结晶组织，中心部位为热轧变形组织，中间过渡层为部分再结晶组织。经过热精轧后，热轧带材整个断面基本上是完全再结晶组织。
　　(4)热精轧终轧温度和冷却速度对热精轧带材的组织有明显影响，终轧温度愈高、冷却速度愈慢，立方织构含量愈高。终轧温度为340℃和冷却速度为1℃/min时，立方织构含量从热粗轧板坯的30％左右提高到热精轧带材的60％以上。
　　(5)冷轧过程中，随冷轧压下量增大，中部的第二相尺寸略有减小，冷轧后铸锭组织的不均匀性无法彻底消除;冷轧变形量、冷却速度等因素影响冷轧卷材织构的种类，终轧温度则无明显的影响。
　　(6)冷轧变形量、终轧温度和薄带冷却速度对成品薄带织构含量和制耳率有很大影响，冷轧变形量越大，终轧温度越低，形变织构的α、β取向密度值越大，即形变织构含量越高，制耳率越大;在相同终轧温度条件下，缓冷比快冷的薄带β取向密度更大，制耳率更高;由于带材边部冷却不均匀，带材边部的取向线分布规律性不如中部，带材边部的制耳率高于中部。
　　(7) Fe/Si比低和Fe含量低的3104罐体料具有更高的立方织构含量，制耳率更小，Al(Fe，Mn，Si)相含量更高，化合物颗粒更小，力学性能更合适，应用性能更好。