冷轧铝-钢复合板的退火工艺

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材料具有复 合 成 本 低、生 产 效 率 高、生 产 流 程 短 等 优 点，已经成为铝-钢复合材料的主要制备技术［2］。但是 对于冷轧复合，需要进行热扩散处理，使复合界面由机 械结合的方式转变为冶金结合，以达到提高界面结合 强度的目 的［3-6］。 但 是 经 过 退 火 处 理 后，铝-钢 复 合 材 料本身组织发生变化，对结合性能、力学性能等都有重 要影响，其组织形成规律及性能变化与热处理制度的 关系是控制铝-钢复合材料性能和热处理工艺制度的
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本文通过冷轧复合 4A60 铝合金板 /08Al 钢板，研 究退火时间、温度对钢层再结晶回复、铝-钢界面结合 强度、界面 扩 散 以 及 中 间 相 形 成 的 影 响，制 定 合 理 的 铝-钢退火工艺。
1 试验材料与方法
选用 700 mm × 80 mm × 2 mm 4A60 铝合金板与 700 mm × 90 mm × 4 mm 08Al 钢板做为试验材料进行 轧制复合，4A60 铝合金初始状态为完全退火态，08Al 钢板为热轧态，成分见表 1。轧制复合前使用钢丝刷 对 4A60 铝合金、08Al 钢板表面进行打磨，为防止轧制 过程中铝带跑偏、褶皱，使用铆钉将铝、钢材料顶部铆 接在一起后送入轧机轧制。铝-钢轧制复合在 170 mm 四辊可逆式冷轧机上进行，轧制速度为 3 m / min，压下 量为 55% 。试验对铝-钢复合板进行再结晶退火和扩散 退火，退火温度为 100 ～ 640 ℃，退火时间为 15 ～ 60 min。 利用金相显微镜（ Carl Zeiss-Axio Imager． A2m） 和 JSM6480 扫描电镜观察铝-钢复合板组织、形貌等微观结 构，采用维氏显微硬度计测量钢层的显微硬度值，加载 载荷 200 g，加载时间 15 s，沿厚度方向测量 3 个点，然
C
Si
Mn
P
S
Al
N Fe
08Al
0． 0041 0． 0044 0． 237 0． 01151 0． 00472 0． 0012 0． 0026 余量
2 结果与讨论
2． 1 显微组织 图 1 为铝-钢复合板在不同退火工艺条件下钢层
的显 微 组 织。 当 退 火 温 度 为 500 ℃ ，退 火 时 间 为 15 min 时，退火温度较低，时间较短，钢的组织形态与 冷轧时的组织基本相同，主要为沿轧向伸长的纤维状 变形组 织，基 本 没 有 发 生 再 结 晶； 延 长 退 火 时 间 至 60 min，钢层内已有大量的再结晶晶粒形成，再结晶体 积分数达到 50% 左右，如图 1（ c） 所示； 当退火温度为 600 ℃ ，退火时间为 60 min 时，变形晶粒完全被细小、 等轴的再结晶晶粒取代，组织发生了完全再结晶，其平 均晶粒尺寸为 22． 3 μm，如图 1（ d） 所示。 2． 2 钢层硬度变化
檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴檴
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第 10 期
张小军，等： 冷轧铝-钢复合板的退火工艺
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依据［7-8］。目前铝-钢复合材料的研究主要集中在界面 化合物的抑制［9-10］、热轧 复 合［11-12］、冷 轧 复 合［13］等 方 面，但对退火工艺和界面结合强度、界面扩散等性能的 关系研究较少。
第 40 卷 第 10 期 2015 年 10 月
HEAT TＲEATMENT OF METALS
Vol. 40 No. 10 October 2015
冷轧铝-钢复合板的退火工艺
张小军1，2 ，李 龙1，2 ，周德敬1，2
（ 1． 银邦金属复合材料股份有限公司 江苏省金属层状复合材料重点实验室，江苏 无锡 214145； 2． 银邦金属复合材料股份有限公司 江苏省技术研究院，江苏 无锡 214145）
Annealing process of Al-steel clad strips bonded by cold rolling
Zhang Xiaojun1，2 ，Li Long1，2 ，Zhou Dejing1，2 （ 1． Jiangsu Key Laboratory for Clad Materials，Yinbang Clad Material Co． ，Ltd． ，Wuxi Jiangsu 214145，China； 2． Jiangsu Advanced Institute of Technology，Yinbang Clad Material Co． ，Ltd． ，Wuxi Jiangsu 214145，China） Abstract： 4A60 （ Al ） /08Al （ steel ） clad strips bonded by cold rolling were annealed after 55% reduction． The effect of annealing temperature on the steel recrystallization behavior and bonding strength at Al-steel interface was investigated． The results show that the steel recrystallized completely by annealing at 600 ℃ for 60 min． When the annealing temperature is 400-600 ℃ and holding for 60 min，the bonding strength at the Al-steel interface reaches maximum． 9 N / mm． However，when the holding time remains 60 min，and the annealing temperature exceeds 610 ℃ ，the intermetallic compounds appear at the Al-steel interface，and the bonding strength decreases from 9 N / mm to 2． 7 N / mm rapidly． The optimum annealing process of Al-steel clad strips is to anneal at 600 ℃ for 60 min with 55% reduction． Key words： recrystallization； bonding strength； annealing process； Al-steel clad strips
摘要： 对 55% 变形条件下冷轧复合 4A60 铝 /08Al 钢复合带材进行退火处理，研究退火温度对钢层再结晶行为和铝-钢界面结合强度 的影响。结果表明，退火温度为 600 ℃ 保温 60 min，钢层发生完全再结晶； 退火温度为 400 ～ 600 ℃ ，保温 60 min，铝-钢复合板界面 结合强度达到最大值 9 N / mm，当保温时间为 60 min，温度高于 610 ℃ 时，铝-钢界面处产生脆性化合物，结合强度急剧降低至 2． 7 N / mm。确定 55% 变形条件下铝-钢复合板最佳退火工艺为 600 ℃ 保温 60 min。 关键词： 再结晶； 结合强度； 退火工艺； 铝-钢复合板 中图分类号： TG335． 81 文献标志码： B 文章编号： 0254-6051（ 2015） 010-0072-04
图 2 为不同温度下再结晶退火 60 min 后，铝-钢复
图 1 不同退火工艺下铝-钢复合板的显微组织 Fig． 1 Microstructure of the Al-steel clad strips at different annealing processes
（ a） cold rolling （ 冷轧态） ； （ b） 500 ℃ ，15 min； （ c） 500 ℃ ，60 min； （ d） 600 ℃ ，60 min
铝-钢复合材料同时具有钢良好的力学性能和铝 于电站、家电等领域［1］。冷轧复合技术制备铝-钢复合
的耐腐蚀、易导热、可钎焊等优点，目前已经广泛应用
收稿日期： 2015-03-06 基金项目： 国家高技术研究发展计划（ 863 计划） （ 2013AA031301） ； 国家 国际科技合作专项项目（ 2013DFB50170） ； 江苏省科技成果转化专项资 金项目（ BA2011038） ； 江苏重点实验室资助项目（ BM2014006） 作者简介： 张小军 （ 1987—） ，男，硕士，主要进行金属复合材料研发工 作，联系 电 话： 0510-88990831，E-mail： xiaojun． zhang @ cn-yinbang． com。 通讯作者： 周德敬，教授级高工，E-mail： dejing． zhou@ cn-yinbang． com doi： 10． 13251 / j． issn． 0254-6051． 2015． 10． 017
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后取其平均值。
表 1 4A60 铝合金和 08Al 钢的化学成分（ 质量分数，%） Table 1 Chemical composition of the 4A60 alloy and 08Al steel （ mass fraction，%）
Si
Fe
Cu Mn Mg Zn
Ti Al
4A60
0． 793 0． 281 0． 0011 0． 0021 0． 00075 0． 0089 0． 0286 余量
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合板钢层硬度与再结晶退火温度的关系曲线。从图 2 中可以看出，当再结晶退火温度低于 400 ℃ 时，硬度变 化不大，保持在 200 HV0． 2。随温度的升高，钢层硬度 急剧减 小，当 温 度 升 高 至 600 ℃ 后，硬 度 值 降 低 为 105 HV0． 2左右，且不随温度升高而降低，这是因为在 此温度下，钢层发生了完全再结晶，变形晶粒被细小、 等轴的再结晶晶粒取代，加工硬化消失，形变储存能完 全释放，硬度值降到最低。由此确定铝-钢复合板再结 晶退火工艺制度为 600 ℃ 保温 60 min。