專利名稱：空調熱交換器用高性能翅片鋁箔的退火方法
專利說明空調熱交換器用高性能翅片鋁箔的退火方法 本發明涉及有色金屬加工領域，是一種鋁箔材料的退火方法。不斷發展的空調工業對熱交換器翅片鋁箔的需求量迅速增長，
圖1是我國近年來空調產量和翅片鋁箔消費量變化趨勢圖。1980年我國空調產量不足1萬臺，消耗鋁箔不足100噸，至2005年國產空調6323萬臺，占全世界總產量的70％以上，消耗翅片鋁箔20余萬噸/年。
翅片鋁箔主要用空調熱交換器散熱翅片，傳統翅片鋁箔1050、1100、1200、L5-1、8011等純鋁系列鋁合金，使用狀態主要有O、H19、H22、H24和H26狀態，其中H26狀態要求最高，生產技術最難。
近年來空調向著體積小、耗能少、功率大、效率高、成本低方向發展。要求翅片鋁箔厚度更薄；綜合力學性能(強度和伸長率雙高)更好；翅片沖制成形技術更高，沖制速度更快；價格更低。減薄厚度引起翅片的抗倒片能力下降，要求提高強度來彌補。強度和伸長率是一對矛盾。提高強度，伸長率就會下降，當伸長率低于10％時，翅片沖制過程中的破片率會大大增加。圖2是翅片破碎率與鋁箔伸長率之間的關系，從圖中可見，當伸長率低于10％后，破片率隨伸長率的下降而快速增加。ECO等翅片新型沖制技術對翅片鋁箔的綜合力學性能也提出了新的要求，要求抗拉強度為130～150MPa，伸長率≥10％。強度＜130MPa時，翅片鋁箔抗倒片能力不夠，強度＞150MPa時影響翅片鋁箔沖制后的切斷，要求翅片鋁箔的強度上下波動范圍越小越好。最近兩三年來人們開始采用3102等含有Mn元素的鋁合金來生產H26翅片鋁箔，其綜合力學性能有較大提高，然而生產中存在著較多問題，主要問題有1)、最終退火過程中有時因晶粒異常粗大，綜合力學性能偏低，深沖性能較低等出現整爐報廢的問題；2)、同批鋁箔有時甚至在較小面積內出現個別晶粒異常粗大、力學性能不均勻現象。造成翅片鋁箔在沖制過程中突然因開裂等缺陷而中斷流水作業，影響鋁箔沖制過程的連續生產。
國內外研究表明翅片鋁箔最終強度和伸長率主要是靠成品退火來控制，經過本發明人的系統研究，造成上述問題的主要原因是退火過程中的“臨界再結晶溫度現象”的影響所致。
經發明人對“臨界再結晶溫度現象”的研究發現3102鋁箔在靠近并略低于再結晶溫度退火時，出現綜合力學性能過低，特別是伸長率隨退火溫度的升高出現異常的“N”曲線(見圖3)，與一般鋁合金的退火曲線不同；其再結晶晶粒呈現出異常粗大現象(見圖4)，該現象被發明人命名為“臨界再結晶溫度現象”。“臨界再結晶溫度現象”是造成工業生產上最終退火過程中翅片鋁箔出現綜合力學性能過低，晶粒異常粗大的主要原因。本發明的目的是針對翅片鋁箔退火過程局部晶粒粗大或整體晶粒粗大現象，導致翅片鋁箔出現綜合力學性能過低的問題提出一種新的退火方法，以提高翅片鋁箔的綜合力學性能，減少退火過程中因力學性能而批量報廢的現象，提高翅片鋁箔的成材率。
本發明的技術方案采用低溫長時保溫，退火鋁箔的目標溫度為230℃～265℃(即圖3(b)中AB段的溫度區間)，保溫時間在4～30h，步驟如下1、裝料2、爐溫定溫根據爐內鋁箔裝料量多少和退火鋁箔單卷重量大小來決定加熱過程中爐溫定溫溫度，加熱過程中爐溫定溫溫度T1＝(T0+ΔT)℃；T1加熱過程爐溫定溫溫度；T0鋁箔退火目標溫度；ΔT加熱過程中爐溫定溫溫度與鋁箔退火目標溫度之差；當鋁箔單卷重量≤1500kg時，ΔT為20～40℃；當鋁箔單卷重量為1500～5000kg時，ΔT為25～60℃；當鋁箔單卷重量＞5000kg時，ΔT為30～70℃。
3、爐溫轉定溫階段當鋁箔料溫高點溫度升至[T0-(10+0.5ΔT)]℃，爐溫轉定溫為退火目標溫度T0后讓鋁箔卷繼續升溫；4、保溫當鋁箔料溫低點溫度升至(T0-3)℃后，開始計算保溫時間，具體保溫時間視裝爐量、裝爐方式和單卷重量而定，保溫時間范圍在4～30h，在保溫階段，控制鋁箔料溫溫度在(T0±3)℃內波動。
其中，當翅片鋁箔退火保溫時間＞3小時后，退火溫度要避開“臨界再結晶溫度”區間(即圖3(b)中BC段的溫度區間)T再-50℃～T再，T再表示該翅片鋁箔H19狀態的再結晶溫度，即保溫1小時，再結晶完成95％以上的退火溫度。
從上述方案可以看出，退火過程的關鍵要點在于采用長時(退火保溫時間＞3小時)低溫退火，不能采用短時(退火保溫時間≤3小時)高溫退火(臨界再結晶溫度區間)。在退火過程中嚴格控制退火溫度避開臨界再結晶溫度區間，即圖3(b)中BC段。這樣才能確保退火后的金相組織與退火前相近，見圖5所示，不出現圖4形貌的金相組織。
本發明所述翅片鋁箔包括8011、L5-1、1100、1200、8006、3102和含Mn系列翅片鋁箔用鋁合金等現在已有的標準牌號的鋁合金，也包含符合以下成分控制范圍的非標準牌號的鋁合金，見表1330℃×7h退火
翅片鋁箔可采用熱軋工藝生產流程(見圖6(a)所示)和采用鑄軋生產流程(見圖6(b)所示)，確保退火前的鋁箔經過冷變形量≥75％冷軋。
采用本發明提出的退火工藝，可以有效地提高翅片鋁箔的綜合力學性能，減少退火過程中因力學性能而批量報廢的現象，提高翅片鋁箔的成材率。圖1我國近年來空調產量和翅片鋁箔消費量變化趨勢2翅片破碎率與鋁箔伸長率之間的關系3翅片鋁箔力學性能與退火溫度的關系曲線(a)是強度隨退火溫度的變化趨勢；(b)是伸長率隨退火溫度的變化趨勢圖43102鋁箔退火后鋁箔的金相組織(a)330℃×7h退火(b)330℃×22h退火圖5翅片鋁箔退火后的金相組織(a)未退火鋁箔的偏光照片(b)255℃×22h退火圖6翅片鋁箔的工藝生產流程圖(a)翅片鋁箔熱軋工藝生產流程圖(b)翅片鋁箔鑄軋工藝生產流程圖。以采用鑄軋坯料生產3102H26翅片鋁箔的成品退火工藝為例。說明在在實際工業生產過程中，退火的控制方法退火溫度區間240～265℃，保溫時間5～30小時。
例1退火工藝為240℃×5h時，加熱階段爐溫定溫溫度260℃，當鋁箔溫度升溫至220℃時，爐溫轉定240℃，當鋁箔料溫達到237℃時，開始計算保溫時間，保溫時間不得低于5小時。退火后翅片鋁箔的力學性能為抗拉強度147～150MPa，伸長率≥10～11.7％，杯突值≥5.1～5.3mm的翅片鋁箔。
例2退火工藝為240℃×30h時，加熱階段爐溫定溫溫度260℃，當鋁箔溫度升溫至220℃時，爐溫轉定240℃，當鋁箔料溫達到237℃時，開始計算保溫時間，保溫時間不得低于29小時。退火后翅片鋁箔的力學性能為抗拉強度135～147MPa，伸長率≥12～14.7％，杯突值≥5.3～5.6mm的翅片鋁箔。
例3退火工藝為240℃×5h時，加熱階段爐溫定溫溫度310℃，當鋁箔溫度升溫至200℃時，爐溫轉定240℃，當鋁箔料溫達到237℃時，開始計算保溫時間，保溫時間不得低于5小時。退火后翅片鋁箔的力學性能為抗拉強度147～150MPa，伸長率≥10～11.7％，杯突值≥5.1～5.3mm的翅片鋁箔。
例4退火工藝為265℃×5h時，加熱階段爐溫定溫溫度285℃，當鋁箔溫度升溫至240℃時，爐溫轉定265℃，當鋁箔料溫達到262℃時，開始計算保溫時間，保溫時間不得低于5小時。鋁箔在加熱和保溫過程中，注意鋁箔卷局部溫度不能超過268℃。退火后翅片鋁箔的力學性能為抗拉強度134～139MPa，伸長率≥12～15.7％，杯突值≥5.3～5.8mm的翅片鋁箔。
例5退火工藝為265℃×30h時，加熱階段爐溫定溫溫度280℃，當鋁箔溫度升溫至235℃時，爐溫轉定265℃，當鋁箔料溫達到262℃時，開始計算保溫時間，保溫時間不得低于29小時。鋁箔在加熱和保溫過程中，注意鋁箔卷局部溫度不能超過268℃。退火后翅片鋁箔的力學性能為抗拉強度130～134MPa，伸長率≥12～16.7％，杯突值≥5.5～5.9mm的翅片鋁箔。
例6退火工藝為265℃×5h時，加熱階段爐溫定溫溫度335℃，當鋁箔溫度升溫至215℃時，爐溫轉定265℃，當鋁箔料溫達到262℃時，開始計算保溫時間，保溫時間不得低于5小時。鋁箔在加熱和保溫過程中，注意鋁箔卷局部溫度不能超過270℃。退火后翅片鋁箔的力學性能為抗拉強度134～139MPa，伸長率≥12～15.7％，杯突值≥5.3～5.8mm的翅片鋁箔。
例7退火工藝為250℃×22h時，加熱階段爐溫定溫溫度275℃，當鋁箔溫度升溫至225℃時，爐溫轉定250℃，當鋁箔料溫達到247℃時，開始計算保溫時間。鋁箔在加熱和保溫過程中，注意鋁箔卷局部溫度也不能265℃。退火后翅片鋁箔的力學性能為抗拉強度134～145MPa，伸長率≥12～18％，杯突值≥5.3～6.1mm的翅片鋁箔。
例8退火工藝為250℃×7h時，加熱階段爐溫定溫溫度275℃，當鋁箔溫度升溫至225℃時，爐溫轉定250℃，當鋁箔料溫達到247℃時，開始計算保溫時間，保溫時間不得低于7小時。鋁箔在加熱和保溫過程中，注意鋁箔卷局部溫度也不能255℃。退火后翅片鋁箔的力學性能為抗拉強度135～146MPa，伸長率≥12～17％，杯突值≥5.3～5.9mm的翅片鋁箔。
例9退火工藝為255℃×22h時，加熱階段爐溫定溫溫度275℃，當鋁箔溫度升溫至235℃時，爐溫轉定255℃，當鋁箔料溫達到252℃時，開始計算保溫時間，保溫時間不得低于7小時。鋁箔在加熱和保溫過程中，注意鋁箔卷局部溫度也不能258℃。退火后翅片鋁箔的力學性能為抗拉強度135～146MPa，伸長率≥12～17％，杯突值≥5.3～5.9mm的翅片鋁箔。
例1至例9退火后金相組織為纖維狀組織，圖5所示是例9退火后的金相組織。
權利要求
1.一種空調熱交換器用高性能翅片鋁箔的退火方法，將經熔煉、晶粒細化、連鑄連軋或熱軋、均勻化熱處理和冷軋后的鋁箔材料進行退火，其特征在于退火鋁箔的目標溫度為230℃～265℃，保溫時間在4～30h，步驟如下(1)裝料(2)爐溫定溫根據爐內鋁箔裝料量多少和退火鋁箔單卷重量大小來決定加熱過程中爐溫定溫溫度，加熱過程中爐溫定溫溫度T1＝(T0+ΔT)℃；T1加熱過程爐溫定溫溫度；T0鋁箔退火目標溫度；ΔT加熱過程中爐溫定溫溫度與鋁箔退火目標溫度之差；當鋁箔單卷重量≤1500kg時，ΔT為20～40℃；當鋁箔單卷重量為1500～5000kg時，ΔT為25～60℃；當鋁箔單卷重量＞5000kg時，ΔT為30～70℃。(3)爐溫轉定溫階段當鋁箔料溫高點溫度升至[T0-(10+0.5ΔT)]℃，爐溫轉定溫為退火目標溫度T0后讓鋁箔卷繼續升溫；(4)保溫當鋁箔料溫低點溫度升至(T0-3)℃后，開始計算保溫時間，具體保溫時間視裝爐量、裝爐方式和單卷重量而定，保溫時間范圍在4～30h，在保溫階段，控制鋁箔料溫溫度在(T0±3)℃的范圍內。
2.根據權利要求1所述的空調熱交換器用高性能翅片鋁箔的退火方法，其特征在于當翅片鋁箔退火保溫時間＞3小時后，退火溫度要避開“臨界再結晶溫度”區間T再-50℃～T再，T再表示該翅片鋁箔H19狀態的再結晶溫度，即保溫1小時，再結晶完成95％以上的退火溫度。
全文摘要
本發明提出一種生產空調熱交換器用高性能翅片鋁箔的退火方法，該方法采用低溫+長時保溫退火，退火鋁箔的目標溫度為230℃～265℃，保溫時間在4～30h。在加熱初期根據爐內鋁箔裝料量多少和退火鋁箔單卷重量大小來決定加熱過程中爐溫定溫溫度，在保溫階段控制鋁箔料溫溫度在(T
文檔編號C22F1/04GK101050513SQ20061009532
公開日2007年10月10日 申請日期2006年12月22日 優先權日2006年12月22日
發明者蔣顯全, 張秀錦 申請人:西南大學