付世強(qiáng)

(招商局鋁業(yè)(重慶)有限公司，重慶 永川 402181)

中空玻璃是美國(guó)人1865年發(fā)明的，上世紀(jì)60年代歐洲已開(kāi)始規(guī)?；a(chǎn)和使用，如今在歐美應(yīng)用普及率已高達(dá)83％以上；我國(guó)1964年開(kāi)始研制，1985年前后才進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，目前市場(chǎng)呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢(shì)。中空玻璃采用兩片或多片普通或特殊的玻璃，使用高強(qiáng)度和高氣密性的復(fù)合粘結(jié)劑，將玻璃片與內(nèi)含干燥劑的鋁合金框架粘結(jié)而制成，具有高效的隔音和隔熱(或保溫、節(jié)能)效果，同時(shí)是一種裝飾美觀、經(jīng)濟(jì)適用并可降低建筑物自重的新型建筑材料。中空玻璃較普通雙層玻璃除具有上述各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)外，還具有防結(jié)露、降低冷輻射以及更好的光學(xué)和安全等性能(圖1)。

圖1 中空玻璃實(shí)物圖

鋁間隔條用來(lái)制作中空玻璃內(nèi)的鋁合金框架、盛裝干燥劑和固定玻璃片之間距的作用。相對(duì)于膠條等其它框架材料，鋁合金不易氧化、耐蝕好、重量輕、不變形、表面光亮，與干燥劑不發(fā)生反應(yīng)，因此具有良好的抗老化和裝飾美觀等特性。目前鋁間隔條通常有兩種成型方式：一是通過(guò)圓棒直接擠壓成型，二是通過(guò)鋁帶輥壓和高頻焊接；后者相對(duì)前者強(qiáng)度更高，表面裝飾效果更好，因此已成為其主要生產(chǎn)模式，尤其是在高端建筑選材方面；但其生產(chǎn)成型工藝相對(duì)更復(fù)雜，同時(shí)對(duì)鋁帶的機(jī)械性能和表面光亮度要求較高(圖2)。

圖2 鋁隔條結(jié)構(gòu)圖與實(shí)物圖

由于3003合金具有強(qiáng)度高、塑性好、焊接和耐蝕性能優(yōu)良等特點(diǎn)，因此成為輥壓和高頻焊接用中空玻璃鋁隔條的首選合金品種。目前該隔條用鋁合金帶材的主要規(guī)格和合金狀態(tài)分別是：0.34mm或0.35mm的3003H26和0.27mm的3003H38，前者要求材料抗拉強(qiáng)度最好控制在190～210MPa，延伸率10％以上；后者要求抗拉強(qiáng)度最好控制在230～250MPa，延伸率5％以上。本文分別選擇熱軋坯料和鑄軋坯料進(jìn)行分組試驗(yàn)，重點(diǎn)對(duì)力學(xué)性能和表面亮度進(jìn)行了研究，確定了兩種規(guī)格和合金狀態(tài)最佳的坯料選擇、生產(chǎn)流程與工藝參數(shù)等控制措施，滿足了加工成型工藝和終端客戶使用要求。

1 試驗(yàn)材料

分別選擇3003合金的熱軋坯料和鑄軋坯料各兩卷；其中熱軋扁錠厚度范圍320～340mm，熱軋成品卷厚度范圍6.5～7.0mm，鑄軋坯料卷的厚度范圍6.7～7.1mm；熱軋坯料和鑄軋坯料的晶粒度均為一級(jí)，無(wú)明顯的其它冶金質(zhì)量和組織缺陷；化學(xué)成分設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 3003合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)

2 試驗(yàn)方案

由于中空玻璃鋁隔條用鋁帶抗拉強(qiáng)度要求較高，相關(guān)文獻(xiàn)也報(bào)道增加中間退火總加工率不足會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度不夠[1]；同時(shí)考慮節(jié)省中退成本和減少流通環(huán)節(jié)提高效率，盡管會(huì)增加冷軋道次數(shù)量，所有的試驗(yàn)方案均不設(shè)置中間退火。由于不進(jìn)行中間退火，總加工率達(dá)到95％左右，因此邊部裂邊嚴(yán)重，尤其是鑄軋坯料，中空玻璃隔條用鋁帶對(duì)長(zhǎng)度有比較嚴(yán)格的要求，為此需進(jìn)行中間切邊確保成品道次盡量不發(fā)生斷帶。與此同時(shí)，單純3003H18成品延伸率較低，達(dá)不到其力學(xué)性能要求，需要進(jìn)行低溫回復(fù)退火(H38)。具體的試驗(yàn)方案如下：

方案1：熱軋坯料7.0mm→粗輥冷軋到1.5mm(切邊)

方案2：鑄軋坯料7.0mm→粗輥冷軋到1.5mm(切邊)

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)(表2)

表2

3.2 加工率與硬化性能(表3)

表3

3.3 成品小爐試驗(yàn)與性能(表4)

表4

(續(xù)表4)

根據(jù)上述小爐試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終選擇熱軋坯料0.27mm的成品退火工藝金屬溫度為215℃；鑄軋坯料0.34 mm的成品退火工藝金屬溫度為360～370℃；鑄軋坯料0.27mm的成品退火工藝金屬溫度為300～320℃。

3.4 軋制表面形貌對(duì)比

分別選取成品樣板各一塊進(jìn)行堿洗，并觀察原始板面與堿洗后表面形貌的差異如圖3所示。

4 分析與討論

4.1 力學(xué)性能對(duì)比與探討

首先從冷軋總加工率和硬化性能看，從坯料厚度軋制到成品厚度的總加工率基本相當(dāng)，但鑄軋坯料比熱軋坯料的抗拉強(qiáng)度明顯高出50～75MPa，而延伸率指標(biāo)相應(yīng)的略低1.0％～1.5％；其次厚度規(guī)格從0.34mm到0.27mm，總加工率增加約1％，鑄軋坯料的抗拉強(qiáng)度增加35MPa，而熱軋坯料僅增加10 MPa，延伸率指標(biāo)基本沒(méi)有明顯變化。

從成品小爐退火工藝與性能檢測(cè)看，用熱軋坯料試制幾乎均達(dá)不到客戶的使用要求，采用低溫長(zhǎng)時(shí)間保溫其延伸率指標(biāo)仍然與要求相差甚遠(yuǎn)，盡管0.27mm規(guī)格將抗拉強(qiáng)度控制到下線，延伸率指標(biāo)比較接近5％，但大批量穩(wěn)定生產(chǎn)仍較難控制。而鑄軋坯料基本沒(méi)有問(wèn)題，尤其是0.27mm規(guī)格抗拉強(qiáng)度性能更優(yōu)。

圖3 軋制表面形貌對(duì)比圖

造成上述現(xiàn)象的原因，主要還是與熱軋坯料和鑄軋坯料內(nèi)部組織特點(diǎn)差異有關(guān)。熱軋坯料由于經(jīng)過(guò)高溫均勻化處理，減少了內(nèi)部組織和成分的不均勻；同時(shí)通過(guò)后續(xù)大變形量的熱軋加工，使材料的鑄造組織缺陷得到極大改善。而鑄軋坯料只有20％～25％熱軋變形量，其它絕大部分還是鑄造組織，由于鑄造組織不可避免的存在成分和組織不均勻，存在大量難溶解雜質(zhì)相、氧化膜、非金屬夾雜等集中于晶界和枝晶網(wǎng)絡(luò)間，同時(shí)還存在更多氣孔、縮孔、疏松等鑄造缺陷，這些微觀晶體缺陷和宏觀組織缺陷造成后續(xù)的冷加工變形時(shí)組織破碎相對(duì)更加嚴(yán)重，形成微觀亞結(jié)構(gòu)數(shù)量和內(nèi)部畸變儲(chǔ)存能更多，因此冷變形阻力增加更多，加工硬化速率增加更快。表現(xiàn)在宏觀高強(qiáng)度段的綜合力學(xué)性能方面，鑄軋坯料要明顯優(yōu)于熱軋坯料，但由于其內(nèi)部存在大量組織缺陷，對(duì)于低強(qiáng)度的極性變形能力方面明顯不如熱軋坯料。

通常情況下，普遍認(rèn)為熱軋坯料的表面質(zhì)量和力學(xué)性能均比鑄軋坯料要好，并且在生產(chǎn)一些高表面質(zhì)量和高性能要求的產(chǎn)品時(shí)均首選熱軋坯料，事實(shí)上似乎并不完全如此，還得視產(chǎn)品的最終用途和對(duì)材料的具體要求而定。

4.2 表面亮度對(duì)比分析

由于中空玻璃為高檔建筑材料之一，對(duì)裝飾美觀效果要求相對(duì)較高，而鋁隔條外露在各玻璃片之間，因此鋁帶表面不能有影響外在美觀的明顯缺陷，尤其是透明無(wú)色或淺色玻璃，對(duì)鋁帶表面亮度還有較高的要求。通過(guò)客戶最終使用，反映熱軋坯料的表面相對(duì)較暗，無(wú)法達(dá)到其使用要求，而鑄軋坯料基本可以滿足。從表面形貌對(duì)比觀察可以看出鑄軋坯料成品表面也明顯較熱軋坯料好。

鋁帶表面亮度是一個(gè)綜合的系統(tǒng)控制參量，需要從多方面控制入手。首先在成分設(shè)計(jì)中不含鎂，鎂元素比較活潑容易在后續(xù)軋制受熱或成品退火過(guò)程中燃燒變黃，影響最終制品的色度。其次軋制過(guò)程中表面工藝潤(rùn)滑控制時(shí)，潤(rùn)滑油膜太厚太薄都不利于表面質(zhì)量的控制，油膜太厚失去光亮軋輥的熨燙作用而使表面金屬自由變形，最終導(dǎo)致表面粗糙化而亮度下降；油膜太薄容易導(dǎo)致鋁板和軋輥微觀凸點(diǎn)發(fā)生直接接觸而粘連、撕裂，最終導(dǎo)致板面質(zhì)量和亮度下降。同時(shí)還需注意工藝潤(rùn)滑油的添加劑、殘留物含量以及在成品表面的帶油量，防止成品退火時(shí)出現(xiàn)輕度黃斑或色差。為了提高板帶材表面亮度，盡可能的減少板面的光線折射和散射，需降低板材表面粗糙度，因此需盡量使用低粗糙度的光亮軋輥軋制。最后為了盡量減少成品退火時(shí)產(chǎn)生黃斑或色差的幾率和程度，應(yīng)盡可能降低成品退火溫度并延長(zhǎng)升溫時(shí)間，必要時(shí)需設(shè)置除油退火溫度段。

如果熱軋乳液指標(biāo)控制與運(yùn)行維護(hù)不好以及軋制溫度和道次壓下量控制不當(dāng)，熱軋板很容易導(dǎo)致粘鋁等表面問(wèn)題，相對(duì)來(lái)說(shuō)，鑄軋坯料表面相對(duì)不易發(fā)生粘鋁的情況。與此同時(shí)，材料強(qiáng)度越高，溫度越低則軋制時(shí)發(fā)生粘鋁的可能性相對(duì)就越小，表面色差亮度越好。由于鑄軋坯料的加工硬化效果更好，因此綜合上述各方面因素，鑄軋坯料的色差亮度更好。

另外，中空玻璃隔條用鋁帶通常最終使用寬度在20～38mm，卷外徑在1400mm以上。如果成品板型不好，分成窄條之后各條長(zhǎng)短差距過(guò)大，易造成在活套坑內(nèi)短條被拉直、長(zhǎng)條掉落到坑底產(chǎn)生擦劃傷等缺陷。因此，為了使分切窄條時(shí)長(zhǎng)度要求一致，需控制板帶材的板型質(zhì)量，必要時(shí)需進(jìn)行拉彎矯直處理；同時(shí)為了保證帶材焊接質(zhì)量，成品分切時(shí)表面不得帶油或人為澆油。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)力學(xué)性能和表面亮度控制的對(duì)比分析，中空玻璃鋁隔條用帶材盡量采用鑄軋坯料生產(chǎn)；

(2)冷軋生產(chǎn)過(guò)程中不進(jìn)行中間退火，但要控制軋制料卷的溫度不能過(guò)高，同時(shí)須進(jìn)行一次中間厚度道次的切邊，確保軋制過(guò)程不斷帶；成品前至少兩個(gè)道次需采用高光亮軋輥進(jìn)行軋制，注意控制油品的理化性能指標(biāo)和成品道次的表面帶油量以保證成品退火后鋁帶表面的色澤；

(3)鑄軋坯料0.34 mm規(guī)格的成品退火工藝金屬溫度為360～370℃；鑄軋坯料0.27mm規(guī)格的成品退火工藝金屬溫度為300～320℃。同時(shí)需注意控制大爐生產(chǎn)料卷的升溫速度和總退火時(shí)間。

[1]王瑞亮等. 鑄軋3003鋁合金生產(chǎn)玻璃隔條工藝研究[J].鋁加工,2011(02).

[2]肖亞慶,謝水生,劉靜安等. 鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2005.

[3]董月英. 中空玻璃的特性與質(zhì)量控制[J].中國(guó)玻璃,2009(05).

[4]張雪嬋. 中空玻璃發(fā)展空間巨大[N].廣東建設(shè)信息-建材?？?玻璃專刊,2004(05).

[5]GB/T 11944-2012中空玻璃[S].