熊 彪

（中色科技股份有限公司，洛陽471039）

0 前言

3003 是以Mn 為主要合金元素的鋁合金，具有較高的抗蝕性、較好的焊接性以及成形性能，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、家具、飲料、電子行業(yè)等領(lǐng)域，常見的產(chǎn)品有電池殼、餐具、罐料、電容器等，市場前景廣闊。這些產(chǎn)品有一個(gè)共同的特點(diǎn)：生產(chǎn)時(shí)需要多次深沖變形、變形量大、過程較復(fù)雜，這對材料的綜合性能特別是深沖成形性能提出了更高的要求。而衡量材料深沖成形性能的指標(biāo)，除了抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和塑性指標(biāo)外，制耳率是一個(gè)主要的衡量指標(biāo)。

制耳現(xiàn)象是指材料切成圓片經(jīng)過沖成杯狀物后，杯口呈現(xiàn)高低不平的情況，制耳率是對這一現(xiàn)象的量化。當(dāng)制耳率大時(shí)，會(huì)造成后續(xù)加工過程中，切邊量大，同時(shí)在波峰或者波谷存在產(chǎn)生開裂的危險(xiǎn)，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和成品率。制耳率數(shù)值的大小與材料的各向異性密切相關(guān)，強(qiáng)烈的各向異性對板材的使用性能特別是深沖非常不利[1]。材料的各向異性與其在加工變形和退火中形成的織構(gòu)密切相關(guān)，只有當(dāng)材料內(nèi)部各種織構(gòu)達(dá)到一定平衡時(shí)，才能降低各向異性，使材材獲得較小的制耳率，保證其深沖性能[2]。

本文研究了化學(xué)成分、終軋溫度、中間退火前冷軋總加工率、中間退火制度四個(gè)因素對3003 制耳率的影響，并通過對這四種影響因素的綜合控制，穩(wěn)定地將材料的制耳率控制在3%以下，生產(chǎn)出滿足用戶使用要求的產(chǎn)品。

1 材料要求

1.1 化學(xué)成分

本試驗(yàn)采用單機(jī)架雙卷取熱軋坯料，坯料規(guī)格為7.0 mm×1280 mm，選用的兩種3003合金化學(xué)成分見表1。

表1 3003鋁合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.2 產(chǎn)品規(guī)格及合金狀態(tài)

產(chǎn)品規(guī)格：0.3 mm（厚度） × 1220 mm（寬度）；合金狀態(tài)：3003-H14。

1.3 目標(biāo)值

制耳率≤3%；抗拉強(qiáng)度：155～185 MPa；屈服強(qiáng)度：145～175 MPa；延伸率≥3%。

2 工藝路線及試驗(yàn)方案

2.1 工藝路線

本試驗(yàn)主要對影響制耳率的因素進(jìn)行分析。由于產(chǎn)品力學(xué)性能的控制需要，通過中間退火前后道次加工率調(diào)節(jié)制耳率的空間很小，結(jié)合材料軟化曲線及產(chǎn)品力性能的控制要求，本試驗(yàn)中間退火前后道次加工率按30%設(shè)定，可以保證產(chǎn)品力學(xué)性能達(dá)到目標(biāo)值。

2.2 試驗(yàn)方案

（1）為了對比不同化學(xué)成分對制耳率的影響，采用本文中的3003A和3003B兩種成分進(jìn)行投料及對比試驗(yàn)。在其他條件相同的情況下，按照A工藝路線生產(chǎn)至成品。

（2）為了對比不同終軋溫度對制耳率的影響，采用本文中的3003B成分投料，熱軋時(shí)終軋溫度按照290～300 ℃和320～330 ℃控制。在其它條件相同的情況下，按照A工藝路線生產(chǎn)至成品。

（3）為了對比0.43 mm 厚卷材的中間退火前冷軋總加工率對制耳率的影響，采用本文中的3003B 成分投料，分別按照A 工藝路線和B 工藝路線進(jìn)行生產(chǎn)至成品。B工藝路線除了比A工藝路線在1.5 mm 厚度增加一次中間退火外，其余條件相同。

（4）為了對比不同中間退火溫度對制耳率的影響，采用本文中的3003B成分，按照B工藝路線生產(chǎn)至成品。對0.43 mm厚卷材進(jìn)行中間退火時(shí)，分別選取300 ℃/3h、330 ℃/3h、360 ℃/3h、390 ℃/3h 4種不同退火制度進(jìn)行對比分析。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 成分對制耳率的影響及分析

3003A、3003B按照A工藝路線生產(chǎn)至0.3 mm，其制耳率檢測結(jié)果見表2。

表2 不同化學(xué)成分生產(chǎn)至0.3 mm時(shí)的制耳率

從表2 可以看出，相對于3003A 而言，3003B成分可以降低材料的制耳率，主要是因?yàn)?003B中Fe含量的增加以及Mn含量的降低。由于3003屬于Al-Mn系合金，Mn與Al可以形成MnAl6，合金的強(qiáng)度隨Mn 含量的增加而提高，隨著Mn 含量的增加，合金的再結(jié)晶溫度相應(yīng)地提高。但3003 合金因?yàn)榫哂泻艽蟮倪^冷能力，在快速冷卻結(jié)晶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的晶內(nèi)偏析，Mn 的濃度在枝晶的中心部位低，而在邊緣部位高。當(dāng)冷加工產(chǎn)品存在明顯的Mn偏析時(shí)，在退火后易形成粗大晶粒。因此Mn含量的降低能減輕偏析的趨勢，相對來說更易獲得細(xì)小的晶粒組織。同時(shí)，由于合金中的Fe 含量溶于MnAl6中形成（FeMn）Al6化合物，可以降低Mn 在Al中的溶解度。在合金中加入0.4%～0.7%的Fe，并控制Fe+Mn不大于1.85%，可以有效地細(xì)化板材退火后的晶粒，減小材料的各向異性，降低制耳率[3]。因此，適當(dāng)提高Fe含量，降低Mn含量，有利于降低材料的制耳率。

3.2 熱軋終軋溫度對制耳率的影響及分析

采用3003B成分生產(chǎn)，熱軋時(shí)兩卷料終軋溫度分別為292 ℃和326 ℃，按照A 工藝路線生產(chǎn)至0.3 mm，制耳率檢測結(jié)果見表3。

表3 不同終軋溫度生產(chǎn)至0.3 mm時(shí)的制耳率

從表3可以看出，終軋溫度的提高能降低材料的制耳率。分析如下：熱軋軋至7.0 mm 厚時(shí)，內(nèi)部織構(gòu)組成為黃銅織構(gòu){011}＜211＞、銅織構(gòu){112}＜111＞、S 織構(gòu){123}＜634＞，戈斯織構(gòu){011}＜100＞以及再結(jié)晶立方織構(gòu){001}＜100＞【4】。熱軋終軋溫度的提高，會(huì)促使黃銅織構(gòu){011}＜211＞、銅織構(gòu){112}＜111＞等織構(gòu)向再結(jié)晶立方織構(gòu){001}＜100＞轉(zhuǎn)變，從而提高3003 材料中再結(jié)晶立方織構(gòu)的比例，降低材料45°方向的制耳率。

3.3 中間退火前冷軋總加工率的影響及分析

為了分析0.43 mm厚卷材中間退火前其冷軋總加工率對制耳率的影響，采用3003B成分，分別按照A工藝路線和B工藝路線生產(chǎn)至0.3 mm厚，并檢測材料制耳率，其結(jié)果如表4所示。

表4 中間退火前不同冷軋總加工率時(shí)的制耳率

從表4 可以看出，采用3003B 成分投料進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，B 工藝路線生產(chǎn)出的產(chǎn)品和A 工藝路線相比，前者制耳率更低，而且出現(xiàn)8耳，屬于比較理想的情況。冷軋軋制的過程，實(shí)際上是織構(gòu)轉(zhuǎn)化的一個(gè)過程，轉(zhuǎn)變過程如圖1所示。鑄錠經(jīng)鋸切、銑面、均勻化熱軋成熱軋卷后，其內(nèi)部織構(gòu)有銅織構(gòu)、黃銅織構(gòu)、S 織構(gòu)、立方織構(gòu)等。經(jīng)過冷軋后，立方織構(gòu)逐漸減少，轉(zhuǎn)變?yōu)檐堉瓶棙?gòu)（R 織構(gòu)），此時(shí)材料制耳取向?yàn)?5°方向。材料經(jīng)中間退火后，部分軋制織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎娇棙?gòu)。理想情況下，希望材料此時(shí)最好是出現(xiàn)0°/90°方向制耳，制耳率為3%左右。這樣再經(jīng)過冷軋軋制后，與45°方向的制耳形成平衡，達(dá)到8耳甚至無耳的目的。

圖1 3003合金內(nèi)部織構(gòu)轉(zhuǎn)變過程

相對于A工藝路線來說，B工藝路線增加了一次中間退火，減小了成品厚度中間退火前冷軋總加工率，提高了材料內(nèi)部立方織構(gòu)的比例，使得最終材料的制耳率在3%以下，同時(shí)呈現(xiàn)8耳。

3.4 不同退火溫度對制耳率的影響及分析

采用3003B 成分投料，按照B 工藝路線生產(chǎn)（兩次中間退火）至厚0.3 mm。針對0.43 mm 厚卷材的中間退火，分析料溫300 ℃/3h、330 ℃/3h、360 ℃/3h、390 ℃/3h 4種不同退火溫度對成品制耳率的影響，檢測結(jié)果見表5。

從表5中制耳率的檢測結(jié)果可以看出，隨著退火料溫的升高，3003 材料內(nèi)部0°/90°方向的制耳逐漸增強(qiáng)，各向異性越來越大，退火料溫按330～360 ℃控制，3003制耳率能較好地達(dá)到目標(biāo)值。這從織構(gòu)理論可以很好地解釋這一點(diǎn)：中間退火后，材料內(nèi)部主要存在立方織構(gòu)和R織構(gòu)兩種織構(gòu)，隨著退火溫度的升高，立方織構(gòu)的比例逐漸增大，在某一個(gè)溫度下，經(jīng)過成品道次冷軋后，內(nèi)部立方織構(gòu)所占的比例剛好和R織構(gòu)達(dá)到平衡，此時(shí)材料表現(xiàn)為8耳或者無耳。退火溫度繼續(xù)升高，經(jīng)過成品道次冷軋后，內(nèi)部立方織構(gòu)比例超過R織構(gòu)，導(dǎo)致0°/90°方向制耳逐漸增強(qiáng)。

表5 不同退火溫度時(shí)材料的制耳率

4 結(jié)論

（1）適當(dāng)提高Fe 含量，降低Mn 含量，可以降低3003-H14產(chǎn)品的制耳率。

（2）終軋溫度對3003-H14產(chǎn)品的制耳率有影響，隨著終軋溫度的提高，有助于提高材料立方織構(gòu)的占比，使得材料45°方向的制耳減小。

（3）中間退火前冷軋總加工率越大，材料45°方向的制耳越明顯。

（4）采用本文中的3003B 成分，按B 工藝路線進(jìn)行生產(chǎn)，終軋溫度按大于320 ℃控制，在厚度為1.5 mm 和0.43 mm 時(shí)進(jìn)行中間退火，退火料溫330～360℃，生產(chǎn)出的3003-H14產(chǎn)品制耳率可以控制在3%以下。