付世強

(招商局鋁業(yè)(重慶)有限公司，重慶 永川 402181)

中空玻璃是美國人1865年發(fā)明的，上世紀60年代歐洲已開始規(guī)?；a(chǎn)和使用，如今在歐美應用普及率已高達83％以上；我國1964年開始研制，1985年前后才進入工業(yè)化生產(chǎn)，目前市場呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢。中空玻璃采用兩片或多片普通或特殊的玻璃，使用高強度和高氣密性的復合粘結劑，將玻璃片與內含干燥劑的鋁合金框架粘結而制成，具有高效的隔音和隔熱(或保溫、節(jié)能)效果，同時是一種裝飾美觀、經(jīng)濟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優(yōu)點外，還具有防結露、降低冷輻射以及更好的光學和安全等性能(圖1)。

圖1 中空玻璃實物圖

鋁間隔條用來制作中空玻璃內的鋁合金框架、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，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：一是通過圓棒直接擠壓成型，二是通過鋁帶輥壓和高頻焊接；后者相對前者強度更高，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)成型工藝相對更復雜，同時對鋁帶的機械性能和表面光亮度要求較高(圖2)。

圖2 鋁隔條結構圖與實物圖

由于3003合金具有強度高、塑性好、焊接和耐蝕性能優(yōu)良等特點，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度最好控制在190～210MPa，延伸率10％以上；后者要求抗拉強度最好控制在230～250MPa，延伸率5％以上。本文分別選擇熱軋坯料和鑄軋坯料進行分組試驗，重點對力學性能和表面亮度進行了研究，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，無明顯的其它冶金質量和組織缺陷；化學成分設計如表1所示。

表1 3003合金化學成分(質量分數(shù)，％)

2 試驗方案

由于中空玻璃鋁隔條用鋁帶抗拉強度要求較高，相關文獻也報道增加中間退火總加工率不足會導致強度不夠[1]；同時考慮節(jié)省中退成本和減少流通環(huán)節(jié)提高效率，盡管會增加冷軋道次數(shù)量，所有的試驗方案均不設置中間退火。由于不進行中間退火，總加工率達到95％左右，因此邊部裂邊嚴重，尤其是鑄軋坯料，中空玻璃隔條用鋁帶對長度有比較嚴格的要求，為此需進行中間切邊確保成品道次盡量不發(fā)生斷帶。與此同時，單純3003H18成品延伸率較低，達不到其力學性能要求，需要進行低溫回復退火(H38)。具體的試驗方案如下：

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 試驗結果

3.1 化學成分(質量分數(shù)，％)(表2)

表2

3.2 加工率與硬化性能(表3)

表3

3.3 成品小爐試驗與性能(表4)

表4

(續(xù)表4)

根據(jù)上述小爐試驗數(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 軋制表面形貌對比

分別選取成品樣板各一塊進行堿洗，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 力學性能對比與探討

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，但鑄軋坯料比熱軋坯料的抗拉強度明顯高出50～75MPa，而延伸率指標相應的略低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％，鑄軋坯料的抗拉強度增加35MPa，而熱軋坯料僅增加10 MPa，延伸率指標基本沒有明顯變化。

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

圖3 軋制表面形貌對比圖

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部組織特點差異有關。熱軋坯料由于經(jīng)過高溫均勻化處理，減少了內部組織和成分的不均勻；同時通過后續(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相、氧化膜、非金屬夾雜等集中于晶界和枝晶網(wǎng)絡間，同時還存在更多氣孔、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)的冷加工變形時組織破碎相對更加嚴重，形成微觀亞結構數(shù)量和內部畸變儲存能更多，因此冷變形阻力增加更多，加工硬化速率增加更快。表現(xiàn)在宏觀高強度段的綜合力學性能方面，鑄軋坯料要明顯優(yōu)于熱軋坯料，但由于其內部存在大量組織缺陷，對于低強度的極性變形能力方面明顯不如熱軋坯料。

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

4.2 表面亮度對比分析

由于中空玻璃為高檔建筑材料之一，對裝飾美觀效果要求相對較高，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，尤其是透明無色或淺色玻璃，對鋁帶表面亮度還有較高的要求。通過客戶最終使用，反映熱軋坯料的表面相對較暗，無法達到其使用要求，而鑄軋坯料基本可以滿足。從表面形貌對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。首先在成分設計中不含鎂，鎂元素比較活潑容易在后續(xù)軋制受熱或成品退火過程中燃燒變黃，影響最終制品的色度。其次軋制過程中表面工藝潤滑控制時，潤滑油膜太厚太薄都不利于表面質量的控制，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，最終導致表面粗糙化而亮度下降；油膜太薄容易導致鋁板和軋輥微觀凸點發(fā)生直接接觸而粘連、撕裂，最終導致板面質量和亮度下降。同時還需注意工藝潤滑油的添加劑、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產(chǎn)生黃斑或色差的幾率和程度，應盡可能降低成品退火溫度并延長升溫時間，必要時需設置除油退火溫度段。

如果熱軋乳液指標控制與運行維護不好以及軋制溫度和道次壓下量控制不當，熱軋板很容易導致粘鋁等表面問題，相對來說，鑄軋坯料表面相對不易發(fā)生粘鋁的情況。與此同時，材料強度越高，溫度越低則軋制時發(fā)生粘鋁的可能性相對就越小，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短差距過大，易造成在活套坑內短條被拉直、長條掉落到坑底產(chǎn)生擦劃傷等缺陷。因此，為了使分切窄條時長度要求一致，需控制板帶材的板型質量，必要時需進行拉彎矯直處理；同時為了保證帶材焊接質量，成品分切時表面不得帶油或人為澆油。

5 結論

(1)通過力學性能和表面亮度控制的對比分析，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)過程中不進行中間退火，但要控制軋制料卷的溫度不能過高，同時須進行一次中間厚度道次的切邊，確保軋制過程不斷帶；成品前至少兩個道次需采用高光亮軋輥進行軋制，注意控制油品的理化性能指標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℃。同時需注意控制大爐生產(chǎn)料卷的升溫速度和總退火時間。

[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. 鋁加工技術實用手冊[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量控制[J].中國玻璃,2009(05).

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

[5]GB/T 11944-2012中空玻璃[S].