工藝參數(shù)對連續(xù)鑄軋鋁合金組織的影響

王瑞亮，高振朋，蘇振武

（麥達(dá)斯輕合金有限公司，吉林 遼源 136200；2.河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司，鄭州 450000）

工藝參數(shù)對連續(xù)鑄軋鋁合金組織的影響

王瑞亮1，高振朋2，蘇振武2

（麥達(dá)斯輕合金有限公司，吉林 遼源 136200；2.河南中孚實(shí)業(yè)股份有限公司，鄭州 450000）

摘要：本文研究了鑄軋速度、輥縫等鑄軋工藝參數(shù)對鑄軋板顯微組織的影響。結(jié)果表明，過高的鑄軋速度導(dǎo)致板材中心偏析嚴(yán)重，小輥縫有利于控制化合物及晶粒的尺寸。

關(guān)鍵詞：鑄軋速度；輥縫；顯微組織；偏析；晶粒度

0 前言

雙輥連續(xù)鑄軋是直接將金屬熔體“鑄造及軋制”成半成品坯或成品材的一種工藝，如圖1所示。這種工藝的顯著特點(diǎn)是其結(jié)晶器為兩個帶水冷系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)鑄軋輥，熔體在其輥縫間完成凝固和軋制兩個過程，與傳統(tǒng)的鑄錠-熱軋-冷軋方法相比，連續(xù)鑄軋法的主要優(yōu)點(diǎn)是：能源消耗少，一般可節(jié)省40%左右，設(shè)備投資小，生產(chǎn)周期短，有利于回收廢料等，使生產(chǎn)成本低。缺點(diǎn)是鑄造組織殘留多，晶粒粗大，化學(xué)成分分布不均勻 ，產(chǎn)品的力學(xué)性能較差，質(zhì)量不如傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的產(chǎn)品，鑄軋產(chǎn)品主要用于食品、建筑、汽車等民用工業(yè)。

本文以8011鋁合金鋁箔坯料為研究對象，對比分析了鑄軋法生產(chǎn)鑄軋板時主要控制參數(shù)鑄軋速度、輥縫對其組織的影響。

圖1 鑄軋結(jié)晶示意圖

1 試驗方案

1.1 試驗材料

8011鋁合金廣泛用于制備食品箔、空調(diào)箔、防盜蓋板等產(chǎn)品，化學(xué)成分見表1。

表1 合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.2 試驗方案及方法

在φ850×1900mm傾斜式雙輥連續(xù)鑄軋機(jī)上，采用不同的工藝方案生產(chǎn)8011合金鑄軋板坯，通過不同工藝參數(shù)對比，研究鑄軋速度、輥縫對鑄軋板微觀組織的影響。各方案冷卻水溫控制在28±3℃、澆注溫度685±2℃，除實(shí)驗參數(shù)調(diào)整外，其他鑄軋參數(shù)不變，具體實(shí)驗參數(shù)見表2。

表2 各試驗方案工藝參數(shù)

2 實(shí)驗結(jié)果及分析

2.1 第二相分布

各方案鑄軋板第二相分布見圖2～圖5。由圖3可以看出，1-850有較為嚴(yán)重中心偏析，偏析在鑄軋板中心區(qū)域多層排列，并呈“人”字形分布。分析主要原因是大輥縫、較高速鑄軋過程中，冷卻強(qiáng)度不足，富集合金元素的液態(tài)鋁沿枝晶間隙，從較冷區(qū)擠到中部較熱區(qū)(即所謂孔道效應(yīng))，全部凝固后在中部形成共晶，局部還可能出現(xiàn)過共晶，中心層偏析量隨合金元素添加量和鑄軋速度的增加而增加。而在同樣速度參數(shù)下2-850（圖5）也有較為嚴(yán)重的中心偏析，主要特征是沿鑄軋中心線呈“一”字形斷續(xù)分布，分析原因主要是速度高導(dǎo)致冷卻強(qiáng)度不足，但由于輥縫小，富集合金元素被完全擠到了中心線上。1-650（圖2）和2-650（圖4）均無中心偏析，1-650蠕蟲狀網(wǎng)絡(luò)比2-650略多，且聚集成團(tuán)分布；2-650第二相分布則相對彌散。由圖3和圖5可以看出，減小輥縫可以減輕中心偏析。綜上所述，鑄軋速度對中心偏析影響最大，其次是輥縫。相關(guān)研究表明，盡管雙輥鑄軋的快速凝固技術(shù)能夠產(chǎn)生非常細(xì)密的枝晶組織，使鑄軋板的均勻性有了很大改善，但鑄軋板仍會出現(xiàn)宏觀偏析，宏觀偏析很難通過均勻化退火來改善，對鋁箔坯料來說是一個比較嚴(yán)重的質(zhì)量問題。此外，鑄軋板還會出現(xiàn)微觀偏析，這種偏析是由樹枝狀晶凝固而產(chǎn)生的，尺寸只有幾微米，不會對鑄軋板的最終加工產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

圖2 1-650 顯微組織

圖3 1-850 顯微組織

圖4 2-650 顯微組織

圖5 2-850 顯微組織

2.2 晶粒尺寸

鑄軋晶粒尺寸見圖7～圖10，可以看出：（1）不同輥縫條件下，小輥縫軋制的2-650和2-850的晶粒要小，晶粒形態(tài)略為扁長；大輥縫軋制的1-650和1-850晶粒粗大，晶粒形態(tài)略為扁圓，尤其是1-850（圖7）晶粒粗大更為明顯，晶粒的長軸和短軸分別達(dá)到293μm和66μm；（2）相同輥縫、不同鑄軋速度條件下，呈現(xiàn)兩種晶粒特征。輥縫為5.6mm時，當(dāng)鑄軋速度達(dá)到850mm/ min時，晶粒異常粗大；而輥縫為4.95mm時，兩種鑄軋速度下的晶粒大小相當(dāng)。

晶粒形核率與長大速度的大小主要取決于液相的過冷度，如圖6所示。由此可見，過冷度越小，晶粒越大。

圖6 金屬結(jié)晶時的形核率和長大速度與過冷度的關(guān)系

鑄軋速度過快，將增大鑄軋區(qū)，使液穴加長，而變形區(qū)變短，造成結(jié)晶前沿前面的熔體溫度梯度增大，液相過冷度變小，形核率降低而長大速度提高，因而晶粒粗大，這是1-850晶粒粗化的主要原因。同樣是850mm/min的速度，2-850并沒有出現(xiàn)晶粒粗化，主要是因輥縫小，同樣速度下，通過輥縫的熔體減少，輥套帶走的熱量減少，且軋制力大，相當(dāng)于增加了液相的過冷度，使形核率增加，抑制了柱狀晶的形成或長大，因此晶粒沒有粗化。雖然此速度下晶粒沒有粗化，但中心偏析的狀況依然體現(xiàn)出了冷卻強(qiáng)度的不足。

圖7 1-650 偏光組織

圖8 1-850偏光組織

圖9 2-650偏光組織

圖10 2-850偏光組織

3 結(jié)論

鑄軋速度對鑄軋合金元素分布均勻性影響最大，隨著速度的提高中心偏析加重，且較高的鑄軋速度時易產(chǎn)生晶粒粗大。

隨著輥縫的減小，鑄軋板中心晶粒沿軋制方向被拉長，鑄軋加工率的增加使中心偏析程度減輕。

綜合考慮生產(chǎn)效率、鑄軋組織等因素，選擇合適的輥縫，并對鑄軋速度加以控制，可以獲得無偏析及晶粒度較好的鑄軋板。

參考文獻(xiàn)

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（編輯：余東梅）

中圖分類號：TG335.5 ，TG115.21+3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-4898（2014）06-0019-03

doi:10.3969/j.issn.1005-4898.2014.06.04

作者簡介：王瑞亮（1981-），男，山東臨沂人，助理工程師，工學(xué)學(xué)士。

收稿日期：2013-08-27

Effect of Process Parameters on Microstructure of Continous Rolled and Cast Aluminum Alloy

WANG Rui-liang1, GAO Zhen-peng2, SU Zhen-wu2
(1.Jilin Midas Light Alloy Co., Ltd, Liaoyuan 136200, China; 2.Henan Zhongfu Industry Stock Co., Ltd., Zhengzhou 450000, China)

Abstract:The effect of parameters such as rolling rate and roll gap on the microstructure of cast and rolled plate is researched in the paper. The results show that excessive casting and rolling speed would cause seriouly center segregation of plate. Small roll gap is beneficial for controlling the size of compound and grain.

Keywords:casting and rolling speed; roll gap; microstructure; grain size