鑄軋法生產(chǎn)PS版基坯料的質(zhì)量與工藝控制

郎學(xué)春，梁魯清

（青海橋頭鋁電股份有限公司，青海 西寧 810100）

鑄軋法生產(chǎn)PS版基坯料的質(zhì)量與工藝控制

郎學(xué)春，梁魯清

（青海橋頭鋁電股份有限公司，青海 西寧 810100）

在用鑄軋方法生產(chǎn)PS版基用1050鋁合金鑄軋板坯過程中出現(xiàn)了影響版基材料性能的質(zhì)量缺陷。通過原因分析，優(yōu)化生產(chǎn)工藝條件，缺陷得到控制，產(chǎn)品質(zhì)量有所提高。

PS印刷版基；1050鋁合金；質(zhì)量缺陷；鑄軋工藝

0 前言

PS版是預(yù)涂感光板的簡(jiǎn)稱，是膠印機(jī)平版印刷中的一種優(yōu)質(zhì)印刷版，由印刷中構(gòu)成圖文部分的感光層和構(gòu)成親水部分的鋁板基兩部分組成。其中PS版基材料(印刷用PS版鋁板基)，以其密度小、良好的穩(wěn)定性、易進(jìn)行各種表面處理等優(yōu)點(diǎn)，具有印刷質(zhì)量精美，耐印力高，無毒無害，成本低等優(yōu)點(diǎn)而成為主流板基，廣泛應(yīng)用于印刷領(lǐng)域[1]。

作為預(yù)涂感光板(PS版)的基材——PS版鋁板基，其質(zhì)量對(duì)PS版的分辨力、耐印力和感光度影響很大，特別是彩版，除了要求特殊的化學(xué)成分，對(duì)板帶的平直度(板形)、力學(xué)性能和表面質(zhì)量(含粗糙度)等都很苛求[1]。國(guó)內(nèi)外鋁加工者為探索先進(jìn)合理的生產(chǎn)工藝先后采用保證質(zhì)量的熱軋工藝路線及近年來為節(jié)能降耗控成本的鑄軋工藝路線，但鑄軋路線因鑄軋料內(nèi)部質(zhì)量、表面偏析和總加工率等原因，生產(chǎn)難度極大，質(zhì)量極不穩(wěn)定，困擾著用鑄軋法生產(chǎn)PS版基坯料的生產(chǎn)廠家。某公司在利用電解鋁液試生產(chǎn)PS版基鑄軋坯料的開發(fā)中出現(xiàn)了工藝與產(chǎn)品質(zhì)量問題，通過研究分析原因，調(diào)整、優(yōu)化工藝技術(shù)等條件，產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。

1 質(zhì)量要求及試生產(chǎn)工藝

1.1 合金及規(guī)格

合金牌號(hào)：PS1050；規(guī)格：7.0mm（厚）×1100mm（寬）。

1.2 產(chǎn)品質(zhì)量要求

1.2.1 化學(xué)成分（見表1）

表1 PS1050鋁合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)／%）

1.2.2 外形尺寸（見表2）

表2 板型控制條件（允許偏差）／mm

1.2.3 低倍、板型及表面質(zhì)量要求

（1）表面晶粒度上下1級(jí)，不允許有表面偏

析、中心偏析、縱向、橫向條紋；（2）氫含量：≤0.12ml/100g.Al；（3）工藝裂邊：≤6mm，邊部缺損≤4mm；除兩邊部50mm外，板面100mm內(nèi)相鄰兩點(diǎn)厚度差不能超過0.02mm。板橫向厚度變化曲線為拋物線型；（4）鑄軋板表面不允許有黑線、氣道、孔洞、氣泡、裂紋、熱帶、粘輥、劃傷、腐蝕、通條、碰傷等缺陷，目測(cè)板面不允許有縱向、橫向條紋。

1.3 生產(chǎn)工藝

1.3.1 熔煉爐配料熔煉（見表3）

表3 合金配料熔煉工藝

1.3.2 保溫爐熔體凈化處理工藝條件（見表4）

表4 合金凈化工藝條件

1.3.3 在線熔體處理工藝條件（見表5）

表5 合金在線凈化工藝條件

1.3.4 鑄軋主要工藝參數(shù)（見表6）

表6 合金鑄軋主要工藝參數(shù)

2 產(chǎn)生的主要質(zhì)量缺陷

2.1 表面黑條

（1）缺陷特征：鑄軋板表面呈現(xiàn)的黑黃的點(diǎn)狀或條狀物，該部位因其雜質(zhì)成分不同，表面凹凸程度不同，吸收和反射光強(qiáng)度不同，而有黑白之分，通常稱之為黑自條，嚴(yán)重影響印刷質(zhì)量。

（2）缺陷形成原因：鑄軋時(shí)鋁液中混入了金屬或非金屬物，經(jīng)鑄軋成形后，在其組織中分布不均勻，造成雜質(zhì)、夾雜、偏析等粗糙裂節(jié)條紋，形成黑條狀；導(dǎo)路不清潔或外界臟物掉在帶材表面上經(jīng)軋制而成。經(jīng)能譜分析，主要雜質(zhì)是Fe和Si，還有一些Na、Ca、Ti等元素。

2.2 板面橫向條紋

（1）缺陷特征：鑄軋板表面存在著與壓延方垂直，呈一定間距的水平光澤斑紋，無手感。該缺陷除影響外觀質(zhì)量外，嚴(yán)重時(shí)在拉伸、彎曲加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)裂紋。

（2）缺陷形成原因：鑄軋時(shí)，嘴輥間隙處包覆鋁液的氧化膜周期振蕩并發(fā)生破裂，使帶坯表面的凝固速度周期和枝晶間距周期發(fā)生變化，從而使表面顯現(xiàn)橫向細(xì)紋。鑄軋嘴與軋輥間隙過大，前箱液面過高、波動(dòng)，機(jī)架、供料系統(tǒng)振動(dòng)，特別是產(chǎn)生共振時(shí)易出現(xiàn)這種缺陷。

2.3 粘輥

2.3.1 缺陷特征

板坯牢牢地黏附在鑄軋輥面上。粘輥的板坯面呈暗灰色，硬度增加，使冷軋工藝性能發(fā)生改變[2]。

2.3.2 缺陷形成原因

（1）用新磨削的軋輥，當(dāng)軋入液態(tài)金屬時(shí)，軋輥新生面與其緊密接觸，液態(tài)金屬與輥面的黏結(jié)力最強(qiáng)，易發(fā)生粘輥。

（2）生產(chǎn)時(shí)，熔體過熱，鑄軋速度過快，液穴加深，粘著區(qū)弧度加長(zhǎng)，鋁與輥面的摩擦系數(shù)增大，易出現(xiàn)粘輥。

（3）噴涂系統(tǒng)涂層不當(dāng)，影響熱交換及鋁與軋輥間的摩擦系數(shù)，也易發(fā)生粘輥。

2.4 偏析

2.4.1 鑄軋板中心偏析

（1）缺陷特征：在鑄軋帶材厚度方向的中心部位，聚集著較多的Fe、Si和低熔點(diǎn)不平衡過剩化合物、雜質(zhì)元素等形成的偏析。經(jīng)過堿溶液腐蝕后，在板坯中心觀察到一條或一條斷斷續(xù)續(xù)的連線。這些化合物大多為硬脆物，過度集中會(huì)影響材料的加工性能、理化性能和力學(xué)性能[2]。

（2）缺陷形成原因：鑄軋速度偏高和熔體過熱時(shí)，液穴深度加深，中心線偏析增加；冷卻強(qiáng)度過低，板坯與輥面熱交換率低，導(dǎo)致凝固時(shí)間長(zhǎng)，中心線偏析增加；嘴腔前沿開口偏小，易產(chǎn)生中心線偏析。

2.4.2 表面偏析

（1）缺陷特征：鑄軋帶材表面點(diǎn)狀缺陷聚集，呈帶狀，縱貫鑄軋帶坯全長(zhǎng)。經(jīng)高濃度混合酸或堿溶液侵蝕后發(fā)黑，缺陷部位Fe、Si含量遠(yuǎn)高于正常部位。

（2）缺陷形成原因：鑄軋速度過高，熔體過熱，導(dǎo)致鑄軋區(qū)液穴加深，凝殼變薄，易發(fā)生重熔，形成表面偏析帶；嘴輥隙尺寸不合理、供料嘴局部破損等都易引起表面偏析；供料嘴前沿開口過大，易出現(xiàn)表面偏析；軋輥材質(zhì)不均或輥芯局部阻塞，使局部發(fā)生較薄凝殼，液穴區(qū)拉長(zhǎng)，易出現(xiàn)重熔，共晶熔體從板材中心部位向表面枝晶間滲透[3]。

2.5 麥穗晶

（1）缺陷特征：鑄軋帶坯浸蝕后，全部或部分寬度的表面上呈現(xiàn)粗大的縱向帶狀花紋，橫截面表層為排列緊密的片狀胞晶，由表層到里層，胞晶的片逐漸變厚，表面層約為1.0～1.5mm厚，表層往里為羽毛狀晶，到中心為等軸晶。

（2）缺陷形成原因：熔體過熱、結(jié)晶前沿溫度梯度過大、熔體在爐中停留時(shí)間過長(zhǎng)以及變質(zhì)失效等都是產(chǎn)生麥穗晶的主要原因[3]。

3 質(zhì)量缺陷的控制措施

3.1 黑條的消除措施

（1）提高鋁的純潔度，使用99.70品位電解鋁液。

（2）選用含雜質(zhì)較少（Ca、Na等）的高質(zhì)量金屬熔劑。

（3）改用高純度的Ar氣（純度大于99.995）代替N氣作為熔體精煉介質(zhì)，同時(shí)加強(qiáng)熔體質(zhì)量精煉凈化，最大限度減少氣渣含量。控制熔體H含量小于0.12mL／100g.Al。

3.2 控制板面橫向條紋措施

（1）適當(dāng)降低鑄軋速度，鑄軋速度由原來的960mm/min降至930mm/min。

（2）前箱液位控制采用自動(dòng)控制系統(tǒng)，并在流槽中放置相應(yīng)過濾板，控制并保持前箱液面高度的穩(wěn)定性。

（3）適當(dāng)調(diào)整嘴輥間隙，由原來的上0.7 ～0.8mm、下0.5～0.6mm調(diào)整為上0.6mm、下0.4mm。

3.3 消除粘輥措施

（1）避免熔體過熱，適當(dāng)降低鑄軋速度，鑄軋速度調(diào)整為930mm/min。

（2）提高冷卻強(qiáng)度，確保冷卻水的暢通，冷卻水壓由0.18MPa提高到0.20MPa。

（3）對(duì)新磨削的軋輥，使用前進(jìn)行烘烤，使輥面形成氧化保護(hù)膜和碳層，改善熱交換條件和減小鋁與軋輥間的摩擦系數(shù)。

（4）適當(dāng)提高卷取張力，有利于減輕粘輥。卷取張力由55kN提高到70kN。

3.4 中心偏析控制措施

（1）避免熔體過熱，適當(dāng)降低鑄軋速度，鑄軋速度調(diào)整為930mm／min。

（2）提高冷卻強(qiáng)度，增加冷卻水量和水壓，冷卻水壓由0.18MPa提高到0.20MPa。

（3）定期清理輥芯，確保水道暢通。

（4）選擇合適的嘴腔前沿開口，鑄嘴開口度13.5±0.5mm。

3.5 表面偏析控制措施

（1）避免熔體過熱，適當(dāng)降低鑄軋速度，鑄軋速度調(diào)整為930mm／min。

（2）適當(dāng)增大鑄軋區(qū)，由65mm增加到70mm。使變形區(qū)增大，板輥接觸緊密，減少重熔析出。

（3）安裝供料嘴時(shí)，使嘴滾間隙、嘴唇前沿對(duì)中，鑄嘴磨削后保證輥面的清潔和嘴腔的通暢，合理設(shè)計(jì)嘴腔厚度和墊片分布，確保結(jié)晶前沿的溫度均勻。

3.6 麥穗晶的消除措施

（1）避免熔體過熱，盡量縮短熔煉和靜置時(shí)間，熔煉時(shí)間由4h縮短為3h。

（2）提高冷卻強(qiáng)度，冷卻水壓由0.18MPa提高到0.20MPa。

（3）采用質(zhì)量較好的Al-5Ti-1B絲細(xì)化劑。

4 結(jié)論

（1）避免熔體過熱，適當(dāng)降低鑄軋速度，可有效消除或減小1050合金PS鑄軋板坯中心偏析、粘輥、橫向條紋的產(chǎn)生。

（2）避免熔體過熱，縮短熔體熔煉及靜置時(shí)間，并選用質(zhì)量過關(guān)的細(xì)化劑，可有效減少麥穗晶（粗大晶粒）的出現(xiàn)。

（3）適當(dāng)增大鑄軋區(qū)長(zhǎng)度，提高鑄嘴材質(zhì)和組裝質(zhì)量，降低鑄軋速度，可以消除板坯表面偏析缺陷。

（4）選用高質(zhì)量及純潔度較高的原輔材料，可降低板坯黑條缺陷的產(chǎn)生。

（5）提高冷卻強(qiáng)度，加強(qiáng)軋輥的合理烘烤，可有效降低粘輥現(xiàn)象。

[1] 司圣杰.添加電解液法生產(chǎn)PS版鋁板基用鑄軋坯料的工藝研究 [J].有色金屬加工，2011，40（3）:20

[2] 肖立龍，肖菡曦.電解鋁液鑄軋生產(chǎn)板帶箔材[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011

[3] 劉靜安，單長(zhǎng)智，等.鋁合金材料主要缺陷與質(zhì)量控制技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012

（編輯：余東梅）

Quality and Process Control for Aluminum Lithographic Support Material Stock Produced by Casting & Rolling Method

LANG Xue-chun, LIANG Lu-qing
(Qinghai Qiaotou Aluminium & Power Co.,Ltd，Xining 810100)

During producing1050 aluminum alloy cast and rolled plate stock used for aluminum lithographic support material produced by casting and rolling method, the quality defect which effects on support material can be caused. Defect can be controlled by analyzing the cause and optimizing process condition, and the quality of products can be improved.

aluminum lithographic support material; 1050 aluminum alloy; quality defect; casting & rolling process

TG339

B

1005-4898(2014)04-0019-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.05

郎學(xué)春（1976-），男，云南鎮(zhèn)雄人，工程師，主要從事輕金屬冶煉生產(chǎn)與技術(shù)研發(fā)。

2014-05-02