3003鋁合金大輥徑連續(xù)鑄軋工藝研究

張宏強

（酒鋼集團，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

3003鋁合金屬于Al-Mn系，熱處理不可強化鋁合金，它具有中等強度，耐蝕性、焊接性、塑性和工藝性能良好等優(yōu)點?；谶@些優(yōu)點，3003鋁合金主要用于加工壓力罐、熱交換器、油箱、油路導(dǎo)管、洗衣機缸體、幕墻板等零部件[1]。目前，國內(nèi)3003鋁合金生產(chǎn)大多采用半連續(xù)鑄錠，經(jīng)熱軋開坯后再冷軋出成品，工序復(fù)雜，成本高昂。針對這種現(xiàn)況，通過采用大輥徑雙輥傾斜式連續(xù)鑄軋法生產(chǎn)3003鋁合金，具有板幅寬、精度高、流程短、投資低、效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。

1 3003鋁合金的組織特點及質(zhì)量要求

1.1 鑄軋板的材料組織特點

在3003鋁合金中，Mn是主要合金元素，起到提高強度，細化晶粒，改善深沖性能的作用，但Mn含量過高會形成大量的脆性化合物MnAl6，合金變形時容易發(fā)生開裂。在合金中加入ω（Fe）=0.4%～0.7%的鐵，形成（FeMn）Al6化合物，可以降低錳在鋁中的溶解度，有效地細化板帶材退火后的晶粒度。其次，對其進行均勻化處理，可消除偏析，去除應(yīng)力，調(diào)整化合物相的結(jié)構(gòu)和溶質(zhì)元素沉淀析出分布狀態(tài)。

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

1.2 生產(chǎn)質(zhì)量要求

生產(chǎn)要求：規(guī)格6.5mm×1680mm，卷重9.8t～10t，氫含量≤0.15ml/100gAl，晶粒度1級，錯層≤5mm，整卷塔型≤10mm，工藝裂邊≤5mm。表面無熱帶、氣道、裂紋、嚴重粘板、劃傷、腐蝕、偏析條紋、氧化皮印、雜質(zhì)壓入等缺陷。

2 鑄軋設(shè)備和生產(chǎn)工藝

2.1 鑄軋生產(chǎn)線主要設(shè)備及其參數(shù)

熔煉過程采用30t矩形燃氣蓄熱式熔煉爐和30t矩形電阻加熱保溫爐，攪拌方式為電磁攪拌。在線精煉設(shè)備采用石墨轉(zhuǎn)子在線除氣箱和泡沫陶瓷過濾板雙級過濾箱。

傾斜式雙輥鑄軋機主要技術(shù)參數(shù)：軋輥規(guī)格?1200×2350mm，成品帶材帶寬1400mm～2200mm，最大卷材重量35000Kg，壓上油缸直徑?900mm，最大預(yù)載力24000KN，單輥最大扭矩700KN.m，軋輥最大線速度2000mm/min。

2.2 熔煉生產(chǎn)的工藝流程

配料→裝爐→升溫熔化→攪拌扒渣→取樣→投入中間合金→取樣→噴粉精煉、扒渣→成分調(diào)整（合格）→向保溫爐倒爐→撒打渣劑、扒渣→氮氣精煉、扒渣→取樣。

（1）配料：熔煉爐中固液投料比為2：8。熔體過熱會導(dǎo)致熔體中活性結(jié)晶核心減少，造成鑄軋帶坯的晶粒粗大，影響其組織和質(zhì)量。因此，用加入固體冷料來降低鋁液溫度，增加形核數(shù)量，細化晶粒，確保帶坯質(zhì)量并節(jié)約成本。

（2）噴粉精煉：精煉溫度745℃～750℃左右，以氮氣為載體噴粉精煉，每次精煉18min。精煉時氣量適中，氣泡不能高于20cm，見到氫閃即可。精煉的機理是液體內(nèi)分散的氧化物顆粒碰到氮氣泡時，被吸附在氣泡上，并隨氣泡一起上浮到液面，達到除渣的目的。

2.3 鑄軋生產(chǎn)的工藝流程

鋁溶體從保溫爐爐眼流出后經(jīng)過自動控流→在線除氣→鈦絲添加→在線過濾→溜槽一級控流→前箱二級控流→鑄軋→取卷，完成整個鑄軋生產(chǎn)的工藝流程。

（1）在線除氣：使用石墨轉(zhuǎn)子在線除氣箱，除氣介質(zhì)為高純氮氣。為產(chǎn)生細小均勻、彌散的氮氣泡且轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時不使鋁液飛濺，產(chǎn)生氧化渣，氮氣壓力設(shè)為0.2MPa～0.3MPa，流量0.5m3/h～1.5m3/h，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速300r/min。經(jīng)檢測，在線除氣效果達到0.07～0.12ml/100gA1，除氣箱溫度控制到720±2℃。

（2）在線過濾：配置二級過濾箱，使用30+50ppi的雙級泡沫陶瓷過濾板，除雜更徹底。對鑄軋板取樣低倍分析，沒有發(fā)現(xiàn)有夾雜物的存在。

（3）晶粒細化：晶粒度是衡量鑄軋板質(zhì)量的重要指標，晶粒度越小，力學(xué)性能和加工性能越好。晶粒度的大小可以通過以下幾個方面來控制：①采用晶粒細化劑，通過喂絲機在線添加品質(zhì)優(yōu)良的Al-5Ti-1B絲，按生產(chǎn)需求選擇恰當?shù)乃俣扰c添加量。②避免溶體溫度過高，減少溶體融化和靜置時間，保溫爐內(nèi)溶體溫度控制在720℃～740℃，溶體在前箱的溫度控制在700℃～705℃。③降低軋輥冷卻水進水溫度，提高冷卻強度，以增加形核率。

通過以上措施，對生產(chǎn)出的3003鋁合金鑄軋板進行低倍檢測，發(fā)現(xiàn)晶粒度細小均勻，均達到1級標準，檢測結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 3003鋁合金鑄軋板光學(xué)顯微組織相圖

圖2 3003鋁合金鑄軋板掃描電鏡圖像

（4）前箱液位控制：在3003鋁合金鑄軋過程中，為了使鑄軋供流穩(wěn)定，采用杠桿式控流裝置，過濾箱出口一級控流和前箱二級液位控流方式，將前箱液位精確控制在液面上下波動0.5mm之內(nèi)。

（5）供料嘴結(jié)構(gòu)：供料嘴結(jié)構(gòu)按鋁熔體的分配級別可分為一級分配、二級分配和三級分配。由于3003鋁合金鑄軋板寬度大，靜壓力場、溫度場和流場對于供料嘴的均勻填充非常重要，一級分配阻礙小，流速快，不易出現(xiàn)阻滯現(xiàn)象，但分流不均勻，板型難以控制。三級分配各流口所受靜壓力、流速、溫度幾乎相同，溶體流動平穩(wěn)、整齊，但分流塊過多，過散，制作排列不易控制，流體阻力大，易出現(xiàn)阻滯現(xiàn)象。在3003鋁合金鑄軋時，為了保證溶體在嘴腔中流動較平穩(wěn)，又不能出現(xiàn)阻滯現(xiàn)象，供料嘴選用二級分配結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 3003鋁合金鑄軋板生產(chǎn)用的二級分配供料嘴

（6）鑄軋板板形控制：衡量鑄軋板板形的指標主要有縱向厚差、中凸度、相鄰兩點差、兩邊厚差、同板差。影響鑄軋板形的因素及控制措施主要有以下幾點。①鑄軋輥輥形對鑄軋板形的影響：輥徑的大小、軋輥的中凸度、表面粗糙度、兩輥輥徑差直接影響板坯的板形。輥徑越大，板坯尺寸精度越高，板形越好；軋輥的凸度可以抵消軋輥彎曲，控制板坯橫向厚差；適中的軋輥表面粗糙度有助于火焰噴涂炭層的附著，防止粘板，若粗糙度太小，鑄軋板會產(chǎn)生大的滑移。②鑄軋工藝參數(shù)對鑄軋板形的影響：在鑄軋輥輥形、冷卻水強度確定的前提下，鑄軋工藝參數(shù)的調(diào)整與控制對鑄軋板板形的控制尤為重要。

3 3003鋁合金鑄軋板的質(zhì)量檢測結(jié)果

用上述設(shè)備和工藝生產(chǎn)的3003鋁合金鑄軋板化學(xué)成分均勻，內(nèi)部組織優(yōu)良，無偏析，晶粒細小均勻，無夾雜和氣孔出現(xiàn)。

表2 3003鋁合金鑄軋板質(zhì)量檢測結(jié)果

4 結(jié)論

（1）熔煉爐每次裝爐固液投料比為2：8。達到冷料降溫，增加形核數(shù)量，細化晶粒，并基本達到爐內(nèi)精煉溫度，有效利用多余熱量，降低加熱能耗。

（2）為獲得尺寸精度更高、板形更好的坯料，采用?1200×2350mm的大鑄軋輥并優(yōu)化輥形。軋輥中凸度為0.42mm～0.44mm，粗糙度0.7um～0.8um，兩輥徑差小于5mm。

（3）使用二級分流供料嘴，制作方便，分流塊排布合理，供流均勻穩(wěn)定，再在過濾箱中配合使用雙級泡沫陶瓷過濾板，獲得更加純凈的溶體，供流更加穩(wěn)定流暢，不易出現(xiàn)阻滯現(xiàn)象。

（4）3003鋁合金大輥徑鑄軋生產(chǎn)工藝參數(shù)得到優(yōu)化匹配，鑄軋區(qū)長度56mm～60mm，輥縫寬度4.70mm～4.75mm，鑄軋溫度700℃～705℃，鑄軋速度900mm/min～1000mm/min，卷取張力50KN～55KN,冷卻水壓控制在0.45MPa～0.55MPa，入口水溫20℃～25℃。按照該工藝技術(shù)參數(shù)生產(chǎn)的鑄軋板，其質(zhì)量達到客戶的各項要求。