5×××系鋁合金熱軋中厚板質(zhì)量改進(jìn)措施

唐 暉

(上海大屯能源股份有限公司鋁板帶廠，江蘇 徐州 221000)

5×××系鋁合金中厚板具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、耐蝕性及優(yōu)良加工性能，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、造船等國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)[1]。

我公司在原有5×××系鋁合金產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上研發(fā)新的工藝流程，合理配比合金化學(xué)成分，對熔鑄、熱軋、熱處理及矯直工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，制定了嚴(yán)格的工藝操作規(guī)程，解決了5×××系鋁合金生產(chǎn)過程出現(xiàn)的熱軋開裂、表面粗糙、起皮、色差等質(zhì)量問題，使產(chǎn)品質(zhì)量大幅提升，熱軋廢品率由9.8%下降到2.1%，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，市場穩(wěn)步拓展，出口量增加50%以上。

1 5×××系鋁合金熱軋中厚板生產(chǎn)工藝流程優(yōu)化

原生產(chǎn)工藝流程：(鋁液+再生鋁)→熔化→配合金→凈化→靜置→在線晶粒細(xì)化→在線二次凈化→鑄造→鑄錠均勻化→銑面→加熱→熱軋→精整。

優(yōu)化后的生產(chǎn)工藝流程：(鋁液+再生鋁)→熔化→配合金→凈化→靜置→在線晶粒細(xì)化→在線二次凈化→鑄造→鑄錠均勻化加熱→鑄錠在線連續(xù)熱脫皮→熱軋→精整。

我公司采用的是天然氣蓄熱式熔煉爐，該爐熔化速度快，大大減少了產(chǎn)品在熔化過程中吸氣和氧化造渣，降低了燒損，提高了鑄造產(chǎn)品質(zhì)量。改進(jìn)后生產(chǎn)工藝省去了銑面工序，增加了熱脫皮工序。加熱和均勻化同時進(jìn)行，減少了二次加熱，降低了能耗。同時使用在線脫皮機(jī)提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品的表面質(zhì)量也大大提升。

2 5×××系鋁合金化學(xué)成分的控制

我公司從產(chǎn)品化學(xué)成分優(yōu)化入手，根據(jù)用戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求，調(diào)整化學(xué)成分。以5052、5083鋁合金為例，調(diào)整前后的化學(xué)成分見表1和表2。

表1 5052和5083鋁合金調(diào)整前的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)Table 1 Chemical composition of 5052 and 5083 aluminum alloy before adjustment (wt/%)

表2 5052和5083鋁合金調(diào)整后的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%) Table 2 Chemical composition of 5052 and 5083 aluminum alloy after adjustment (wt/%)

5083鋁合金中Mg、Mn是主要強(qiáng)化元素，Mg在合金中起固溶強(qiáng)化作用；Mn、Cr也是強(qiáng)化元素，同時可細(xì)化晶粒，提高再結(jié)晶溫度；Ti可以細(xì)化鑄造組織；Fe、Si為雜質(zhì)，應(yīng)嚴(yán)格控制。

一般對于低鎂含量的鋁合金，應(yīng)控制鎂含量接近上限；對中高鎂含量的鋁合金，應(yīng)控制鎂含量在中間值。Mn、Cr、Ti各元素根據(jù)產(chǎn)品的性能及生產(chǎn)工藝選擇控制，其他元素含量一般按國家標(biāo)準(zhǔn)要求控制[2]。

微量元素鈉對5×××鋁合金熱軋開裂影響很大。我公司熱軋5083鋁合金中厚板開裂較多，甚至成批報廢，熱軋開裂裂口較大，有的開裂深度貫穿整塊厚板。表3統(tǒng)計了熱軋開裂產(chǎn)品的批次與其鈉含量的關(guān)系。

表3 5083鋁合金熱軋中厚板開裂產(chǎn)品數(shù)量與其鈉含量的關(guān)系Table 3 5083 hot-rolled cracked product quantity and the sodium content

從表3可看出，隨著w(Na)的增加，5083鋁合金熱軋中厚板開裂數(shù)量增多，當(dāng)w(Na)達(dá)到10-6以上時，中厚板全開裂，實(shí)質(zhì)上是鈉脆現(xiàn)象。一般Na在鋁中溶解度為0.002 5%以下，且熔點(diǎn)很低，只有97.7 ℃，熱加工時，合金中的Na易富集，形成液態(tài)吸附層，產(chǎn)生開裂。Na在鋁合金中一般以金屬化合物的形式存在，當(dāng)鈉含量較高時，形成游離Na，降低合金的塑性，易使軋件開裂[3]。

Na主要來源于鋁錠和再生鋁。為了減小Na對5083鋁合金的熱裂傾向影響，我公司在精煉工序采取除Na措施，采用除鈉劑對鋁熔體進(jìn)行精煉，使w(Na)控制在5.5×10-6以下。

3 5×××系鋁合金熔煉

3.1 配料

鋁液60%，固體料40%，不允許三級廢料的加入，不允許用生產(chǎn)高硅鋁合金的熔煉設(shè)備生產(chǎn)5×××系鋁合金。

3.2 精煉

我公司原來使用的精煉劑為高純氮?dú)?99.995%)和精煉除鈉劑，使用過程中發(fā)現(xiàn)鑄錠夾渣廢品多、表面色差大、劃傷嚴(yán)重。將精煉用高純氮?dú)飧鼡Q為高純度氬氣(99.995%)，基本解決了鑄錠夾渣廢品多的問題。

3.3 除鈉原理

氬氣(99.995%)+除鈉劑(含C2Cl6)用噴射的方法分別在熔煉爐和靜置爐分階段進(jìn)行精煉，熔煉爐精煉時間不低于25 min，靜置爐精煉時間不低于15 min，嚴(yán)格按工藝操作規(guī)程要求進(jìn)行操作，保證熔體精煉效果，其原理如下：

C2Cl6→C2Cl4+Cl2↑

C2Cl4→2Cl2↑+2C

3Cl2+2Al→2AlCl3↑

AlCl3+3Na→3NaCl+Al

Cl2+H2→2HCl↑

上述反應(yīng)可以看出，通過高純氬氣噴粉進(jìn)行精煉，不但使熔體中的Na除掉，而且可以使熔體中的氫含量減少。由于AlCl3在高溫下為氣體，與氬氣一起不但可除Na和H，而且通過氣體從熔體中逸出可以帶走懸浮在鋁熔體中的夾渣等，氬氣精煉后的渣液分離效果好，不粘連、易扒出，減少了扒渣時帶出熔體，提高了成品率。

4 鑄錠熱軋前準(zhǔn)備

以5083鋁合金為例，選擇(465±3)℃22 h進(jìn)行均勻化退火。

均勻化退火結(jié)束后，鑄錠加熱升溫至475 ℃±5 ℃，熱軋開坯前鑄錠進(jìn)行熱脫皮(單面脫皮)，脫皮溫度(475±5)℃，脫皮速度3.0 m/min～4.0 m/min，脫皮厚度8 mm～10 mm。一面脫皮后翻轉(zhuǎn)鑄錠再脫另一面，脫皮后的鑄錠表面光潔，粗糙度Ra<6.4 μm，無擦劃、劃痕。

脫皮后鑄錠溫度降低2 ℃～5 ℃，脫皮后送入熱軋機(jī)進(jìn)行開坯[4]。

由于鑄錠熱脫皮后表面粗糙度降低，使熱軋時輥面與板材間的摩擦因數(shù)減小，軋后產(chǎn)品表面光潔；同時，減小了金屬表面氧化膜的厚度，改善了軋制過程中的潤滑效果，減少了粘鋁、劃傷、色差等缺陷的產(chǎn)生。

5 結(jié) 論

5×××系鋁合金中厚板材質(zhì)量控制的主要措施如下：

1)嚴(yán)格控制化學(xué)成分，低鎂含量的5×××系鋁合金中的鎂含量一般控制接近上限，中高鎂含量的5×××系鋁合金的鎂含量控制中間值。鈉含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))不大于5.5×10-6。

2)采用氬氣(99.995%)+除鈉劑能有效控制鈉含量，減小熱軋開裂傾向，提高板材質(zhì)量。

3)改善后的工藝提升了熱軋產(chǎn)品質(zhì)量，減少了熱軋中厚板表面的擦傷、色差、劃痕等表面質(zhì)量問題。