減少8011鋁合金藥箔針孔缺陷的試驗研究

王海賓 王強(qiáng) 劉超 陳鵬

摘要：本文針對8011藥箔針孔缺陷問題，從鑄軋工藝方面進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。實驗結(jié)果表明，通過對鑄軋速度、合金成分、軋輥冷卻水壓力、鐵硅含量、晶粒細(xì)化劑、鑄軋區(qū)大小進(jìn)行調(diào)整控制，可有效制止晶粒長大現(xiàn)象，降低藥箔針孔數(shù)量。

關(guān)鍵詞：8011鋁合金;藥用箔;鑄軋工藝;針孔;晶粒細(xì)化

一般認(rèn)為，針孔缺陷是因為鋁液中存在硬質(zhì)雜質(zhì)，在箔軋時壓入鋁箔基體，造成應(yīng)力集中，貫穿及撕裂鋁箔基體而產(chǎn)生。在鑄軋生產(chǎn)過程中，由于扒渣或精煉不到位，熔體中會存在大量的積渣，積渣隨鋁液的流動進(jìn)入除氣過濾箱，如果除氣轉(zhuǎn)子不起作用或過濾箱中的過濾片破損、密封不嚴(yán)，則會導(dǎo)致大量的積渣隨鋁液進(jìn)入前箱中，最后會進(jìn)入到鑄軋區(qū)和鑄軋坯料;晶粒細(xì)化劑在熔體中分解形成的TiB2細(xì)微顆粒，在過濾后若在熔體中停留時間過長，會團(tuán)聚長大，進(jìn)入鑄軋坯料;此外，鑄軋前鋁液中會殘留大量的臟物、異物和氧化渣，且這些雜質(zhì)往往是硬質(zhì)粒子，在鑄軋過程中也可能進(jìn)入鋁鑄軋帶坯基體中。進(jìn)入冷軋、薄軋工序;隨著軋制的繼續(xù)，硬質(zhì)粒子在鋁箔表面拖動，鋁箔越軋越薄，當(dāng)鋁箔厚度≤0.02mm，硬質(zhì)粒子就容易貫穿和撕裂鋁箔基體，形成針孔缺陷。

1 ?試驗

本試驗在企業(yè)連續(xù)鑄軋生產(chǎn)設(shè)備上按進(jìn)行。通過改變鑄軋速度、鑄軋機(jī)輥冷卻水壓力、鑄軋機(jī)前箱澆鑄溫度、鐵/硅含量、晶粒細(xì)化劑和鑄軋區(qū)長度等參數(shù)，以改善鑄軋坯冶金質(zhì)量，后續(xù)將試樣冷軋至0.02 mm。鑄軋時使用A級Al-Ti-B絲細(xì)化劑。鑄軋時控制合適的鑄軋區(qū)，嚴(yán)格控制鑄軋速度上限，前箱溫度按澆鑄溫度下限澆鑄，確保鑄軋坯料橫斷面低倍組織均勻、細(xì)化，晶粒等級為一級等軸晶粒，無偏析等內(nèi)在組織缺陷，以滿足冷軋車間的冷軋工藝及退火工藝要求。

1.1鑄軋速度控制

一般鑄軋卷的鑄軋速度控制在0.65-0.95m/min。需要嚴(yán)格控制成分偏析時，8011鋁合金鑄軋速度控制在0.65-0.75 m/min;如不需要嚴(yán)格控制偏析，其鑄軋速度可以提高到0.85-0.95 m/min。，可見，鑄軋速度對合金成分和晶粒組織的均勻化有至關(guān)重要的作用。初期生產(chǎn)時，8011鋁合金鑄軋速度為0.72-0.75 m/min，晶粒度為1-3級的較多（我公司內(nèi)部晶粒度分為三級，1-1級最好，1-2級次之，1-3級最差），隨鑄軋速度的降低晶粒度轉(zhuǎn)為1-2級，1-3級晶粒逐漸減少;當(dāng)鑄軋速度降至0.65-0.68 m/min時，晶粒度多為1-1級、1-2級。本著提高生產(chǎn)效率的原則，繼續(xù)降低鑄軋速度對產(chǎn)量影響較大，因此，本試驗8011藥箔坯料鑄軋速度定位在680-700 mm/min。在此工藝基礎(chǔ)上，再從提高冷卻強(qiáng)度方面進(jìn)行調(diào)整。

1.2鑄軋機(jī)軋輥冷卻水壓力控制

生產(chǎn)車間的鑄軋機(jī)軋輥一般控制冷卻水壓力在0.4MPa左右，冷卻水溫度多為25-35℃。本試驗將冷卻水壓力提高至0.45MPa，冷卻水溫度降至20-30℃，結(jié)果鑄軋坯料晶粒得到一定程度的細(xì)化，1-3級晶粒明顯減少。

1.3鑄軋機(jī)前箱澆鑄溫度控制

通過對鑄軋速度和鑄軋輥冷卻水壓的改善，后續(xù)試驗將鑄軋速度控制在0.68-0.70 m/min，鑄軋輥冷卻水壓控制在0.45MPa。

降低澆注溫度，將前箱熔體溫度由原來的695-700℃降至690-695℃，發(fā)現(xiàn)對晶粒組織改變的效果不明顯;再降至685℃時開始出現(xiàn)效果，1-2級晶粒增多，1-3級晶粒減少。但前箱澆鑄溫度降至685℃時，出現(xiàn)凝鋁現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。所以，本試驗前箱澆鑄溫度控制在693-695℃。

1.4鐵、硅含量控制

8011鋁合金的主要合金元素是Fe和Si，通?？刂艶e含量在0.70-0.75%，Si含量在0.50-0.55%。本次試驗在其它成分基本不變的情況下，適當(dāng)提高了Fe、Si的含量（Fe提高至0.85%、Si提高至0.6%），結(jié)果使8011鋁合金藥箔的強(qiáng)度、延伸均有提高，改善了材料的綜合性能。試驗結(jié)果如表1所示。隨Fe增加時，其金屬間化合物過剩相也隨著增加，細(xì)小彌散的含F(xiàn)e相不僅對合金起到一定的彌散強(qiáng)化作用，還能阻止晶粒長大，使合金獲得細(xì)小均勻的組織，提高了產(chǎn)品的綜合性能;同時，適當(dāng)增加Si含量，可以促進(jìn)含Mn相的充分析出，增強(qiáng)彌散強(qiáng)化作用。

1.5晶粒細(xì)化劑的影響

在鋁熔體中加入適量晶粒細(xì)化劑，可使鋁熔體在凝固過程中通過異質(zhì)核而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。常見的晶粒細(xì)化劑為Al-Ti-B絲。在實際生產(chǎn)條件下，受各種因素影響，由Al-Ti-B溶解形成的TiB2質(zhì)點(diǎn)非常細(xì)小，易聚集成塊，尤其在加入時由于熔體局部溫度較低，導(dǎo)致加入點(diǎn)附近變得粘稠，流動性差，使TiB2質(zhì)點(diǎn)除本身易偏析聚集外，還易造成夾雜。

本次試驗針對晶粒細(xì)化劑工藝，進(jìn)行了如下改進(jìn)：（1）改變Al-Ti-B絲加入點(diǎn)至除氣箱入口，使除氣箱內(nèi)的除氣轉(zhuǎn)子對Al-Ti-B細(xì)化劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，增加晶核?shù)量，提高結(jié)晶成核率;（2）適當(dāng)提高除氣箱入口鋁水溫度至720℃，使Al-Ti-B細(xì)化劑充分融化;（3）在Al-Ti-B絲上加搖擺裝置，在減少TiB2顆粒聚集的同時，增加其熔化效果;（4）定期對Al-Ti-B絲的加入點(diǎn)進(jìn)行人工攪拌，最大限度的較少TiB2顆粒聚集，使細(xì)化劑得到充分利用。采用上述改進(jìn)措施后，8011鋁合金鑄軋板晶粒組織得到有效改善：1-1級晶粒度趨于穩(wěn)定，1-2級晶粒有所下降，1-3級晶粒減少效果明顯。

1.6鑄軋區(qū)的控制

對于8011鋁合金鑄軋板坯的生產(chǎn)，其鑄軋區(qū)長度一般控制在47-49mm。本次試驗通過增加軋輥凸度，將鑄軋區(qū)長度提高至52-55mm。試驗表明，增大鑄軋區(qū)，增強(qiáng)了鑄軋輥間的鋁熔體過冷度，延長了凝固結(jié)晶和冷卻時間，提高了晶粒的均勻化分布。經(jīng)工藝改進(jìn)后，1-1和1-2級晶粒度趨于穩(wěn)定，1-3級晶粒減少效果明顯，鑄軋板組織得到有效改善。

2結(jié)語

本試驗通過對8011鋁合金藥箔鑄軋板坯的鑄軋工藝進(jìn)行全面優(yōu)化調(diào)整，使板坯的晶粒得到明顯細(xì)化，組織得到有效改善。經(jīng)后續(xù)的冷軋、箔軋和退火后，最終的0.02mm成品箔卷質(zhì)量得到顯著提高。在規(guī)定的環(huán)境及燈箱光源下，利用藥箔針孔的透光性來觀察針孔的數(shù)量，并測量針孔的尺寸，發(fā)現(xiàn)針孔數(shù)量明顯減少，針孔尺寸也明顯減小，一般數(shù)量在150個/m2。

但是，針孔現(xiàn)象仍然存在，成品率尚未達(dá)到理想狀態(tài)。因此，還需進(jìn)一步加強(qiáng)各環(huán)節(jié)的工藝改進(jìn)，對每個細(xì)節(jié)都進(jìn)行嚴(yán)格把控。

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作者簡介：王海賓，男，出生于1976年，漢族，山東省濱州市人，成大（工商管理），研究方向：鋁帶坯生產(chǎn)成本控制