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减少8011铝合金药箔针孔缺陷的试验研究

2022-05-16王海宾王强刘超陈鹏

锦绣·上旬刊 2022年1期
关键词:晶粒针孔冷却水

王海宾 王强 刘超 陈鹏

摘要:本文针对8011药箔针孔缺陷问题,从铸轧工艺方面进行优化调整。实验结果表明,通过对铸轧速度、合金成分、轧辊冷却水压力、铁硅含量、晶粒细化剂、铸轧区大小进行调整控制,可有效制止晶粒长大现象,降低药箔针孔数量。

关键词:8011铝合金;药用箔;铸轧工艺;针孔;晶粒细化

一般认为,针孔缺陷是因为铝液中存在硬质杂质,在箔轧时压入铝箔基体,造成应力集中,贯穿及撕裂铝箔基体而产生。在铸轧生产过程中,由于扒渣或精炼不到位,熔体中会存在大量的积渣,积渣随铝液的流动进入除气过滤箱,如果除气转子不起作用或过滤箱中的过滤片破损、密封不严,则会导致大量的积渣随铝液进入前箱中,最后会进入到铸轧区和铸轧坯料;晶粒细化剂在熔体中分解形成的TiB2细微颗粒,在过滤后若在熔体中停留时间过长,会团聚长大,进入铸轧坯料;此外,铸轧前铝液中会残留大量的脏物、异物和氧化渣,且这些杂质往往是硬质粒子,在铸轧过程中也可能进入铝铸轧带坯基体中。进入冷轧、薄轧工序;随着轧制的继续,硬质粒子在铝箔表面拖动,铝箔越轧越薄,当铝箔厚度≤0.02mm,硬质粒子就容易贯穿和撕裂铝箔基体,形成针孔缺陷。

1  试验

本试验在企业连续铸轧生产设备上按进行。通过改变铸轧速度、铸轧机辊冷却水压力、铸轧机前箱浇铸温度、铁/硅含量、晶粒细化剂和铸轧区长度等参数,以改善铸轧坯冶金质量,后续将试样冷轧至0.02 mm。铸轧时使用A级Al-Ti-B丝细化剂。铸轧时控制合适的铸轧区,严格控制铸轧速度上限,前箱温度按浇铸温度下限浇铸,确保铸轧坯料横断面低倍组织均匀、细化,晶粒等级为一级等轴晶粒,无偏析等内在组织缺陷,以满足冷轧车间的冷轧工艺及退火工艺要求。

1.1铸轧速度控制

一般铸轧卷的铸轧速度控制在0.65-0.95m/min。需要严格控制成分偏析时,8011铝合金铸轧速度控制在0.65-0.75 m/min;如不需要严格控制偏析,其铸轧速度可以提高到0.85-0.95 m/min。,可见,铸轧速度对合金成分和晶粒组织的均匀化有至关重要的作用。初期生产时,8011铝合金铸轧速度为0.72-0.75 m/min,晶粒度为1-3级的较多(我公司内部晶粒度分为三级,1-1级最好,1-2级次之,1-3级最差),随铸轧速度的降低晶粒度转为1-2级,1-3级晶粒逐渐减少;当铸轧速度降至0.65-0.68 m/min时,晶粒度多为1-1级、1-2级。本着提高生产效率的原则,继续降低铸轧速度对产量影响较大,因此,本试验8011药箔坯料铸轧速度定位在680-700 mm/min。在此工艺基础上,再从提高冷却强度方面进行调整。

1.2铸轧机轧辊冷却水压力控制

生产车间的铸轧机轧辊一般控制冷却水压力在0.4MPa左右,冷却水温度多为25-35℃。本试验将冷却水压力提高至0.45MPa,冷却水温度降至20-30℃,结果铸轧坯料晶粒得到一定程度的細化,1-3级晶粒明显减少。

1.3铸轧机前箱浇铸温度控制

通过对铸轧速度和铸轧辊冷却水压的改善,后续试验将铸轧速度控制在0.68-0.70 m/min,铸轧辊冷却水压控制在0.45MPa。

降低浇注温度,将前箱熔体温度由原来的695-700℃降至690-695℃,发现对晶粒组织改变的效果不明显;再降至685℃时开始出现效果,1-2级晶粒增多,1-3级晶粒减少。但前箱浇铸温度降至685℃时,出现凝铝现象,影响正常生产。所以,本试验前箱浇铸温度控制在693-695℃。

1.4铁、硅含量控制

8011铝合金的主要合金元素是Fe和Si,通常控制Fe含量在0.70-0.75%,Si含量在0.50-0.55%。本次试验在其它成分基本不变的情况下,适当提高了Fe、Si的含量(Fe提高至0.85%、Si提高至0.6%),结果使8011铝合金药箔的强度、延伸均有提高,改善了材料的综合性能。试验结果如表1所示。随Fe增加时,其金属间化合物过剩相也随着增加,细小弥散的含Fe相不仅对合金起到一定的弥散强化作用,还能阻止晶粒长大,使合金获得细小均匀的组织,提高了产品的综合性能;同时,适当增加Si含量,可以促进含Mn相的充分析出,增强弥散强化作用。

1.5晶粒细化剂的影响

在铝熔体中加入适量晶粒细化剂,可使铝熔体在凝固过程中通过异质核而达到细化晶粒的目的。常见的晶粒细化剂为Al-Ti-B丝。在实际生产条件下,受各种因素影响,由Al-Ti-B溶解形成的TiB2质点非常细小,易聚集成块,尤其在加入时由于熔体局部温度较低,导致加入点附近变得粘稠,流动性差,使TiB2质点除本身易偏析聚集外,还易造成夹杂。

本次试验针对晶粒细化剂工艺,进行了如下改进:(1)改变Al-Ti-B丝加入点至除气箱入口,使除气箱内的除气转子对Al-Ti-B细化剂进行充分搅拌,增加晶核数量,提高结晶成核率;(2)适当提高除气箱入口铝水温度至720℃,使Al-Ti-B细化剂充分融化;(3)在Al-Ti-B丝上加摇摆装置,在减少TiB2颗粒聚集的同时,增加其熔化效果;(4)定期对Al-Ti-B丝的加入点进行人工搅拌,最大限度的较少TiB2颗粒聚集,使细化剂得到充分利用。采用上述改进措施后,8011铝合金铸轧板晶粒组织得到有效改善:1-1级晶粒度趋于稳定,1-2级晶粒有所下降,1-3级晶粒减少效果明显。

1.6铸轧区的控制

对于8011铝合金铸轧板坯的生产,其铸轧区长度一般控制在47-49mm。本次试验通过增加轧辊凸度,将铸轧区长度提高至52-55mm。试验表明,增大铸轧区,增强了铸轧辊间的铝熔体过冷度,延长了凝固结晶和冷却时间,提高了晶粒的均匀化分布。经工艺改进后,1-1和1-2级晶粒度趋于稳定,1-3级晶粒减少效果明显,铸轧板组织得到有效改善。

2结语

本试验通过对8011铝合金药箔铸轧板坯的铸轧工艺进行全面优化调整,使板坯的晶粒得到明显细化,组织得到有效改善。经后续的冷轧、箔轧和退火后,最终的0.02mm成品箔卷质量得到显著提高。在规定的环境及灯箱光源下,利用药箔针孔的透光性来观察针孔的数量,并测量针孔的尺寸,发现针孔数量明显减少,针孔尺寸也明显减小,一般数量在150个/m2。

但是,针孔现象仍然存在,成品率尚未达到理想状态。因此,还需进一步加强各环节的工艺改进,对每个细节都进行严格把控。

参考文献

[1] 马焕楠, 米国发, 王建增. 8011铸轧铝合金的组织及性能[J]. 特种铸造及有色合金, 2015, 35(6):648-651.

[2] 赵刚. 铸轧法8011合金双零箔生产工艺研究[J].有色金属加工, 2013, 42(1):19-23.

[3] 赵圣民. 药用铝箔8011合金箔的生产工艺及存在的问题[J]. 科技论坛, 2007, (4):130.

[4] 唐正洪, 梁鲁清. 药箔用8011 铝合金铸轧板的缺陷分析及质量控制[J]. 铝加工, 2018,(5):54-57.

作者简介:王海宾,男,出生于1976年,汉族,山东省滨州市人,成大(工商管理),研究方向:铝带坯生产成本控制

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