冷軋鋁板坯帶材的組織性能控制

冷軋鋁板坯帶材的組織性能控制

我們公司的冷卻線為國(guó)內(nèi)外1400mm不可逆冷冷卻機(jī)，采用銅屑尾濕板制作板材。在冷軋生產(chǎn)1×××系列H1×狀態(tài)鋁合金板材過(guò)程中,由于鑄軋坯料質(zhì)量、冷軋輥磨削質(zhì)量、軋制油質(zhì)量、板面除油效果等穩(wěn)定性不足,冷軋鋁板帶材板面黑色油污或多或少不同程度存在著。在橫切矯直時(shí)矯直輥與板材橫向間隙不均勻,被碾壓集中到一起,形成縱向黑色條紋,并逐漸加深,嚴(yán)重影響成品外觀質(zhì)量。1為了優(yōu)化鑄造帶的質(zhì)量，板材的質(zhì)量1.1粒度對(duì)鑄坯組織的影響鑄軋帶坯最佳組織要求具有細(xì)小的等軸晶。細(xì)小等軸晶組織各向異性小,加工時(shí)變形均勻,且使易偏聚在晶界上的雜質(zhì)、夾渣及共晶組織分布更均勻,因此,具有細(xì)小等軸晶組織的鋁合金板材機(jī)械性能和加工性能較好。通常采用在鋁熔體中加入細(xì)化劑細(xì)化鑄坯組織晶粒,達(dá)到提高鋁合金板材的強(qiáng)度和塑性,從而提高其綜合力學(xué)性能和加工工藝性能。我們以電解鋁液為原料,通過(guò)添加固體料,加強(qiáng)爐內(nèi)精煉和在線除氣、過(guò)濾,添加晶粒細(xì)化劑,控制鋁液溫度,減小鋁液停留時(shí)間,鑄坯晶粒度得到了有效控制。實(shí)際生產(chǎn)中,晶粒度全部達(dá)到1級(jí)。1.2鑄造帶坯變形相1×××系列鋁合金主要雜質(zhì)元素是Fe、Si。鐵和硅對(duì)合金性能有明顯的影響。它們主要以FeAl3和游離硅存在。在硅大于鐵時(shí)形成β-FeSiAl3(或Fe2Si2Al9)相,嚴(yán)重影響鑄造性能,使帶坯組織疏松,不利于后續(xù)軋制加工。而鐵大于硅時(shí)形成α-Fe2SiAl8(或Fe3Si2Al12)相,同樣屬于硬脆相,但與β相相比變形性能要好得多。當(dāng)鐵和硅比例不當(dāng)時(shí)會(huì)引起帶坯產(chǎn)生裂紋,帶坯中鐵含量過(guò)高時(shí)會(huì)使帶坯產(chǎn)生脆性。為此在生產(chǎn)1×××系列鋁合金帶坯時(shí),必須控制ω(Fe)、ω(Si)含量和比例,由于1×××系列鋁合金板材油污要嚴(yán)重一些,因此建議ω(Si)含量靠上限控制,ω(Fe)/ω(Si)=1.0～1.5。1.3工藝參數(shù)之間的關(guān)系如圖1所示,在輥徑一定、帶坯厚度一定的正常鑄軋條件下,鑄軋主要工藝參數(shù)任何一個(gè)有所變化,其他的也要隨之改變,才能確保鑄軋的穩(wěn)定性。在它們之間相互變化關(guān)系中,我們從生產(chǎn)實(shí)踐中得知存在一個(gè)基本規(guī)律,即調(diào)整各工藝參數(shù)之間的關(guān)系時(shí),應(yīng)使凝固區(qū)與變形區(qū)的高度有一定比例關(guān)系,以保持絕對(duì)壓下量恒定,才能確保鑄軋過(guò)程的連續(xù)性和穩(wěn)定性,使帶坯具有優(yōu)良的正常組織。為提高加工率,在保持鑄軋速度、鑄軋溫度、冷卻強(qiáng)度等不變的前提下,適當(dāng)增加鑄軋區(qū)長(zhǎng)度,有利于提高加工率,提高帶坯致密度。1.4鑄軋工藝參數(shù)對(duì)帶坯裂邊的影響鑄軋帶坯工藝裂邊俗稱(chēng)裂邊,帶坯裂邊在后續(xù)冷軋加工中會(huì)進(jìn)一步加深,增加冷軋切邊寬度,嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生斷帶現(xiàn)象,降低冷軋成品率;同時(shí)裂邊加大邊部帶油量,增加軋制油消耗,加大除油難度,造成板面油斑,影響板帶表面質(zhì)量。如圖1所示,在鑄軋生產(chǎn)過(guò)程中,鑄軋區(qū)由鋁熔體液相區(qū)、兩相區(qū)、軋制變形區(qū)組成。鑄軋法生產(chǎn)是無(wú)錠軋制過(guò)程,咬入時(shí)后部分無(wú)阻力,與軋輥接觸的帶坯表層和里層溫差較大,經(jīng)軋制變形時(shí),表面溫度低不易變形,帶坯中心溫度高易變形,金屬表面與軋輥表面無(wú)相對(duì)滑動(dòng),金屬受軋制變薄使中心金屬部分產(chǎn)生較大的后滑,兩者之間產(chǎn)生剪應(yīng)力,產(chǎn)生變形,并且傳遞到液穴的凝固殼,使凝固殼的內(nèi)部產(chǎn)生同樣變形和剪切力。當(dāng)變形產(chǎn)生的剪切力超過(guò)凝固殼金屬的剪切強(qiáng)度時(shí),在帶坯的薄弱處,即邊部首先開(kāi)裂,而帶坯的邊部不僅受剪應(yīng)力作用,同時(shí)受耳子施加于帶坯側(cè)部的后摩擦力和橫向軋制分力的作用,從而在邊部產(chǎn)生裂紋,這時(shí)若耳子的制作和工藝參數(shù)不匹配,液相鋁熔體不能完全填充彌合,則會(huì)加大裂紋傾向。邊部裂紋經(jīng)軋制變形后就形成月牙狀裂邊。根據(jù)不同合金成分,采用不同成型耳子結(jié)構(gòu),不同鑄軋工藝參數(shù)控制,可以有效控制帶坯裂邊。帶坯裂邊可以控制在3mm左右。帶坯后序加工裂邊減小,邊部帶油量減少,降低了油耗,改進(jìn)了板面質(zhì)量。2加強(qiáng)對(duì)油擠出的質(zhì)量控制2.1添加劑與wyrol12添加量的選擇。根據(jù)克鋁冷軋軋制油由基礎(chǔ)油添加1%～10%添加劑混合組成?；A(chǔ)油與添加劑要求有較好的相容性,在使用中不易生成油泥而降低潤(rùn)滑冷卻效果和使用安全性。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況,目前我公司采用MOA-100基礎(chǔ)油與WYROL12添加劑,添加劑含量控制在6.8%～7.3%,粘度2.5cSt～2.6cSt,污染度3級(jí)以?xún)?nèi),餾程230℃～280℃,殘餾3%以?xún)?nèi)。軋制油使用中要避免設(shè)備潤(rùn)滑油、液壓油等重油混進(jìn)軋制油里,造成粘度增高,除油困難。如已經(jīng)混入過(guò)多重油并經(jīng)分析化驗(yàn)軋制油粘度過(guò)高時(shí)應(yīng)及時(shí)更新軋制油。2.2板式過(guò)濾器過(guò)濾和利用現(xiàn)有模冷軋時(shí)軋件與軋輥摩擦,不斷磨下細(xì)鋁粉,使軋制油循環(huán)系統(tǒng)的鋁粉含量愈來(lái)愈多,軋制油的潤(rùn)滑性能隨之降低,鋁粉又易粘在板帶表面上,惡化了板帶表面質(zhì)量。為了延長(zhǎng)軋制油使用期限和提高板材表面質(zhì)量,在加工過(guò)程中對(duì)軋制油必須進(jìn)行過(guò)濾。目前主要使用板式過(guò)濾器,把過(guò)濾介質(zhì)硅藻土、活性白土和軋制油混合后,予涂在過(guò)濾紙上,過(guò)濾器有二垛,每垛過(guò)濾紙為10層。由容積過(guò)濾介質(zhì)和多層過(guò)濾紙形成容積過(guò)濾裝置,臟軋制油通過(guò)它達(dá)到精過(guò)濾的要求。板式過(guò)濾器工作壓力達(dá)到3㎏/cm2時(shí)必須重新更換過(guò)濾紙。板式過(guò)濾器過(guò)濾精度達(dá)0.5μm,過(guò)濾能力3200l/min。為了保證過(guò)濾效果,硅藻土與活性白土的比例一般為2:1,在過(guò)濾過(guò)程中,通過(guò)混合箱不斷向臟軋制油中均勻加入過(guò)濾介質(zhì),以穩(wěn)定過(guò)濾效果和延長(zhǎng)過(guò)濾周期。3板面除油技術(shù)冷軋過(guò)程中殘留在板帶表面上的油污嚴(yán)重影響板材外觀質(zhì)量。公司冷軋機(jī)組為國(guó)產(chǎn)設(shè)備,板面除油手段少,油污油斑缺陷較明顯,嚴(yán)重制約了鋁板帶產(chǎn)品質(zhì)量的提升。為此,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際改進(jìn)了板面除油。通過(guò)軋制線提高20mm,空氣清輥器底部?jī)蓚?cè)安裝導(dǎo)油板,出口偏導(dǎo)輥下方兩側(cè)加裝寬度可調(diào)的擦油裝置,減少板帶表面帶油。3.1空氣清輥器上排壓板,下掛一結(jié)構(gòu)薄鋁板上①在上支承輥上方裝一塊弧形擋油板,使牌坊上落下來(lái)的油不落到支承輥上,而是順著上擋油板流到空氣清輥器上,另外由上支承輥甩起的油也可順著上擋油板流到空氣清輥器上;②在空氣清輥器上部與集油罩之間掛一可活動(dòng)的薄鋁板,使油滴不能越過(guò)空氣清輥器飛濺到鋁板上;③在空氣清輥器底部二側(cè)安裝易拆裝導(dǎo)油板,使從空氣清輥器流下來(lái)的油直接被導(dǎo)向集油槽。3.2采用空氣吹掃板面①適當(dāng)提高軋制線,目前使用的軋機(jī)有20㎜的調(diào)節(jié)空間;②用空氣吹掃板面。調(diào)整好吹風(fēng)嘴的位置,風(fēng)壓不低于0.5MPa,確保邊部殘油的吹掃效果;③出口偏導(dǎo)輥下方兩側(cè)加裝寬度可調(diào)的擦油裝置。3.3刮板沖洗,清理軋板①加強(qiáng)對(duì)冷軋軋制通道的清理,成品道次前必須對(duì)刮板沖洗,清理軋制通道;②合理控制橫切生產(chǎn)中噴油量,提高矯直機(jī)清輥質(zhì)量,有效減少橫切產(chǎn)生的油污。4制變形區(qū)內(nèi)接觸表面粗糙度的影響軋輥與軋件的表面狀況。軋制變形區(qū)油膜厚度變化并不完全取決于流體壓力,而是與接觸面積比變化相反,這與混合潤(rùn)滑的特點(diǎn)相一致。在軋制變形區(qū)內(nèi),接觸表面粗糙度越小,接觸面積越大,油膜厚度就越小,摩擦因數(shù)越大,但是在油膜強(qiáng)度足夠大的情況下,軋后軋件表面質(zhì)量越好;當(dāng)速度增大時(shí),速度效應(yīng)就會(huì)變大,表面粗糙度效應(yīng)就會(huì)逐漸減小,在流體潤(rùn)滑狀況下,粗糙度效應(yīng)將完全消失。但是粗糙度太小又會(huì)影響軋件的咬入,所以對(duì)接觸表面的粗糙度也要加以適當(dāng)控制,進(jìn)而提高潤(rùn)滑性能。工作輥粗糙度控制早0.50μm～0.55μm。5鋁板帶材表面除油隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇,客戶(hù)對(duì)鋁板表面質(zhì)量提出了更高要求,板帶表面油污嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量。冷軋機(jī)雖然都采取了多項(xiàng)