劉世宇

(南山輕合金有限公司，山東 龍口 265706)

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三機(jī)架冷連軋?jiān)O(shè)備在生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)易拉罐罐體用鋁帶材上的應(yīng)用

劉世宇

(南山輕合金有限公司，山東 龍口 265706)

文章較為全面地闡述了全鋁易拉罐罐體用帶材的產(chǎn)品技術(shù)要求，以及如何獲得良好產(chǎn)品質(zhì)量的基本條件和有效途經(jīng)，重點(diǎn)介紹了在三機(jī)架冷連軋上生產(chǎn)易拉罐罐體用鋁帶材的工藝手段。

三機(jī)架冷連軋；易拉罐用鋁帶材；連續(xù)可變凸度；熱油邊部噴射系統(tǒng)；自回復(fù)(溫式軋制)

全鋁易拉罐(兩片罐)用帶材要求具有良好的深沖性能、抗腐蝕能力、抗疲勞性能、優(yōu)良的表面質(zhì)量、較高的屈服強(qiáng)度、嚴(yán)格的尺寸偏差等。而要達(dá)到這些質(zhì)量要求，則要求材料具有合適的合金化學(xué)成分、良好的冶金質(zhì)量、合理的組織結(jié)構(gòu)、良好的板形和嚴(yán)格的厚度公差；且在鋁板帶的生產(chǎn)過程中，對工藝和設(shè)備水平均要求較高，因此易拉罐用鋁帶材的生產(chǎn)是衡量一個(gè)國家鋁加工水平的重要標(biāo)志。

南山輕合金有限公司引進(jìn)的世界先進(jìn)的鋁罐體料全套生產(chǎn)設(shè)備，徹底解決了鋁罐體料制耳率達(dá)不到用戶要求和斷罐率高的問題；同時(shí)先進(jìn)的現(xiàn)代熔鑄設(shè)備，保證了鑄錠質(zhì)量，使最終的易拉罐針孔、夾渣等缺陷降到最低水平。另外，引進(jìn)的世界一流的冷軋配套設(shè)備和最新的控制技術(shù)，充分保證了生產(chǎn)易拉罐用鋁帶材產(chǎn)品的表面質(zhì)量和板形。本文主要介紹全鋁易拉罐罐體用帶材和如何在“三機(jī)架冷連軋”設(shè)備上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)罐體料的工藝技術(shù)。

1 全鋁易拉罐罐體用帶材簡介

1.1 合金狀態(tài)及其規(guī)格

目前，全鋁易拉罐用帶材主要采用3104合金，并逐漸替代了3004合金，產(chǎn)品交貨狀態(tài)為H19；厚度大部分在0.27～0.28mm，并有逐漸減薄的趨勢，據(jù)了解目前最薄的罐體料厚度已減至0.254mm。另外罐體料寬度也在向?qū)挿姆较虬l(fā)展，從早先的約1200mm寬，到目前大部分的 1700mm寬，甚至少量寬度達(dá)到1900mm。

1.2 主要質(zhì)量要求

制耳率和斷罐率是衡量全鋁易拉罐罐體用帶材質(zhì)量的主要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。南山輕合金有限公司的“1+4” 熱連軋項(xiàng)目，徹底解決了制耳率達(dá)不到用戶要求的問題，而“三機(jī)架冷連軋”更容易實(shí)現(xiàn)溫式軋制，可以明顯降低斷罐率。經(jīng)過半年的實(shí)踐表明，經(jīng)“三機(jī)架冷連軋”的罐體用鋁帶材的斷罐率已降低至30ppm以下，甚至能夠達(dá)到20ppm，凸顯其市場競爭優(yōu)勢。

1.3 內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)

1.3.1 冷變形對鋁帶材內(nèi)部組織的影響

(1)晶粒現(xiàn)狀的變化

冷軋后，隨著帶材變薄，晶粒沿長度方向被拉長、拉細(xì)或壓扁。冷軋壓下率越大，晶粒變化也越大。在晶粒被拉長的同時(shí)，晶間夾雜物也隨之拉長，使鋁帶材出現(xiàn)纖維組織；

(2)亞結(jié)構(gòu)

帶材冷軋后，在帶材的晶粒內(nèi)部出現(xiàn)了許多取向不同、長度約為10-3～10-6cm的小塊，即亞晶或亞結(jié)構(gòu)(嵌鑲組織)。亞結(jié)構(gòu)可提高鋁帶材強(qiáng)度；

(3)變形織構(gòu)

鋁板帶在較大的壓下率下，晶間位向由無序狀態(tài)變成有序狀態(tài)，形成纖維組織(變形織構(gòu))。織構(gòu)使材料具有明顯的各向異性，在很多情況下會(huì)出現(xiàn)織構(gòu)硬化；

(4)晶內(nèi)和晶間的破壞

鋁板帶在較大壓下率下，晶間物質(zhì)的破壞使晶粒直接接觸、晶粒位向有序化；晶內(nèi)破裂，使晶粒更加細(xì)小。

1.3.2 冷軋對鋁帶材性能的影響

(1)對理化性能的影響

冷軋后帶材密度減小，化學(xué)穩(wěn)定性降低，易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕；

(2)對力學(xué)性能的影響

冷軋使鋁帶材強(qiáng)度指標(biāo)大為提高，即出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象；

(3)對結(jié)構(gòu)域各向異性的影響

鋁帶材在較大變形后，由于出現(xiàn)織構(gòu)而使材料呈現(xiàn)各向異性。三連軋的優(yōu)勢，可以合理控制加工條件，以充分利用織構(gòu)與各向異性的有利方面，避免和消除不利方面，減少制耳率和降低斷罐率。

2 三機(jī)架冷連軋?jiān)O(shè)備簡介

在鋁合金板帶材加工行業(yè)，山東南山輕合金有限公司的三機(jī)架冷連軋?jiān)O(shè)備，是中國首條冷連軋鋁板帶材生產(chǎn)線，同時(shí)也是全球第二條鋁板帶材冷連軋生產(chǎn)線，是當(dāng)今最先進(jìn)的鋁易拉罐生產(chǎn)線。第一條三機(jī)架冷連軋生產(chǎn)線，采用水基進(jìn)行冷卻，而南山輕合金有限公司這條生產(chǎn)線采用的是油基冷卻方式，此種冷卻方式填補(bǔ)了鋁加工行業(yè)在三機(jī)架冷連軋方面的空白。目前，公司已經(jīng)摸索出油基冷卻加工工藝，并開始批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量滿足客戶需求。

三機(jī)架冷連軋的組成主要有開卷準(zhǔn)備站、開卷機(jī)、1#、2#、3#機(jī)架、卷取機(jī)、卷材套筒運(yùn)輸系統(tǒng)、厚度板形控制系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。

3 三機(jī)架冷連軋生產(chǎn)罐料的工藝策略

在生產(chǎn)全鋁易拉罐罐體用帶材的過程中，為了保證帶材的厚度精度、深沖成型性能、斷罐率等質(zhì)量，三機(jī)架冷連軋?jiān)谲堉七^程采用了下列工藝技術(shù)手段。

3.1 厚度控制方法

隨著市場競爭日趨激烈，制罐企業(yè)對帶材的厚度要求也越來越苛刻。為了降低成本，提高產(chǎn)量和效益，制罐廠要求在保證帶材厚度公差的前提下，使帶材平均厚度略微偏薄，這樣同樣重量的鋁帶材可獲得更高的出罐率，實(shí)現(xiàn)利潤最大化。為了滿足用戶對厚度及公差的要求，在三機(jī)架冷連軋采用了以下幾個(gè)措施：

(1)出口厚度由1#和2#機(jī)架速度調(diào)節(jié)；

(2)1#、2#機(jī)架和2#、3#機(jī)架間張力通過輥縫調(diào)節(jié)；

(3)質(zhì)量流控制通過1#機(jī)架位置控制和1#機(jī)架和3#機(jī)架速度調(diào)節(jié)；

(4)三機(jī)架冷連軋采用IMS的X-射線測厚系統(tǒng)，此系統(tǒng)測量精度高，反饋迅速，對厚度控制的穩(wěn)定起到了關(guān)鍵作用。目前配三機(jī)架冷連軋的帶材厚度控制在±1%以內(nèi)；

(5)LDV激光測速儀有測量精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測量速度方向性靈敏及測量量程大等特點(diǎn)，配備此系統(tǒng)可以更好的控制速度精度，對產(chǎn)品板形、厚度等指標(biāo)均有重要作用。

3.2 CVC+技術(shù)

為滿足帶材板形要求，三機(jī)架冷連軋?jiān)O(shè)備采用了SMS公司的CVC+技術(shù)。該技術(shù)是軋機(jī)中間輥為CVC輥，通過軸向竄動(dòng)，能夠使輥縫凸度連續(xù)變化，變化范圍可達(dá)到0.1～0.8mm，且CVC輥的竄動(dòng)機(jī)制完全集成于板形自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中。

罐體料生產(chǎn)過程中，通過使用CVC輥竄動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)不同寬度、不同厚度罐體料的板形要求。經(jīng)過實(shí)踐，三機(jī)架冷連軋上配備CVC+板形自動(dòng)控制系統(tǒng)，是保證易拉罐用鋁帶材良好板形的非常有效的方法。

3.3 熱油邊部噴射系統(tǒng)(HES)

軋制過程中，帶材中間與邊緣由于散熱不同，邊部溫度會(huì)低于帶材中部溫度，由此產(chǎn)生的溫降造成“緊邊”現(xiàn)象，這種“邊緊肋松”的板形存在斷帶危險(xiǎn)。為防止帶材緊邊造成斷帶，三機(jī)架冷連軋采用了熱油邊部噴射系統(tǒng)(HES)。

該HES系統(tǒng)原理見圖1。帶材邊緣與工作輥接觸的區(qū)域其散熱比軋輥中部快，該區(qū)域熱凸度比輥身中部小，存在一個(gè)熱凸度降低的梯度段，因此帶材邊緣在該區(qū)域延伸較少，軋制過程中受到相鄰帶材的拉應(yīng)力，容易使帶材邊緣產(chǎn)生裂口造成斷帶。HES系統(tǒng)利用100℃左右的熱軋制油進(jìn)行局部噴射，以增加工作輥在此區(qū)域的熱凸度，使帶材邊緣延伸增加，減少帶材邊緣的拉應(yīng)力，降低斷帶率，保證了高速、高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定軋制。

這套系統(tǒng)能夠在軋制過程中根據(jù)帶材實(shí)際寬度，對與帶材邊緣接觸的工作輥身區(qū)域進(jìn)行熱軋制油噴射，有效降低帶材在高速軋制過程中的斷帶率，防范斷帶起火的危險(xiǎn)。

3.4 自回復(fù)(溫式軋制)

深沖成型性能是鋁易拉罐罐體用帶材最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，冷軋帶材的成型性能與帶材的終軋溫度息息相關(guān)。鋁帶材在一定的軋制溫度下，會(huì)實(shí)現(xiàn)“自回復(fù)”過程，在此過程中，成品帶材的成形性能和材料的延伸率會(huì)明顯提高，同時(shí)可以消除帶材的部分應(yīng)力，提高塑性。因此，這種自回復(fù)的軋制方式也被稱作“溫式軋制”。3104合金的軋制溫度一般控制在130℃左右。圖2為罐體料用帶材的終軋溫度與屈服強(qiáng)度的關(guān)系。

圖1 熱油邊部噴射原理圖Fig.1 Schematic illustration of hot edge spray

圖2 屈服強(qiáng)度與帶材溫度關(guān)系圖Fig.2 Yield strength vs. strip temperature

三機(jī)架冷連軋?jiān)诳刂其X帶材的軋制溫度方面有較大優(yōu)勢，可以使帶材的道次加工率在70%以上，因此鋁帶材的軋制溫度很容易達(dá)到“自回復(fù)”的溫度(即130℃左右)，通過控制軋制油溫和軋制速度便可穩(wěn)定的控制帶材，使鋁帶材實(shí)現(xiàn)溫軋方式。

4 結(jié)束語

優(yōu)質(zhì)的罐體料帶材需要在厚度、板形、成型性、制耳率等方面具有良好的綜合指標(biāo)，依托CVC+-6輥三機(jī)架冷連軋機(jī)先進(jìn)的設(shè)備優(yōu)勢，結(jié)合逐步成熟的工藝技術(shù)，南山輕合金有限公司具備了大批量生產(chǎn)全鋁易拉罐罐體用帶材的能力，產(chǎn)品質(zhì)量滿足客戶要求。

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[3] 樊華，茍小明．HC冷連軋機(jī)軋制模型的自適應(yīng)分析[J]．攀鋼技術(shù), 1999, 22(4):

3-Stand Tandem Cold Rolling Mill: Application in Production of High-Quality Aluminum Strip for Can Body

LIU Shiyu

(Nanshan Light Alloy Co., Ltd., Longkou 265706, China)

The paper comprehensively described technical requirements of strip product for aluminum can body, as well as basic conditions for and effective approaches to high quality products; it focused on production process of strip for can body in the 3-stand tandem cold rolling mill line.

3-stand tandem cold rolling mill; aluminum strip for can body; continuous variable crown; hot edge spray system; self recovery (warm rolling)

2015-06-06

TG339

A

1671-6795(2015)06-0032-03