蔣長(zhǎng)標(biāo)，曹 宇，莫灼強(qiáng)，鐘谷波，鄧松云，雷佩儒

（1.廣西南南鋁加工有限公司，廣西 南寧530031；2.廣西壯族自治區(qū)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，廣西 南寧530031）

中國是世界第一鋁材大國，但鋁合金產(chǎn)品主要為擠壓材。國產(chǎn)軋制板帶材長(zhǎng)期局限于低附加值的普通民用產(chǎn)品，航空、高鐵、汽車及“3C”電子等領(lǐng)域使用的高附加值鋁合金板帶材至今依然大部分依賴進(jìn)口。進(jìn)口鋁板帶材高昂的成本，大大制約了鋁在國內(nèi)汽車工業(yè)等高端領(lǐng)域的應(yīng)用[1]。要解決高端鋁合金板帶材成本高的問題，實(shí)現(xiàn)其國產(chǎn)化是必經(jīng)之路。

隨著近年CVC軋機(jī)、輥底爐、氣墊爐等先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)和鋁加工技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)一些大型鋁合金加工企業(yè)紛紛開始產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級(jí)，進(jìn)軍長(zhǎng)期被國外壟斷的高端鋁板帶材市場(chǎng)。

經(jīng)過數(shù)年攻堅(jiān)，國產(chǎn)高端鋁合金板帶材已經(jīng)在市場(chǎng)上形成一定的競(jìng)爭(zhēng)力，特別是在大規(guī)格、高性能、高均勻、高潔凈等方面，已經(jīng)取得不少技術(shù)突破。但在國產(chǎn)高端鋁材走向世界的過程中，依然存在一些技術(shù)障礙。鋁合金板帶材的高表面質(zhì)量問題即是難題之一。而在眾多表面問題中，表面黑線問題尤為突出，是一個(gè)行業(yè)性的難題。

鋁合金表面黑線是因?yàn)樵谏a(chǎn)過程表面出現(xiàn)缺陷、乳液和軋制油等異物進(jìn)入缺陷位置，軋制壓延后形成[2]。所以，表面損傷是表面黑線的第一要素。鋁合金高溫下硬度很低，也最容易產(chǎn)生表面損傷。因此，熱軋過程是鋁合金板帶材表面黑線的主要來源，管控好熱軋過程的鋁材表面質(zhì)量即可改善其表面黑線的情況。

現(xiàn)有的改善方案主要依靠加強(qiáng)過程管理，即嚴(yán)格管控成品鑄錠的表面質(zhì)量，嚴(yán)格管控制乳液和軋制油潔凈度，將熱軋和冷軋成品道次采用新輥（新打磨的輥?zhàn)?，軋制成品小?0卷）軋制，調(diào)整各工序開卷和卷曲的張力控制，減少層間錯(cuò)動(dòng)等。雖然也對(duì)表面黑線有一定改善效果，但并不穩(wěn)定，難讓客戶滿意。全部采用新輥生產(chǎn)將增加生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期。見圖1.

圖1 黑線及其顯微組織

TRIZ是指導(dǎo)人們發(fā)明創(chuàng)新、解決工程問題的系統(tǒng)化的方法學(xué)體系。采用TRIZ理論求解技術(shù)難題，有助于人們發(fā)現(xiàn)問題的瓶頸，充分挖掘可利用的資源，更快更好地解決問題。因此，運(yùn)用TRIZ理論構(gòu)建了針對(duì)高端鋁合金板帶材表面黑線改善問題的問題模型，對(duì)黑線問題進(jìn)行系統(tǒng)分析，希望能獲得最優(yōu)的解決方案。

1 系統(tǒng)分析

對(duì)鋁合金熱軋過程建立系統(tǒng)分析模型[3]如圖2所示。

圖2 鋁合金板帶材熱軋系統(tǒng)分析模型

通過系統(tǒng)模型圖可知，導(dǎo)致鋁合金表面損傷而生產(chǎn)黑線的原因主要是：（1）鑄錠及導(dǎo)路不干凈，經(jīng)熱粗軋大壓下量變形后，異物劃傷或嵌入鋁材表面；（2）精軋過程高溫反復(fù)卷曲導(dǎo)致鋁材表面劃傷；（3）乳液潤(rùn)滑能力不足使鋁材軋制時(shí)與軋機(jī)間摩擦加劇。所以，要改善鋁合金表面黑線問題，首先就要從這三個(gè)方面著手，改善熱軋過程產(chǎn)生的鋁合金表面損傷。

2 解決方案

2.1方案求解

2.1.1異物顆粒的解決方案

異物顆粒為鑄錠自身帶入，本身很難避免。所以考慮增加清除工序。如果增加設(shè)備，將會(huì)使設(shè)備變得復(fù)雜。從增加技術(shù)系統(tǒng)理想度的角度，首先考慮利用系統(tǒng)內(nèi)資源來解決問題。

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行資源分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的乳液系統(tǒng)可用于清洗異物顆粒。由此得到方案一：將粗軋機(jī)乳液引到軋機(jī)前端，對(duì)鑄錠和導(dǎo)路進(jìn)行高壓噴淋。方案示意圖如圖3所示。

圖3 方案一示意圖

2.1.2熱精軋多道次卷曲的解決方案

在鋁合金板帶材生產(chǎn)過程中，一般采用多道次（3～4道次）熱精軋，但鋁合金板帶材高溫下較軟，軋制過程反復(fù)地開卷和卷曲很容易造成表面損傷。所以，工程上希望減少熱精軋卷曲次數(shù)，即減少精軋道次。減少精軋道次可以有效減少鋁材的表面損傷，但厚度卻不能達(dá)到要求。

這是一對(duì)技術(shù)矛盾[3，4]：改善的參數(shù)為30作用物體的有害因素，惡化參數(shù)為3運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度。查找矛盾矩陣得到四個(gè)對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新原理：17空間維數(shù)變化原理、1分割原理、39惰性環(huán)境原理、4增加不對(duì)稱原理。

根據(jù)1分割原理“將厚度的減少量進(jìn)行分割”得到方案二：采用一道次熱精軋[5]，將余下的厚度分到表面質(zhì)量控制較好的冷軋工序，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚韥碚{(diào)節(jié)性能，避免鋁合金在高溫下多次開卷和卷曲，減少鋁合金板材表面的熱粘傷。方案示意圖見圖4.

圖4 方案二示意圖

2.1.3乳液潤(rùn)滑能力不足的解決方案

在一定范圍內(nèi)，乳液潤(rùn)滑能力與乳液濃度成正相關(guān)。所以，提高乳液濃度即可增強(qiáng)乳液潤(rùn)滑能力。但軋制后乳液必須清除干凈，否則粘附在鋁材表面的乳液干燥后將會(huì)在冷軋工序壓入鋁材表面，同樣影響鋁材表面質(zhì)量。清除軋制乳液要靠壓縮空氣吹掃，乳液濃度約低，吹掃約容易。所以，乳液濃度既要高也要低。這就產(chǎn)生了一對(duì)物理矛盾[3，4]。

這個(gè)矛盾可以采用TRIZ的空間分離原理來解決。由此得到方案三：采用梯度濃度方法，即在軋制位置，使用高濃度乳液噴淋，在出口側(cè)使用低濃度乳液噴淋，稀釋鋁合金表面的乳液濃度，使乳液容易被吹掃干凈。方案示意圖如圖5所示。

圖5 方案三示意圖

2.2方案評(píng)價(jià)

上述三個(gè)備選方案針對(duì)的是不同的問題，都可以改善鋁合金板帶材表面黑線的情況。方案可操作性都較強(qiáng)，充分使用了系統(tǒng)內(nèi)資源，節(jié)約了設(shè)備改造成本。三個(gè)方案彼此之間相對(duì)獨(dú)立，可以同時(shí)實(shí)施。

經(jīng)綜合考慮，采用三個(gè)備選方案并行的方式形成了一個(gè)最終方案，即將粗軋機(jī)乳液引到軋機(jī)前端，對(duì)鑄錠和導(dǎo)路進(jìn)行高壓噴淋來清除異物顆粒，并采用梯度濃度方法，在軋機(jī)軋制位置使用高濃度乳液噴淋，在出口側(cè)使用低濃度乳液噴淋來稀釋鋁材表面的乳液，改善乳液的潤(rùn)滑效果和吹掃效果，同時(shí)改變軋制工藝，將多道次熱精軋改為一道次熱精軋加多道次冷軋，避免了高溫反復(fù)卷曲對(duì)鋁材表面造成的損傷。

3 結(jié)束語

本文運(yùn)用TRIZ理論對(duì)高端鋁合金板帶材表面黑線的改善方法進(jìn)行了研究分析。分別采用資源分析、物理矛盾分析方法和技術(shù)矛盾分析方法等解決了鋁合金板帶材熱軋過程環(huán)境異物顆粒、乳液潤(rùn)滑效果不足和高溫反復(fù)卷曲造成鋁材表面損傷的問題，改善了鋁材表面黑線的產(chǎn)生要素，能大大降低了高表面質(zhì)量鋁合金板帶材表面黑線不良率，為生產(chǎn)高表面質(zhì)量鋁合金板帶材提供了技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

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[2]潘雪艷，曹盛強(qiáng)，卓 偉，等.淺談1+1雙卷取5052熱軋卷表面黑條分布[J].鋁加工，2016（3）：18-21.

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[5]曹盛強(qiáng)，王華春，彭自業(yè)，等.一種減少鋁卷表面黑條生產(chǎn)方法：CN 106311744 A[P].2017.