曾 虎，韓文杰

(洛陽(yáng)萬(wàn)基鋁鈦合金新材料有限公司，河南 洛陽(yáng) 471800)

鋁合金容器箔因其可回收性好、符合環(huán)保要求，在近幾年發(fā)展迅速。市場(chǎng)上關(guān)于技術(shù)含量高、高強(qiáng)度、塑性好、高表面質(zhì)量的鋁合金容器箔一直供不應(yīng)求。目前用鑄軋坯料生產(chǎn)容器箔的鋁合金主要是1100、3003、8011等牌號(hào),而這幾種鋁合金產(chǎn)品的力學(xué)性能、表面質(zhì)量等無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)高檔產(chǎn)品的需求；采用熱軋法生產(chǎn)的8006鋁合金產(chǎn)品性能雖有提高，但成本較高，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。用鑄軋法生產(chǎn)8006鋁合金容器箔坯料，能滿(mǎn)足成品厚度較薄、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率較大、表面質(zhì)量好等市場(chǎng)需求，并且有比熱軋產(chǎn)品成本更低的優(yōu)勢(shì)，因此有廣闊的市場(chǎng)前景。

1 鋁合金容器箔的性能和質(zhì)量要求

1)成型性好。箔材能滿(mǎn)足各種形狀、規(guī)格容器的沖制生產(chǎn)要求。

2)強(qiáng)度高。容器箔的強(qiáng)度是指箔材沖壓制成容器后，能夠承載重物而不變形的能力。很多用戶(hù)要求鋁合金容器箔的強(qiáng)度能滿(mǎn)足沖制成的容器可以承受不小于890 g重量物品而不變形[1]。

3)表面質(zhì)量好。要求容器箔表面干凈衛(wèi)生、耐腐蝕，無(wú)可見(jiàn)的污物。如果表面鋁粉較多，在沖制成容器時(shí)會(huì)產(chǎn)生表面油污，影響使用。

4)熱傳導(dǎo)性?xún)?yōu)良。要求容器箔具有較好的抗熱變形性能，可以和食物一起加熱并兼具輕便、耐用、衛(wèi)生，可回收等特點(diǎn)。

2 鑄軋寬幅8006鋁合金箔坯料的生產(chǎn)難點(diǎn)

近年來(lái)，寬幅鑄軋機(jī)越來(lái)越多，生產(chǎn)寬度大于2 000 mm的鑄軋鋁合金產(chǎn)品，生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益均能大幅提高，但隨著產(chǎn)品寬度的增加，產(chǎn)品質(zhì)量的控制難度同時(shí)增大。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，影響鑄軋寬幅8006鋁合金容器箔坯料的質(zhì)量問(wèn)題主要有：晶粒尺寸不均勻或粗大，晶內(nèi)成分偏析等。

2.1 晶粒尺寸不均勻或粗大

鑄軋生產(chǎn)8006鋁合金坯料中為了控制產(chǎn)品晶粒度，一般通過(guò)送絲裝置把鋁-鈦-硼絲送入有鋁合金液通過(guò)的流槽中，通過(guò)高溫鋁合金熔體將它熔化，在流體的帶動(dòng)和除氣轉(zhuǎn)子的攪拌作用下，實(shí)現(xiàn)細(xì)化劑和熔體的均勻混合。寬幅鑄軋坯料生產(chǎn)時(shí)單位時(shí)間鋁合金熔體通過(guò)量比常規(guī)(寬度1 850 mm及以下)鑄軋生產(chǎn)時(shí)的鋁合金熔體通過(guò)量多20%～35%。如果根據(jù)該通過(guò)量同步提升鋁-鈦-硼絲的加入速度，會(huì)造成細(xì)化劑混合不均勻以及一部分鋁-鈦-硼絲來(lái)不及熔化而沉積在加入點(diǎn)附近，從而引起晶粒尺寸不均勻或晶粒粗大等問(wèn)題。

2.2 晶內(nèi)偏析

根據(jù)8006鋁合金的化學(xué)成分(表1)和Al-Fe-Mn系三元相圖[2]，可判定該合金在凝固過(guò)程具有如下特點(diǎn)：①液相線(xiàn)斜率很小，等溫結(jié)晶間隔較寬；②液相線(xiàn)和固相線(xiàn)垂直結(jié)晶間隔很小，僅0.5 ℃～1.0 ℃；③錳在鋁中的固溶度變化很大，隨溫度下降而急劇減小。加上鑄軋生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，是具有劇烈的冷卻速度，因此高錳8006鋁合金鑄軋板很容易產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，即晶內(nèi)Mn元素濃度存在明顯差異，在成品退火時(shí)，會(huì)造成再結(jié)晶的晶粒大小不一[3]。

表1 8006合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)Table 1 Chemical Composition of 8006 aluminum alloy(wt/%)

傳統(tǒng)鑄軋法生產(chǎn)寬幅8006鋁合金容器箔坯料時(shí)，一方面因?qū)挿T嘴的進(jìn)液口只有一個(gè)，鋁合金熔體從進(jìn)液口進(jìn)入鑄嘴后向鑄嘴兩邊部區(qū)域分流時(shí)，因行程遠(yuǎn)會(huì)造成溫降明顯；另一方面，鑄嘴內(nèi)部分流塊的布局決定著熔體的分配效果，對(duì)鑄嘴內(nèi)鋁合金熔體的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的均勻性起著決定性的作用[4]。鋁合金熔體從傳統(tǒng)方法制作的鑄嘴流出到鑄軋區(qū)時(shí)，很容易出現(xiàn)鑄嘴出口處流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的不均勻，鑄軋板坯冷卻結(jié)晶時(shí)就會(huì)出現(xiàn)晶內(nèi)偏析，從而導(dǎo)致板坯的表面質(zhì)量和力學(xué)性能均較差等問(wèn)題。因此，需針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，來(lái)保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

3 鑄軋技術(shù)攻關(guān)

3.1 鋁-鈦-硼絲加入處流槽的改進(jìn)

傳統(tǒng)的流槽槽體呈 “U” 字形，內(nèi)壁光滑，可以很好地供鋁合金液流通，但生產(chǎn)寬幅鑄軋產(chǎn)品時(shí)，鋁合金液通過(guò)量大，鋁-鈦-硼絲加入量需同比例增加。因鋁合金液溫度控制不當(dāng)或細(xì)化劑加入速度過(guò)快等，會(huì)造成一部分鋁-鈦-硼絲來(lái)不及熔化而在加入點(diǎn)附近沉積，從而引起細(xì)化劑的有效加入量不夠，造成產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題；如果提高鋁-鈦-硼絲加入速度和人工在沉積點(diǎn)進(jìn)行攪拌，又可能造成細(xì)化劑加入量過(guò)大，也會(huì)引起產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題。并且鋁-鈦-硼絲價(jià)格較高，加入量過(guò)大，對(duì)生產(chǎn)成本也有影響。

傳統(tǒng)流槽結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 傳統(tǒng)鋁-鈦-硼絲加入處的流槽結(jié)構(gòu)Fig.1 Launder structure where the conventional Al-Ti-B wire is added

為了避免因鋁-鈦-硼絲沉積和不均勻造成產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，我們對(duì)流槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在槽內(nèi)增加了堵板和阻流塊。鋁-鈦-硼絲是加入至堵板和阻流塊之間的混合池中，鋁合金熔體經(jīng)過(guò)堵板下部的流孔進(jìn)入而形成一股潛流，對(duì)混合池內(nèi)的已熔化或未完全熔化的鋁-鈦-硼絲形成均勻的沖刷力。在流槽內(nèi)增加阻流塊，并設(shè)計(jì)阻流塊的進(jìn)液側(cè)斜面呈45°，可以為混合的鋁合金熔體提供下沖勢(shì)能；阻流塊出液側(cè)斜面呈30°，出液側(cè)斜面較長(zhǎng)，可以為混合鋁合金熔體在流動(dòng)中提供充分混合的距離，避免鋁-鈦-硼絲沉積，而且還可起到攪拌熔體的作用，使混合液更均勻。改進(jìn)后的流槽結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2[5]。

圖2 改進(jìn)后供鋁-鈦-硼絲加入處的流槽結(jié)構(gòu)Fig.2 The improved Launder structure where the Al-Ti-B wire is added

3.2 鑄嘴制作方法的改進(jìn)

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，使用傳統(tǒng)方法制作的鑄嘴在生產(chǎn)寬幅鑄軋產(chǎn)品時(shí)的缺點(diǎn)如下：①一個(gè)進(jìn)液口，使進(jìn)入鑄嘴的鋁合金熔體從中部向邊部分流時(shí)因流程長(zhǎng)而熱量散失大；②傳統(tǒng)方法制作的鑄嘴不論是一級(jí)、二級(jí)還是三級(jí)分流，在生產(chǎn)8006鋁合金鑄軋板坯時(shí)鑄嘴出口處鋁合金熔體流量和溫度的均勻性不能很好兼顧，不能有效解決鑄軋板坯冷卻結(jié)晶時(shí)出現(xiàn)的晶內(nèi)偏析現(xiàn)象。

針對(duì)上述情況，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，對(duì)鑄嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，方法如下：把鑄嘴進(jìn)液口設(shè)定為兩個(gè)，內(nèi)部的分流塊個(gè)數(shù)設(shè)定為奇數(shù)，中心分流塊為組合結(jié)構(gòu)，其寬度大于周邊分流塊，中心分流塊兩側(cè)的周邊分流塊呈對(duì)稱(chēng)設(shè)置；中心分流塊與相鄰的兩周邊分流塊之間的縫隙寬度均設(shè)定為b,b=7 mm～10 mm, 剩余的兩相鄰周邊分流塊之間的縫隙寬度依次設(shè)為b1、b2、…bx,周邊分流塊3的寬度為100 mm～140 mm之間，周邊分流塊間隙從中間開(kāi)始依次增大，bx的數(shù)值使其為相連間隙的(1.8～2.2)倍，邊部擋塊在滿(mǎn)足(1.8～2.2)倍的條件下根據(jù)鑄嘴寬度修整，邊部擋塊與鋁合金液接觸面按流線(xiàn)形曲面制作，避免產(chǎn)生流線(xiàn)死角，并且分流塊在軋制方向上分層排列，以中心分流塊為第一層，依次對(duì)稱(chēng)向上部分層布局，上移的距離均為10 mm。改進(jìn)后的鑄嘴配合相應(yīng)的工藝參數(shù)，消除晶內(nèi)偏析效果明顯。改進(jìn)后寬幅鑄嘴結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3[6]。

圖3 改進(jìn)后的寬幅鑄軋的鑄嘴結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of improved casting nozzle for wide foil-stock roll casting

3.3 前箱和鑄嘴之間流道的改進(jìn)

為匹配鑄嘴的雙進(jìn)液口，對(duì)澆注流道也進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)成一個(gè)鋁合金液進(jìn)口和兩個(gè)出液孔，鋁合金液進(jìn)口和前箱鋁合金液出口對(duì)應(yīng)，出液孔和鑄嘴的兩個(gè)進(jìn)液口對(duì)應(yīng)。此設(shè)計(jì)可以更好地解決鋁合金熔體的分配并減少鋁合金液在鑄嘴內(nèi)部的行程。改進(jìn)后的流道結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 改進(jìn)后的流道結(jié)構(gòu)Fig.4 Modified runner structure

3.4 鑄軋工藝參數(shù)優(yōu)化

在控制好鋁合金熔體化學(xué)成分、加強(qiáng)熔體凈化處理后，鑄軋的關(guān)鍵工藝參數(shù)控制如下：前箱溫度695 ℃～700 ℃ ，軋輥凸度0.40 mm～0.50 mm，輥縫3.8 mm～4.5 mm，鑄軋區(qū)長(zhǎng)度60 mm～65 mm,鑄軋速度(730±20)mm/min，冷卻水溫度35 ℃～40 ℃，鋁-鈦-硼絲加入量(1.8～2.0)kg/(t Al)，F(xiàn)e、Mn含量控制為w(Fe+Mn)<1.8%，否則易形成(FeMn)Al6一次晶的偏析聚集[7]。

4 寬幅8006鋁合金箔軋制工藝

寬幅8006鋁合金箔軋制生產(chǎn)工藝流程為:鑄軋卷→均勻化退火→冷軋→中間退火(430 ℃1 h)→冷軋→分切→成品箔檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)。軋制生產(chǎn)工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

軋制為成品后，轉(zhuǎn)運(yùn)至分切機(jī)剪切成所需規(guī)格，取樣檢驗(yàn)后包裝入庫(kù)。

表2 8006鋁合金容器箔軋制工藝參數(shù)Table 2 Rolling production process parameters of 8006 Al alloy container foil

5 鑄軋技術(shù)改進(jìn)的效果驗(yàn)證

5.1 晶粒度及金相組織

對(duì)8006鋁合金鑄軋坯料和成品箔材的低倍組織進(jìn)行檢查，其結(jié)果如圖5所示。未發(fā)現(xiàn)疏松及其他缺陷,晶粒大小均勻，晶粒度為一級(jí)。

圖5 產(chǎn)品的低倍組織Fig.5 Macrostructure of the product

對(duì)成品箔材取樣進(jìn)行金相顯微組織檢查，看到晶粒組織細(xì)小、均勻。金相顯微組織見(jiàn)圖6。

圖6 成品箔材的金相顯微組織Fig.6 Metallographic microstructure of finished foil product

5.2 產(chǎn)品的性能

改進(jìn)鑄軋生產(chǎn)技術(shù)后，生產(chǎn)的寬幅8006鋁合金容器箔與熱軋8011、3003、1100鋁合金坯料生產(chǎn)的箔材性能對(duì)進(jìn)行了對(duì)比，在同厚度和狀態(tài)下試樣性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 不同鋁合金箔材性能數(shù)據(jù)對(duì)比Table 3 Comparison of performance data of different Al alloy foil products

從表3數(shù)據(jù)可知,用改進(jìn)鑄軋技術(shù)后鑄軋坯料生產(chǎn)的寬幅8006鋁合金容器箔的強(qiáng)度，與熱軋3003鋁合金坯料生產(chǎn)的箔材相當(dāng),但伸長(zhǎng)率比3003鋁合金箔的更大；其整體性能優(yōu)于熱軋3003、8011和1100鋁合金坯料生產(chǎn)的箔材。

6 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)寬幅8006鋁合金容器箔坯料鑄軋生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)，主要是對(duì)流槽、鑄嘴、澆注流道等進(jìn)行了創(chuàng)新性改進(jìn)和應(yīng)用，并通過(guò)鑄軋工藝參數(shù)的優(yōu)化，使鋁-鈦-硼絲在流槽內(nèi)的沉積問(wèn)題、鑄嘴內(nèi)部流場(chǎng)和溫度場(chǎng)不均勻的問(wèn)題得以解決，鑄軋法生產(chǎn)寬幅8006鋁合金容器箔坯料，完全能使成品箔材滿(mǎn)足厚度薄、抗拉強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率大、表面質(zhì)量好等市場(chǎng)需求，并且有比熱軋法坯料產(chǎn)品更低的成本優(yōu)勢(shì)和更好的市場(chǎng)前景。