鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑國產(chǎn)化應(yīng)用淺析

黎小都

【摘 要】對進(jìn)口Al-Ti-B、國產(chǎn)Al-Ti-B及其在連續(xù)鑄軋生產(chǎn)過程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析、研究。結(jié)果表明，國產(chǎn)Al-Ti-B晶粒細(xì)化效果良好，同進(jìn)口Al-Ti-B的相當(dāng)，能滿足鑄軋工藝需要，替代進(jìn)口。

【關(guān)鍵詞】鋁鈦硼；細(xì)化劑；國產(chǎn)化

鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑已成為熔體處理技術(shù)的重要組成部分。我國在80 年代后期采用這一技術(shù)時，試驗研究首先采用的是國產(chǎn)塊狀及擠壓成絲狀的細(xì)化劑，雖然起到了一定作用，但其細(xì)化效果不穩(wěn)定，不適應(yīng)連續(xù)鑄軋工藝特點。之后隨著國外技術(shù)、裝備的引進(jìn)，進(jìn)口鋁鈦硼一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，雖然其價格在逐步下降，供應(yīng)渠道也逐步拓寬，但在應(yīng)用過程中仍然存在著供應(yīng)周期長、價格較高、占用外匯等缺點。因此，實現(xiàn)鋁鈦硼國產(chǎn)化， 是生產(chǎn)者和使用者共同關(guān)心的事。為此，我們近年來開展了這一應(yīng)用研究。

1.國產(chǎn)化內(nèi)容及目標(biāo)

根據(jù)連續(xù)鑄軋工藝特點及進(jìn)口細(xì)化劑的應(yīng)用情況， 我們確定如下國產(chǎn)化內(nèi)容及目標(biāo)、分析、研究進(jìn)口Al-Ti-B 細(xì)化劑的化學(xué)成分，金相組織等；優(yōu)選或合作開發(fā)國產(chǎn)Al-Ti-B ，分析、研究其化學(xué)成分、金相組織，提出工藝要求；在實際鑄軋生產(chǎn)過程中進(jìn)行試驗、應(yīng)用，并與進(jìn)口Al-Ti-B 的細(xì)化效果進(jìn)行對比分析；確定國產(chǎn)Al-Ti-B的加人參數(shù)及工藝配置.達(dá)到的目標(biāo)： 細(xì)化效果好、穩(wěn)定， 滿足鑄軋工藝要求， 能替代進(jìn)口并正常供貨。

2.試驗方案的制定

（1）細(xì)化劑化學(xué)成分（主要是Ti、B元素含量及控制范圍）、金相組織（化合物顆粒形貌、尺寸及分布）的檢驗、分析。

（2）因三條鑄軋機(jī)列不同的工藝配置， 在不同鑄軋機(jī)上的試驗與應(yīng)用。

（3）因合金成分（影響到結(jié)晶時晶核數(shù)的多少及細(xì)化效果）不同，分合金的試驗與應(yīng)用。

（4）與進(jìn)口Al-Ti-B在同等工藝條件下進(jìn)行細(xì)化效果的比較。

（5）考慮其它因素的變化，如鈦絲機(jī)、鑄軋機(jī)電流電壓波動導(dǎo)致速度變化或Al-Ti-B絲同卷的直徑變化而造成加人量改變（尤其減少） 時細(xì)化效果的變化情況。

試驗將結(jié)合以上幾個方面開展。

3.試驗、應(yīng)用情況

3.1國產(chǎn)細(xì)化劑的選擇

近年來，國內(nèi)不少企業(yè)開展Al-Ti-B細(xì)化劑的研制和生產(chǎn)工作，以塊（錠）狀居多，用于連續(xù)加入的絲狀產(chǎn)品也有幾家，有的采用鑄錠-擠壓方法，有的采用連續(xù)鑄擠法（國外一般采用連鑄連軋法）。經(jīng)過手機(jī)信息及小樣產(chǎn)品分析，我們選擇了技術(shù)及生產(chǎn)規(guī)模在國內(nèi)尚屬領(lǐng)先的某廠研制的Al-Ti-B絲作為國產(chǎn)化材料開展此項工作。

3.2進(jìn)口Al-Ti-B的分析

3.2.1化學(xué)成分

經(jīng)過對進(jìn)口Al-Ti-B多次取樣分析，其化學(xué)成分典型值見表1。

表1 進(jìn)口Al-Ti-B中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

3.2.2化合物顆粒形貌、尺寸及分布

進(jìn)口Al-Ti-B經(jīng)顯微組織分析，其化合物顆粒一般控制在如下范圍內(nèi)：

TiB1：最大顆粒可達(dá)5μm，大部分（90%以上）小于2μm，并且基本上均勻分布，沒有異常聚集的TiB2團(tuán)狀。

TiAl3：大部分為塊狀，平均粒度30μm×50μm，絕大部分（95%以上）顆粒長軸小于150μm，最大顆粒長軸可達(dá)200μm。

除少量鹽外，沒有其他金屬或非金屬的聚集物。

進(jìn)口Al-Ti-B金相顯微組織如圖1所示。

圖1 進(jìn)口Al-Ti-B金相顯微組織

根據(jù)對國外進(jìn)口Al-Ti-B的分析研究，我們提出了Al-Ti-B國產(chǎn)化材料的技術(shù)要求。

3.3國產(chǎn)Al-Ti-B的試驗與試用

3.3.1首次試用情況

（1）化學(xué)成分及金相組織分析。

化學(xué)成分如表2所示

表2 國產(chǎn)Al-Ti-B中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

化合物顆粒分析：

TiAl3：大部分為塊狀，約70，μm，最大顆粒長軸144μm（試樣取兩個，試樣2存在少許棒狀，最大顆粒長軸216μm，大部分在80μ左右）。

TiB3：最大顆粒5μm，大部分在2μm以內(nèi)。

（2）試用記錄及效果檢測。

試用記錄及效果檢測見表3

表3 試用工藝參數(shù)及效果檢測（3#軋機(jī)）

（3）試用結(jié)果及分析。

從試用記錄可看出，國產(chǎn)Al-Ti-B第1卷同進(jìn)口Al-Ti-B的細(xì)化效果相當(dāng)，而第2卷則出現(xiàn)了局部大經(jīng)理，經(jīng)提高加入量及重新立板仍然效果不佳。經(jīng)分析，可能與其化合物顆?？刂朴嘘P(guān)（棒狀TiAl3相對較多且最大顆粒長軸達(dá)216μm），因而導(dǎo)致其細(xì)化效果不穩(wěn)定。

3.3.2第二次試用

經(jīng)過對首次試用的結(jié)果及存在的問題進(jìn)行分析和改進(jìn)，我們對國產(chǎn)Al-Ti-B工藝控制特別是化合物顆粒提出了新的要求，進(jìn)行了第二次試驗。

（1）化學(xué)成分及金相組織分析。

化學(xué)成分如表4所示

表4 國產(chǎn)Al-Ti-B中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

化合物顆粒分析：

TiAl3：絕大部分為塊狀，最大顆粒尺寸約50μm，分布均勻。

TiB2：大部分小于2μm，分布彌散，有少許聚集，最大顆粒尺寸3μm。

（2）試用記錄及效果檢測。

試用記錄及效果見表5

表5 試用工藝參數(shù)及效果檢測（2#軋機(jī)）

（3）試用結(jié)果與分析。

從上述結(jié)果可看到，經(jīng)改進(jìn)后第二次試用效果較好，在同等條件下加入量的變化及鑄軋速度的變化仍具有穩(wěn)定的細(xì)化效果，并且與進(jìn)口Al-Ti-B相同。

3.3.2第三次試用

在前兩次小批量試用的基礎(chǔ)上，我們又進(jìn)行了擴(kuò)大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用，條件完全結(jié)合生產(chǎn)實際。

（1）化學(xué)成分及進(jìn)行組織分析。

化學(xué)成分抽樣分析見表6

表6 國產(chǎn)Al-Ti-B中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

化合物顆粒提樣檢測：

TiAl3：大部分為塊狀，分布均勻，顆粒在20～30μm之間，最大顆粒長軸為116μm。

TiB2：大部分分布彌散，顆粒小于2μm，有少許聚集，最大顆粒為3μm。

Al-Ti-B顯微組織如圖2所示

圖2 國產(chǎn)Al-Ti-B金相顯微組織

（2）結(jié)果與分析。

生產(chǎn)應(yīng)用數(shù)據(jù)及檢測結(jié)果統(tǒng)計如表7

表7 試用工藝參數(shù)及效果檢測

顯然，結(jié)合國產(chǎn)化研究內(nèi)容及試用方案進(jìn)行的擴(kuò)大規(guī)模的實際生產(chǎn)應(yīng)用效果良好，與進(jìn)口Al-Ti-B在相同工藝條件下的細(xì)化效果相同。

3.4加入方式及加入量的確定

國產(chǎn)Al-Ti-B加入量同進(jìn)口Al-Ti-B相當(dāng)，一般按含Ti量0.01%左右加入即可，根據(jù)不同的產(chǎn)品及不同的質(zhì)量要求予以調(diào)整，如純度較高的1系以及對組織和性能要求較高的空調(diào)器用箔、PS版板基等產(chǎn)品應(yīng)適當(dāng)提高加入量。

根據(jù)現(xiàn)場工藝配置，Al-Ti-B的加入設(shè)置在除氣箱入口前，這樣，經(jīng)除氣箱轉(zhuǎn)子的充分?jǐn)嚢瑁墒笰l-Ti-B化合物顆粒在熔體中均勻分布，充分保證細(xì)化效果。

經(jīng)過幾年來的努力，我們對國產(chǎn)Al-Ti-B提出并逐漸完善了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及其工藝控制要求（具體內(nèi)容略），取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)論

通過對進(jìn)口及國產(chǎn)Al-Ti-B的分析研究及針對不同機(jī)列、不同合金及加入量等因素變化情況下的小量及批量生產(chǎn)試用表明，國產(chǎn)Al-Ti-B細(xì)化效果良好、穩(wěn)定，同進(jìn)口Al-Ti-B的相當(dāng)，完全能替代進(jìn)口，滿足連續(xù)鑄軋工藝及產(chǎn)品質(zhì)量要求。 [科]