寬幅8006鋁合金容器箔坯料鑄軋生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)

曾 虎，韓文杰

(洛陽萬基鋁鈦合金新材料有限公司，河南 洛陽 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,而這幾種鋁合金產(chǎn)品的力學(xué)性能、表面質(zhì)量等無法滿足市場對高檔產(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，缺乏市場競爭力。用鑄軋法生產(chǎn)8006鋁合金容器箔坯料，能滿足成品厚度較薄、抗拉強(qiáng)度和伸長率較大、表面質(zhì)量好等市場需求，并且有比熱軋產(chǎn)品成本更低的優(yōu)勢，因此有廣闊的市場前景。

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。很多用戶要求鋁合金容器箔的強(qiáng)度能滿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，無可見的污物。如果表面鋁粉較多，在沖制成容器時會產(chǎn)生表面油污，影響使用。

4)熱傳導(dǎo)性優(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，寬幅鑄軋機(jī)越來越多，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，一般通過送絲裝置把鋁-鈦-硼絲送入有鋁合金液通過的流槽中，通過高溫鋁合金熔體將它熔化，在流體的帶動和除氣轉(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)時單位時間鋁合金熔體通過量比常規(guī)(寬度1 850 mm及以下)鑄軋生產(chǎn)時的鋁合金熔體通過量多20%～35%。如果根據(jù)該通過量同步提升鋁-鈦-硼絲的加入速度，會造成細(xì)化劑混合不均勻以及一部分鋁-鈦-硼絲來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程具有如下特點(diǎn)：①液相線斜率很小，等溫結(jié)晶間隔較寬；②液相線和固相線垂直結(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，會造成再結(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，一方面因?qū)挿T嘴的進(jìn)液口只有一個，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，因行程遠(yuǎn)會造成溫降明顯；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，對鑄嘴內(nèi)鋁合金熔體的流場和溫度場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，很容易出現(xiàn)鑄嘴出口處流場和溫度場的不均勻，鑄軋板坯冷卻結(jié)晶時就會出現(xiàn)晶內(nèi)偏析，從而導(dǎo)致板坯的表面質(zhì)量和力學(xué)性能均較差等問題。因此，需針對以上問題進(jìn)行改進(jìn)，來保證最終產(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，鋁合金液通過量大，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)化劑加入速度過快等，會造成一部分鋁-鈦-硼絲來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)化劑加入量過大，也會引起產(chǎn)品的質(zhì)量問題。并且鋁-鈦-硼絲價(jià)格較高，加入量過大，對生產(chǎn)成本也有影響。

傳統(tǒng)流槽結(jié)構(gòu)見圖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)量問題，我們對流槽結(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)過堵板下部的流孔進(jìn)入而形成一股潛流，對混合池內(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能；阻流塊出液側(cè)斜面呈30°，出液側(cè)斜面較長，可以為混合鋁合金熔體在流動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)品時的缺點(diǎn)如下：①一個進(jìn)液口，使進(jìn)入鑄嘴的鋁合金熔體從中部向邊部分流時因流程長而熱量散失大；②傳統(tǒng)方法制作的鑄嘴不論是一級、二級還是三級分流，在生產(chǎn)8006鋁合金鑄軋板坯時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)晶時出現(xiàn)的晶內(nèi)偏析現(xiàn)象。

針對上述情況，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，對鑄嘴結(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，內(nèi)部的分流塊個數(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)的周邊分流塊呈對稱設(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形曲面制作，避免產(chǎn)生流線死角，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，依次對稱向上部分層布局，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，對澆注流道也進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)成一個鋁合金液進(jìn)口和兩個出液孔，鋁合金液進(jìn)口和前箱鋁合金液出口對應(yīng)，出液孔和鑄嘴的兩個進(jìn)液口對應(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。軋制生產(chǎn)工藝參數(shù)見表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。

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。

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

對成品箔材取樣進(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)的箔材性能對進(jìn)行了對比，在同厚度和狀態(tài)下試樣性能數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同鋁合金箔材性能數(shù)據(jù)對比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

通過對寬幅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)的沉積問題、鑄嘴內(nèi)部流場和溫度場不均勻的問題得以解決，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足厚度薄、抗拉強(qiáng)度高、伸長率大、表面質(zhì)量好等市場需求，并且有比熱軋法坯料產(chǎn)品更低的成本優(yōu)勢和更好的市場前景。