5182鋁合金罐車料熱軋表面起皮原因及對策

于海林，曾招芬

（天津忠旺鋁業(yè)有限公司，天津 301729）

0 前言

某公司近期生產(chǎn)的5182 鋁合金罐車料，部分產(chǎn)品表面出現(xiàn)了起皮缺陷，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。針對該問題展開調(diào)查研究，分析其發(fā)生原因并采取措施，以實現(xiàn)5182鋁合金罐車料產(chǎn)品的穩(wěn)定供貨。

經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，吳永喜[1-2]等認(rèn)為高鎂鋁合金熱軋帶材表面起皮主要是由生產(chǎn)過程中的機械損傷以及鑄錠Mg 偏析造成的，通過減少帶材與設(shè)備的直接接觸、調(diào)整鑄錠的加熱溫度和時間來減少Mg析出等措施，消除了帶材表面起皮缺陷。這些研究具有借鑒作用，我們首先排查熱軋過程，反復(fù)確認(rèn)熱軋時未出現(xiàn)鑄錠機械傷，軋機導(dǎo)路也無鋁屑等異物壓入的情況，鑄錠加熱溫度和保溫時間均正常。于是推斷問題可能在鑄錠本身上，需要深入分析其發(fā)生原因。

1 缺陷分析

1.1 缺陷宏觀形貌分析

起皮樣品如圖1 所示，缺陷與軋制方向平行，金屬局部表面脫層，呈舌頭狀。撕開起皮，發(fā)現(xiàn)皮下基底新鮮，并有多條橫向微裂紋，坑底整體較為平坦，且無軋輥壓過紋路，這些特點與金屬壓入或非金屬壓入特征不符，也與鑄錠輥道機械傷造成的起皮特征不符。

圖1 缺陷樣品的宏觀形貌

1.2 掃描電鏡形貌分析

在起皮鋁板上查找尚未爆裂翻起但已經(jīng)出現(xiàn)表面脫層的位置，標(biāo)記好區(qū)域，鋸切小塊，把脫層缺陷1/2 縱剖，然后超聲波清洗干凈。對潔凈的樣品進行金相制樣，鑲嵌、磨平、拋光后再次超聲波清洗，確保清潔。隨后掃描電鏡分析，結(jié)果如圖2和圖3所示。觀察掃描電鏡形貌發(fā)現(xiàn)，金屬基體表層下方深度約118 μm 處有明顯的夾渣壓潰流線帶，其分布已經(jīng)超過了視場。

圖2 樣品縱截面的掃描電鏡形貌

圖3 夾渣壓潰帶的局部細(xì)節(jié)放大

1.3 掃描電鏡能譜面掃描

對圖4的視場做能譜面掃描，確認(rèn)夾渣帶的主要成分，推斷其屬性，具體如圖5和圖6所示。

圖4 夾渣帶的掃描電鏡型貌

圖5 夾渣帶的能譜面掃分析

圖6 夾渣帶的面總譜圖分析

從掃描電鏡的能譜面掃描結(jié)果上可以看出，白色框線區(qū)域內(nèi)Al、Mg、O 三元素分布嚴(yán)重不均勻，而Mn、Cl 兩元素分較均衡。夾渣壓潰流線帶與基體相比，Al 元素不足、Mg 元素富集、O 元素富集，這三個特征元素的分布趨勢與夾渣形貌走向完全一致，說明夾渣的主要屬性就是鋁鎂氧化物。

2 過程調(diào)查與對策措施

熔鑄車間生產(chǎn)5182 鋁合金罐車料，所采用的鋁水過濾方式比較簡單，為40ppi 的單級陶瓷過濾板過濾。由于5182 鋁合金罐車料的訂單起伏較大，廢料有時不夠用，有時積壓呆滯。車間現(xiàn)場為處理某段時間積壓的各等級廢料，有新訂單時，就大比例添加廢料，甚至超過了配料容許上限。根據(jù)文獻(xiàn)介紹，劉旺[3]等認(rèn)為5182鋁合金熔體氧化夾渣多且復(fù)雜。當(dāng)爐內(nèi)精煉、在線除氣與過濾能力沒有明顯提升時，鑄錠夾渣隱患很大。鑒于5182 鋁合金罐車料的訂單起伏較大，現(xiàn)場廢料不準(zhǔn)許呆滯，短期內(nèi)大比例添加廢料有良好經(jīng)濟效益，故只能強化爐內(nèi)精煉效果，并提高在線過濾精度，同時加強流槽等鋁水導(dǎo)路的清潔管理，杜絕鑄錠夾渣隱患。具體措施如下：（1）熔煉爐內(nèi)增加Ar 氣噴粉精煉，用Ar 氣做載體，將精煉劑均勻吹入鋁水內(nèi)部，不留死角，精煉時間40 min，精煉完畢后扒渣并靜置30 min，此舉從熔煉爐源頭上改善鋁水質(zhì)量，降低保溫爐內(nèi)Ar-Cl 混合氣精煉機的負(fù)擔(dān)。（2）提高保溫爐內(nèi)Ar-Cl 混合氣的精煉效果，將STARS 精煉機的轉(zhuǎn)速由250 r/min，提高到350 r/min。提速后的精煉氣泡呈大面積彌散分布狀，鋁水不再沸騰上拋，較原來的小面積噴泉上拋狀有很大改觀。原來的噴泉上拋狀，易造成鋁水與空氣頻繁接觸，產(chǎn)生二次氧化。（3）將40ppi 單級陶瓷板過濾，改為40ppi＋60ppi的雙級陶瓷板過濾，以提高鋁水過濾精度，保證熔體質(zhì)量。根據(jù)文獻(xiàn)介紹，鄭超[4]等認(rèn)為，雙級陶瓷板過濾具有成本低廉效果顯著的特點，可明顯改善熔體質(zhì)量。熔鑄采取以上系列措施后，新生產(chǎn)的5182 鋁合金鑄錠熱軋表現(xiàn)良好，沒有再出現(xiàn)類似的起皮缺陷。

3 分析與討論

對以上所有過程還原，推測其復(fù)雜的發(fā)生機理如下：生產(chǎn)5182 鋁合金罐車料時，由于訂單起伏較大，現(xiàn)場廢料時有積壓。當(dāng)高鎂合金大量添加廢料時，熔體粘稠，鋁鎂氧化夾渣含量劇增，而相應(yīng)的爐內(nèi)精煉、在線除氣與過濾能力，卻沒有顯著提升，鋁水質(zhì)量堪憂，夾渣隱患增大。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的介紹[5-6]，陶瓷過濾板對夾渣攔截有一定的概率性。單級低目數(shù)的陶瓷板攔截吸附效能較差，鋁水內(nèi)部數(shù)量眾多的氧化夾渣通過過濾板時，聚集吸附在其內(nèi)部通道中。當(dāng)鋁水流速較高、過濾板通道內(nèi)吸附的夾渣接近飽和時，這些夾渣就極易脫附、穿透過濾板進入結(jié)晶器，最終凝固在鑄錠內(nèi)部。熱軋劇烈變形時，夾渣薄弱部位微裂紋萌生、擴展，最終形成起皮缺陷。當(dāng)改進熔鑄精煉和過濾工藝后，熔體質(zhì)量顯著改善，鑄錠夾渣隱患降低，新生產(chǎn)的5182鋁合金鑄錠熱軋表現(xiàn)良好，問題消除。

4 結(jié)論

（1）5182 鋁合金罐車料熱軋表面的這種典型起皮缺陷，是由鑄錠局部氧化夾渣導(dǎo)致的。

（2）生產(chǎn)實踐表明，高鎂鋁合金采用爐內(nèi)強化精煉，并結(jié)合雙級陶瓷板過濾，能有效改善熔體質(zhì)量，杜絕夾渣隱患，防止熱軋起皮缺陷發(fā)生。