鋁合金生產工藝控制要點分析

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摘要：本文通過研究了鑄軋和均勻化條件下鑄軋3104合金的組織改善情況，鑄軋過程中通過選擇適宜的鑄軋工藝（前箱溫度690℃,鑄軋速度0.8m/s）以及適宜的均勻化工藝（570℃×10h）可以有效的降低鑄軋法3104合金的晶內偏析同時降低晶粒度，改善后的成品經過退火后，0.4mm3系合金O狀態延伸率可以達到27%，沖壓不開裂，表面不存在水波紋。

關鍵詞：鑄軋；均勻化；偏析；延伸率

3000系鋁合金主要添加元素為Mn元素，主要形成MnAl6第二相作為強化相。3系鋁合金中的3104合金除了在鋁基體中添加Mn元素之外，還添加了Mg元素作為強化元素，普遍應用于易拉罐體材料、幕墻材料、鋁基板材料等的生產。3104合金主要采用（DC法）鑄造-熱軋-冷軋的工藝模式，（CC法）鑄軋生產方式由于受到各種不良因素的限制，難以得到推廣，近年來，國內外學者針對CC法3104合金鋁材的內部組織機理和影響因素進行了一些研究，大多數局限于實驗室進行理論上的分析，本文介紹了在工業實際生產條件下，闡明了最優的生產鑄軋3104合金帶材的工藝參數。

1CC法3104合金工藝難點

3XXX鋁合金的主要合金元素是Mn，3104合金也有其它的金屬元素，如Mg、Fe、Si、Cu、Zn等，其中Mg元素的含量約為1%。根據Al-Mn系合金平衡相圖，其凝固過程具有如下幾個特點：①液相線斜率很小，等溫結晶間隔甚寬。②液相線和固相線垂直結晶間隔很小，僅0.5℃~1.0℃。③錳在鋁中的固溶度變化很大，隨溫度的下降而急劇減小。加之CC法鑄軋生產工藝鑄軋工藝具有劇烈的冷卻速度，其值已經達到了102~103℃/s，比常規半連續鑄造技術約快2個數量級，因此高Mn3104合金鑄軋板材當中存在著明顯晶內偏析，即晶內與晶外的Mn元素濃度存在明顯差異，成品退火時．低錳區域就會先形核生成再結品晶粒，繼續升溫至高錳區能發生再結晶時，低錳區晶粒早已長大，因此，造成再結晶的晶粒大小不一[1]。如圖1(a)、（b）所示。

2技術改進措施

生產測試中，按照3104標準成分進行鑄軋法生產（如表1），材料加工工藝為：熔煉-鑄軋-均熱--冷軋-切邊-冷軋-退火-發貨，鑄軋坯料厚度7.0mm，冷軋5-8個道次，成品厚度0.4mm，中間退火工藝：370~450℃*3h。分別采取鑄軋工藝調整、增加鑄軋坯料均熱工藝、等工藝措施控制其晶內偏析，效果與原因分析如下所述。表1合金成分表（wt%）SiFeCuMnMgCrTiAl國標0.2-0.60-0.350-0.11.0-1.30.9-1.1-0.1余量（1）鑄軋工藝優化。軋輥壓力下，富集在固液界面處的液態合金元素沿枝晶間隙，從軋輥與熔鋁接觸的過冷面根據孔道效應集中到中部溫度較高的區域，當液態合金全部凝固后，在板坯的中心層則形成了偏析層。中心偏析一直是鑄軋材料的固有缺陷。采用了光譜分析方法探索不同鑄軋參數條件下鑄軋坯的元素偏析，可以更宏觀的測出元素在不同層上的分布情況。鑄軋參數主要包括鑄軋速度、前箱溫度兩個指標。圖2指出了在三種不同前箱溫度（鑄軋溫度）和鑄軋速度情況下的元素偏析情況，偏析發生的趨勢大體一致，按照到表面的距離呈現先升高再降低的趨勢。并且偏析較嚴重的區域都發生在板坯中心線附近。不同工藝條件下，偏析的程度存在差異，在前箱溫度為670℃，鑄軋速率為1.0m/min時Mg元素和Mn元素的偏析較嚴重，在前箱溫度為690℃，鑄軋速率為0.8m/min時，偏析相對較輕。適當降低鑄軋速率，提高冷卻強度可以一定程度預防中心線偏析。（2）鑄軋坯料均熱工藝。熱軋法生產過程中，鑄錠一般需要均勻化退火，其可以消除枝晶偏析，使部分共晶相溶解、成分均勻且消除大部分內應力。均勻化溫度一般選擇：0.9Tm~0.95Tm，Tm為鑄錠開始融化時的溫度，3104鑄錠均勻化溫度一般為：580℃~600℃。鑄軋坯料很少有進行均勻化退火的工藝操作，經過大量實踐論證，根據鑄軋立板溫度一般為590℃~595℃，制定了570℃×10h的均勻化熱處理制度。圖3（a）~（b）為3104鋁合金合金經570℃×10h的均勻化處理之后的顯微組織照片，從圖中可以發現，經均勻化處理后鑄軋板的顯微組織發生了顯著的變化，經均勻化處理后，合金的組織中晶內枝晶斷裂、枝晶組織特質得到改善，大部分粗大非平衡結晶相溶入基體中，并且組織中未出現復熔共晶球等過燒特征。說明實驗所制定的均勻化處理工藝效果較好。最終成品退火后進行延伸率測試的結果如表2，從表中可見，常規鑄軋材料進行均熱后，材料的延伸率僅有20%，表面紋路明顯，沖壓測試出現裂紋比例高，經過鑄軋以及均勻化工藝之后，材料延伸率可以達到27%，沖壓測試未出現裂紋。

3結論

鑄軋過程中通過選擇適宜的鑄軋工藝（前箱溫度690℃,鑄軋速度0.8m/s）以及適宜的均勻化工藝（570℃×10h）可以有效的降低鑄軋法3104合金的晶內偏析同時降低晶粒度，改善后的成品經過退火后，0.4mm3系合金O狀態延伸率可以達到27%，沖壓不開裂，表面不存在水波紋。

作者:陳博文 杜新偉 單位:乳源東陽光優艾希杰精箔有限公司