铸轧3004铝合金的开发

铸轧3004铝合金的开发“铸轧3004铝合金”项目主要是对铸轧工艺进行研究，生产出成品率高、质量好的优质铝合金铸轧板。3004铝合金为Al-Mn-Mg系铝合金，主要合金化元素是Mn和Mg，它具有较高的强度、较好的耐蚀性和优良的加工成形性，是应用最广泛的一种防锈铝，主要用于制作容器、运输、铝制品等行业，其中很大一部分是用作深冲板材。而深冲板材要求较低制耳率，因而对材料综合力学性能要求很高。目前，国内3004铝合金大多采用半连续铸锭，经热轧开坯后冷轧出成品，工序复杂，成本高昂。针对这种现况，我公司组织成立了研发小组，拟采用连续铸轧法生产3004铝合金。而作为小组的主要成员之一，我主要负责对铸轧法生产3004铝合金的理论方面进行研究，为实践提供符合实际的理论依据。铸轧3004铝合金的研制，化学成分是关键，在国家标准范围内对化学成分进行调整，选择合适的成分配比，是生产出优质3004铝合金的首要条件。因为3004铝合金的主要合金元素为Mn和Mg，通过对这两个元素的多次试验，我们最终确定了铸轧3004铝合金的各合金元素含量为：Si≤0.3%Fe≤0.7%Cu≤0.25%Mn：1.0-1.1%Mg：1.0-1.3%Al余量。铸轧3004铝合金的金相组织及表面质量也是我们研究的重点，对于表面要求不能有明显的横纹、裂纹，成品纵横向90度折弯均不能有裂纹。铸轧卷晶粒度上下表面都应为一级。另外，对铸轧板形的要求，我们力争其横向同板差小于0.03mm，一周纵向差不得超过0.15mm，且中凸度为0.3%-0.6%。铸轧工艺是成功出板的重要条件，研究合理的轧区、浇注系统预热温度、前箱液面高度以及轧制速度等工艺参数，才能保证成功出板的同时，提高铸轧3004铝合金的质量。在研制过程中，我主要从上述几个方面着手，对各个方面进行深入的研究并与理论相结合。铸轧区的长度是指供料嘴的出口端面至两辊中心线的距离。在静置炉内经过精炼处理后的液态金属，通过流槽进入浇注系统（前箱、液面高度控制机构、供料嘴等），液态金属依靠本身的静压力作用，从供料嘴出口端面涌出，与被冷却的旋转轧辊相遇，温度急剧下降，从而形成一层很薄的凝固壳。随着铸轧辊的转动、减速，金属的热量不断地被铸轧辊大量导出，凝固层增厚并继续结晶，当上下两凝固层在中间某点相遇时，进入完全轧制状态，此时金属受到轧辊的压力作用，产生塑性变形而轧成板带坯料。当金属被轧至两辊中心线时，铸轧过程结束，即形成铸轧区。浇注系统是铝液流过的通道，必须具备良好的保温性能，使铝液尽可能少地的散失热量，才能保证铸轧的正常进行。如果浇注系统预热不好，不仅使铝液失热过多，正常铸轧不能进行，甚至供料嘴内有冷凝块存在而中断铸轧。因此，在做3004铝合金坯料时，浇注系统主要部分均采用保温棉覆盖，必要时增加要火枪喷涂，确保开机前前箱温度不低于750℃。前箱液面高度对水平式铸轧机而言，是指辊缝中点水平线以上液态金属的高度。在铸造区内结晶瞬间的液态铝供给量和保持的压力，都需要靠前箱液面高度产生的静压力来控制。位于供料嘴出口与铸轧辊表面间隙处的液体金属，形成一层氧化膜，在氧化膜表面张力的作用下，将液态金属包拢而不外流，且呈弧形状，并逐渐冷凝成固态，完成铸轧过程。因此，前箱金属液面高度所形成的静压力FP作用在氧化膜上的压强，必须与铸轧过程氧化膜的表面张力FM施加给金属液的压强相等，才能使氧化膜处于平衡状态。即当FP=FM氧化膜不会被冲破，铸轧可连续进行；当FP﹤FM，金属液面低，氧化膜被拉长，氧化膜本身受压力较小，不易破坏，此时板面质量较好，但金属液面低到一定限度，则供液不足板面易产生空洞缺陷；FP﹥FM，金属液面高，压力增加，使氧化膜变薄，容易被破坏而失去包拢作用，轻则板面出现氧化黑皮，严重时使液体金属流入嘴、辊间隙，造成铸轧中断。针对3004合金的特性，在实际研制过程中，我们对前箱液面高度进行了控制，使其高度不得高于上嘴唇的1/3至1/2中线。铸轧板的出口速度应考虑前滑量（6.5%左右）。铸轧速度与其他工艺参数的关系最密切，而且调整方便。调整铸轧速度与铝液在铸轧区内的凝固速度相一致才能保证铸轧过程的稳定性。如果铸轧速度大于合金的凝固速度，铸轧板冷却不足，甚至板坯中心尚未完全凝固就离开轧辊，板坯出现溶沟，破坏铸轧过程。相反，若铸轧速度小于合金的凝固速度，铝液在铸轧区内停留时间过长，造成过渡冷却，致使铝液在供料嘴内即凝固，堵死供料嘴，同样破坏铸轧过程。因此，在实际生产过程中，参照同系其它合金的铸轧工艺，并结合3004铝合金自身的特性，我们要求铸轧速度必须控制在0.7-0.9m/min。通过对3004铝合金自身特性的研究，对铸轧工艺的理论研究，并在实践中对铸轧各项工艺参数进行改进和调整，我公司不但成功的立板，并且出板后的铸轧板形各项参数均达到了我们的预期目标，在后续的冷轧工序，其板面、板形包括力学性能也都基本符合我们的预期值。采用这种连续铸轧法生产3004铝合金，不但投资小、能耗低而且工艺相对简单、适用性相对较强，不但为企业创造了效益，同时达到了节能降耗、节约成本的目的。通过参与这个科技项目，我深刻了解到理论与实践相结合的重要性，深刻体会到古人所说的“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的真正含义！