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淺談哈茲列特連鑄連軋產品的特性與應用

2019-12-19 10:23 [專家論文] 來源于:有色技術與設備信息網
導讀:淺談哈茲列特連鑄連軋產品的特性與應用 張安樂張果劉雪梅 (洛陽龍鼎鋁業有限公司,河南洛陽471300) 摘要:文章論述了哈茲列特連鑄連軋生產線的工藝特點及其產品質量特性,從生產實踐經驗出發,對哈茲列特連鑄連軋產品在后續精加工過程中的工藝設計提出了建議,以及對產品的應用方向提出了看法。 關鍵詞:哈茲列特表面質量軋制再結晶 Abstract:Thethesisdiscussesthetechnolog...
淺談哈茲列特連鑄連軋產品的特性與應用
張安樂 張果 劉雪梅
(洛陽龍鼎鋁業有限公司,河南 洛陽  471300)
 
摘  要:文章論述了哈茲列特連鑄連軋生產線的工藝特點及其產品質量特性,從生產實踐經驗出發,對哈茲列特連鑄連軋產品在后續精加工過程中的工藝設計提出了建議,以及對產品的應用方向提出了看法。
關鍵詞:哈茲列特 表面質量 軋制 再結晶
 
Abstract:The thesis discusses the technological characteristics and product feature of continuous casting lquality characteristics of continuous casting and rolling production line of Hazelett. Based on the practical experience, it puts forward the proposal about the technological design of Hazelett’s continuous casting and rolling product in the process of subsequent fine finishing, as well as presenting ideas about the application direction of the product.
 
        哈茲列特連鑄連軋生產工藝作為一種新型的生產技術,目前在美國等地已經開始大量應用。資料顯示,哈茲列特連鑄連軋生產線可生產1×××系,3×××系、5×××系、8×××系和部分4×××系、6×××系產品。中國第一條哈茲列特連鑄連軋生產線是由洛陽豫港龍泉高精度鋁板帶有限公司于2009年引進,并于2011年開始投產,目前已經實現穩定、批量化生產。

        但是,由于該生產線引入中國時間較短,雖然鄭州大學楊永昌[1]等人對哈茲列特連鑄連軋生產工藝進行了大量研究,林道新、馬道章等[2,3]結合國外生產經驗,就哈茲列特連鑄連軋技術及其產品特性做了大量論述介紹。但目前市場上對該產品的工藝特性及應用情況仍然存在較多疑慮。本文將結合筆者近4年來對哈茲列特產品應用領域的研究經驗,對該產品的特性與應用進行論述。

一、哈茲列特連鑄連軋生產工藝
        哈茲列特連鑄連軋生產工藝的核心部位是其雙鋼帶式鑄造機。它是一副完全張緊的低碳鋼帶作為上下表面,兩條根據寬度需要可移動的矩形的金屬塊鏈隨著鋼帶運行以形成模腔的邊壁。在鋼帶的內表面上安裝有若干根鋼棍作為支承輥,并噴射定量的水流來對鋼帶進行冷卻。

        生產時,前箱和鑄嘴被精確第安防在鑄模的入口處,鋁液通過鑄嘴進入到兩根鋼帶之間,通過水冷作用,鋁液發生凝固并形成矩形的15~20mm厚的鑄坯。將鑄坯通過導輥直接送入三機架熱連軋中,通過適當的道次加工率分布,即可得到需要的1~8mm厚鋁帶卷。哈茲列特連鑄連軋生產工藝流程如圖1所示。
 
圖1  哈茲列特連鑄連軋生產工藝圖
        一般而言,生產的合金種類不同,生產時各種如溫度、速度等參數也不盡相同,以8011合金為例,其鑄造速度為7~9m/min,鑄造溫度為690~700℃之間,鑄坯溫度在450~550℃之間,初軋溫度為400~500℃之間,終軋溫度為120~250℃之間。一般8011合金的再結晶溫度在300~350℃之間,由此可知,按照寬度1650mm,厚度19mm計算,其生產能力可達35~45噸/h,且在此工藝條件下生產的8011合金鋁帶卷,具有類似于熱軋卷的工藝效果。

二、尺寸規格
        由于鑄機模腔的邊壁是有兩條可在鋼帶表面移動的金屬塊鏈組成,因此,只要在生產時預先選擇合適寬度的鑄嘴規格,并移動金屬塊鏈即可得到客戶要求寬度的鑄坯,。但一般情況下,由于哈茲列特連鑄連軋生產工藝所需的鑄嘴是一次成型的定型結構,單副鑄嘴價格昂貴,且單次立板準備時間長、對鋼帶的損耗大等緣故,一般企業會選擇2~4種常用寬度定制鑄嘴,進行單規格批量化生產,以洛陽豫港龍泉高精度鋁板帶有限公司為例,就同時儲備了1310mm、1510mm、1635mm、1935mm等四種常用規格的鑄嘴。因此,對于一些需求量大、規格種類少的產品如裝飾用鋁帶,其常用寬度規格為1220/1240mm,每年市場需求量以數十萬噸計,非常適合于采用哈茲列特連鑄連軋工藝生產。

三、表面質量
        哈茲列特連鑄連軋法與熱軋和輥式鑄軋法生產的鋁及鋁合金帶材相比,其表面質量相對較差,這是由其工藝特性所決定的。因為相對于輥式鑄軋而言,以鋼帶作為凝固支撐面和冷卻載體,其表面剛性、冷卻均勻性以及粗糙度均不如鑄軋輥,因此,在鑄坯的表面容易出現因冷卻不均勻造成的化學成分偏析、以及表面麻坑較多等缺陷[4]。而相對于熱軋工藝而言,哈茲列特連鑄連軋生產工藝在完成鑄造后缺少了銑面工序即直接進入熱連軋,在鑄造過程中所產生的化學成分偏析和表面麻坑等缺陷又得不到有效的消除,因此,其所生產的鋁帶坯表面往往光澤度不夠,且存在縱向色差及黑線。因此,暫無資料顯示,哈茲列特連鑄連軋產品可以生產對表面質量要求很高的印刷用CTP版基、藥品包裝用鋁箔等產品[5]。

        但是,哈茲列特產品的表面質量問題并非完全不可避免。根據筆者經驗,除了通過增大熱連軋軋輥粗糙度可以改善其表面外,冷軋與退火工藝及材料的最終狀態對產品的表面質量影響更大。經驗表明,哈茲列特產品在經過中間完全再結晶退火后,再經過50%以上加工率軋制后,可獲得等同于輥式鑄軋產品的表面質量,因此,哈茲列特產品非常適合于以H18、H16、H14狀態交貨的產品種類。此外,對于一些必須以H24、H22狀態交貨,則在成品退火時,溫度以不超過280℃為宜,否則會在鋁板表面形成白色條狀色差線。這可能是由于物料在溫度較高的退火條件下,鋁板表面的偏析物與空氣中的氧元素發生了氧化反應,導致物料表面存在部分粉末狀的氧化物。但通過一定量的冷軋加工之后,可將附著在鋁板表面的氧化物清除,從而獲得表面光潔度較好的產品。

四、軋制性能
        根據哈茲列特連鑄連軋工藝特性,其在鑄造時的冷卻強度控制在30~80℃/s之間,而熱軋鑄錠的冷卻強度一般為1~3℃/s,輥式鑄軋的冷卻強度則可達到100~300℃/s。由此可見,哈茲列特鋁帶坯在鑄造時所形成的晶界偏析程度及過飽和固溶體量應介于二者之間,故其材料的強度也應介于二者之間。實踐證明,在同等軋制參數條件下,采用哈茲列特連鑄連軋生產工藝生產的鋁帶,可以獲得更大的變形量,也即在軋制哈茲列特產品時,可以選擇比鑄軋坯料更大的加工率生產,來提高生產效率,降低生產成本。

        此外,哈茲列特坯料的厚度為19mm,并經過三機架熱連軋,其在鑄造過程中所產生的組織缺陷,大部分在熱連軋過程中得到了消除,其組織更為致密、均勻,因此也擁有了更好的軋制特性,可以很好地解決鑄軋坯料在生產雙零鋁箔時容易出現的針孔、氣道、表面白條等缺陷。目前洛陽龍鼎鋁業有限公司已經成功采用哈茲列特連鑄連軋產品生產出0.00635mm的雙零鋁箔,測試針孔每平方米不超過200個。當然,由于哈茲列特連鑄連軋工藝的快速生產特點,以及雙零箔坯料對產品內部冶金質量的苛刻要求,采用哈茲列特法生產雙零鋁箔坯料時,企業需加強對現場以及工藝的管理與控制,否則極容易批量性的產品報廢。

五、退火特性
        如前所述,哈茲列特連鑄連軋生產工藝是一種介于熱軋與輥式鑄軋之間的鋁板坯生產技術,其在鑄造過程中的較平緩、均勻的冷卻強度,使得板坯內部晶粒組織具有類似于熱軋坯料的特點,因此,在同等條件下,哈茲列特產品的再結晶溫度較之輥式鑄軋產品的再結晶溫度會更低。以8011合金為例,輥式鑄軋8011合金產品在經過90%的加工率之后,其再結晶溫度應該在300~360℃左右,而哈茲列特8011合金產品同樣在經過90%的加工率之后,其在270~300℃之間即完成了再結晶。且在完成再結晶后,可獲得抗拉強度更低,延伸率更高的機械性能。以洛陽龍鼎鋁業有限公司生產的0.15mm規格8011-O電纜帶為例,采用輥式鑄軋坯料生產的8011-O電纜帶的抗拉強度在115Mpa左右,延伸率在25%左右,而采用哈茲列特產品生產的8011-O電纜帶的抗拉強度則在103Mpa左右,延伸率則可達到28%。因此,從機械性能方面來講,哈茲列特坯料比輥式鑄軋坯料更適合生產一些要求材料較軟的如電纜帶、水管料等產品的生產。

        另一方面,對于3×××系而言,由于哈茲列特工藝特性,其在鑄造時多數以金屬間化合物MnAl6存在,對于材料在后續退火中可以有效低阻礙晶粒長大。因此,在采用哈茲列特坯料生產3×××系的O態、H24、H22等狀態鋁板時,可由坯料直接軋制成品后退火即可實現,無需像輥式鑄軋坯料一樣必須先采用中間高溫均勻化退火來消除晶間偏析并生成MnAl6。綜上,一些對產品表面質量要求不高的如建筑屋頂使用的彩涂板、汽車散熱器用鋁箔等產品,均可以選擇哈茲列特連鑄連軋坯料生產。

六、  結論
        (1)哈茲列特連鑄連軋工藝是一種介于熱軋與傳統輥式鑄軋工藝之間的新型鋁帶坯生產技術。
        (2)與熱軋和輥式鑄軋坯料相比,哈茲列特連鑄連軋坯料表面質量較差,暫時不能生產印刷用CTP鋁板基等對表面質量要求很高的產品,但通過工藝調整,仍能滿足絕大多數鋁板帶產品的質量需求。
        (3)在同等工藝條件下,哈茲列特產品比輥式鑄軋產品強度、再結晶溫度要低,更適合于材料的軋制和成品退火。
 
參考文獻
        [1] 楊永昌,關紹康,陳斌斌. 哈茲列特連鑄連軋3003鋁合金板組織和性能研究[J]. 輕合金加工技術 2010,38(10):15-18
        [2] 林道新. 哈茲列特式鋁帶連鑄連軋技術在中國的應用展望[A]. 2004年全國鋁合金熔鑄技術交流會論文集
        [3] 劉小玲,馬道章. 淺談哈茲列特連鑄技術在我國鋁板帶生產上的應用[J].上海有色金屬.2004,25(2):77-82
        [4] 易成.退火工藝對鑄軋5052鋁合金組織和性能的影響[D] . [碩士學位論文].鄭州:鄭州大學,2008:4
        [5] 彼德·里根,沃依泰克·希皮澳爾斯基. 哈茲列特工藝及其在中國的前景[A]. 2005中國鋁板帶論壇論文集餐廳差旅

(編輯:chengyang)

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