!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 铝及铝合金板、带材的生产 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 加工技术与产品质量标准 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 第一章 铝及铝合金板、带材的生产加工技术 第一章 铝及铝合板、带材的生产加工技术 第一节 概 述 铝及铝合金板带制品，按其合金牌号、尺寸范围与供应状态不同，可分种类很多。 首先，按断面形状、交货形式与尺寸范围可分为板材、带材与箔材。一般厚度大于! #!$$ 以平直块状供应者称板材，成卷供应者即为带材。因此，带材经解卷、落料与矫 平之后即成板材。厚度等于或小于! #$$，成卷供应者则称为箔材，因此，带材与箔 材仅在于厚度上的差异。在板材产品中厚度 者称为薄板， ! %$$ & ! ’$$ ( & )!$$ 称为厚板， 以上则称为特厚板。 )!$$ 铝及铝合金中带按合金牌号区分，有： ）纯铝板带（ 等）； * +* & +, ）防锈铝合金板带（ 、 、 、 、 等）； # +-# +-% +-( +-, +-#* ）硬铝合金板带（ 、 、 等）； % +.** +.*# +.*, ）超硬铝合金板带（ 、 等）； ’ +/’ +/0 ）锻铝合金板带（ 等） ( +1# 上述 至 号工业纯铝的含铝量在 范围，主要杂质 含量 * , 00 2 3 & 0) )3 -4 5 67 为 ，其中 板带的工业上应用最广。防锈铝中除 为 （ ! #, 3 & *! 3 +# +-#* 89 : ; * ! 3 & * , 3 ）合金系外，其余均为89 : ;= 合金系，含镁量约在# ! 3 & ) ! 3 范围变 化，这类合金工艺性能好，具有很好耐蚀性能。硬铝为89 : / : ;= 合金系，如典型 的 号硬铝 含铜量为 、含镁量 。超硬铝为 *# +.*# % )3 & ’ 0 3 *# 3 & * )3 89 : ? 合金系，如典型的 号超硬铝 含锌 、镁 及 : ;= : / ’ +/’ ( ! 3 & 2 ! 3 * )3 & # )3 铜 。锻铝为 合金系，如 号锻铝 的含镁量为 *’ 3 & # ! 3 89 : / : ;= : 67 # +1# ! ’( 3 & ! 0 3 、硅! ( 3 & *# 3 。上述后三类合金为可热处理强化铝合金，其板带材 — ),( — 第五篇 铝及铝合金板、带材的生产加工技术与产品质量标准 经淬火时效处理可获得很高的比强度，但其耐蚀性能与加工工艺性能稍差，为此其中 有些合金需要包铝轧制。 与其他有色金属合金板带箔材产品相比，铝及铝合金板板带箔材的产品供应状 态类别较多，在表! # # 中列出了其供应状态名称与标准代号。 根据铝合金的特性、产品规格范围、产品性能要求及技术设备条件的不同，铝 及铝合金板带箔材的生产方法与工艺流程可以有多种，如：（）半连续铸锭加热 热 # 轧 冷轧法；（）半连续铸锭加热 热粗轧 热精轧 冷轧法；（）连续连轧 冷轧 $ % 法；（）连续铸轧 冷轧法；（）连续铸轧 热精轧 冷轧法以及（）多机架热连轧 & ! ’ 冷轧法等。其中前面两种方法的适用性最广，它们适用于任何合金，而且生产产品质 量可靠。第（）种方法中，热轧后增加热精轧工序，充分的利用合金热塑性，具有生产效 % 率更高的特点。第（）、（）种方法一般适用于纯铝与软铝合金板带箔材生产，但由于 & ! 它们省掉了铸锭与加热过程，具有节能、设备简单与生产效率更加高的特点。因此，其 应用也较广泛。第（）种方法多机架串联轧制，由于设备投资大，控制技术方面的要求高，目 ’ 前在我国应用尚不广。 表! # # 铝及铝合金的供应状态 供应状态名称 标准代号 供应状态名称 标准代号 热轧成品 ! 不包铝（热轧） %! 退火成品（软态） 不包铝（退火） % 硬（冷轧）状态 # 不包铝（淬火、优质表面） %&’ 硬、 硬、 、 、 、 不包铝（淬火、冷作硬化） %( & #( $ ## #$ #% #& %&# 硬、 硬特硬 优质表面（退火） #( % #( & $ ’ 淬火 & 优质表面淬火自然时效 &(’ 淬火后冷轧（冷作硬化） &# 优质表面淬火人工时效 &)’ 淬火自然时效 &( 淬火后冷轧人工时效 &#) 淬火人工时效 &) 热加工人工时效 !) 淬火自然时效冷作硬化 &(# 加厚包铝 * 第二节 铸锭加热 热轧 冷轧工艺 采用本工艺生产铝及铝合金板带材典型流程如图! # # 所示。由图可见，对 于不同的合金、不同的产品，其流程是不同的。现把其中一些重要工序的工艺条件与 — )’’ — 第一章 铝及铝合金板、带材的生产加工技术 要求说明如下： 图! # # 铝及铝合金板带材典型工艺流程 注：实线为常采用的工序，虚线为可能采用的工序 一、铸锭的要求与热轧前准备 热轧用的铝及铝合金铸锭是采用卧式连续铸造或立式半连续铸造方法铸造的扁 锭。前一方法较适用于纯铝或软铝合金、断面尺寸较小的扁锭铸造；而后一方法则适 用于所有铝合金与所有尺寸的扁锭铸造。由于铸锭质量是保证产品质量的基础，因 此，为了能够更好的保证最终板带箔材符合产品质量标准质量的要求，以满足加工工业性能要求，对 铸锭尺寸、形状、表面及内部质量均有一定的要求，并在热轧前对其做必要的准备。 — &%$ — 第五篇 铝及铝合金板、带材的生产加工技术与产品质量标准 铸锭的厚度、宽度与长度，主要考虑轧制设备能力，如辊径、辊长、轧速与辊道长 度，制品尺寸与性能要求及铸锭条件与尺寸系列化要求等。铸锭的化学成分必须 符合规定标准，保证成分均匀。其内部组织也要求均匀，不能有偏析、缩孔、裂纹、气孔及 金属或非金属夹杂物等，否则会导致一系列废品，甚至导致工艺过程没有办法进行。铸锭 表面应无冷隔、裂纹、气孔、偏析瘤及夹渣等缺陷，要求光洁平整，以免导致热轧开裂、 轧后表面粗糙以及起皮、起泡等。因此，铝及铝合金铸锭，据其性质不同、视存在缺陷 状况以及对制品质量发展要求的不同，在热轧前可能要进行铸锭表面处理或均匀化退火 处理。 ! 铸锭的表面处理 （）表面机械处理。对于表面冷隔、偏析瘤等一类缺陷，采用铣面或局部打磨、修 ! 铲方法加以消除。一般而言，铝合金的铸锭常要采用这一处理方法，但铣削深度，为 # $ %&& 不等。 （）表面化学处理。对于不铣面的纯铝铸锭，或铣面后的铝合金铸锭，表面常有 ’ 油污、废屑脏物，以及需要包铝的铸锭与包铝板表面，常要进行化学蚀洗（对含锌或镁 高的铝合金不蚀洗而用汽油擦洗），其目的或为获得光洁坯料表面，或为热轧时包铝 板与铸锭牢固焊合。蚀洗工艺大体为：先用 !( ) $ ’( ) 的*+,- 溶液（温度 (. $ %. / ）蚀洗0 $ !’&12，然后用冷水清洗，再用’. ) $ #. ) -*, 溶液中和’ $ 3&12，随 # 后用 0. / 的热水浸洗( $ %&12，且尽快使其干燥，不形成斑迹。 ! （）表面包铝。某些铝合金铸锭在铣面与蚀洗后，在其上下表面与侧表面，在加 # 热、热轧前要用经蚀洗的包铝板（纯铝或铝合金 、 板，厚度一般为锭厚的 45! 45’ ’ ) $ 3 ) ）包覆。按其目的不同，通常分为工艺包铝与使用包铝两大类，前者是为了改善 某些合金工艺性能，如减少热轧开裂；后者是为了更好的提高某些合金使用时防腐蚀能力。 然而在实际生产当中，如硬铝与超硬铝合金锭的包铝，同时起到两种作用，达到两个 目的。 ’ 铸锭的均匀化处理 诸如硬铝、超硬铝合金以及46’! 防锈铝合金等，由于在铸锭过程中易形成非平 衡相组织，产生晶内及晶间成分偏析，以致它们的工艺性能不好，热轧时易开裂，板带 制品性能不好且不均。为此，铸锭在锯切与表面处理前要进行均匀处理。该处理是 把铸锭置于该合金的非平衡固相线温度以上与平衡固相线温度以下的高温下进行较 长时间的保温，通过其内部金属原子的扩散过程，达到消除非平衡相与成分偏析，提 高工艺性能与制品使用性能的目的。为此，要求控制好均匀化退火的工艺条件，即退 火的温度、加热速度、保温时间与冷却的速度。表( 7 ! 7 ’ 中列出了一些铝合金的退 火温度与保温时间。加热与冷却速度对硬铝与超硬铝等铸锭不宜太快，以免由于热 应力作用而导致开裂与淬火效应。 — 808 — 第一章 铝及铝合金板、带材的生产加工技术 表! # $ 一些铝合金铸锭均匀化退火制度 合金牌号 铸锭厚度， 加热温度， 保温时间， %% & ’ ()* $,, - .,, /0, - /1, #$ - #! ()+ /,, - /1, #, 、 /0! - /1! #$ - #! ()## ()#$ $,, - .,, ()#* $,, - .,, !#! - !$! #$ - #! (&/ .,, /!, - /*! .0 (2#, .,, /1, - !,, #! (3. $,, - .,, /*! - /+! #$ - #! (3! $,, - .,, /*! - /+! #. - #/ (3* $,, - .,, /*! - /+! .* (3$# $+! /1! - *$, #. 二、铸锭的加热与热轧工艺 #4 铸锭的加热 上术准备后的铝及铝合金铸锭，通常在箱式或连续式电阻加热炉中加热，炉内气 氛无特别的条件，为提高加热速度与加热的均匀性，在炉内常采用风机实行强制热风循 环。 铸锭加热温度应满足热轧温度要求，保证热轧时塑性高、变形抗力小、产品质量 好。同时，考虑到铸锭出炉后输送过程中的温降补偿，通常铸锭在炉内的温度应高于 热轧温度。加热时间包括入炉升温与均热保温时间，加热时间的确定应考虑不同合 金的导热性、铸锭尺寸、加热设备的加热方式与装料形式等因素。正常的情况下，在保 证铸锭热透、温度均匀的情况下，加热时间应尽可能短，以减少能耗与金属的氧化损 失。 $ 4 铸锭的热轧 （）热轧温度。一些铝及铝合金的开轧与终轧温度范围如表 。热轧温 # ! # . 度过高，有可能会出现晶料粗大与晶间低熔点相的熔化，使热轧时开裂或轧碎。终轧温度 过低，金属变形抗力大，能耗增加，而且由于再结晶不完全，导致晶粒组织与性能不 均。因此，对于某种具体合金适宜的热轧温度，应根据具体设备等条件具体调节。 表! # . 一些铝及铝合金热轧温度 ! ! 合金 开轧温度， 终轧温度， ! 合 金 开轧温度， 终轧温度， & & & & ! 纯铝 /!, - !,, .!, - .*, ! (3! ! /!, - /0, .$, - .*, ! (3$# /!, - /0, .!, - .*, ! /., - /+, .*, - .+, ! (3$ /!# - !#, .!, - .*, (3* ! .1, - /#, ./, - .*, (3. /#, - !#, .#, - .., ! ()##、 ()#$ — 0*1 — 第五篇 铝及铝合金板、带材的生产加工技术与产品质量标准 （）热轧加工率。热轧加工率包括热轧总加工率与道次加工率。它们依据合金 ! 性质、对轧坯质量发展要求以及所用轧制设备能力等，其具体数值不一样。如纯铝及软 铝合金高温塑性温度范围宽，变形抗力小，其热轧总加工率可在# $ 以上，而硬铝合 金由于热轧温度范围窄、热脆倾向大，其热轧总加工率为%# $ & ’# $ 。道次加工率 分配一般应遵循开始道次小、中间道次大及后面道次减小的规律，以保证轧制工艺顺 利进行以及高的生产效率与产品质量。 （）热轧冷却润滑。铝与其它有色金属相比具有易于粘附轧辊的特性，而且当温 ( 度越高、道次变形量越大、性质越软（纯铝与软铝合金）时，则热轧中“轧辊覆铝”现象 越严重，并由此导致一系列制品缺陷，甚至会出现轧件缠辊。为此，热轧时一定要使用 由矿物基础油、油性剂、乳化剂以及水所构成的所谓“水包油”型乳液。由于它同时起 到冷却辊面与轧件、控制辊型以及“防粘降摩”、提高制品表面上的质量的作用，通常又被 称为冷却)润滑液。轧制铝及其合金用的乳液种类很多，其中较典型的为*+ 乳液， 它是由机油或变压器油 、油酸 及三乙醇胺 配制成乳剂，使 ,# $ & ,* $ -# $ & -* $ * $ 用时再配成水占# $ & ’ $ 的乳液。 ( . 热精轧（中温轧制） 热精轧（中温轧制）工艺是一些诸如 、 、 、 与 等热塑性较好的 /0 /1! /1!- /2-! /1* 合金，在热轧后使其坯料温度控制在!(# 3 左右，在冷轧机上进行轧制，轧至成品所 需的坯料厚度。这样实现了热轧与冷轧的连续作业，取消了热轧卷与预备退火等工 序，减少了中间退火的次数，缩短了生产周期，提高了生产效率。同时，由于消除了热 轧卷带坯的粘伤与冷轧开卷时擦伤等缺陷，使制品质量提高，生产所带来的成本降低。由于上 面优点，在某些铝合金板带材生产方面出现了前述半连续铸锭加热4 热轧（热粗轧） 热精轧 冷轧的工艺。 4 4 三、冷轧、退火与淬火时效 -. 冷轧 铝及铝合金板带材冷轧与钢板带冷轧一样，按其冷轧目的不同分为粗轧、中轧及 精轧。粗轧是将热轧板坯或卷坯冷轧到一定厚度，中轧是将粗轧后的板坯或卷坯冷 轧到成品轧制所要求的坯料厚度，而粗轧是按成品总体加工率要求轧至成品厚度，达 到成品所要求的表面上的质量与机械性能要求。 铝及铝合金板带箔材冷轧，一般都会采用单机架四辊可逆轧机或多机架四辊串列式 轧机。其主要工艺参数包括冷轧总加工率（即两次退火之间的总加工率）、道次加工 率（道次压下量）以及为获得不同状态性能制品的成品加工率。目前，冷轧总加工率 范围大致为：纯铝*# $ & * $ ，软铝合金%# $ & ,* $ ，硬铝合金%# $ & ’# $ 。道次加 工率：软铝合金!# $ & (* $ ，最大(# $ & (,$ ；硬铝合金!# $ & (# $ ，最大(# $ & — ,’# — 第一章 铝及铝合金板、带材的生产加工技术 ! # ；纯铝由于塑性更好，在设备能力允许条件下，其道次加工率可远大于上述合金 数值。由完全软化退火坯料，通过冷轧变形来获得硬态与半硬态制品的成品加工率 应依照产品标准的性能要求，由相应合金的加工硬化曲线加以确定。 由于铝及铝合金板带箔材表面质量要求高，特别是一些优质表面状态制品更是 如此，因此，冷轧时除要求使用光洁表面轧辊或采用专门的成品抛光（压光）轧制外， 另一项措施就是用有效的、润滑性、冷却性、洗涤性与抗污染性好的润滑剂。而且在 粗、中轧制常同时使用乳液与以轻质矿物油为基础油的全油型润滑剂（所谓“双重润 * * 滑法”），而精轧时可单独作用由煤油 、 或 机油 及油酸 $ # % &’ # () )’ )’ # % ) # ’ + # % ’ + &# 组成的全油型润滑剂。一般要求它们的闭口闪点不低于$’ % &’ , ，沸 点范围应尽可能窄，不超过!’’ % !’ , ，退火时板片上不残留灰分，此外酸度不大于 ’ +) % ’ +-./0123 / 。 ) + 退火 由图 4 ( 4 ( 中可见，在铝及铝合金板带生产流程中，前者可出现多次退火，按 其作用可区分为坯料预备退火，中间退火与成品退火。 （）预备退火（热轧坯料退火）。为消除热轧时因不完全的热变形所产生的加工 ( 硬化，或某些铝合金（特别是 、 、 等）由终轧温度空冷时产生的淬火效 56() 56(( 57- 应，提高坯料冷变形能力而进行的退火。其退火工艺参数大体同中间退火。 （）中间退火。冷轧过程中为消除坯料加工硬化，提高其塑性、降低变形抗力，以 ) 利继续冷轧而进行的退火。部分铝及铝合金中间退火工艺参数如表 4 ( 4 - 所示。 表 4 ( 4 - 部分铝及铝合金板带坯料中间退火制度 加热制度 合金牌号 坯料厚度， 冷却方法 .. 加热温度， 保温时间， , 8 、 出炉空冷 5- 59 !-’ % !9’ (+’ 5:! ; ’ +9 !$’ % !’ (+’ 同上 5: ; (+) !$’ % !’ (+’ 同上 5:9 ; ) +’ !-’ % !9’ (+’ 同上 、 炉冷至 、出炉空冷 56(( 56() ; ’ + & !’ % -(’ (+’ )$’, 56(9 ; ’ + & !’ % -(’ (+’ 同上 57- ; (+’ !’ % -(’ (+’ 同上 （）成品退火。成品退火分为完全退火与低温退火（不完全退火）。前者用于生 ! 产软态（ ）铝板带制品，后者用于部分消除加工硬化组织或消除制品内应力，提高其 ! 尺寸、形状与物理化学性能稳定性，以获得半硬态（ ）或硬态（ ）制品。为此，铝及 ) 铝合金板带材成品完全退火温度应比其再结晶温度高出(’’ % )’’ , ，其具体数值依 — &$ ( — 第五篇 铝及铝合金板、带材的生产加工技术与产品质量标准 据不同合金牌号、制品规格、冷变形程度、退火设备类型以及装炉量等加以确定。保 温时间在保证退火质量前提下应尽可能短，采用快速加热方法有利于获得细小的晶 粒组织。在表! # ! 中列出了部分铝及铝合金软态板带制品的退火制度。 表! # ! 部分铝及铝合金软态板带成品退火制度 保温时间， %&’ 合金牌号 退火温度， 成品厚度， $ %% 盐浴炉 空气循环炉 静止空气炉 、 ()## ()#* ,!- . /-- #0- . + 0- +- . #1- ()+、 ()#+ - 0 , . , 0- !- +- 、 (2* (2, ,!- . /*- , 0 # . + 0- 3- #*- (2!、 (2+ ,#- . ,,! + 0 # . #- 0- +- . #*- 1- . #1- ,!- . /*- - 0 , . - 0+ 4 . ,- !- +- 、 (/ (+ /!- . !-- , 0 # . + 0- 4 . /- +- 1- (2*# （盐浴炉） + 0 # . #- 0- #! . !- 1- #-- 低温退火温度根据其退火目的分为两种情况：为获得半硬态板带制品，其退火温 度应在再结晶开始与终了温度之间，使退火后的组织产生部分再结晶晶料；为消除应 力，退火应在开始再结晶温度以下、金属的恢复阶段进行。为此，退火温度一般小于 或等于#!- . *-- $ 。 , 0 淬火与时效 淬火与时效是对硬铝与超硬铝一类可热处理强化合金进行的热处理。淬火是把 合金加热到一定温度，将其中的可溶相固溶到基体当中，然后快速冷却，使之形成室 温下不稳定的过饱和固溶体的过程。而时效则把淬火形成的过饱和固溶体进行脱 溶，形成弥散相而达到强化基体的目的。 淬火工艺参数包括淬火温度（加热温度）、保温时间及冷却速度。确定淬火温度 的原则是保证可溶相最大限度地固溶到基体之中，一般淬火温度越高，固溶越彻底， 时效后强化效果越好。然而淬火温度过高易发生过热与过烧，使材料报废，而温度过 低，则时效后性能不好。由于铝合金有效固溶温度范围甚窄，故要严格控制。表! # + 中列出一些常用铝合金板材的淬火温度。 表! # + 常用铝合金板材的淬火温度 合 金 、 ()## ()##5 ()#* (6#- ()#*5 ()#*789 不同厚度的 板厚 / 0-%% /34 . !-! /34 . !-! /34 . !-* /34 . !-* /31 . !-* ! 淬火温度， $ 板厚: / 0--%% /34 . !-* /34 . !-! /3+ . !-* /34 . !-* /31 . !-* 合 金 、 、 ()+ ()#+ (8/ (83 (8#- (6* ()##789 板厚 / 0-%% !-, . !-4 !,, . !,4 /+3 . /4! !*# . !*! !-- . !-! 不同厚度的淬火 ! 温度， 板厚: / 0-%% !-, . !-4 !,* . !,+ /+1 . /4- !*# . !*! !-- . !-! $ — 14* — 第一章 铝及铝合金板、带材的生产加工技术 保温时间，应由强化相的溶解速度、板材尺寸及加热条件确定。加热温度越高、 冷加工率越大、溶解速度越快，则保温时间缩短。 冷却速度由冷却剂温度及把加热后的制品浸入冷却剂的转移时间来确定。一般 转移时间越短、冷却速度越快，淬火的效果越好。为此，实际生产中常采用水作冷却 剂，并通过控制水温，调节不同冷却速度，以适应不同合金与不同规格制品的要求，获 得好的制品质量。对于大断面厚板，为解决淬火应力导致的变形与裂纹，除提高淬火 介质温度外，还可采用等温淬火与分级淬火工艺。前者是把淬火剂加热到人工时效 温度，后者是先把板材在!# $ %## & 的油或熔盐中淬冷，并保持! $ %’()，然后再在水 中冷却。 时效是热处理强化工艺的第二阶段，即经淬火形成的过饱和固溶体、通过时效析 出弥散相，达到强化基体的目的。时效方法有人工时效与自然时效两种。前者是控 制在一定温度下进行的方法，而后者是放置在室温下自然进行的方法。采用何种时 效方法应根据合金性能以及制品使用要求与条件确定。表* + ! + , 中列出了几种常 用铝合金的时效工艺制度。 表* + ! + , 常用铝合金的时效工艺制度 时效类别 合 金 时效温度， 时效时间， & - 自然时效 、 、 、 室 温 ./!! ./!% .0!# .0% 1 $ !22 ./!% !4# $ !1# !% .0% !*# $ !4* !% $ !* 人工时效 .0!# !,* $ !4* * $ 4 .32 !%# $ !2# !% $ %2 四、形变热处理与板带制品状态的控制 在表* + ! + ! 中列出了铝及铝合金板带制品可能的供应状态。由此可见，其状 态种类远比铜及其他有色金属与合金的要多得多，究其原因是由于某些铝合金具有 液火时效效应，从而可以利用形变热处理方法获得更多种性能的制品状态。 所谓形变热处理是将塑性变形的形变强化与热处理时的相变强化相结合，使成 形工艺与获得最终性能统一起来的综合处理方法。具体形变热处理分为三种： !5 低温形变热处理 低温形变热处理又称为形变时效，使用得最广泛的处理方式有： （）淬火 冷（温）变形 人工时效； ! + + （）淬火 自然时效 冷变形 人工时效； % + + + （）淬火 人工时效 冷变形 人工时效； 6 + + + 低温形变热处理对于78 + 39 + :; 系合金特别有效。如./!% 合金板材淬火后 变形%# ，然后在!6# & 时效!# $ %#-，与常规热处理比较， 可提高#:?， 可提 ! ! = # 5% — 4,6 — 第五篇 铝及铝合金板、带材的生产加工技术与产品质量标准 高!#$%，而塑性尚好。&’!! 合金板材淬火后在!( )轧制* + ，然后在! ) 时效 *,，与淬火后直接时效的板材相比， 可提高(#$%， 可提高 !*#$%，但延伸率 ! ! - ./ 值降低 。表 中的 与 状态可认为由低温形变热处理方法获得。 ( + 0 1 ! ! !# / . 高温形变热处理 高温形变热处理工艺为热变形后直接淬火并时效。本处理方法目前只能在23 1 #4 1 56 系及23 1 78 1 #4 系合金中广泛应用。这是由于该两系合金具有宽广的淬 火加热温度范围（如23 1 78 1 #4 系为*( 9 ( ) ），淬透性也较好（监界冷却速度 低），在热挤与热轧之后的型材与板材空冷或直接水冷均可淬透，使这种形变热处理 工艺能在工业条件下应用。表 中的 状态，即热轧后淬火再进行人工时效获 0 1 ! $# 得。 * . 预形变热处理 预形变热处理为在淬火时效之前预先进行热变形，将热变形及固溶处理分成两 道工序。 在铝合金加工时的硬片精整机列中，在粗平矫直机后常安装有压光机———工作 辊径较大的二重可逆式轧机，主要用于板片压光，为此一般可选择* 9 : 道次，但总压 下量不得超过 ，获得优质表面（如 、 、 ）状态制品；同时，压光机还可 / + %!& !’& !#& 用于对经淬火时效的板材进行冷作硬化，作为上述一些制品状态的工艺控制方法。 第三节 连续铸轧 冷轧工艺 1 如前所述，作为纯铝及软铝合金板带材生产方法，还有连铸连轧 冷轧法，连续 1 铸轧 冷轧法与连续铸轧 热精轧 冷轧法等。前一种方法是由连续铸造的锭坯直 1 1 1 接进入轧机（单机架或多机架）轧制成所需尺寸坯料或制品。后两种方法的区别在 于，连续铸轧坯料是成卷冷却后供作冷轧坯料，还是经热精轧后成卷再供作冷轧坯 料。由于我国较普遍采用连续铸轧1 冷轧方法，而冷轧有关工艺前已叙述，这里主要 论述连续铸轧有关问题。 一、连续铸轧开坯方法及其特点 连续铸轧法是指液态金属直接在两旋转辊间结晶，并承受一定的热变形而获得 板带坯料的生产方法（图( 1 ! 1 / ）。内部通冷却水的旋转钢辊一方面起到结晶器作 用，使进入辊缝间的高温液体金属急剧冷凝成铸坯，另一方面又起到轧辊的作用，使 铸坯承受!( + 9 ( + 的压缩变形，并轧成厚度0 9 !/;;、宽为0 9 /!;; 的成卷带 — =: — 第一章 铝及铝合金板、带材的生产加工技术 图! # $ 双辊式连铸设备方案图 （）下注式；（）水平式；（）倾斜式； % & ’ —流槽；—浮漂；—前箱；—供料嘴 # $ ( ) 坯，供冷轧铝及铝合金板带箔材应用。 连续铸轧法与加热热轧法相比其主要优点为：（）不需要铸锭锯切、铣面、蚀洗及 # 加热等工序，缩短了生产流程；（）节省能耗，通常比熔铸 加热 热轧开坯法节能 $ ；（）几何损失与工艺损失少，成品率高；（）设备少、造价低、占地面积小， (* + , !* + ( ) 从而节约大量投资；（）生产劳动条件好，易实现生产过程的自动化与科学管理，不管 ! 是铸轧 热精轧 冷轧或铸轧 冷轧法都很容易组成连续生产线，通过计算机集中 控制，达到高度自动化的程度。 目前，世界各国都在积极研究与发展连续铸轧技术，并使之朝着增大辊径，提高 铸轧速度，扩大合金品种，采用新技术、新工艺，实现全液压型与计算机过程控制铸轧 机，提高带坯质量与尺寸精度的方向发展。我国已有$* 余台双辊铸轧机用于生产铝 带坯，其设备与工艺方面均已接近世界先进水平。 二、连续铸轧过程建立的条件 如上所述，连续铸轧包括铸造与热轧两个过程。因此，连续铸轧过程的建立，必 须满足铸轧的基本条件与热平衡条件。 #- 铸轧区的形成 双辊连续铸轧法，目前以水平式与倾斜式应用最广。倾斜式如图! # ( 所示， 在静置炉内经过精炼处理后的液体金属，通过流槽进入烧注系统（前箱、液面高度控 制机构、供料嘴等）。液体金属依靠本身静压作用，从供料嘴出口端面涌出，与被冷却 的旋转轧辊表面接触，温度急剧下降，则如图 所示，在 处冷却形成一层很 ! # ) !!. 薄的凝固壳。随着铸轧辊的转动，金属的热量不断地被导出，凝固壳层不断增厚并继 续往内部结晶。当上、下两凝固层在 .面是相遇时，金属液已完全凝固，进入轧制 状态，并在轧辊压力作用下，产生塑性变形而最终至 截面处被轧制成板带材坯料， ## . 铸轧过程结束，铸轧区形成。其长度用 表示。 $ 所谓铸轧区的长度是指供料嘴的出口端面至轧件出口断面的距离。其中 至 !!. — 0/! — 第五篇 铝及铝合金板、带材的生产加工技术与产品质量标准 主要是结晶铸造过程，而 至 !!, !!, ,为轧制变形过程。因此，所谓 “铸轧区”就是由铸造区（冷却区 与结晶区 ）与轧制变形区 # # #% #$ 构成。铸轧区长度与铸轧方式、铸 轧辊直径及工艺条件等有关。如 -’!+.. 倾斜式双辊铸轧机的铸轧 区长度为 ， 的为 &+ / &!.. -*)+.. 图! # $ 连续铸轧 !! / ’+..，尽管其长度较小，但保 前部示意图 静置断； 螺纹钢钎； # % 持一定的铸轧区长度是连续铸轧 流槽； 前箱； 耐火材料管； $ & ! 工艺的关键。 夹持器； 铸嘴； 铸轧辊； ’ ( ) 导向辊； 板带； 精整系统 % 0铸轧的门槛与热平衡 * #+ ## 条件 由上述铸轧区形成可知，建立铸轧稳定过程的门槛有：（）浇注系统的温度。 # 浇注系统是液体金属流过的通道，可以设想，浇注系统预热温度太低或其保温性能不 好，使液体金属热量散失过大，或者是液体金属本身温度偏低，正常铸轧不可以进行，甚 至供料嘴内出现冷凝块而使铸轧过程中断。（）前箱液面高度。对于倾斜式铸轧机 % （图! # $），液面高度系指前箱内金属液面高出辊缝中点水平线的高度。由于供 料嘴出口与铸轧辊表面间隙处的液体金属（图 中的 段）的稳定平衡是两 ! # & # # 种静力，即此区液体铝表面氧化膜的表面张力与前箱液面高度形成的静压力平衡作 用结果。调节前箱液面高度保证两种作用力平衡，铸轧方 可连续进行。（）铸轧辊对铸坯的咬入与建立稳定轧制 $ 过程的条件。由于金属至 !! ,断面结晶完毕，轧制变形开 始，因此，与普遍热轧过程一样，为实现轧制过程的咬 入应满足条件： （ ）或 （ ） $ % # 345 % $ # 345 ! .12 ! ! .12 连续铸轧过程的热平衡系指输入整个铸轧系统的热 量，应等于从铸轧系统导出的热量。如果整个铸轧系统 的热平衡被破坏，连续铸轧过程便被破坏。 连续铸轧过程的热平衡是通过如下工艺条件加以控 制： 图! # 铸轧区示意图 （）铸轧温度。铸轧温度是确保铸轧正常进行及带 # 坏质量的前提。为测量方便常用前箱内金属温度表示铸轧温度。铸轧温度过低，金 属容易冷凝在浇注系统中，铸轧没有办法进行；铸轧温度过高，铸轧不易成型，而且产生粗 大晶粒，增加含气量，亚化带坯质量。在实际生产中，在要求的铸轧温度范围内尽可 — )(’ — 第一章 铝及铝合金板、带材的生产加工技术 能采用较低的铸轧温度，这不仅能提高铸轧速度、减少含气量，还可以有效的预防晶料粗化、 获得组织良好的铸轧坯料。 （）铸轧速度。铸轧速度系指铸轧辊表面线速度。铸轧速度应与液体金属在铸 ! 轧区内的凝固速度相一致，以保证铸轧过程的稳定进行。当铸轧速度大于金属凝固 速度，会出现板坯中心层尚未完全凝固就出辊，产生“热带”缺陷，甚至会出现溶沟，破坏 铸轧过程；反之，液体金属在铸轧区内停滞时间过长，造成过度冷却，以至金属在供料 嘴内凝固，也会破坏铸轧过程。 （）冷却强度。铸轧区内的热量是经铸轧辊套快速传志给辊芯内的循环冷却水 导出的。冷却强度与铸轧辊的水冷强度（水温、水压与流量）、铸轧速度、铸轧区长度、 辊套材料及其厚度等因素相关。提高冷却水的压力及增大其流量，降低铸轧速度，增 加铸轧区长度，减少辊套厚度，并选用导热性好的材料，均能提高冷却强度。冷却强 度越大，铸轧速度就越高，对提高生产率与带坯质量均有利。但是，冷却强度过大，使 液穴至板坯表面以及辊套厚度方向上的温度梯度较大，其结果使铸坯柱状晶生长倾 向加大，降低了轧出带坯质量以及铸轧辊由于热应力导致的表面龟裂加剧，常规使用的寿命 缩短。 三、连续铸轧生产的基本工艺与带坯质量控制 连续铸轧法生产铝板带坯料的工艺流程为：熔炼 静置（精炼） 铸轧。前两个 # # 工序与普通铝熔炼工艺技术要求相同。连续铸轧铝板坯的开始阶段为带坯的引出过程， 又称为立板过程。在平稳的立板后，只要前箱中的铝液能源源不断地供给，并能正确 控制前述各项工艺参数，就能连续铸轧出坯料，经牵引、矫平，最后进卷取机成卷。下 面以某厂为例，简要介绍铝及软铝合金连续铸轧的具体生产的基本工艺参数与带坯质量控 制。 $% 生产的基本工艺参数 熔炼采用 圆形重油炉熔炼。熔体温度，纯铝 ， 为 !& ’(( ) ’*( + ,-!$ ’!( ) ’.( + ；出炉温度为 ，静置采用 电阻炉，精炼温度为 ，精炼剂 ’* ) ’/*+ $!& ’!( ) ’/( + 采用001/ ，精炼后熔体含氢量小于( % $*213 $((4 铝，晶粒细化剂为5167869 丝，由静置 炉出口连续加入，为提高铝溶体质量还采用玻璃丝布过滤方法。 铸轧采用双辊倾斜式:.*( ; $.((22 和:=( ; $.((22 铸轧机。铸轧温度，纯铝 ， 为 。辊缝要求，当带坯厚度为 时，纯铝的 .=* ) ’(( + ,-!$ .( ) ’(*+ ’ % ( ) ’ % *22 为 ， 的为 。铸轧区长度， 铸轧机为 ， . % ) . % *22 ,-!$ . % ( ) . % 22 :.*(22 /( ) /*22 :=(22 铸轧机为** ) .(22。冷却水水压( % ) ( % *?@，水温低于!*+ 。铸轧速度， 纯铝为( % * ) $% $(2A28B 。新铸轧辊凸度值：对 :.*(22 铸轧辊，纯铝为( % $( ) ( % ， 为 ；对 铸轧辊，纯铝为 ， 为 $!22 ,-!$ ( % $* ) ( % !(22 :=(22 ( % (/ ) ( % (.22 ,-!$ ( % — =’’ —

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