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浅谈哈兹列特连铸连轧产品的特性与应用

2019-12-19 10:23 [专家论文] 来源于:有色技术与设备信息网
导读:浅谈哈兹列特连铸连轧产品的特性与应用 张安乐张果刘雪梅 (洛阳龙鼎铝业有限公司,河南洛阳471300) 摘要:文章论述了哈兹列特连铸连轧生产线的工艺特点及其产品质量特性,从生产实践经验出发,对哈兹列特连铸连轧产品在后续精加工过程中的工艺设计提出了建议,以及对产品的应用方向提出了看法。 关键词:哈兹列特表面质量轧制再结晶 Abstract:Thethesisdiscussesthetechnolog...
浅谈哈兹列特连铸连轧产品的特性与应用
张安乐 张果 刘雪梅
(洛阳龙鼎铝业有限公司,河南 洛阳  471300)
 
摘  要:文章论述了哈兹列特连铸连轧生产线的工艺特点及其产品质量特性,从生产实践经验出发,对哈兹列特连铸连轧产品在后续精加工过程中的工艺设计提出了建议,以及对产品的应用方向提出了看法。
关键词:哈兹列特 表面质量 轧制 再结晶
 
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.
 
        哈兹列特连铸连轧生产工艺作为一种新型的生产技术,目前在美国等地已经开始大量应用。资料显示,哈兹列特连铸连轧生产线可生产1×××系,3×××系、5×××系、8×××系和部分4×××系、6×××系产品。中国第一条哈兹列特连铸连轧生产线是由洛阳豫港龙泉高精度铝板带有限公司于2009年引进,并于2011年开始投产,目前已经实现稳定、批量化生产。

        但是,由于该生产线引入中国时间较短,虽然郑州大学杨永昌[1]等人对哈兹列特连铸连轧生产工艺进行了大量研究,林道新、马道章等[2,3]结合国外生产经验,就哈兹列特连铸连轧技术及其产品特性做了大量论述介绍。但目前市场上对该产品的工艺特性及应用情况仍然存在较多疑虑。本文将结合笔者近4年来对哈兹列特产品应用领域的研究经验,对该产品的特性与应用进行论述。

一、哈兹列特连铸连轧生产工艺
        哈兹列特连铸连轧生产工艺的核心部位是其双钢带式铸造机。它是一副完全张紧的低碳钢带作为上下表面,两条根据宽度需要可移动的矩形的金属块链随着钢带运行以形成模腔的边壁。在钢带的内表面上安装有若干根钢棍作为支承辊,并喷射定量的水流来对钢带进行冷却。

        生产时,前箱和铸嘴被精确第安防在铸模的入口处,铝液通过铸嘴进入到两根钢带之间,通过水冷作用,铝液发生凝固并形成矩形的15~20mm厚的铸坯。将铸坯通过导辊直接送入三机架热连轧中,通过适当的道次加工率分布,即可得到需要的1~8mm厚铝带卷。哈兹列特连铸连轧生产工艺流程如图1所示。
 
图1  哈兹列特连铸连轧生产工艺图
        一般而言,生产的合金种类不同,生产时各种如温度、速度等参数也不尽相同,以8011合金为例,其铸造速度为7~9m/min,铸造温度为690~700℃之间,铸坯温度在450~550℃之间,初轧温度为400~500℃之间,终轧温度为120~250℃之间。一般8011合金的再结晶温度在300~350℃之间,由此可知,按照宽度1650mm,厚度19mm计算,其生产能力可达35~45吨/h,且在此工艺条件下生产的8011合金铝带卷,具有类似于热轧卷的工艺效果。

二、尺寸规格
        由于铸机模腔的边壁是有两条可在钢带表面移动的金属块链组成,因此,只要在生产时预先选择合适宽度的铸嘴规格,并移动金属块链即可得到客户要求宽度的铸坯,。但一般情况下,由于哈兹列特连铸连轧生产工艺所需的铸嘴是一次成型的定型结构,单副铸嘴价格昂贵,且单次立板准备时间长、对钢带的损耗大等缘故,一般企业会选择2~4种常用宽度定制铸嘴,进行单规格批量化生产,以洛阳豫港龙泉高精度铝板带有限公司为例,就同时储备了1310mm、1510mm、1635mm、1935mm等四种常用规格的铸嘴。因此,对于一些需求量大、规格种类少的产品如装饰用铝带,其常用宽度规格为1220/1240mm,每年市场需求量以数十万吨计,非常适合于采用哈兹列特连铸连轧工艺生产。

三、表面质量
        哈兹列特连铸连轧法与热轧和辊式铸轧法生产的铝及铝合金带材相比,其表面质量相对较差,这是由其工艺特性所决定的。因为相对于辊式铸轧而言,以钢带作为凝固支撑面和冷却载体,其表面刚性、冷却均匀性以及粗糙度均不如铸轧辊,因此,在铸坯的表面容易出现因冷却不均匀造成的化学成分偏析、以及表面麻坑较多等缺陷[4]。而相对于热轧工艺而言,哈兹列特连铸连轧生产工艺在完成铸造后缺少了铣面工序即直接进入热连轧,在铸造过程中所产生的化学成分偏析和表面麻坑等缺陷又得不到有效的消除,因此,其所生产的铝带坯表面往往光泽度不够,且存在纵向色差及黑线。因此,暂无资料显示,哈兹列特连铸连轧产品可以生产对表面质量要求很高的印刷用CTP版基、药品包装用铝箔等产品[5]。

        但是,哈兹列特产品的表面质量问题并非完全不可避免。根据笔者经验,除了通过增大热连轧轧辊粗糙度可以改善其表面外,冷轧与退火工艺及材料的最终状态对产品的表面质量影响更大。经验表明,哈兹列特产品在经过中间完全再结晶退火后,再经过50%以上加工率轧制后,可获得等同于辊式铸轧产品的表面质量,因此,哈兹列特产品非常适合于以H18、H16、H14状态交货的产品种类。此外,对于一些必须以H24、H22状态交货,则在成品退火时,温度以不超过280℃为宜,否则会在铝板表面形成白色条状色差线。这可能是由于物料在温度较高的退火条件下,铝板表面的偏析物与空气中的氧元素发生了氧化反应,导致物料表面存在部分粉末状的氧化物。但通过一定量的冷轧加工之后,可将附着在铝板表面的氧化物清除,从而获得表面光洁度较好的产品。

四、轧制性能
        根据哈兹列特连铸连轧工艺特性,其在铸造时的冷却强度控制在30~80℃/s之间,而热轧铸锭的冷却强度一般为1~3℃/s,辊式铸轧的冷却强度则可达到100~300℃/s。由此可见,哈兹列特铝带坯在铸造时所形成的晶界偏析程度及过饱和固溶体量应介于二者之间,故其材料的强度也应介于二者之间。实践证明,在同等轧制参数条件下,采用哈兹列特连铸连轧生产工艺生产的铝带,可以获得更大的变形量,也即在轧制哈兹列特产品时,可以选择比铸轧坯料更大的加工率生产,来提高生产效率,降低生产成本。

        此外,哈兹列特坯料的厚度为19mm,并经过三机架热连轧,其在铸造过程中所产生的组织缺陷,大部分在热连轧过程中得到了消除,其组织更为致密、均匀,因此也拥有了更好的轧制特性,可以很好地解决铸轧坯料在生产双零铝箔时容易出现的针孔、气道、表面白条等缺陷。目前洛阳龙鼎铝业有限公司已经成功采用哈兹列特连铸连轧产品生产出0.00635mm的双零铝箔,测试针孔每平方米不超过200个。当然,由于哈兹列特连铸连轧工艺的快速生产特点,以及双零箔坯料对产品内部冶金质量的苛刻要求,采用哈兹列特法生产双零铝箔坯料时,企业需加强对现场以及工艺的管理与控制,否则极容易批量性的产品报废。

五、退火特性
        如前所述,哈兹列特连铸连轧生产工艺是一种介于热轧与辊式铸轧之间的铝板坯生产技术,其在铸造过程中的较平缓、均匀的冷却强度,使得板坯内部晶粒组织具有类似于热轧坯料的特点,因此,在同等条件下,哈兹列特产品的再结晶温度较之辊式铸轧产品的再结晶温度会更低。以8011合金为例,辊式铸轧8011合金产品在经过90%的加工率之后,其再结晶温度应该在300~360℃左右,而哈兹列特8011合金产品同样在经过90%的加工率之后,其在270~300℃之间即完成了再结晶。且在完成再结晶后,可获得抗拉强度更低,延伸率更高的机械性能。以洛阳龙鼎铝业有限公司生产的0.15mm规格8011-O电缆带为例,采用辊式铸轧坯料生产的8011-O电缆带的抗拉强度在115Mpa左右,延伸率在25%左右,而采用哈兹列特产品生产的8011-O电缆带的抗拉强度则在103Mpa左右,延伸率则可达到28%。因此,从机械性能方面来讲,哈兹列特坯料比辊式铸轧坯料更适合生产一些要求材料较软的如电缆带、水管料等产品的生产。

        另一方面,对于3×××系而言,由于哈兹列特工艺特性,其在铸造时多数以金属间化合物MnAl6存在,对于材料在后续退火中可以有效低阻碍晶粒长大。因此,在采用哈兹列特坯料生产3×××系的O态、H24、H22等状态铝板时,可由坯料直接轧制成品后退火即可实现,无需像辊式铸轧坯料一样必须先采用中间高温均匀化退火来消除晶间偏析并生成MnAl6。综上,一些对产品表面质量要求不高的如建筑屋顶使用的彩涂板、汽车散热器用铝箔等产品,均可以选择哈兹列特连铸连轧坯料生产。

六、  结论
        (1)哈兹列特连铸连轧工艺是一种介于热轧与传统辊式铸轧工艺之间的新型铝带坯生产技术。
        (2)与热轧和辊式铸轧坯料相比,哈兹列特连铸连轧坯料表面质量较差,暂时不能生产印刷用CTP铝板基等对表面质量要求很高的产品,但通过工艺调整,仍能满足绝大多数铝板带产品的质量需求。
        (3)在同等工艺条件下,哈兹列特产品比辊式铸轧产品强度、再结晶温度要低,更适合于材料的轧制和成品退火。
 
参考文献
        [1] 杨永昌,关绍康,陈斌斌. 哈兹列特连铸连轧3003铝合金板组织和性能研究[J]. 轻合金加工技术 2010,38(10):15-18
        [2] 林道新. 哈兹列特式铝带连铸连轧技术在中国的应用展望[A]. 2004年全国铝合金熔铸技术交流会论文集
        [3] 刘小玲,马道章. 浅谈哈兹列特连铸技术在我国铝板带生产上的应用[J].上海有色金属.2004,25(2):77-82
        [4] 易成.退火工艺对铸轧5052铝合金组织和性能的影响[D] . [硕士学位论文].郑州:郑州大学,2008:4
        [5] 彼德·里根,沃依泰克·希皮澳尔斯基. 哈兹列特工艺及其在中国的前景[A]. 2005中国铝板带论坛论文集餐厅差旅

(编辑:chengyang)

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