CN104775060B - 一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有色金属加工技术领域，特别涉及5052铝合金连铸连轧坯生产及热处理方法。其包括熔炼的步骤、连铸的步骤、连轧的步骤、卷取的步骤和热处理的步骤，其特征在于：熔炼过后采用哈兹列特连铸连轧工艺，熔炼步骤包括三次精炼步骤，具体为配料、合金铝液熔炼、一次精炼、扒渣、添加合金元素、二次精炼、调整合金成分、三次精炼、除气过滤、静置。解决了采用哈兹列特工艺生产5052铝合金板料及热处理的关键技术，填补了国内该生产工艺的空白，具有较高的经济效益和实用价值。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域，特别涉及5052铝合金连铸连轧坯生产及热处理方法。
背景技术
5052合金为Al-Mg系热处理不可强化型防锈铝合金，具有良好的成形性、可焊性、中等强度等特性，广泛应用于国防军工和民用领域。常用作汽车的内饰，瓶盖，飞机油箱，仪表、各种集装箱铝合金板材、建筑装饰材料如百叶窗等,随着相关行业的发展，5052铝合金板材的需求量会越来越大。
目前国内外生产5052合金板材还是以热轧供坯方式生产5052合金为主，并且技术已经很成熟，其工艺流程为:熔炼一净化一铸锭一切头尾一铣面一加热一热轧一包装，但是此方法存在工艺流程长、生产周期长、高成本以及高耗能等缺点；也有部分企业尝试采用铸轧供坯方式生产5052铝合金板材，与铸锭热轧方式相比具有低成本、流程短、环保等优势，但连续铸轧坯料易出现表面质量和成分偏析等问题，影响到其最终冷轧产品的性能；而连铸连轧是把连铸和连轧两个工艺接连在一起的轧制工艺，所采用的设备是美国哈兹列特连铸连轧机，先将铝合金液注入连铸机中铸出坯料，然后直接由三连轧机对其进行轧制，能生产2.0mm以上的连铸连轧坯，这种工艺又称哈兹列特工艺，相比于传统的先铸造再加热轧制及连续铸轧的生产工艺省去了大板锭的铸造、锭坯锯头铣面再重新加热、大加工量的粗轧机开坯轧制等多道环节，这种工艺生产的铝带坯组织特点也介于铸轧和半连续铸造之间，产品性能优于连续铸轧板，但较热轧板稍差。但哈兹列特工艺与其他两种工艺相比，节能降耗，节约成本，具有明显的经济效益和社会效益；目前哈兹列特工艺在我国应用极少，生产工艺技术还不成熟，生产复杂合金及较宽板带材时有一定难度，连铸时容易形成表面偏析和孔洞等铸造缺陷此，所生产带坯上表面皮下夹杂物聚集而影响产品表面质量，尤其连铸连轧生产5052铝合金热轧板具有典型变形织构和强的β纤维轧制织构，退火处理和冷轧能够强烈地影响铝合金力学性能。目前国内采用哈兹列特工艺生产5052合金工艺上还不成熟，同时也缺乏对其组织特征、性能变化以及稳定性的综合分析与研究，不利于生产过程的优化和产品质量的提高。使该工艺的发展受到了极大限制
综上所述，开发一种5052铝合金连铸连轧坯生产及热处理的方法，不仅改变国内目前采用哈兹列特工艺生产5052铝合金板带工艺上的不成熟和不稳定，使冷轧后的板材力学性能满足使用上的要求，同时也为今后大规模生产5052合金板材提供必要的技术储备，具有重要的理论意义与生产实用价值；目前国内采用哈兹列特生产线生产铝板带材的厂家并不多，大多数生产商缺乏对哈兹列特生产线的了解，所以研究哈兹列特工艺及热处理方法对此工艺生产铝板带箔材的技术是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的是提供一种5052铝合金连铸连轧坯料生产及热处理的方法，使之满足后续冷轧工艺的要求及产品质量的要求。
本发明的目的是通过下列技术方案来实现的
① 本发明的5052铝合金的化学成分在见表1。
表1 合金化学成分 单位：％
②一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法，包括熔炼的步骤、连铸的步骤、连轧的步骤、卷取的步骤和热处理的步骤，其特征在于：熔炼过后采用哈兹列特连铸连轧工艺，熔炼步骤包括三次精炼步骤，具体为配料、合金铝液熔炼、一次精炼、扒渣、添加合金元素、二次精炼、调整合金成分、三次精炼、除气过滤、静置。
本发明的连铸连轧工艺工序包括：配料一合金铝液熔炼一一次精炼一扒渣一添加合金元素一二次精炼—调整合金成分—三次精炼—除气过滤—静置—连铸—连轧—卷取—热处理。
③ 熔炼
所述的配料工序中，合金配料中，电解铝液为85wt%，固体料为15%，固体料包括铝锭、5052废料、镁锭及其他合金元素配料。
先加入铝锭、5052废料入电解铝液，加入二号覆盖剂并采用电磁搅拌，熔炼炉的温度控制在为750~760℃之间，进行炉内一次精炼，精炼温度710~720℃之间，精炼采用Ar+Cl2精炼和电磁搅拌，精炼后扒渣、调整成分加入Fe剂、Si剂、Cr添加剂，静置反应。
所述二号覆盖剂成分是由KCl、MgCl2和BaCl2组成的粉末溶剂，为铝合金专用的覆盖剂。
静置反应20min，再进行二次精炼，精炼温度控制在720~750℃之间，精炼依然采用Ar+Cl2精炼和电磁搅拌；成分合格后加入镁锭，取样化验调整成分；通过流槽在除气前加入棒状Al-5Ti-1B细化剂；静置10~20min后进行第三次精炼，精炼温度725~745℃之间，精炼采用N2+Cl2精炼。
晶粒细化剂进入铝液后钛含量要达到0.015%。
本发明采用SINF除气装置在线处理及在线过滤。
连铸前及开机20 min后，在前箱位置分别测氢一次，氢含量小于0.12ml/100gAl；
④连铸
本发明采用哈兹列特连铸机，连铸5052铝合金采用Y型钢带、SS铸嘴；石墨喷涂系统在铸造前半小时进行喷涂一次，铸造过程中，板带边部出现裂口需进行喷涂；铸造前半小时启动钢刷对钢带进行清理，随后将钢带喷涂改为预喷涂模式，对钢带进行预喷涂；
本发明的连铸工艺参数：
连铸时前箱铝液温度控制为670~700℃；铸造冷却水温35℃。
铸造区模腔的长度为2362mm。
铸造速度：开机速度8.0 ~9.0m/min ，铸造速度采用10~11m/min。
铸机出口板带温度边部510~560℃。
以上连铸工艺生产的5052连铸坯尺寸：19mm×1650mm×L。
⑤ 连轧工艺
连轧的工艺流程：开机确认—参数设置—模拟轧制—轧机信号发送至铸机—铸造开始—带材切头—3机架穿带咬入—助卷成功—轧制条件建立—板型控制—正常轧制。
本发明连轧道次分配：
19mm(连铸坯) →11mm→6.5mm→3.7mm。
本发明的连轧工艺在MINO三连轧机架轧机实现；终轧温度控制在170~230℃之间；板型控制在0.2~0.5%；终轧厚度: 5.3±0.05mm；卷径: 1700~1800mm；板材宽度：1630~1640mm。
③5052连铸连轧坯退火工艺
采用哈兹列特工艺的连续铸坯表面冷却速度快，所以表面晶粒细小，沿晶界析出的第二相其合金元素由于快速的冷却而无法析出，过饱和地固溶在基体内，而中间部位冷却速度相对要慢很多；第二相的分布、形态、尺寸表面和中间的不同，易产生表面偏析和孔洞等铸造缺陷；同时连铸连轧生产5052铝合金热轧板具有典型变形结构和强的β纤维轧制织构，而退火处理和冷轧能够强烈地影响铝合金力学性能。
为消除成分和组织的不均匀性，防止成品退火后的晶粒粗大，并获得良好最终力学性能，需对连铸连轧卷进行退火；退火工艺为：退火温度在330～360℃之间，退火时间控制在11～15小时。
采用本发明的关键技术及优点如下：
①本发明针对哈兹列特连铸连轧工艺关键生产技术主要体现在以下几个方面
合金配料为：85%的电解铝液，15%铝锭和镁锭及其他合金元素配料。
针对5052铝合金熔炼温度控制在750~760℃之间，第一次精炼采用Ar+Cl2精炼和电磁搅拌；静置后的二次精炼温度控制在720~750℃之间，精炼依然采用Ar+Cl2精炼和电磁搅拌；
连铸时前箱铝液温度控制为670~700℃；铸造冷却水温35℃；铸造区模腔的长度为2362mm；铸造速度：开机速度8.0~9.0 m/min ，铸造速度采用10~11m/min；铸机出口板带温度边部510~560℃；
连轧工艺为:19mm(连铸坯) →11mm→6.5mm→3.7mm；终轧温度大于170℃。
②本发明解决了针对5052铝合金连铸连轧坯生产工艺及热处理的关键技术，为连铸连
轧坯料的后续的冷轧及板材更好的成型性提供良好的组织性能基础。与采用连续铸轧坯生产板材的技术相比，通过对哈兹列特工艺生产的板料进行热处理，减少连铸过程产生的表面偏析等铸造缺陷，控制第二相及化合物的形态、分布和形状，同时改变连铸连轧生产过程中织构形态和组份，增加再结晶织构，减少热轧板具有典型变形结构和强的β纤维轧制织构，从而影响后续冷轧后5052铝合金板材的力学性能及后续的深加工性能。
按照此工艺生产的5052板料，经冷轧至1.23~0.95 mm后达到的力学性能为：抗拉强度σb ：300～310 MPa、 延伸率δ：3.0%~3.5 %。
综上所述，采用本发明提出一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法，解决了采用哈兹列特工艺生产5052铝合金板料及热处理的关键技术，解决了国内该生产工艺的空白，具有
较高的经济效益和实用价值。
具体实施方式
以下结合实施实例对本发明作进一步的阐述。实施实例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。
实施实例
采用85%电解铝液、15%的固体料（99.70%工业纯铝锭、固体5052废料、镁锭等） 配制该合金，满足20t容量的铝合金熔炼炉的炉料，化学成分严格按5052铝合金化学成分范围执行。设定熔炼温度为750～7600C，一次精炼温度为7150C，第二次和第三次精炼温度为7350C；采用SNIF除气，除气前通过流槽加入Al-5Ti-1B细化晶粒剂，细化剂加入量控制为10m/min；熔体中氢含量控制在0.12ml/100gAl以内；前箱铸造温度680±5℃，经在线检测，实测化学成分为
。
采用哈兹列特连铸机，连铸5052铝合金采用Y型钢带、SS铸嘴；石墨喷涂系统在铸造前半小时进行喷涂一次，铸造过程中，板带边部出现裂口需再进行喷涂；铸造前半小时启动钢刷对钢带进行清理，随后将钢带喷涂改为预喷涂模式，对钢带进行预喷涂。
连铸时前箱铝液温度控制为680±5℃；铸造冷却水温35℃。
铸造速度：开机速度8.7 m/min ，铸造速度采用10.4m/min。
铸机出口板带温度边部540℃。
以上连铸工艺生产的5052连铸坯尺寸：19mm×1650mm×L。
连轧工艺在MINO三连轧机架轧机实现；终轧温度控制在200℃；板型控制在0.3%；终轧厚度: 5.3±0.05mm；卷径：1700~1800mm；板材宽度1630~1640mm。
本发明连轧道次分配：
19mm(连铸坯) →11mm→6.5mm→3.7mm。
对以上连铸连轧卷进行退火，退火工艺为： 340℃/12h
按此工艺生产5批次5052板料，经冷轧至1.23和0.95mm后达到的力学性能如表2。
采用哈兹列特工艺生产的5052连铸连轧坯，经热处理后冷轧板材的力学性能指标满足标
准要求。
表2 5052连铸连轧坯冷轧后的力学性能
| 批号 | 合金 | 规格 | 抗拉强度 | 延伸率 |
| TR4851 | 5052 | 1.23 | 307 | 3.3 |
| TR4852 | 5052 | 1.23 | 300 | 3.5 |
| TR4853 | 5052 | 1.23 | 302 | 3.4 |
| TR4854 | 5052 | 0.95 | 312 | 3.4 |
| TR4855 | 5052 | 0.95 | 310 | 3.5 |
Claims (9)
1.一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法，包括熔炼的步骤、连铸的步骤、连轧的步骤、卷取的步骤和热处理的步骤，其特征在于：熔炼过后采用哈兹列特连铸连轧工艺，熔炼步骤包括三次精炼步骤，具体为配料、合金铝液熔炼、一次精炼、扒渣、添加合金元素、二次精炼、调整合金成分、三次精炼、除气过滤、静置；
所述熔炼的步骤为：
合金配料，电解铝液为85wt％，固体料为15％，固体料包括铝锭、5052废料、镁锭及其他合金元素配料；
先加入铝锭、5052废料入电解铝液，加入二号覆盖剂并采用电磁搅拌，熔炼炉的温度控制在750～760℃之间，进行炉内一次精炼，精炼温度710～720℃之间，精炼采用Ar+Cl2精炼和电磁搅拌，精炼后扒渣、调整成分加入Fe剂、Si剂、Cr添加剂，静置反应；
静置反应20min，再进行二次精炼，精炼温度控制在720～750℃之间，精炼依然采用Ar+Cl2精炼和电磁搅拌；成分合格后加入镁锭，取样化验调整成分；通过流槽在除气前加入棒状Al-5Ti-1B细化剂；静置10～20min后进行第三次精炼，精炼温度725～745℃之间，精炼采用N2+Cl2精炼。
2.如权利要求1所述的一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法，其特征在于：所述二号覆盖剂成分是由KCl、MgCl2和BaCl2组成的粉末溶剂，为铝合金专用的覆盖剂。
3.如权利要求1所述的一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法，其特征在于：晶粒细化剂进入铝液后钛含量要达到0.015％。
4.如权利要求1所述的一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法，其特征在于：采用SINF除气装置在线处理及在线过滤。
5.如权利要求1所述的一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法，其特征在于：连铸采用哈兹列特连铸机，连铸5052铝合金采用Y型钢带、SS铸嘴；石墨喷涂系统在铸造前半小时进行喷涂一次，铸造过程中，板带边部出现裂口需进行喷涂；铸造前半小时启动钢刷对钢带进行清理，随后将钢带喷涂改为预喷涂模式，对钢带进行预喷涂。
6.如权利要求5所述的一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法，其特征在于连铸工艺参数为：连铸时前箱铝液温度控制为670～700℃；铸造冷却水温35℃；铸造区模腔的长度为2362mm；铸造速度：开机速度8.0～9.0m/min，铸造速度采用10～11m/min；铸机出口板带温度边部510～560℃；以上连铸工艺生产的5052连铸坯尺寸：19mm×1650mm×L。
7.如权利要求5所述的一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法，其特征在于：连铸前及开机20min后，在前箱位置分别测氢一次，氢含量小于0.12ml/100gAl。
8.如权利要求5所述的一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法，其特征在于连轧的工艺流程为：开机确认—参数设置—模拟轧制—轧机信号发送至铸机—铸造开始—带材切头—3机架穿带咬入—助卷成功—轧制条件建立—板型控制—正常轧制。
9.如权利要求8所述的一种铝合金连铸连轧坯的生产及热处理方法，其特征在于：连轧道次分配为：19mm的连铸坯→11mm→6.5mm→3.7mm；连轧工艺在MINO三连轧机架轧机实现；终轧温度控制在170～230℃之间；板型控制在0.2～0.5％；终轧厚度:5.3±0.05mm；卷径:1700～1800mm；板材宽度：1630～1640mm。
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