CN103273026B - 深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法 - Google Patents

深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种新的深冲用铝合金板带制备方法——多能场非对称下沉式铸轧法。该方法是将精炼好的铝合金熔体通过下沉式安装的非对称铸嘴引入到具有电磁/超声复合能场的铸轧机辊缝中，在电磁/超声复合能场的搅拌与振动冲击作用、铝熔体在铸轧区的爬坡回流搅拌作用、轧辊强制冷却与轧制变形作用下，强化铸轧区的传热、传质和能量转换，实现晶核增殖，改变凝固行为，连续铸轧出铝合金板带。本发明制备出的铝合金板带板面光洁，边部整齐，晶粒细小、均匀，各向异性低，深冲性能优良，且整个生产流程短、效率高，产品成本低、质量好，适合批量制备深冲用铝合金板带。

Description

深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法
技术领域
本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法，可以实现工业化生产，该方法可广泛应用于铝合金板带的制备。
背景技术
铝合金具有质轻、韧性好、高密封性、耐光性、耐蚀性和良好的可加工性能等一系列的优点，使其成为最受欢迎的冲压材料。近年来，美国、日本等发达国家不断增加对高品质深冲用铝合金板带的研发投入，大幅降低产品成本，提高产品的生产效率和产品质量，并拓展其应用范围，使其在世界冲压产品市场上已占据绝对优势。我国深冲用铝板带主要用于饮料罐、PS 版、防盗瓶盖及空调器散热片等行业，但国产铝合金板带在厚度、尺寸公差、制耳率、深冲性能等方面与国外产品存在明显差距。高质量铝合金板材仍依赖进口，并且进口量在逐年增加，尤其是作为高性能铝材制品生产(如高压电容铝箔、制罐料、飞机结构材料及计算机存储基板等)的深冲用铝板带70%~80%需要进口，因此有必要发展深冲用铝合金板材的先进制备技术，促进我国高技术产业的跨越式发展。
目前，连续铸轧因具有流程短、成本低、产量大等优点已成为铝合金板带坯的主要生产方法之一，但常规连续铸轧板带存在组织不均匀、柱状晶发达、组分偏析等缺陷，各向异性明显，其深冲性能比热轧板带差，因而限制了铸轧板带在冲压制品中的应用，并且铸轧速度偏低（0.8m/min ~1.0m/min），单机生产量小，亟待开发新的连续铸轧工艺。
中南大学毛大恒、聂朝辉、管付如等在铝合金常规铸轧过程中引入电磁场、超声能场、电磁/超声复合能场（在前箱施加超声波），研究发现，电磁、超声等外能场能使铸轧铝合金带坯的晶粒得到细化，力学性能也得到提高。但是，常规铸轧的铸嘴为对称式结构，铸嘴前端与上下轧辊贴合在一起，超声波能场难以引入到凝固前沿，现有方法是通过在铸嘴上板开孔插入工具头才能将超声波能场施加到凝固前沿，这种施加方式使得超声波工具头的倾斜角度小（≤15°），超声波能场对凝固前沿的作用区域小，无法有效传输超声波能量，因此难以获得高品质的深冲用铝合金板带，而且这种方法也无法实现大幅提速，其制备效率较低。
发明内容
本发明在于解决双辊连续铸轧中电磁/超声复合能场的高效利用和提升铸轧速度的问题，提出一种深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法，获得性能优良的深冲用铝合金板带，该方法生产流程短、效率高，生产成本低、质量好，适合批量制备深冲用铝合金板带。
一种深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法，包括以下步骤：
将精炼好的铝合金熔体经过预热后的高温流道进入前箱，通过下沉式安装的非对称铸嘴引入到具有电磁/超声复合能场的铸轧机辊缝中，保持合适的液面高度，连续铸轧出3.0mm～9.0mm厚的铝合金板带。
在所述步骤中，铝合金熔体温度为710℃～715℃，前箱温度保持在675℃～685℃之间，液面高度保持高出轧制中心线3-5mm。
在所述步骤中，铸嘴上下板不对称，上铸嘴板不与铸轧辊接触，且有一定的空缺，上铸嘴板比下铸嘴板短20mm～30mm。铸嘴采用氧化铝、氧化镁和石棉混合后的压制烧结材料，内表面涂有一层氮化硼。
在所述步骤中，铸嘴安装时其中心面比轧制中心线低3-5mm，铝熔体与下轧辊先接触，且其接触导热面积比传统对称式铸轧增大30%-45%。
在所述步骤中，电磁场通过励磁电流产生，并被引导至凝固前沿，励磁电流为三相电流，换相周期为1个完整波形，电流强度为8A～12A，中心频率为13HZ，随机变化频率范围±2 Hz；辊缝中凝固前沿的所用超声波发生器为倾斜安装，倾斜角度可在20°～60°间自由调整，超声功率为200W～400W，频率为20kHZ±200HZ。。
在所述步骤中，铸轧铝合金板带时速度为1.2 m/min～2.5m/min，辊缝为2.0 mm～8.0mm。
本发明具有如下特点：
1）上铸嘴板不与铸轧辊接触，且有一定的空缺，超声波发生器的工具头更接近凝固前沿，且倾斜角度可自由调整，超声波能场可有效作用于凝固前沿，有利于超声波能场的高效利用。此外，铸嘴的非对称式结构有利于铝合金熔体熔体有害气体（氢气）的排出；
2）铸嘴中心面比轧制中心线比低，铝合金熔体与下轧辊接触导热面积大于常规对称式铸轧，能进一步加大熔体与下轧辊内冷却水的对流换热，其导热速度明显大于常规对称式铸轧，有利于铸轧速度的提升；而且铝合金熔体流入铸轧区时会发生爬坡回流现象，在铸轧区内造成搅拌作用，从而起到细化晶粒的作用。
3）铝合金铸轧中在凝固前沿引入电磁/超声能场，能对铸轧过程的流场产生搅拌与振动冲击作用，提高铝合金熔体与轧辊的接触强度，强化熔体的凝固相变及动态形核过程，获得细小的晶粒组织、低的各向异性指数和小的制耳率等优良的力学性能。
4）采用多能场非对称下沉式铸轧方法制备铝合金板带，能显著提高铸轧速度，相比常规铸轧方法，铸轧速度提高40%-50%，生产成本比铸锭-热轧法减少40%以上，生产效率比常规铸轧法提高1倍左右。
附图说明
图1多能场非对称下沉式铸轧示意图
图2为常规铸轧铝合金板的金相组织；
图3为多能场非对称下沉式铸轧铝合金板的金相组织；
图4为常规铸轧铝合金板的冲杯试样；
图5为多能场非对称下沉式铸轧铝合金板的冲杯试样。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明，这将有助于对本发明及其优点的进一步理解，这些实例不作为对本发明的限定，本发明的保护范围由权利要求书来决定。
实施例1：
按照1060铝合金的组分配比，取料放入熔化炉中进行熔炼，温度为710℃，在铝合金熔炼的同时，加热前箱及流槽至650℃，待铝合金熔炼完成后保温20分钟，使得熔体各部分的温度均匀，倾转熔化炉，使铝合金熔体经流槽流入前箱，控制熔体流量，使得前箱中熔体液面保持在高出轧制中心线5mm处，然后流入非对称铸嘴2（上铸嘴板比下铸嘴板短20mm，铸嘴中心面比轧制中心线低4mm），并在电磁1/超声波3能场的作用下进入轧辊4辊缝的铸轧区（辊缝为5.0 mm），经过冷却水的急速冷却以及轧制力的作用，得到稳定、连续的5.8mm厚的铝合金板带5，铸轧速度为1.3 m/min。电磁发生器1的励磁电流为三相电流，换相周期为1个完整波形，电流强度为10A，中心频率为13HZ，行波磁场占60%，脉振磁场占40%; 辊缝中凝固前沿超声波发生器3倾斜角度为45°，功率为200W，频率为20kHZ。
实施例2：
按照1050铝合金的组分配比，取料放入熔化炉中进行熔炼，温度为715℃，在铝合金熔炼的同时，加热前箱及流槽至620℃，待铝合金熔炼完成后保温20分钟，使得熔体各部分的温度均匀，倾转熔化炉，使铝合金熔体经流槽流入前箱，控制熔体流量，使得前箱中熔体液面保持在高出轧制中心线4mm处，然后流入非对称铸嘴2（上铸嘴板比下铸嘴板短30mm，铸嘴中心面比轧制中心线低5mm），并在电磁1/超声波3能场的作用下进入轧辊4辊缝的铸轧区（辊缝为3.5 mm），经过冷却水的急速冷却以及轧制力的作用，得到稳定、连续的4.2 mm厚的铝合金板带5，铸轧速度为1.8m/min。电磁发生器1的励磁电流为三相电流，换相周期为1个完整波形，电流强度为12A，中心频率为13HZ，行波磁场占70%，脉振磁场占30%; 辊缝中凝固前沿超声波发生器3倾斜角度为60°，功率为400W，频率为20kHZ。
金相组织观察表明（图2-图3）：
（1）常规铸轧铝板的显微组织中，可观察到大量的柱状晶组织，枝晶网胞发达，晶粒大小不均匀，晶界粗糙不规则，平均晶粒度为70~80μm。
（2）多能场非对称下沉式铸轧铝板的晶粒组织为明显的等轴晶组织，晶粒细小，组织均匀，晶界结构规则，平均晶粒度为30~40μm。
冲杯实验（试样经冷轧退火，冷轧变形量：80%，退火温度：325℃）表明（图4-图5）：
（1）常规铸轧铝板出现45°方向的制耳，制耳率为3.7%。
（2）多能场非对称下沉式铸轧铝板出现沿0°、45°和90°个方向的制耳，制耳率仅为1.7%，具有最低的各向异性。
力学性能测试表明（表1-表2）：
在冷轧加工状态或不同温度的退火状态，多能场非对称下沉式铸轧铝板力学性能的各项异性指标均优于常规铸轧铝板。
表1  不同冷轧变形量下铝合金铸轧板的各向异性指数
表2  不同退火温度下铝合金铸轧板的各向异性指数(冷轧变形量：80%，厚度：1mm)
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将精炼好的铝合金熔体经过预热后的高温流道进入前箱，通过下沉式安装的非对称铸嘴引入到具有电磁/超声复合能场的铸轧机辊缝中，保持合适的液面高度，连续铸轧出3.0mm～9.0mm厚的铝合金板带；所述的非对称铸嘴，铸嘴上下板不对称，上铸嘴板不与铸轧辊接触，且有一定的空缺，上铸嘴板比下铸嘴板短20mm～30mm，非对称铸嘴中心面比铸轧板出口中心面低3-5mm，铝熔体与下轧辊先接触，接触面积比对称式铸轧增大30％-45％。
2.根据权利要求1所述的深冲用铝合金板带的多能场非对称下沉式铸轧制备方法，其特征在于：铸轧铝合金板带的速度为1.2m/min～2.5m/min，辊缝为2.0mm～8.0mm。
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