CN109777979A

CN109777979A - 一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法

Info

Publication number: CN109777979A
Application number: CN201910121169.5A
Authority: CN
Inventors: 黄元春; 闵旭东; 任贤魏; 刘宇; 肖政兵
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2019-05-21
Anticipated expiration: 2039-02-19
Also published as: CN109777979B

Abstract

本发明属于铝合金板材加工技术领域，公开了一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法：生产配料：选用1系或3系铝合金，按照指定牌号进行配料；熔炼；转炉：铝液熔体温度达到730～740℃时进行转炉；静置处理；去氢处理；过滤：采用30PPI和50PPI两级陶瓷过滤板过滤，过滤箱温度控制在720±5℃；晶粒细化处理；铸嘴内部熔体温度调控。本发明通过在铸嘴尾部引入温度调控装置并进行温度自动调控，可确保超宽幅铝合金板材在铸轧过程中沿铸嘴宽度方向的温度场均匀，获得均匀的板坯横断面组织，生产出组织成分均匀、晶粒细小、第二相分布均匀的3mm铝合金板材，实现高品质超宽幅铝合金板材的铸轧。

Description

一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法

技术领域

本发明属于铝合金板材加工技术领域，尤其涉及一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

针对超宽幅铝合金板材的铸轧生产方法，目前工业应用的铸嘴结构大体上可分为两种基本结构：多入口的宽入口铸嘴和单一窄入口铸嘴。由于单一窄入口铸嘴的保温性能更好、温度更可控，且更不易与空气作用形成氧化膜而减少带材的夹杂缺陷，因此工业生产中大多采用单一窄入口铸嘴。但是，对于单一窄入口铸嘴，由于分流块的作用，熔体在充满铸嘴型腔的过程中，流经的路径差异比较大，向周围环境辐射损失的热量也有很大的差异，最终导致铸轧板材横断面组织的不均匀而影响产品质量。因此，解决铸嘴内部沿宽度方向的熔体温度场均匀性问题是宽幅铸轧首先要解决的问题。

针对熔体填充铸嘴过程中向外界环境辐射散热的差异而导致温差进而影响铝合金板材横断面组织不均匀的问题，有必要研究出一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，能够通过一个温度分段调控装置实现铸嘴内部沿宽度方向的熔体温度场达到均匀。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术中的铸嘴内部沿宽度方向的熔体温度场不均匀性，导致铝合金板材横断面组织不均匀性，从而引发了应该如何有效地对铸嘴内部铝液的断面温度场进行控制的技术问题。

解决上述技术问题的难度和意义：

难度：由于单一窄入口铸嘴的熔体是通过前箱与铸嘴连接的较小横浇道流入铸嘴，后经分流块驱使熔体向两边流动，导致铸嘴尾部沿宽度方向上的熔体温度存在从中部到边部逐渐降低的现象，并随着铸嘴宽度的增加，铸嘴中部与边部的熔体温差越大，这使得铸嘴出口的熔体沿铸嘴宽度方向的温度场分布不均匀性越严重，进而增加了高品质超宽幅铝合金板材铸轧的生产难度。

意义：采用在铸嘴尾部引入温度分段调控装置，可以非常有效地降低铸嘴中部与边部的熔体温差，确保超宽幅铝合金板材在铸轧过程中沿铸嘴宽度方向的温度场均匀，从而获得均匀的板坯横断面组织，实现高品质超宽幅铝合金板材的铸轧，最终提高生产效益。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法。

本发明是这样实现的，一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，通过铸嘴内部实际温度场自动调节加热元件，加热元件的工作电压为380V，工作功率为3～6KW，PLC温度调控系统的温度控制参数设置为680～690℃，铸轧超宽幅铝合金板材的过程中，铸嘴分流块尾端控制铝熔体横向温度梯度小于5℃。通过铝液流出铸嘴口时的温度分布均匀性调控，获得铸轧过程超宽幅铝合金板材高均匀性横断面组织，最终实现高品质超宽幅铝合金板材的铸轧。具体实施步骤如下：

步骤一：生产备料：选用1系或3系铝合金，按照指定牌号进行配料；

步骤二：熔炼：加入固态铝锭，升温，温度710℃以上时，加入合金添加剂；静置后电磁搅拌15～25分钟；铝锭全部熔化后进行两次电磁搅拌；待炉内铝液熔体温度达到730℃～750℃时，进行第一次精炼、扒渣、成分调整；然后进行搅拌、第二次精练、扒渣；

步骤三：转炉：铝液熔体温度达到730～740℃时进行转炉；

步骤四：静置处理：静置炉中用四氯化碳进行一次精炼，精炼完后进行表面扒渣，静置炉的温度控制在710～730℃，以后每隔2～4小时作一次氩气精炼，每次精炼15～35分钟，若发现后续晶粒粗大，每隔2小时向炉内添加50～130Kg冷料即可；

步骤五：去氢处理：除气箱内温度保持在690～725℃，转子转速为200～500r/min，压力控制为0.15～0.45Mpa，流量为30～40Nm³/h，除气后熔体中氢含量控制在0.2ml/100g铝以下；

步骤六：过滤：采用30PPI和50PPI两级陶瓷过滤板过滤，过滤箱温度控制在720±5℃；

步骤七：晶粒细化处理：以2～6kg/吨铝的添加量采用Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂对合金熔体进行晶粒变质细化处理；

步骤八：铸嘴内部熔体温度调控：通过铸嘴内部实际温度场自动调节加热元件，加热元件的工作电压为380V，工作功率为3～6KW，PLC温度调控系统的温度控制参数设置为680～690℃。

通过铸嘴内部实际温度场自动调节加热元件，加热元件的工作电压为380V，工作功率为3～6KW，PLC温度调控系统的温度控制参数设置为680～690℃，在铸轧超宽幅铝合金板材的过程中，铸嘴分流块尾端控制铝熔体横向温度梯度小于5℃。通过铝液流出铸嘴口时的温度分布均匀性调控，获得高均匀性的板坯横断面组织，从而生产出组织成分均匀、晶粒细小、第二相分布均匀的3mm铝合金板材，实现高品质超宽幅铝合金板材的铸轧。

进一步，在步骤一中，采用纯净度很高的固态铝锭，要求Fe、Si的百分含量分别控制为0.4～0.55，0.2～0.4。

进一步，在步骤二中，熔炼具体包括以下步骤：

(1)加入固态铝锭，升温，当温度达到710℃以上时，按照指定牌号均匀加入合金添加剂；

(2)静置25～35分钟后进行电磁搅拌15～25分钟；

(3)当铝锭全部熔化后进行两次电磁搅拌，每隔15～35分钟搅拌一次，每次15～25分钟；

(4)待炉内铝液熔体温度达到730℃～750℃时，进行第一次氩气喷粉精炼，四氯化碳用量为2～3kg/吨铝，精炼20～35分钟，精炼时熔体波浪高度控制为60～110mm；

(5)铝液精炼停留10～30分钟后进行扒渣处理和成分分析，并根据铝合金牌号要求，进行成分调整；

(6)15～35分钟后进行搅拌，用四氯化碳进行第二次精练，精炼时间为15～35分钟，精炼完后进行扒渣。

进一步，在步骤四中，转炉后在30吨电加热的静置炉中用四氯化碳进行一次精炼，精炼时间为15～35分钟。

进一步，在步骤五中，除氢介质为氮气。

进一步，在步骤五中，除气箱2小时扒渣一次。

进一步，在步骤七中，以2～6kg/吨铝的添加量采用Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂对合金熔体进行晶粒变质细化处理，添加位置为除气箱入口，添加温度为710～730℃。

进一步，在步骤八中，温度调控装置的串联式热传感器和加热元件根据铸嘴具体形状先后分段均匀地安装固定在铸嘴尾部，通过铸嘴内部实际温度场自动调节加热元件的工作行为。

进一步，在步骤八中，PLC温度调控系统的温度控制参数优先选用685℃。

本发明的另一目的在于提供的铸轧过程调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的设备，设置有除气系统；

除气系统通过管道与过滤系统连接；过滤系统通过管道与液面控制系统连接；液面控制系统的右侧焊接有铸嘴；铸嘴的上下端分别设置有铸轧机；铸轧机的右侧通过螺栓固定有喷涂系统；喷涂系统的右侧设置有剪切机；剪切机的右端通过螺栓固定有板卷；铸嘴的尾部先后分段均匀地通过螺栓安装固定有热传感器和加热元件，热传感器和加热元件的接线端与PLC温度调控系统的接线端通过数据线连接，最后与电源通过导线进行连接。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明通过在铸嘴尾部引入温度调控装置并进行温度自动调控，可确保超宽幅铝合金板材在铸轧过程中沿铸嘴宽度方向的温度场均匀，从而获得均匀的板坯横断面组织，生产出组织成分均匀、晶粒细小、第二相分布均匀的3mm铝合金板材，实现高品质超宽幅铝合金板材的铸轧。

附图说明

图1是本发明实施例提供的铸轧过程调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法流程图。

图2是本发明实施例提供的铸轧过程调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的设备示意图；

图3是本发明实施例提供的铸轧过程调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的铸嘴尾部的温度调控装置示意图；

图中：1、除气系统；2、过滤系统；3、液面控制系统；4、铸嘴；5、铸轧机；6、喷涂系统；7、剪切机；8、板卷；9、热传感器；10、加热元件；11、PLC温度控制系统；12、电源。

图4是本发明实施例提供的Y试样铸轧板坯微观金相组织(中心部位)结果示意图；

图中：a、法向面；b、横截面；c、纵截面。

图5是本发明实施例提供的X试样铸轧板坯微观金相组织(中心部位)示意图；

图中：a、法向面；b、横截面；c、纵截面。

图6是本发明实施例提供的铸轧板坯微观金相组织(边部)示意图；

图中：(a)X试样(b)Y试样。

图7是本发明实施例提供的铸轧板坯微观金相组织(1/4处)示意图；

图中：(a)X试样；(b)Y试样。

图8是本发明实施例提供的使用Al-5Ti-1B和Al-5Ti-0.2C作为晶粒细化剂的铸轧板的SEM像示意图；

图中：(a)以Al-5Ti-1B作为细化剂的铸轧板；(b)以Al-5Ti-0.2C作为细化剂的铸轧板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理做详细描述。

如图1所述，本发明实施例提供的铸轧过程调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，包括以下步骤：

S101：生产备料：选用1系或3系铝合金，按照指定牌号进行配料，采用纯净度很高的固态铝锭，要求Fe、Si的百分含量分别控制为0.4～0.55，0.2～0.4；

S102：熔炼：加入固态铝锭，升温，温度710℃以上时，加入合金添加剂；静置后电磁搅拌15～25分钟；铝锭全部熔化后进行两次电磁搅拌；待炉内铝液熔体温度达到730℃～750℃时，进行第一次精炼、扒渣、成分调整；然后进行搅拌、第二次精练、扒渣；

S103：转炉：铝液熔体温度达到730～740℃时进行转炉；

S104：静置处理：静置炉中用四氯化碳进行一次精炼，精炼完后进行表面扒渣，静置炉的温度控制在710～730℃，以后每隔2～4小时作一次氩气精炼，每次精炼15～35分钟，若发现后续晶粒粗大，每隔2小时向炉内添加50～130Kg冷料即可；

S105：去氢处理：除气箱内温度保持在690～725℃，转子转速为200～500r/min,压力控制为0.15～0.45Mpa，流量为30～40Nm³/h，除气后熔体中氢含量控制在0.2ml/100g铝以下；

S106：过滤：采用30PPI和50PPI两级陶瓷过滤板过滤，过滤箱温度控制在720±5℃；

S107：晶粒细化处理：以2～6kg/吨铝的添加量采用Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂对合金熔体进行晶粒变质细化处理；

S108：铸嘴内部熔体温度调控：通过铸嘴内部实际温度场自动调节加热元件，加热元件的工作电压为380V，工作功率为3～6KW，PLC温度调控系统的温度控制参数设置为680～690℃。

步骤S101中，本发明实施例提供的采用纯净度很高的固态铝锭，要求Fe、Si的百分含量分别控制为0.4～0.55，0.2～0.4。

步骤S102中，本发明实施例提供的熔炼具体包括以下步骤：

(2)静置25～35分钟后进行电磁搅拌15～25分钟；

步骤S104中，本发明实施例提供的转炉后在30吨电加热的静置炉中用四氯化碳进行一次精炼，精炼时间为15～35分钟。

步骤S105中，本发明实施例提供的除氢介质为氮气。

步骤S105中，本发明实施例提供的除气箱2小时扒渣一次。

步骤S107中，本发明实施例提供的以2～6kg/吨铝的添加量采用Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂对合金熔体进行晶粒变质细化处理，添加位置为除气箱入口，添加温度为710～730℃。

步骤S108中，本发明实施例提供的温度调控装置的串联式热传感器和加热元件根据铸嘴具体形状先后分段均匀地安装固定在铸嘴尾部，通过铸嘴内部实际温度场自动调节加热元件的工作行为。

步骤S108中，本发明实施例提供的PLC温度调控系统的温度控制参数优先选用685℃。

如图2-图3所示，本发明实施例提供的铸轧过程调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的设备，设置有除气系统1、过滤系统2、液面控制系统3、铸嘴4、铸轧机5、喷涂系统6、剪切机7、板卷8、热传感器9、加热元件10、PLC温度控制系统11、电源12；

除气系统1通过管道与过滤系统2连接；过滤系统2通过管道与液面控制系统3连接；液面控制系统3的右侧焊接有铸嘴4；铸嘴4的上下端分别设置有铸轧机5；铸轧机5的右侧通过螺栓固定有喷涂系统6；喷涂系统6的右侧设置有剪切机7；剪切机7的右端通过螺栓固定有卷板8；铸嘴4的尾部先后分段均匀地通过螺栓安装固定有热传感器9和加热元件10，热传感器9和加热元件10的接线端与PLC温度调控系统11的接线端通过数据线连接，最后与电源12通过导线进行连接。

本发明实施例铸嘴尾部的温度调控装置工作原理部分：

首先将串联式的热传感器和加热元件先后分段均匀地安装固定在铸嘴尾部，再将热传感器和加热元件的接线端与PLC温度调控系统的接线端进行连接，最后接通电源电路，其中要求加热元件接线端的数量与热传感器，加热元件的数量保持相同，接着启动温度调控装置的电源，将PLC温度调控系统的温度控制参数设置为680～690℃(优先选用685℃)，并选择好加热元件的工作电压和工作功率，从而通过热传感器实时监控铸嘴内部熔体沿铸嘴宽度方向的温度，并将温度模拟信号经过模数转换芯片换算成相应的数字信号后，传输至PLC温度调控系统，PLC温度调控系统利用所设置的温度参数与相应区段的目标温度参数进行比对并计算出差值，再经过数模转换芯片换算成模拟信号后传输至加热元件，进行分段调控加热元件的工作行为来弥补辐射散热的差异，进而使熔体温度达到PLC温度调控系统所设置的温度参数，最终实现铸嘴内部沿宽度方向的熔体温度场达到均匀。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步详细说明；

实施例1：

步骤一：生产备料：选用1060A铝合金，按照指定牌号进行配料，采用纯净度很高的固态铝锭，要求Fe、Si的百分含量分别控制为0.4～0.55，0.2～0.4；

步骤二：熔炼：加入固态铝锭，升温，当温度达到710℃以上时，按照指定牌号均匀加入合金添加剂；静置25～35分钟后进行电磁搅拌15～25分钟；当铝锭全部熔化后进行两次电磁搅拌，每隔15～35分钟搅拌一次，每次15～25分钟；待炉内铝液熔体温度达到730℃～750℃时，进行第一次氩气喷粉精炼，四氯化碳用量为2～3kg/吨铝，精炼20～35分钟，精炼时熔体波浪高度控制为60～110mm；铝液精炼停留10～30分钟后进行扒渣处理和成分分析，并根据铝合金牌号要求，进行成分调整；15～35分钟后进行搅拌，用四氯化碳进行第二次精练，精炼时间为15～35分钟，精炼完后进行扒渣；

步骤三：转炉：铝液熔体温度达到730～740℃时进行转炉；

步骤四：静置处理：转炉后在30吨电加热的静置炉中用四氯化碳进行一次精炼，精炼时间为15～35分钟，精炼完后进行表面扒渣，静置炉的温度控制在710～730℃，以后每隔2～4小时作一次氩气精炼，每次精炼15～35分钟，若发现后续晶粒粗大，每隔2小时向炉内添加50～130Kg冷料即可；

步骤五：去氢处理：除气箱1内温度保持在690～725℃，转子转速为200～500r/min，除氢介质为氮气，压力控制为0.15～0.45Mpa，流量为30～40Nm³/h，除气后熔体中氢含量控制在0.2ml/100g铝以下，除气箱2小时扒渣一次；

步骤六：过滤：采用30PPI和50PPI两级陶瓷过滤板过滤，过滤箱2温度控制在720±5℃；

步骤七：晶粒细化处理：以2～6kg/吨铝的添加量采用Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂对合金熔体进行晶粒变质细化处理，添加位置为除气箱入口，添加温度为710～730℃；

结果：

事实上，根据实施例1进行生产时，其铸嘴4内部沿宽度方向的熔体温度场表现出明显的不均匀性，从而导致超宽幅1060A铝合金铸轧板坯横断面组织的不均匀性，最终降低了产品的质量。

实施例2：

如图2和图3所示，作为对实施例1的进一步改进，本实施例中，应该在实施例一的步骤七后面再增加一个步骤，即铸嘴内部熔体温度调控。

具体的步骤内容为：首先将串联式的热传感器9和加热元件10先后分段均匀地安装固定在铸嘴13尾部，再将热传感器和加热元件的接线端与PLC温度调控系统11的接线端进行连接，最后接通电源12电路，其中要求加热元件接线端的数量与热传感器，加热元件的数量保持相同，接着启动温度调控装置的电源，将PLC温度调控系统的温度控制参数设置为683℃，并选择好加热元件的工作电压和工作功率，从而通过热传感器实时监控铸嘴内部熔体沿铸嘴宽度方向的温度，并将温度模拟信号经过模数转换芯片换算成相应的数字信号后，传输至PLC温度调控系统，PLC温度调控系统利用所设置的温度参数与相应区段的目标温度参数进行比对并计算出差值，再经过数模转换芯片换算成模拟信号后传输至加热元件，进行分段调控加热元件的工作行为来弥补辐射散热的差异，进而使熔体温度达到PLC温度调控系统所设置的温度参数，最终实现铸嘴内部沿宽度方向的熔体温度场达到均匀。

在铸嘴尾部引入温度调控装置的目的在于：确保超宽幅铝合金板材在铸轧过程中沿铸嘴宽度方向的温度场均匀，从而获得均匀的板坯横断面组织，生产出组织成分均匀、晶粒细小、第二相分布均匀的铝合金板材，实现高品质超宽幅铝合金板材的铸轧。

结果：

事实上，对于是否在铸嘴尾部引入温度调控装置，实施例1和实施例2的铸嘴内部横向温度场分布的具体试验情况可如表1所示：

表1实施例1和2的铸嘴内部横向温度场分布的具体试验情况

实施例3；

为了与实施例2进行温度控制参数的对比分析，本实施例中，将PLC温度调控系统的温度控制参数先后分别设置为685℃和688℃。试验关于铸嘴内部横向温度场分布的具体对比情况可如表2所示：

表2铸嘴内部横向温度场分布的具体对比情况

结果：

事实上，针对PLC温度调控系统的温度控制参数，试验结果显示：铸嘴内部横向温度场总体上分布在685℃左右，且685℃呈主体趋势。所以，在将PLC温度调控系统的温度控制参数设置为680～690℃的同时，优先选用685℃。

本发明实施例提供的合金为1060A铝合金。

本发明实施例提供的合金的化学成分：

Cu：0.05；Fe：04～0.55；Mg：0.08～0.1；Mn：0.03；Si：0.2～0.4；Ti：0.03；V:0.05；Zn：0.05；百分含量。

下面结合试验对本发明的应用效果作详细的描述。

一、评价铸轧板坯横断面组织均匀性的改善优化情况

1、通过考察使用原铸嘴和引入温度调控装置的新铸嘴铸轧生产的铸轧板坯横向不同位置的晶粒度，以此评价铸轧板坯横断面组织均匀性的改善优化情况。

表3所示为原铸嘴和新铸嘴的铸轧板坯横向不同位置晶粒度统计情况。从表中可知，采用原铸嘴铸轧生产的铸轧板中部的晶粒度达到了3级，晶粒平均面积达到了2.63mm²，而板坯两边部的晶粒度均为1级，晶粒平均面积分别为0.29和0.36mm²，晶粒度在铸轧板坯横断面的分布相差较大；而采用新铸嘴生产的铸轧板坯晶粒度在板坯横断面的分布较接近，中部晶粒相对较大，平均晶粒面积为0.36mm²，但晶粒度也仅仅为1级，晶粒在铸轧板坯横断面上的分布整体较为一致，晶粒度波动大幅度减少。因此可证明：通过在铸嘴尾部引入温度调控装置并进行温度自动调控，可获得均匀的板坯横断面组织。

表3原铸嘴和新铸嘴铸轧生产的铸轧板坯横向不同位置的晶粒度统计表

2、通过金相检测手段观察使用原铸嘴和引入温度调控装置的新铸嘴铸轧生产的铸轧板坯横断面金相组织(OM)来评价铸轧板坯横断面组织均匀性的改善优化情况。约定经原铸嘴铸轧生产的铸轧板坯标记为“Y”试样，经新铸嘴铸轧生产的铸轧板坯标记为“X”试样。

由图4(铸轧板坯中心部位)可以明显看出，Y试样铸轧板坯晶粒为长条状，试样柱状晶组织很明显，且大小差异较大，晶粒平均尺寸(直径)达131～152μm，其中纵截面尤为突出，呈现出明显轧制晶坯试样。

在如图5所示的X试样金相照片中，可以观察到无论是法向面还是横截面，板坯均体现为细小等轴晶形貌，相较于Y试样尤为明显，且在板坯的纵截面，其晶粒被压扁拉长的程度也不如Y试样明显，其整个铸轧板材的晶界结构规则，统计所得到的晶粒平均尺寸(直径)介于92～103μm之间。而在图6(板材边部)与图7(板材1/4处)的金相组织对比中也可以看出，经优化之后，X试样晶粒尺寸均匀性明显好于Y试样的金相组织，在1/4处的金相组织尤为明显，可以看出明显的交界。整体而言，X试样的金相组织呈现出等轴晶态，而Y试样的金相组织有被压扁拉长的轧制形态，且组织的均匀性较X试样差。

综上可知，通过在铸嘴尾部引入温度调控装置并进行温度自动调控，铸轧板坯的横断面组织均匀性得以有效改善；同时，从表中所得晶粒尺寸统计数据以及金相图片还可以看出Al-5-Ti-0.2C晶粒细化剂的使用，有效地减小了晶粒尺寸，使得到的晶粒尺寸更加均匀、细小，即有效地细化了铸轧板坯的晶粒尺寸。

二、成分均匀、晶粒细小、第二相分布均匀的实验证明

图8所示为研究传统晶粒细化剂(Al-5Ti-B)与新型晶粒细化剂(Al-5Ti-0.2C)对铸轧板坯成分均匀性、晶粒尺寸及第二相分布的影响的扫描电镜(SEM)照片。从(a)可以看出，在采用Al-5Ti-1B细化剂的铸轧板中，第二相较为粗大，且分布杂乱，甚至出现了团聚的现象，呈现出线性连续分布，分布极为不均匀；而从(b)可以看出，在采用Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂的铸轧板中，第二相粒子的分布更加均匀弥散，其尺寸也相对细小，更无团聚现象。由此可知，使用Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂的铸轧板，其含有的第二相粒子的分布情况明显较添加Al-5Ti-1B晶粒细化剂的更加均匀、弥散，晶粒也更加细小。

三、通过有关力学性能来评价铸轧板坯的质量改善情况

1、硬度(HV)测试结果

硬度测试试验结果如表4所示。由该测试结果可以看出：使用原铸嘴、采用Al-5Ti-1B晶粒细化剂的Y试样的硬度值较X试样的硬度值低了14.12％左右。这表明，经优化之后的板材其硬度得到了显著提升，X试样中新型晶粒细化剂的使用，有效降低了合金的晶粒尺寸，提高了合金中析出相的分布均匀性，从而提高了合金的显微硬度。

表4不同板坯的维氏显微硬度值(HV)

2、常温拉伸性能测试结果与讨论

对铸轧板坯进行常温拉伸试验，Y试样板坯和X试样板坯的拉伸力学性能试验结果如表5所示。由该试验结果可看出：X试样板坯的抗拉强度平均值为214.7MPa，比Y试样板坯的抗拉强度188.5MPa提高了13.9％；屈服强度则由Y试样的186.4MPa增加到209.1MPa，提高了12.17％；同时，X试样的延伸率也由Y试样的3.67％增加到4.7％，总共提高了28.07％。

表5铸轧板坯的拉伸试验结果

由该组试验数据可以看出，经优化之后的铸轧板坯其力学性能得到了很大的提高。在铸轧过程中，由于采用新型晶粒细化剂和新铸嘴，使得板坯在铸轧过程中的温度场分布更加均匀，晶粒尺寸得以明显降低，合金中析出相的增多以及其分布的均匀性提高，使得铸轧板材经冷轧之后的整体力学性能都得以大幅度提高。此外，由该实验数据还可以看出，Y试样的板坯在0°、45°、90°这3个方向上的延伸率相差值更是达到最大11.4％；对比经过优化之后的X试样，其各向异性能得到了很大的改善，在0°、45°、90°这3个方向上延伸率相差也降至4.3％，足足减少接近7.1％。同时，由于采用新型晶粒细化剂Al-5Ti-0.2C，其中的形核核心TiC粒子的均匀分布性较TiB₂粒子的明显提高，有效地降低了合金组织的不均匀性，提高了合金在各个方向上性能的一致性。总之，无论是从合金的单项力学性能指标还是合金的性能各向异性均可以看出，经优化之后的X试样较Y试样的性能得以明显改善。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，其特征在于，所述调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法包括以下步骤：

步骤一：选用1系或3系铝合金，按照指定牌号进行配料；

步骤二：加入固态铝锭，升温，温度710℃以上时，加入合金添加剂；静置后电磁搅拌15～25分钟；铝锭全部熔化后进行两次电磁搅拌；待炉内铝液熔体温度达到730℃～750℃时，进行第一次精炼、扒渣、成分调整；然后进行搅拌、第二次精练、扒渣；

步骤三：铝液熔体温度达到730～740℃时进行转炉；

步骤四：静置炉中用四氯化碳进行一次精炼，精炼完后进行表面扒渣，静置炉的温度控制在710～730℃，以后每隔2～4小时作一次氩气精炼，每次精炼15～35分钟，若发现后续晶粒粗大，每隔2小时向炉内添加50～130Kg冷料即可；

步骤五：除气箱内温度保持在690～725℃，转子转速为200～500r/min，压力控制为0.15～0.45Mpa，流量为30～40Nm³/h，除气后熔体中氢含量控制在0.2ml/100g铝以下；

步骤六：采用30PPI和50PPI两级陶瓷过滤板过滤，过滤箱温度控制在720±5℃；

步骤七：以2～6kg/吨铝的添加量采用Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂对合金熔体进行晶粒变质细化处理；

步骤八：通过铸嘴内部实际温度场自动调节加热元件，加热元件的工作电压为380V，工作功率为3～6KW，PLC温度调控系统的温度控制参数设置为680～690℃。

2.如权利要求1所述的一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，其特征在于，所述步骤一中，采用纯净度很高的固态铝锭，要求Fe、Si的百分含量分别控制为0.4～0.55，0.2～0.4。

3.如权利要求1所述的一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，其特征在于，所述步骤二中，熔炼具体包括以下步骤：

(2)静置25～35分钟后进行电磁搅拌15～25分钟；

4.如权利要求1所述的一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，其特征在于，所述步骤四中，转炉后在30吨电加热的静置炉中用四氯化碳进行一次精炼，精炼时间为15～35分钟。

5.如权利要求1所述的一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，其特征在于，所述步骤五中，除氢介质为氮气。

6.如权利要求1所述的一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，其特征在于，所述步骤五中，除气箱2小时扒渣一次。

7.如权利要求1所述的一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，其特征在于，所述步骤七中，以2～6kg/吨铝的添加量采用Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂对合金熔体进行晶粒变质细化处理，添加位置为除气箱入口，添加温度为710～730℃。

8.如权利要求1所述的一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，其特征在于，所述步骤八中，温度调控装置的串联式热传感器和加热元件根据铸嘴具体形状先后分段均匀地通过螺栓安装固定在铸嘴尾部，通过铸嘴内部实际温度场自动调节加热元件的工作行为。

9.如权利要求1所述的一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法，其特征在于，所述步骤八中，热传感器和加热元件的接线端与PLC温度调控系统的接线端通过数据线进行连接，并保证加热元件接线端的数量与热传感器，加热元件的数量相同，最后与电源通过导线进行连接；

所述步骤八中，PLC温度调控系统的温度控制参数优先选用685℃。

10.一种实现权利要求1所述一种调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的方法的铸轧过程调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的设备，其特征在于，所述铸轧过程调控超宽幅铝合金板材横断面组织均匀性的设备设置有除气系统；

除气系统通过管道与过滤系统连接；过滤系统通过管道与液面控制系统连接；液面控制系统的右侧焊接有铸嘴；铸嘴的上下端分别设置有铸轧机；铸轧机的右侧通过螺栓固定有喷涂系统；喷涂系统的右侧设置有剪切机；剪切机的右端通过螺栓固定有板卷。