CN111647763A - 一种aa3003铝合金板材的连续铸材生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AA3003铝合金板材的连续铸轧生产方法，包括成分配比的纯铝及中间合金铸锭经预加热处理后，在熔炼炉中进行熔炼，后将铝液于静置炉中静置；静置炉中的铝液经流槽过滤后输送到前箱，前箱近铸嘴端设有超声波发生器；在超声振荡的持续作用下，铝液经铸嘴进入铸轧机铸轧成型。本发明的连续铸轧法生产的铝合金板材全板厚晶粒组织均匀且细小，以得到性能优良的成品铝合金板材。

Description

一种AA3003铝合金板材的连续铸材生产方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金生产方法，特别是涉及一种AA3003铝合金板材的连续铸材生产方法。
背景技术
AA3003铝合金为Al-Mn系合金，具有一系列优良的性能，如中等的强度、较高的塑性和良好的耐蚀性，因此被大量使用在翅片铝箔、包装容器等领域。目前AA3003铝合金板主要有直接铸造法和连续铸造法两种生产方式。
直接铸造法生产的大铸锭，经均匀化退火-热轧-冷轧-再结晶退火后，可获得细小均匀的再结晶晶粒组织，成品板材性能优异，具有良好的表面质量。但是该生产流程，设备复杂，生产周期较长，投资成本较大。而连续铸轧法使得快速凝固过程和热轧过程同时进行，具有设备简单，花费成本少，生产周期短的特点，大大简化了铸造-热轧方式生产过程中繁琐的程序，提高了经济效益。
然而，采用连续铸轧法生产的AA3003铝合金铸轧板，经轧制及完全退火后，板材表面组织异常粗大，而芯部为细小等轴晶组织，表层芯部微观组织差异显著，板材塑性低下。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种AA3003铝合金板材的连续铸材生产方法，使得连续铸轧法生产的铝合金板材全板厚晶粒组织均匀且细小，以得到性能优良的成品铝合金板材。
技术方案：本发明的AA3003铝合金箔材的连续铸轧生产方法，其包括：按成分配比的纯铝及中间合金铸锭经预加热处理后，在熔炼炉中进行熔炼，后将铝液于静置炉中静置；静置炉中的铝液经流槽过滤后输送到前箱，前箱近铸嘴端设有超声波发生器；在超声振荡的持续作用下，铝液经铸嘴进入铸轧机铸轧成型。
为了进一步优化铝合金的组织以提高其综合性能，所述静置炉出炉铝液温度为740～760℃。
优选地，所述前箱铝液温度设置为690～700℃。
优选地，所述超声波发生器的功率为75～200W，频率为20～25kHz。
由于超声振荡的作用距离有限，如离铸嘴太远，则作用效果较小；优选地，所述超声波发生器距离铸嘴端的距离为1～15cm。
优选地，所述浇铸嘴入辊处，双辊开口度为板厚的1.1～1.3倍。
优选地，所述铝合金板材的厚度为0.3～1.5mm。
发明原理：AA3003铝合金是Al-Mn合金，连续铸轧凝固冷却速度极快，板厚方向合金宏观偏析程度不大。然而，由于铸轧板表层激冷区和芯部冷却速度相差极大，导致AA3003铸轧板板厚方向上Mn等主要合金元素在材料中的存在形式具有显著差异。AA3003铸轧板表层激冷区域大量Mn元素以过饱和形式固溶于基体，而芯部区域大量Mn元素与Al、Fe、Si元素成相共晶析出。由于固溶态Mn元素具有推迟再结晶进程的作用，Mn元素过饱和度高的区域再结晶温度高，Mn元素过饱和度低的区域再结晶温度低；表面、芯部Mn元素存在形式的差异，导致铸轧板经轧制及完全退火后，表层组织异常粗大，而芯部组织为细小等轴晶。连铸铸轧法生产的AA3003铝合金板板厚方向的组织不均匀，导致板材塑性低下。
本发明在连续铸轧凝固过程中采用超声振荡，打碎表面激冷区枝晶，促进铸轧板中等轴晶区的形成，减弱板厚方向Mn元素固溶度的差异，有效避免连续铸轧Al-Mn系变形铝合金板带表面-芯部组织的不均匀性，使得连续铸轧法生产的AA3003铝合金板材全板厚方向晶粒组织变得均匀且细小，有助于提高O态退火产品延伸率，最终生产出优质的板材。
有益效果：本发明与现有铸轧AA3003铝合金板材相比，本发明通过超声振荡，打碎铸轧板表面激冷区枝晶，促进铸轧板等轴晶区的形成，减弱板厚方向Mn元素固溶度的差异，使得连续铸轧法生产的AA3003铝合金全板厚晶粒组织变得均匀且细小，以得到性能优良的成品铝合金板材；不仅有效地提高了成品板材的性能，而且并没有使生产制造的成本增大，这使得此种铝合金板材性价比较高，显现了巨大的市场潜力。
附图说明
图1是本发明的连续铸轧生产流程示意图；
图2是实施例1的金相图片；
图3是实施例2的金相图片；
图4是实施例3的金相图片；
图5是实施例4的金相图片；
图6是实施例5的金相图片；
图7是实施例6的金相图片；
图8是实施例7的金相图片；
图9是对比例1的金相图片；
图10是对比例2的金相图片；
图11是对比例3的金相图片；
图12是对比例4的金相图片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细地描述。
实施例1：
如图1所示为铝合金箔材连续铸轧生产流程示意图，包括了静置炉1、前箱2、超声振荡器3、铸嘴4、铸轧辊5；超声波振荡器3距离铸嘴4端的距离为1cm。
AA3003箔材连续铸轧生产方法包括如下步骤：
(1)按AA3003成分配比的纯铝及中间合金铸锭经过预加热处理后，在熔炼炉中进行熔炼，静置炉1中进行静置，静置炉出炉铝液温度740℃；
(2)静置炉1铝液经流槽过滤后输送到前箱2，前箱铝液温度控制为690℃，超声波发生器控制功率为75W，20kHz，持续工作；
(3)在超声振荡的持续作用下，铝液流入铸轧辊5缝，浇铸嘴入辊处，双辊开口度为11mm，完成铸轧，得到铸轧板6；其中，铸轧板厚度为10mm。
(4)冷轧至1.5mm，经450℃退火2小时，得到成品。
其中，铸轧铝合金时的速度、辊缝等采用现有技术中的铸轧工艺参数即可。
本实施例制备得到的AA3003铝板经力学性能测试，抗拉强度为114MPa，延伸率34％；其金相图片如图2所示，平均晶粒尺寸80μm，且表层、芯部晶粒尺寸均匀。
实施例2：
本实施例的AA3003板材连续铸轧生产方法包括如下步骤：
(1)按AA3003成分配比的纯铝及中间合金铸锭经过预加热处理后，在熔炼炉中进行熔炼，静置炉中进行静置，静置炉出炉铝液温度760℃；
(2)静置炉铝液经流槽过滤后输送到前箱，前箱铝液温度控制为700℃，超声波发生器功率为200W，25kHz，持续工作；
(3)在超声振荡的持续作用下，铝液流入铸轧辊缝，浇铸嘴入辊处，双辊开口度为13mm，完成铸轧，得到铸轧板；其中，铸轧板厚度为10mm。
(4)冷轧至1mm，经450℃退火2小时，得到成品。
本实施例制备得到的铝板经力学性能测试，抗拉强度为113MPa，延伸率35％；其金相图片如图3所示，平均晶粒尺寸83μm，且表层、芯部晶粒尺寸均匀。
实施例3：
本实施例的AA3003板材连续铸轧生产方法包括如下步骤：
(1)按AA3003成分配比的纯铝及中间合金铸锭经过预加热处理后，在熔炼炉中进行熔炼，静置炉中进行静置，静置炉出炉铝液温度750℃；
(2)静置炉铝液经流槽过滤后输送到前箱，前箱铝液温度控制为694℃，超声波发生器控功率：100W，24kHz，持续工作；
(3)在超声振荡的持续作用下，铝液流入铸轧辊缝，浇铸嘴入辊处，双辊开口度为12mm，完成铸轧，得到铸轧板；其中，铸轧板厚度为10mm。
(4)冷轧至0.3mm，经450℃退火2小时，得到成品。
本实施例制备得到的铝板经力学性能测试，抗拉强度为117MPa，延伸率33％；其金相图片如图4所示，平均晶粒尺寸82μm，且表层、芯部晶粒尺寸均匀。
实施例4：
本实施例的AA3003板材连续铸轧生产方法包括如下步骤：
(1)按AA3003成分配比的纯铝及中间合金铸锭经过预加热处理后，在熔炼炉中进行熔炼，静置炉中进行静置，静置炉出炉铝液温度760℃；
(2)静置炉铝液经流槽过滤后输送到前箱，前箱铝液温度控制为698℃，超声波发生器控功率：120W，25kHz，持续工作；
(3)在超声振荡的持续作用下，铝液流入铸轧辊缝，浇铸嘴入辊处，双辊开口度为11.5mm，完成铸轧，得到铸轧板；其中，铸轧板厚度为10mm。
(4)冷轧至1.2mm，经450℃退火2小时，得到成品。
本实施例制备得到的铝板经力学性能测试，抗拉强度为110MPa，延伸率36％；其金相图片如图5所示，平均晶粒尺寸78μm，且表层、芯部晶粒尺寸均匀。
实施例5：
本实施例的AA3003板材连续铸轧生产方法包括如下步骤：
(1)按AA3003成分配比的纯铝及中间合金铸锭经过预加热处理后，在熔炼炉中进行熔炼，静置炉中进行静置，静置炉出炉铝液温度755℃；
(2)静置炉铝液经流槽过滤后输送到前箱，前箱铝液温度控制为692℃，超声波发生器控功率：180W，25kHz，持续工作；
(3)在超声振荡的持续作用下，铝液流入铸轧辊缝，浇铸嘴入辊处，双辊开口度为12.5mm，完成铸轧，得到铸轧板；其中，铸轧板厚度为10mm。
(4)冷轧至0.6mm，经450℃退火2小时，得到成品。
本实施例制备得到的铝板经力学性能测试，抗拉强度为113MPa，延伸率35％；其金相图片如图6所示，平均晶粒尺寸83μm，且表层、芯部晶粒尺寸均匀。
实施例6：
本实施例的AA3003板材连续铸轧生产方法包括如下步骤：
(1)按AA3003成分配比的纯铝及中间合金铸锭经过预加热处理后，在熔炼炉中进行熔炼，静置炉中进行静置，静置炉出炉铝液温度760℃；
(2)静置炉铝液经流槽过滤后输送到前箱，前箱铝液温度控制为690℃，超声波发生器控功率：200W，20kHz，持续工作；
(3)在超声振荡的持续作用下，铝液流入铸轧辊缝，浇铸嘴入辊处，双辊开口度为11mm，完成铸轧，得到铸轧板；其中，铸轧板厚度为10mm。
(4)冷轧至1mm，经450℃退火2小时，得到成品。
本实施例制备得到的铝板经力学性能测试，抗拉强度为120MPa，延伸率33％；其金相图片如图7所示，平均晶粒尺寸80μm，且表层、芯部晶粒尺寸均匀。
实施例7：
本实施例的AA3003板材连续铸轧生产方法包括如下步骤：
(1)按AA3003成分配比的纯铝及中间合金铸锭经过预加热处理后，在熔炼炉中进行熔炼，静置炉中进行静置，静置炉出炉铝液温度758℃；
(2)静置炉铝液经流槽过滤后输送到前箱，前箱铝液温度控制为695℃，超声波发生器控功率：110W，23kHz，持续工作；
(3)在超声振荡的持续作用下，铝液流入铸轧辊缝，浇铸嘴入辊处，双辊开口度为12mm，完成铸轧，得到铸轧板；其中，铸轧板厚度为10mm。
(4)冷轧至0.9mm，经450℃退火2小时，得到成品。
本实施例制备得到的铝板经力学性能测试，抗拉强度为116MPa，延伸率37％；其金相图片如图8所示，平均晶粒尺寸78μm，且表层、芯部晶粒尺寸均匀。
对比例1：
本对比例的前箱不加装超声波振荡器，AA3003板材连续铸轧生产方法如下：
(1)按AA3003成分配比的纯铝及中间合金铸锭经过预加热处理后，在熔炼炉中进行熔炼，静置炉中进行静置，静置炉出炉铝液温度740℃；
(2)静置炉铝液经流槽过滤后输送到前箱，前箱铝液温度控制：692℃，关闭超声振荡器；
(3)铝液流入铸轧辊缝，浇铸嘴入辊处，双辊开口度为15mm，完成铸轧，铸轧板厚度10mm。
(4)冷轧至1mm，经450℃退火2小时。
本对比例制备得到的铝板经力学性能测试，抗拉强度为126MPa，延伸率24％；其金相图片如图9所示，平均晶粒尺寸150μm，表层、芯部晶粒尺寸差距显著。
对比例2：
本对比例的生产流程与实施例7基本相同，不同之处在于前箱不加装超声波振荡器。
本对比例制备得到的铝板经力学性能测试，抗拉强度为128MPa，延伸率23％；其金相图片如图10所示，平均晶粒尺寸178μm，表层、芯部晶粒尺寸差距显著。
对比例3：
本对比例的生产流程与实施例1基本相同，不同之处在于：步骤(1)的静置炉出炉铝液温度为735℃，步骤(2)的前箱铝液温度控制为680℃，超声波功率为70W。
本对比例制备得到的铝板经力学性能测试，抗拉强度为117MPa，延伸率27％；其金相图片如图11所示，平均晶粒尺寸107μm，表层、芯部晶粒尺寸差距显著。
对比例4：
本对比例的生产流程与实施例2基本相同，不同之处在于：步骤(1)的静置炉出炉铝液温度为765℃，步骤(2)的前箱铝液温度控制为710℃，超声波功率为210W，50kHz。
本对比例制备得到的铝板经力学性能测试，抗拉强度为121MPa，延伸率29％；其金相图片如图12所示，平均晶粒尺寸105μm，表层、芯部晶粒尺寸差距显著。
综上，将上述实施例和对比例的连续铸轧参数及制备得到的铝合金板的性能汇总，如下表1所示，可以看出，通过在前箱布置超声波发生器，改善AA3003铸轧板全板厚组织均匀性，晶粒细小且均匀，力学性能优异。
表1
Figure BDA0002508338530000061

Claims (7)

1.一种AA3003铝合金板材的连续铸轧生产方法，其特征在于包括：按成分配比的纯铝及中间合金铸锭经预加热处理后，在熔炼炉中进行熔炼，后将铝液于静置炉中静置；静置炉中的铝液经流槽过滤后输送到前箱，前箱近铸嘴端设有超声波发生器；在超声振荡的持续作用下，铝液经铸嘴进入铸轧机铸轧成型。
2.根据权利要求1所述的AA3003铝合金板材的连续铸轧生产方法，其特征在于：所述静置炉出炉铝液温度为740～760℃。
3.根据权利要求1所述的AA3003铝合金板材的连续铸轧生产方法，其特征在于：所述前箱铝液温度设置为690～700℃。
4.根据权利要求1所述的AA3003铝合金板材的连续铸轧生产方法，其特征在于：所述超声波发生器的功率为75～200W，频率为20～25kHz。
5.根据权利要求1所述的AA3003铝合金板材的连续铸轧生产方法，其特征在于：所述超声波发生器距离铸嘴端的距离为1～15cm。
6.根据权利要求1所述的AA3003铝合金板材的连续铸轧生产方法，其特征在于：浇铸嘴入辊处，双辊开口度为板厚的1.1～1.3倍。
7.根据权利要求1所述的AA3003铝合金板材的连续铸轧生产方法，其特征在于：所述铝合金板材的厚度为0.3～1.5mm。
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