CN114425609A - 一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，包括如下步骤：（s1）增加过冷度:控制1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.08‑0.18%；Fe:0.15‑0.55%；Cu:0.02‑0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02‑0.03%；Al:99.60‑99.7%；（s2）变质处理:铸轧生产过程中，在铝熔体结晶前加入晶粒细化剂，所述晶粒细化剂为以AlTi3和TiB2重量比1:1.5的铝钛硼丝，该晶粒细化剂在铸轧过程中的添加比例为0.03%‑0.05%；（s3）振动和搅拌:在铸轧区中，通过铸轧辊旋转轧制凝固后的铝板，对晶粒进行破碎；铸轧制区的变形量为45‑55%；完成晶粒细化；本发明在通过化学成分的控制，提高熔体的纯度，改变过冷度，为晶粒细化提供有利条件，熔体未铸轧前加入合适比例的细化剂，额外增加熔体内的形核数量，实现晶粒的破碎和细化。

Description

一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，具体为一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法。
背景技术
晶粒度是衡量铸轧板质量的一项重要指标。铸轧板的晶粒越细小，则表明铸轧板的力学性能越优良，塑性和韧性也越好，在后序的加工中可获得良好的性能。晶粒粗大的铸轧板若用于后期的冷轧或箔轧，会在产品的表面产生条纹缺陷。因此在铸轧生产过程中要对晶粒尺寸进行控制。而1系合金属于纯铝系合金，在铸轧过程中对温度、成分及外部冷却条件要求极为严格，若参数不匹配则会造成晶粒粗大的情况出现。
晶粒长大所需要的条件有：1）有足够的形核点；2）形核点长大所需足够的能量。铝熔体在铸轧过程中由于温度的波动范围大，经常出现过烧现象，导致有效的形核点减少，另外1系铝合金的纯度要求较高，其内杂质元素少等这些因素都会造成形核点减少。除此之外，生产过程中铝熔体的工艺温度未能正确匹配未晶粒长大提供足够的能量，也造成晶粒的长大。晶粒尺寸偏大后会对后续的生产造成性能、针孔等质量问题。
发明内容
针对现有的技术方案存在的问题，本发明的目的在于提供一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法。通过化学成分及生产参数的控制，获得合金致密的低倍组织以及细腻的组织晶粒。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法,所述晶粒细化包括如下步骤：
（s1）增加过冷度:控制1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.08-0.18%；Fe:0.15-0.55%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al:99.60-99.7%；
（s2）变质处理:铸轧生产过程中，在铝熔体结晶前加入晶粒细化剂，所述晶粒细化剂为以AlTi3和TiB2重量比1:1.5的铝钛硼丝，该晶粒细化剂在铸轧过程中的添加比例为0.03%-0.05%；熔炼过程中控制熔体温度700-760℃；
（s3） 振动和搅拌: 在铸轧区中，通过铸轧辊旋转轧制凝固后的铝板，对晶粒进行破碎；控制参数为铝水的温度控制范围693-695℃、铸轧区的长度控制范围是65-70mm；铸轧辊的速度为900-1100mm/min，轧制区的变形量为45-55%；完成晶粒细化。
进一步的，所述（s1）步骤中1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.08 %；Fe:0.15%；Cu:0.03-0.35%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.7%。
进一步的，所述（s1）步骤中1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.08 %；Fe:0.18%；Cu:0.03-0.35%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.6%。
进一步的，所述（s1）步骤中1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.15-0.19%；Fe:0.40-0.45%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.45%。
进一步的，所述（s1）步骤中1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.15-0.19%；Fe:0.40-0.45%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.35%。
进一步的，所述（s1）步骤中1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.14-0.18%；Fe:0.48-0.55%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.00%。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过化学成分的控制，提高熔体的纯度，改变过冷度，为晶粒细化提供有利条件；通过生产参数的控制，包括熔体温度和冷却条件的优化来增加形核率，改变结晶条件；通过细化剂的添加来增加熔体内的形核数量，破碎枝晶增加形核数目，最终使合金的晶粒尺寸细腻。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明晶粒细化过程结构演变示意图；
图2是本发明晶粒尺寸优化前后对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明的一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，所述晶粒细化包括如下步骤：
（s1）增加过冷度:控制1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.08-0.18%；Fe:0.15-0.55%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al:99.60-99.7%；
（s2）变质处理:铸轧生产过程中，在铝熔体结晶前加入晶粒细化剂，所述晶粒细化剂为以AlTi3和TiB2重量比1:1.5的铝钛硼丝，该晶粒细化剂在铸轧过程中的添加比例为0.03%-0.05%；熔炼过程中控制熔体温度700-760℃；
（s3） 振动和搅拌: 在铸轧区中，通过铸轧辊旋转轧制凝固后的铝板，对晶粒进行破碎；控制参数为铝水的温度控制范围693-695℃、铸轧区的长度控制范围是65-70mm；铸轧辊的速度为900-1100mm/min，轧制区的变形量为45-55%；完成晶粒细化。
具体的，液态金属的结晶是由晶核不断形成（形核）和长大（核长大）这两个基本过程所组成的。小体积液态金属的行和和和长大过程。见图1结晶过程示意图表示。
当金属液体的温度过冷到实际结晶温度后，经过一定时间开始出现第一批晶核，随着时间的推移，在第一批晶核不断长大的同时，又有新的晶核形成，并逐渐长大。就这样形核和核长大的过程不断进行下去，直到所有生长的小晶体彼此相遇，液态金属耗尽为止。
在结晶完成后，每一个晶核长大，成为一个外形不规则的小晶体，称之为晶粒。金属结晶过程是由形核和核长大两个基本过程组成。所以结晶后晶粒大小必然与形核率和晶核长大速度两个因素有关。形核率是指单位时间，单位体积中所形成的晶核数目。晶核长大速度是指单位时间内，晶核向周围长大的平均线速度。形核率和晶核长大速度的大小主要取决于金属液体的冷却度，即过冷度。在液态金属结晶实际达到过冷度范围内，两者都是随过冷度的增加而增大的。
本发明生产中可以通过改变金属的结晶条件，控制晶核的数目及其长大速度，从而控制金属铸件的晶粒大小，以提高其性能。实际生产中控制细化晶粒的方法，从原理上可以分为：1、增加过冷度。2、变质处理。3、振动和搅拌。
1、增加过冷度。
控制1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.08-0.18%；Fe:0.15-0.55%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al:99.60-99.7%；
2、变质处理。
铸轧生产过程中，在铝熔体结晶前加入形核剂（晶粒细化剂），增加非自发形核的形核率，达到细化1系合金铸轧板晶粒的目的。
目前采用的晶粒细化剂为以AlTi3和TiB2为主的铝钛硼丝。该细化剂在铸轧过程中的添加比例为0.03%-0.05%。在生产中配合晶粒细化剂添加装置可实现其均匀加入的效果，能够很好的增加熔体内的形核数量。
在熔炼过程中控制熔体的温度不超过760℃，避免因熔体温度过高造成的过烧现象而导致的晶核数量减少的情况。
3、振动和搅拌。
振动和搅拌的目的一是向液体中输入额外能量提供形核功，促进晶核形成；另一方面是使正在成长中的枝晶破碎增加形核数目。铸轧生产过程中采用的是铸轧辊轧制的方法来达到此效果。在铸轧区中，铝水在冷凝区和铸造区内晶核开始形成并长大，在接触铸轧辊的瞬间轧制区内正在长大的晶粒会被旋转的铸轧辊带动压下，破碎。本发明主要控制参数为铝水的温度控制范围690-700℃、铸轧区的长度控制范围是65-70mm。铸轧辊的速度为900-1100mm/min，轧制区的变形量为45-55%。
控制铸轧辊辊面温度，降低铸轧区内晶粒长大所需的热量。在现有的设备通过降低铸轧辊内冷却水温度、增加水流量，加大水压来保证冷却强度。目前控制的冷却水温度范围是35-42℃，水压范围是0.4-0.6mpa。同时定期清洗铸轧辊辊芯内水道上的水垢，保证冷却效果。通过冷却水温和水压的控制，降低辊面温度，实现铸轧区内熔体的快速结晶。
从以上3个方面进行生产过程的控制可实现合金的晶粒尺寸的细化。
通过控制熔体结晶前的温度大小，实现铝板晶粒尺寸按需长大；
熔体在接触铸轧辊时，经过辊面的冷却和铸轧辊的轧制，实现晶粒的破碎和细化。
实施例1：
一种1070合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，所述晶粒细化包括如下步骤：
（s1）增加过冷度:控制1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.08 %；Fe:0.15%；Cu:0.03-0.35%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.7%；
（s2）变质处理:铸轧生产过程中，在铝熔体结晶前加入晶粒细化剂，所述晶粒细化剂为以AlTi3和TiB2重量比1:1.5的铝钛硼丝，该晶粒细化剂在铸轧过程中的添加比例为0.03%%；熔炼过程中控制熔体温度700℃；
（s3） 振动和搅拌: 在铸轧区中，通过铸轧辊旋转轧制凝固后的铝板，对晶粒进行破碎；控制参数为铝水的温度控制范围695℃、铸轧区的长度控制范围是65mm；铸轧辊的速度为900mm/min，轧制区的变形量为45%；完成晶粒细化。
实施例2
一种1060合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，所述晶粒细化包括如下步骤：
（s1）增加过冷度:控制1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.08 %；Fe:0.18%；Cu:0.03-0.35%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.6%；
（s2）变质处理:铸轧生产过程中，在铝熔体结晶前加入晶粒细化剂，所述晶粒细化剂为以AlTi3和TiB2重量比1:1.5的铝钛硼丝，该晶粒细化剂在铸轧过程中的添加比例为0.05%；熔炼过程中控制熔体温度760℃；
（s3） 振动和搅拌: 在铸轧区中，通过铸轧辊旋转轧制凝固后的铝板，对晶粒进行破碎；控制参数为铝水的温度控制范围695℃、铸轧区的长度控制范围是70mm；铸轧辊的速度为900mm/min，轧制区的变形量为55%；完成晶粒细化。
实施例3
一种1145合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，所述晶粒细化包括如下步骤：
（s1）增加过冷度:控制1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.15-0.19%；Fe:0.40-0.45%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.45%；
（s2）变质处理:铸轧生产过程中，在铝熔体结晶前加入晶粒细化剂，所述晶粒细化剂为以AlTi3和TiB2重量比1:1.5的铝钛硼丝，该晶粒细化剂在铸轧过程中的添加比例为0.05%；熔炼过程中控制熔体温度730℃；
（s3） 振动和搅拌: 在铸轧区中，通过铸轧辊旋转轧制凝固后的铝板，对晶粒进行破碎；控制参数为铝水的温度控制范围695℃、铸轧区的长度控制范围是70mm；铸轧辊的速度为1100mm/min，轧制区的变形量为55%；完成晶粒细化。
实施例4
一种1235合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，所述晶粒细化包括如下步骤：
（s1）增加过冷度:控制1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.15-0.19%；Fe:0.40-0.45%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.35%；
（s2）变质处理:铸轧生产过程中，在铝熔体结晶前加入晶粒细化剂，所述晶粒细化剂为以AlTi3和TiB2重量比1:1.5的铝钛硼丝，该晶粒细化剂在铸轧过程中的添加比例为0.04%；熔炼过程中控制熔体温度700℃；
（s3） 振动和搅拌: 在铸轧区中，通过铸轧辊旋转轧制凝固后的铝板，对晶粒进行破碎；控制参数为铝水的温度控制范围695℃、铸轧区的长度控制范围是70mm；铸轧辊的速度为1000mm/min，轧制区的变形量为50%；完成晶粒细化。
实施例5
一种1100合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，所述晶粒细化包括如下步骤：
（s1）增加过冷度:控制1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.14-0.18%；Fe:0.48-0.55%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.00%；
（s2）变质处理:铸轧生产过程中，在铝熔体结晶前加入晶粒细化剂，所述晶粒细化剂为以AlTi3和TiB2重量比1:1.5的铝钛硼丝，该晶粒细化剂在铸轧过程中的添加比例为0.05%；熔炼过程中控制熔体温度700℃；
（s3） 振动和搅拌: 在铸轧区中，通过铸轧辊旋转轧制凝固后的铝板，对晶粒进行破碎；控制参数为铝水的温度控制范围693℃、铸轧区的长度控制范围是70mm；铸轧辊的速度为100mm/min，轧制区的变形量为55%；完成晶粒细化。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法,其特征在于,所述晶粒细化包括如下步骤：
（s1）增加过冷度:控制1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.08-0.18%；Fe:0.15-0.55%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al:99.60-99.7%；
（s2）变质处理:铸轧生产过程中，在铝熔体结晶前加入晶粒细化剂，所述晶粒细化剂为以AlTi3和TiB2重量比1:1.5的铝钛硼丝，该晶粒细化剂在铸轧过程中的添加比例为0.03%-0.05%；熔炼过程中控制熔体温度700-760℃；
（s3） 振动和搅拌: 在铸轧区中，通过铸轧辊旋转轧制凝固后的铝板，对晶粒进行破碎；控制参数为铝水的温度控制范围693-695℃、铸轧区的长度控制范围是65-70mm；铸轧辊的速度为900-1100mm/min，轧制区的变形量为45-55%；完成晶粒细化。
2.根据权利要求1所述的一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，其特征在于，所述（s1）步骤中1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.08 %；Fe:0.15%；Cu:0.03-0.35%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.7%。
3.根据权利要求1所述的一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，其特征在于，所述（s1）步骤中1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.08 %；Fe:0.18%；Cu:0.03-0.35%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.6%。
4.根据权利要求1所述的一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，其特征在于，所述（s1）步骤中1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.15-0.19%；Fe:0.40-0.45%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.45%。
5.根据权利要求1所述的一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，其特征在于，所述（s1）步骤中1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.15-0.19%；Fe:0.40-0.45%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.35%。
6.根据权利要求1所述的一种1系合金铸轧板铸轧过程晶粒尺寸的控制方法，其特征在于，所述（s1）步骤中1系合金的金属纯度，控制百分比范围是Si：0.14-0.18%；Fe:0.48-0.55%；Cu:0.02-0.04%；Mn：0.02%；Ti:0.02-0.03%；Al: 99.00%。
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