哈兹列特连铸连轧3003铝合金板组织和性能研究
3003合金铸轧板坯冷轧中晶粒组织的控制
收稿日期:2008-05-25第一作者简介:杨余良(1982-),男,江西宜春人,助理工程师。
3003合金铸轧板坯冷轧中晶粒组织的控制杨余良,张安乐,张 芳,梁新华(镇江鼎胜铝业有限公司,江苏镇江212141)摘要:分析了铸轧法生产的3003铝合金板坯在冷轧中产生粗大晶粒的原因,并通过不同试验工艺方案,就如何避免其晶粒长大找到了具体的措施。
关键词:晶粒;偏析;均匀化退火;退火温度中图分类号:TG339 文献标识码:A 文章编号:1007-7235(2008)10-0017-033003aluminium alloy casts -rolling blank when cold rolling grain controlYANG Yu -liang,ZHANG An -le,ZHANG fang,LIANG Xin -hua(Zhenjiang D ingsheng Aluminum Co.,Ltd.,Zhengjiang 212141,C hina)Abstract :Analyzed the 3003aluminum alloy cas-t rolling blank when cold rolling processing causing the thick crystal grain reason.Through the different testing plan,the concrete solution measures of crystal grain growth are presented.Key words :crystal grain;segregation;homogenizing annealing;annealing temperature3003铝合金属A-l Mn 系,其锰含量一般控制在w (Mn)=1.0%~1.5%之间,具有高强度、耐腐蚀等特点,目前已广泛应用于容器箔、花纹板、铝塑复合板等领域。
3003铝合金铸轧带横向波纹原因分析及改进措施
机电信息工程3003铝合金铸轧带横向波纹原因分析及改进措施刘春梅(青海高等职业技术学院，青海海东810700)摘要：随着市场产品结构的变化，铝合金大量进入装饰行业，对产品表面质量方面的要求更加严格&为提高产品质量，最关键一点是从铸轧表面质量方面进行改善处理，带有表面条纹的料卷在冷轧后续生产中无法消除，且生产至薄规格表面条纹愈加明显，无法满足产品生产需求。
目前3003合金在装饰料方面使用较多，本文通过分析3003铝合金铸轧表面横纹产生的原因，采取不同的工艺措施来改善3003铝合金表面质量，从而达到产品要求。
关键词：3003铝合金;铸轧；横向波纹；工艺改进在铸轧生产过程中,板材的表面产生的一条条横向的、有规律的、状如虎皮的斑纹叫水波纹(也叫横向波纹-此缺陷在铸轧带上下表面均可产生，但多出现在铸轧带下表面口+。
水波纹是铸轧卷典型的表面缺陷,特别是3003合金尤为突出，水波纹严重时，在铸轧带材表面肉眼即可看见。
有部分轻微水波纹时只有将带材表面经适当侵蚀(酸洗或碱洗)之后才可观察到(轻微水波纹一般不影响使用)(1水波纹产生原因分析经实际生产实验所得出的结论，铸轧带材表面的水波纹产生的主要原因是:铸嘴与铸轧辐之间的弯液面氧化膜发生周期性破裂，熔体在不同的凝固条件下结晶，从而形成明暗相间的横向条纹(如果是局部作用则形成虎皮纹-2+(所有对弯液面的稳定性造成不良影响的因素均会增加出现水波纹的几率。
主要因素列举如下：(1)铝熔体的表面张力：熔体温度不同，表面张力也不同;合金内化学元素随百分比增加，铝熔体表面张力下降。
(2)铸嘴前沿的状况:铸嘴前沿如出现破损，在铸轧板对应处会出现局部虎皮纹。
(3)铸嘴与轧辐间隙：由于辐套与辐芯、辐芯与辐颈之间同轴度的偏差，轴承间隙的存在，机架的弹性变形以及设备运行中产生的轻微震动等原因，铸轧辐与供料嘴之间有一定间隙2，一般为上间隙1mm，下间隙0.3〜0.5mm。
过大的嘴辐间隙，会影响到氧化膜的稳定性，从而出现水波纹。
浅谈Hazelett连铸连轧产品的特性与应用
机械加工与制造M achining and manufacturingHazelett连铸连轧生产工艺作为一种新型的生产技术，该技术在铝带生产的商业应用始于20世纪60年代。
但在中国的应用和研究时间较短：2009年，由洛阳豫港龙泉高精度铝板带有限公司（现由洛阳龙鼎铝业有限公司托管）引进了中国首条Hazelett连铸连轧线，并于2011年3月投产；2013年，内蒙古联晟新能源材料有限公司引进了中国第二条Hazelett连铸连轧线，并于2018年4月投产。
目前两条生产线均已实现批量、稳定、连续性生产。
近年来，林道新、马道章等[1,2]结合国外生产经验，为Hazelett连铸连轧生产技术在中国的推广与应用做了大量努力，并该技术的工艺特性及其产品特性做了大量论述介绍。
郑州大学杨永昌[3]、关绍康等人也对Hazelett连铸连轧生产工艺进行了大量研究。
2017年，中国工程院毛新平毛新平院士率队到洛阳龙鼎实地考察了这条生产线。
2018年，由郑州大学和洛阳龙鼎合作研究的《高通量连铸连轧铝合金板材关键技术与应用》项目获得了中国有色金属工业科学技术奖一等奖。
但是，由于该技术引入中国铝加工行业时间较短且只有两条生产线，目前市场上对该产品的工艺特性及应用情况仍然存在较多疑虑。
本文将结合笔者近10年来对Hazelett连铸连轧生产线的管理与产品应用研究经验，对该产品的特性与应用进行论述。
1 国内Hazelett生产线运行情况目前国内应用于铝带加工的Hazelett连铸连轧生产线共2条，分别位于河南省伊川县和内蒙古霍林郭勒市。
现有2条生产线，设备宽度均为2100mm，综合设计产能40万吨。
2018年，两条生产线实现总产量25万吨，预计到2019年，可实现总产量35万吨。
在产品结构方面，洛阳龙鼎主要以生产各种单零箔、电缆带、装饰板带、深冲料、汽车散热器料等产品坯料为主，近三年来，年产量稳定在16-18万吨之间，产品质量在同行业中，享有较好的口碑。
3003铝合金导热系数的新探索
3003铝合金导热系数的新探索标题：3003铝合金导热系数的新探索导语：3003铝合金是一种常用的铝合金材料，在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
其导热系数作为该合金的重要性能指标之一，对其热传导性能的评估至关重要。
本文将深入研究3003铝合金导热系数的特性，并从不同角度进行评估和探索，以期为进一步利用该材料提供有价值的参考。
第一章：3003铝合金导热系数基础知识- 介绍3003铝合金的基本信息和应用领域- 解释导热系数的定义和重要性- 讨论导热系数对材料性能和工程应用的影响第二章：3003铝合金导热系数的实验测定方法- 介绍常用的实验测量方法，如热流法和热脉冲法- 分析测定方法的原理和适用范围- 探讨3003铝合金导热系数的实验测定结果及其可靠性第三章：3003铝合金导热系数与微观结构的关系- 研究3003铝合金的微观结构和晶粒尺寸对导热系数的影响- 探讨晶界、夹杂物和硬化相在热传导中的作用- 分析其他因素如温度、应力和组织缺陷对导热系数的影响第四章：3003铝合金导热系数的改善和应用前景- 提出改善3003铝合金导热系数的方法和措施- 探讨热处理、添加合金元素和材料结构设计的潜在影响- 分析3003铝合金在热散热器、电子器件和汽车工业等领域的应用前景总结与回顾：- 总结3003铝合金导热系数的基本特性和研究方法- 回顾对导热系数影响因素的讨论和分析- 提出对3003铝合金导热系数进一步研究的展望和建议观点与理解：在撰写本文过程中，笔者对3003铝合金导热系数的研究进行了深入分析和综合评估。
通过对实验测定方法、微观结构和应用前景等方面的探讨，我认为3003铝合金导热系数可通过优化材料结构和添加合金元素等方法进行改善。
此外，在热散热器、电子器件和汽车工业等领域中，3003铝合金具有广阔的应用前景，可以满足高效热传导的需求。
结论：本文对3003铝合金导热系数的特性进行了深入探讨和评估，从基础知识到实验方法再到微观结构与性能关系的分析，全面介绍了该合金导热性能的研究进展和应用前景。
3003铝合金腐蚀机理的电子理论研究
示单 个 原子 处 于 自由态时 的 能量 。如 Ｈ ＜０，则
所 示计 算 公式 计算 其形 成热 Ｈ以及结 合 能Ｅ Ｉ 。 ０ 】 ：
一
ｘ
￣ ｙ （ Ｅ ， ｏ ， 一 一 ｙ Ｅ ： ＂ ｏ １
（ １ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ）
（ ２ ）
取得 了很好地成效 。本 文采用基于第一性原理 的 赝势平面波方法和广义梯度近似条件对３ ０ ０ ３ 铝合
金 阴极 箔 中 主要 析 出相 的结 合 能 、费 米 能 级 和 局
腐 蚀 的发生 ，通常 由于合金 中析出相与基体
的 电极 电位 差 值 引 发 ，电极 电位 是 影 响材 料 耐 蚀 性 的关 键 因素 。标 准 电极 电位 映 了进 行 电极 反 应 时 ，相 对 于 标 准 氢 电极 的 得失 电 子 能力 ，电极 电
位越负 ，越容易失去 电子 ；电极 电位越正 ，越容 易得 电子 。对于铝 电解 电容器用阴极箔 ，其化学
铝合金箔因其基体中含有的Ａ Ｉ Ｍ ｎ 、Ａ １ （ Ｆ ｅ ，Ｍ ｎ ） ｓ ｉ 以及 Ｍ ｇ ： Ｓ ｉ 在腐 蚀时 能够产 生海绵体 状 的腐蚀
坑 ， 因此 增 加 比表 面 积 而被 广 泛 用 作 阴极 箔 材 料
口】
。
蚀 电位与铝基体的差异 ，构成微 腐蚀原位 电池 ，
在 化 学 腐 蚀 时 很 容 易 产 生 海 绵体 状 的腐 蚀 坑 ，从 而 增加 其有 效表 面积 ，提 高铝 箔 比 电容 、 。 国内外对 ３ ０ ０ ３ 铝 合 金 阴 极 箔 腐 蚀 机 理 研 究 集 中在 腐 蚀 工 艺 和 后 处 理 等 对 比电 容 的 影 响 等 方 面 。邓福 祥 ［ ３ 等 人研 究 了 阴极 箔制 备过 程 中稳 定 化 处 理 形成 氧化 膜 的机 理 ； 肖占文［ ４ 等研 究 了阴极 箔
CC与DC 3003铝合金轧制与再结晶织构的研究
CC与DC 3003铝合金轧制与再结晶织构的研究铝合金作为工业应用最为广泛的有色金属材料之一,目前已处于越来越重要的地位。
经济快速发展,也刺激着对铝制品产品的高需求。
随着高新技术不断发展,人们对铝合金的认知与使用已到达一个较高的水平,现代工业对铝合金的要求更上了一个台阶,人们不再满足铝合金材料已有的优点与性能水平,从而对铝合金材料进行更深层次的研究和开发,其中很重要一个方面就是利用铝合金的织构与各向异性,在铝合金在保持原有优势的基础上进一步提高性能,故应研究更优化的工艺来提高铝合金材料的性能以满足人类生活需求。
研究了CC和DC 3003铝合金在冷轧过程中织构的演变。
研究表明铝合金加工方法影响轧制过程中β纤维中心线上取向强度分布,随轧制变形量的增加,CC合金β纤维中心线上各取向强度均有所增加,并且C取向强度随变形量增加的幅度明显高于B取向,β纤维取向的最大强度的位置也向C取向移动;DC 3003合金最大强度的取向位置接近于S取向。
研究了CC和DC 3003铝合金再结晶退火过程中微结构与织构的变化规律。
对于直接冷轧CC 3003铝合金,371℃和399℃低温退火导致粗大延长的再结晶晶粒,在轧制方向上晶粒尺寸大约为250μm;随退火温度的升高,再结晶晶粒尺寸显著减小。
对于直接DC 3003铝合金,在288℃退火后再结晶晶粒仅约为25μm;随退火温度的升高,再结晶晶粒尺寸略有下降;在371℃以上,其组织为细小等轴的晶粒。
确定了直接冷轧CC和DC 3003铝合金以及经538℃和593℃预处理CC 3003铝合金冷轧板在退火过程中硬度的变化规律,获得了再结晶动力学曲线,在给定1 h的退火时间条件下,这些冷轧板再结晶温度分别为399℃、283℃、336℃和326℃,直接冷轧CC 3003铝合金远高于DC合金,预处理也促进铝CC 3003铝合金的再结晶,显著降低了其再结晶温度。
确定了预处理温度对CC 3003铝合金再结晶及再结晶织构的作用,在482℃退火温度下,直接冷轧CC 3003铝合金仍显现延长的再结晶晶粒,在轧制方向上的晶粒尺寸大约为35μm,而经过预先热处理铝合金的再结晶晶粒显现等轴状,其晶粒尺寸大约为15μm,与直接冷轧DC 3003铝合金再结晶晶粒尺寸相当。
热变形参数对3003铝合金显微组织及硬度的影响
关键词：3003 铝合金； 平均晶粒尺寸； 显微维氏硬度； 粒子促进形核； 显微组织
中图分类号：TG146． 21
文献标志码：A 文章编号：1005 － 0299（ 2012） 05 － 0116 － 05
Effects of hot deformation parameters on microstructures and hardness of 3003 aluminum alloys
速率较低时，合金中的储存能较少，再结晶的驱动
力较低，因此只能在某些具有能量起伏的区域首
先形核，再结晶形核率低． 当应变速率较高时，变
形时间缩短，致使一些区域位错来不及抵消，再结
晶形核位置多，使晶粒细化． 随着变形温度的提
高，越来越有利于合金动态再结晶的充分进行，晶
粒越来越粗大（ 图 2（ d） － 图 2（ f） ） ． 这是因为变
形温度越高，变形时回复的程度越大，导致变形后 的储存能减小，再结晶形核不容易发生［10］．
根据 3003 铝合金在不同变形条件下的金相
组织，采用截线法测量动态再结晶平均晶粒尺寸
·
（ dave ） ，其与温度 T 、应变速率 ε 之间的关系如图 3 所示，可以看出动态再结晶的平均晶粒尺寸随
温度的升高、应变速率的减小而增大； 如果同时改
图 3 3003 铝合金动态再结晶平均晶粒尺寸与变形 温度、应变速率的关系图
从图 4 可以看出，随应变速率的增加，显微维 氏硬度呈上升趋势． 这是因为硬度是表征金属材 料软硬程度的一种性能，不是金属独立的力学性 能，显微维氏硬度则主要表征金属的塑性变形抗 力以及应变硬化能力［13］，所以能在一定程度上反 映储存能的变化趋势． 由于应变速率的增加，可以 在一定程度上增加储存能，并通过显微维氏硬度 数值的增加体现出来． 随着变形温度的升高，显微 维氏硬度呈下降趋势． 这与低温时合金只发生少 量动态再结晶有关． 在温度为 400℃ 和 450℃ 不同 应变速率条件下变形时，其显微维氏硬度变化曲 线接近，说明它们的变形机制相似． 当应变速率大 于 1． 0 s － 1 时，显微维氏硬度略微下降，可能是在 较高 应 变 速 率 条 件 下，动 态 再 结 晶 充 分，晶 粒 长 大，使显微维氏硬度下降．
3003铝合金板带材生产工艺研究
科技论坛３００３铝合金是目前工业加工中使用最为广泛的一种防锈铝材料，３００３铝合金的强度不是很高，但是与工业的纯铝材料相比略高，由于其可塑性受到限制，在目前作为材料的可切削性不高，但是３００３铝合金拥有很好的耐腐蚀性和可焊接性，适合加工成为低载荷的零部件，在各种液体或者气体的容器中作为零件存在。
这种合金是无法满足热处理情况下的强化效果的，既然无法适应热处理的方式，加工人员就采用冷处理的方式对３００３铝合金进行相应的加工和处理。
而冷处理的目的在于提高其力学方面的各种性能，以满足作为基础材料的一些具体要求。
目前为了增强３００３铝合金的可塑性，通常采用的是热处理方式下的退火程序进行处理，３００３铝合金在退货的状态下的可塑性很强，退火本身就是一种针对金属或者合金制品的热处理工艺，在加工中将３００３铝合金缓慢的加热到一定的温度，注意３００３铝合金由于受强度的限制，加热要控制在适当的温度范围之内，维持一段时间后，再根据３００３铝合金的性质以适当的速度加以冷却，这样做的目的就是降低３００３铝合金的硬度和强度，增加其可塑性，方便进行切削加工等工序，而且可以很好的稳定尺寸的大小，容易完成定型，较少生产过程中出现的变形和裂纹，还能够改善３００３铝合金的内部结构。
然而，３００３铝合金的生产工艺在退火状态下的保温时间的认定不够明确，以及冷却后进行加工工艺的过程中容易出现强烈变形和合金的晶粒结构被拉长变大，影响到了生产质量，给工厂的生产带来严重的资源浪费和经济损失。
我们会根据以下实验具体的分析从退火状态到冷却变形的各个环节的内容，从中我们可以发现在冷轧的工序中，只要掌握正确的退火时机，完善冷轧的工序流程，就能有效的组织３００３铝合金的晶粒发生粗大的现象。
１试验材料与方法１．１实验材料。
选用同一批次３００３铝合金板坯作为实验材料，铸轧卷规格为７．０ｍｍ＊Ｌｍｍ，原始晶粒度等级均为１级，合金成分（质量分数）。
１．２试验方法。
3003铝的成分表
3003铝的成分表（原创版）目录一、引言二、3003 铝的成分及其特性1.成分含量2.特性概述三、3003 铝的应用领域四、结论正文【引言】铝是一种广泛应用的金属材料，具有良好的抗腐蚀性、导热性、导电性以及低密度等特点。
在众多铝材中，3003 铝因其优良的性能而备受关注。
本文将对 3003 铝的成分表进行分析，并简要介绍其特性与应用领域。
【3003 铝的成分及其特性】3003 铝的成分含量如下：铝含量为 99.0%，硅含量为 0.6%，镁含量为 0.6%，锰含量为 0.2%，铬含量为 0.1%，铁含量为 0.2%，锌含量为0.1%，钛含量为 0.1%。
3003 铝具有以下特性：1.良好的延展性：3003 铝具有较高的延展性，可以轻松拉伸成薄片或拔丝成细丝，便于加工成各种形状和规格的产品。
2.良好的耐腐蚀性：3003 铝表面易形成一层致密的氧化膜，可保护铝材不被进一步腐蚀。
3.较高的导热性和导电性：3003 铝具有较高的导热性和导电性，可应用于要求散热性能好的设备和电子产品。
4.良好的焊接性能：3003 铝的焊接性能较好，可以采用各种焊接方法进行连接。
【3003 铝的应用领域】3003 铝广泛应用于以下领域：1.建筑装饰：3003 铝可加工成各种装饰板、幕墙板等，用于建筑物的内外装修。
2.家具行业：3003 铝可用于制作各种家具，如橱柜、衣柜等，具有良好的抗腐蚀性和美观性。
3.交通运输：3003 铝可应用于汽车、船舶、火车等交通工具的零部件制造，如车身、轮毂等。
4.电子产品：3003 铝可用于制作散热器、外壳等零部件，应用于电子产品中。
5.包装行业：3003 铝可加工成各种包装材料，如铝箔、铝罐等，具有良好的密封性能和抗腐蚀性。
【结论】3003 铝因其优良的性能和广泛的应用领域，在我国铝材市场中具有较高的地位。
哈兹列特连铸连轧工艺
哈兹列特连铸连轧工艺
哈兹列特铸造机是在双辊式板带铸造机(1896年)工艺进行改进的基础上发展起来的，1947年获得专利。
这种双带式铸造机的工作原理采用运动铸模，即用两条完全张紧的上下平行运动的环形钢带和两侧同步运行的链式矩形金属挡块形成一副铸造模腔带坯宽度的调整是通过变动两侧挡块(活动块链)来实现的.按照所需宽度将档块隔开构成模腔的侧壁。
冷却采用哈兹列特自身开发的专用技术一高效快速水膜冷却技术。
根据合金品种不同，铸造速度、带坯铸模的长度也不尽相同。
现一般铸模的标准长度为1 900 mm，对高速铸机铸模的长度最大可达2360 mmo现可提供的最大铸造宽度为1 930 mm o铝
带坯铸坯厚度一般为18一19 mm。
哈兹列特双带铸造机主要应用自身研发的新技术川包括: ·钢带感应预加热技术。
即在铸造时为防止钢带进人模腔突然发生弯曲和热变形影响带坯的板形质量，在钢带进人模腔前通过感应加热方式将钢带瞬时加热至iso℃，同时将钢带表面的水汽驱除殆尽，避免了水汽对热传输的不良影响;
.永磁辊式支承钢带技术。
由于钢带接触高温铝液必将产生一定的热变形。
采用Nd-Fe-B 复合材料作磁体制成的支承辊有效地消除了钢带受热可能产生的微变形;
.惰性气体保护技术。
较低压力的惰性气体从陶瓷铸嘴的小孔中喷出注人到铝水与铸模之间的表面，不仅有效地防止了铝液(铸锭)表面的氧化，且对热传输速度形成很好的控制。
.钢带(铸模)表面涂层技术。
采用永久性Matrix型陶瓷涂层工艺将纳米级二氧化硅材料用火焰或等离子喷涂在钢带表面。
此技术可方便脱模，并可获得最佳的铸坯表面质量。
热传输速度起到很好的控制作用;。
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哈兹列特连铸连轧3003铝合金板组织和性能研究杨永昌;关绍康;陈斌斌【摘要】采用金相、扫描电镜等分析手段及拉伸、弯曲力学性能测试,研究了相同厚度(2 mm)哈兹列特连铸连轧3003铝合金板带和铸轧3003铝合金冷轧产品的显微组织及力学性能,哈兹列特连铸连轧3003铝合金板带无需后续冷轧,直接用于幕墙铝单板加工使用是可行的,可降低生产成本,缩短流程.【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2010(038)010【总页数】5页(P15-18,26)【关键词】哈兹列特连铸连轧;3003铝合金;显微组织;力学性能;幕墙铝单板【作者】杨永昌;关绍康;陈斌斌【作者单位】郑州大学材料研究中心,河南,郑州,450002;郑州大学材料研究中心,河南,郑州,450002;郑州大学材料研究中心,河南,郑州,450002【正文语种】中文【中图分类】TG146.21;TG44哈兹列特连铸连轧工艺通过哈兹列特连续铸造机及后接多机架热连轧设备直接生产铝合金薄板带坯,具有短流程,节能降耗,降低生产成本等工艺优势[1]。
幕墙用 3003铝合金单板国内普遍使用铸轧工艺生产,但铸轧厚度无法达到幕墙使用厚度,还需经过后续的冷轧继续减小厚度,而哈兹列特连铸连轧工艺在连铸之后直接短流程地连轧至2mm厚度,如果其力学性能及质量能达到幕墙铝单板的使用要求,则省去了后续的冷轧,大大缩短了生产周期,提高了生产效率。
通过对比试验研究了哈兹列特连铸连轧工艺和铸轧工艺生产的产品在组织性能上的差异,探讨了哈兹列特连铸连轧铝合金板带无需后续冷轧,直接用于幕墙铝单板加工使用的可行性。
1 试验材料及方法试验材料为哈兹列特公司提供的哈兹列特连铸连轧2mm厚3003铝合金板带。
对比试验组采用国内某铝加工厂提供的由铸轧生产然后冷轧至2 mm厚的3003铝合金H 24板带,采用ARUN台式直读光谱仪Metalscal-2000F测定板材的实际成分,如表1。
沿轧向截取试样,用牙托粉镶样,用 800#砂纸研磨后机械抛光,再电解抛光。
利用Olympus H2-UMA型金相采集系统观察板材金相显微组织并采集照片,对试样进行阳极覆膜试验,在Olympus BX51M型偏光显微镜下观察其晶粒组织并采集照片,在菲利普(Philip)Quanta-2000型扫描电镜上进行高倍观察及能谱分析,以确定析出相的形貌和成分。
板材拉伸力学性能按GB/T 228-2002《金属材料室温拉伸实验方法》,GB/T 16865-1997《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样》的规定进行测定。
板材的弯曲性能试验方法按 GB/T232-1999《金属材料弯曲试验方法》的规定进行。
表1 实测不同工艺3003合金板成分(质量分数) %?2 试验结果及分析2.1 不同工艺 3003铝合金板显微组织对比分析哈兹列特连铸连轧2mm厚3003铝合金板和铸轧2 mm厚3003铝合金冷轧板金相显微组织对比如图 1。
哈兹列特连铸连轧 3003铝合金板中第二相颗粒有明显沿轧向分布的趋向(图 1a),这是因为3003铝合金熔融金属液经哈兹列特连续铸造机连铸后直接在3在机架热连轧,从连续铸坯厚度 19mm连轧至2 mm,变形量大,晶粒组织沿轧向大变形量地伸长,第二相颗粒被压碎,多为细小、均匀圆颗粒状,沿晶粒伸长方向分布。
相对于哈兹列特连续铸造,铸轧冷却速度快,铸轧晶粒组织细小,析出相沿晶界分布,故其析出相较哈兹列特连铸连轧的要多,要细。
铸轧 3003铝合金虽然在连铸的同时轧制变形,但其变形量相对哈兹列特连铸连轧铝合金板带的要小得多,第二相颗粒沿轧向分布的趋向没有哈兹列特连铸连轧板材的明显,经冷轧后第二相颗粒分布变得更加弥散。
图1 不同工艺2mm厚3003铝合金板中第二相(纵向)哈兹列特连续铸造机采用两条1.5 mm厚钢带旋转构成完全运动铸模,钢带背面高速水流冷却,熔融金属铝液通过铸嘴馈入双带之间,冷却凝固并随双带连续向后移动。
哈兹列特双带式连续铸造机模腔在开始端和结束端高度相差不大,结束端高度稍小于开始端的是为了让双带在熔融金属冷却凝固收缩时能紧贴铸坯,熔融金属从进入连铸机模腔到凝固成铸坯离开结束端仅仅只是一个连续铸造的过程,只是在后接多机架的热连轧时才受到强烈的轧制作用。
哈兹列特连续铸造19 mm厚铝合金连续铸坯出口温度538℃[2],具有很高的余热,为充分利用连续铸坯余热在连铸后直接多机架在线热连轧,但该在线热轧实际上是一种温轧,其连轧出带温度一般不高于315℃[3],不足以完成再结晶,其晶粒组织主要为轧制变形晶粒组织,如图2a。
图2 不同工艺2mm厚3003铝合金板偏光组织(纵向)铝带坯连续铸轧技术的主要特点是用转动的轧辊做结晶器,使金属熔体经过铸造又受到轧制直接生产出不同厚度的铝带坯。
铸轧时,铸轧区内熔体的热量主要通过铸轧辊套传给辊芯内的冷却水,其余部分由带坯带走。
在铸轧辊压力作用下,刚刚凝固的薄壳产生的塑性变形很小,带坯与轧辊间的接触是紧密的,不会形成间隙,保持良好的导热状态。
因此,熔体在铸轧区内受到剧烈的冷却,冷却速度可达102℃/s,比常规水冷半连续铸锭的冷却速度约高两个数量级[4]。
铸轧过程中铸轧板完全凝固后,在变形区内承受一定的轧制变形,该轧制变形是在高温下进行的,带坯离开轧辊时的表面温度为320℃～360℃,铸轧变形在固相线温度到出坯温度区间内发生,轧制率通常为 20%～30%。
铸轧带坯在热变形时会发生动态回复,使金属变形时的畸变能有相当大的降低,但由于铸轧带坯出口温度不高,带坯内仍然保留一定量的变形能。
铸轧带坯的显微组织既不是完全的铸态组织,也不是完全的变形组织,而是铸态组织和部分发生动态回复和少量再结晶的组织。
经冷轧后,铸轧变形晶粒组织及少量再结晶晶粒组织都沿轧向延伸为细长变形晶粒组织,如图2b。
不同工艺轧制 3003铝合金板中第二相扫描电镜观察及能谱分析如图 3,高倍下发现哈兹列特连铸连轧 3003铝合金板中第二相不规则颗粒状,明显是由于连铸晶间化合物被轧碎沿轧向分布,铸轧 3003铝合金板中第二相因为铸轧时快速冷却,第二相沿细小晶粒的晶界不连续析出,故呈圆颗粒状,冷轧至2mm,第二相因为细小,形态没有太大的变化,仍然呈圆颗粒状,但变得沿轧向分布。
经能谱分析哈兹列特连铸连轧 3003铝合金板和铸轧 3003铝合金板中的第二相主要为AlMn相和AlMnFe 相。
图3 不同工艺 2mm厚3003铝合金板中第二相扫描电镜观察及能谱分析2.2 不同工艺 3003铝合金板力学性能及强化机制分析哈兹列特连铸连轧2mm厚3003铝合金板和铸轧 3003铝合金冷轧板拉伸力学性能对比如表 2。
铸轧 3003铝合金冷轧板由于冷轧加工硬化,细小弥散第二相强化,强度相对较高,但塑性加工性能较差。
哈兹列特连铸连轧 3003铝合金板强度略低于铸轧+冷轧的,但塑性加工性能好。
参照标准YS/T429.1-2000《铝幕墙板板基》规定的抗拉强度为 110 N/mm2～177 N/mm2,铝板伸长率为 5%,哈兹列特连铸连轧 3003铝合金板达到该行业标准。
弥散第二相强化机制分析[5]：对于两相合金,第二相粒子如果十分细小,并且在基体晶粒内呈弥散分布时,第二相质点将成为位错运动的障碍物,且相界(即晶界)面积显著增多并使其周围晶格发生畸变,从而使滑移抗力增加,表现为弥散合金强化。
表2 不同工艺 3003铝合金板的力学性能对比?当质点小而软或为软相时,位错能切割它并使其变形,这时加工硬化小,但随质点尺寸的增大,位错只有在加大外力的情况下才能通过。
当质点坚硬而难于被位错切开时,位错不能直接越过这种第二相质点,但在外力作用下,位错线可以环绕第二相质点发生弯曲,最后在质点周围留下一个位错环而让位错通过。
位错线弯曲将增加位错影响区的晶格畸变能,增加位错移动的阻力,使滑移抗力提高。
位错线弯曲的半径越小,所需外力越大。
因此,在第二相数量一定的条件下,第二相质点的弥散度越大(分散成很细小的质点),则滑移抗力越大,合金的强化程度越高[6]。
哈兹列特连铸连轧 3003铝合金板及铸轧冷轧3003铝合金板中第二相都呈弥散分布状态,对合金具有一定强化作用。
2.3 不同工艺 3003铝合金板弯曲性能对比分析哈兹列特连铸连轧3003合金 2mm厚板与铸轧3003铝合金冷轧板(2 mm厚)弯曲性能见表 3。
轧制板材的晶粒组织沿轧向伸长,其力学性能具有明显方向性,横向和纵向的其最大弯曲应力和最大弯曲应变具有一定差别,横向试样在弯曲角度不到90°时出现裂纹,应力-应变曲线迅速下降,而纵向试样在稍大于90°时才出现裂纹。
从不同工艺的对比数据来看,哈兹列特连铸连轧板和铸轧 +冷轧板的弯曲性能差别不大。
表3 不同工艺 3003铝合金板弯曲性能对比?2.4 哈兹列特连铸连轧 3003铝合金板带直接用于幕墙铝单板可行性探讨随着我国建筑业的发展,建筑幕墙材料的需求越来越多,铝板幕墙质轻、造型美观、色彩丰富、安装方便、施工周期短、易维护、可回收,特别是在使用氟碳聚合物树脂涂料防护漆后,可根据需要选择颜色,具有不退色、不龟裂、不粉化、防污染、耐酸碱、抗紫外线、抗工业废气、抗酸雨及化学药品侵蚀、易保养优点,因而得到越来越广泛的应用。
铝板幕墙又分为铝单板幕墙、铝塑复合板、蜂窝复合铝板。
铝塑复合板采用内外两层厚度为0.5mm的铝板,中间夹层厚度为2mm～5mmPVC或者其他石油副产物。
铝板和PVC夹层用胶结压合,复合强度不高,局部受热时中间夹胶膨胀,使铝板向外鼓包,使用寿命短,夹层含有毒成分,在燃烧和高温时放出毒气,对人体有害。
铝单板相对复合铝板强度大,使用寿命长,若不与钢铁直接接触,铝板挂在墙上 50年不会脱落和腐蚀,容易加工成弧形及多折边或锐角,能够适应如今多变的外墙装饰的需要。
铝单板主要选用 1100或 3003铝合金板材经折弯成形、焊接、背面加槽形加强肋,四周铆接组成,单层户外用铝板厚度一般选择2.5mm、3.0mm;低层和裙楼部分可选择2.0 mm厚度,室内用时可选择更薄的1.0mm或1.5 mm。
幕墙铝单板国内普遍使用铸轧工艺生产,但铸轧板坯厚度一般在 4 mm～7 mm,很难达到 2 mm,另外铸轧板有“人字形”枝晶、枝晶偏析、很强的结晶织构等显微组织特点[7],铸轧板要经过退火和冷轧加工才可以交给客户使用。
哈兹列特连铸连轧工艺可直接生产2 mm板材,对比两种不同生产工艺,哈兹列特连铸连轧工艺大大缩短了生产流程,节省了铸轧工艺后续冷轧及退火部分的生产成本。
根据上述显微组织和力学性能的对比试验,哈兹列特连铸连轧板材达到国内幕墙板行业使用标准,用该工艺生产的 3003铝合金产品取代铸轧工艺生产的,是切实可行的。