宽幅8006铝合金容器箔坯料铸轧生产技术改进

曾 虎，韩文杰

(洛阳万基铝钛合金新材料有限公司，河南 洛阳 471800)

铝合金容器箔因其可回收性好、符合环保要求，在近几年发展迅速。市场上关于技术含量高、高强度、塑性好、高表面质量的铝合金容器箔一直供不应求。目前用铸轧坯料生产容器箔的铝合金主要是1100、3003、8011等牌号,而这几种铝合金产品的力学性能、表面质量等无法满足市场对高档产品的需求；采用热轧法生产的8006铝合金产品性能虽有提高，但成本较高，缺乏市场竞争力。用铸轧法生产8006铝合金容器箔坯料，能满足成品厚度较薄、抗拉强度和伸长率较大、表面质量好等市场需求，并且有比热轧产品成本更低的优势，因此有广阔的市场前景。

1 铝合金容器箔的性能和质量要求

1)成型性好。箔材能满足各种形状、规格容器的冲制生产要求。

2)强度高。容器箔的强度是指箔材冲压制成容器后，能够承载重物而不变形的能力。很多用户要求铝合金容器箔的强度能满足冲制成的容器可以承受不小于890 g重量物品而不变形[1]。

3)表面质量好。要求容器箔表面干净卫生、耐腐蚀，无可见的污物。如果表面铝粉较多，在冲制成容器时会产生表面油污，影响使用。

4)热传导性优良。要求容器箔具有较好的抗热变形性能，可以和食物一起加热并兼具轻便、耐用、卫生，可回收等特点。

2 铸轧宽幅8006铝合金箔坯料的生产难点

近年来，宽幅铸轧机越来越多，生产宽度大于2 000 mm的铸轧铝合金产品，生产效率和经济效益均能大幅提高，但随着产品宽度的增加，产品质量的控制难度同时增大。根据生产实践，影响铸轧宽幅8006铝合金容器箔坯料的质量问题主要有：晶粒尺寸不均匀或粗大，晶内成分偏析等。

2.1 晶粒尺寸不均匀或粗大

铸轧生产8006铝合金坯料中为了控制产品晶粒度，一般通过送丝装置把铝-钛-硼丝送入有铝合金液通过的流槽中，通过高温铝合金熔体将它熔化，在流体的带动和除气转子的搅拌作用下，实现细化剂和熔体的均匀混合。宽幅铸轧坯料生产时单位时间铝合金熔体通过量比常规(宽度1 850 mm及以下)铸轧生产时的铝合金熔体通过量多20%～35%。如果根据该通过量同步提升铝-钛-硼丝的加入速度，会造成细化剂混合不均匀以及一部分铝-钛-硼丝来不及熔化而沉积在加入点附近，从而引起晶粒尺寸不均匀或晶粒粗大等问题。

2.2 晶内偏析

根据8006铝合金的化学成分(表1)和Al-Fe-Mn系三元相图[2]，可判定该合金在凝固过程具有如下特点：①液相线斜率很小，等温结晶间隔较宽；②液相线和固相线垂直结晶间隔很小，仅0.5 ℃～1.0 ℃；③锰在铝中的固溶度变化很大，随温度下降而急剧减小。加上铸轧生产工艺的特点，是具有剧烈的冷却速度，因此高锰8006铝合金铸轧板很容易产生晶内偏析，即晶内Mn元素浓度存在明显差异，在成品退火时，会造成再结晶的晶粒大小不一[3]。

表1 8006合金化学成分(质量分数/%)Table 1 Chemical Composition of 8006 aluminum alloy(wt/%)

传统铸轧法生产宽幅8006铝合金容器箔坯料时，一方面因宽幅铸嘴的进液口只有一个，铝合金熔体从进液口进入铸嘴后向铸嘴两边部区域分流时，因行程远会造成温降明显；另一方面，铸嘴内部分流块的布局决定着熔体的分配效果，对铸嘴内铝合金熔体的流场和温度场的均匀性起着决定性的作用[4]。铝合金熔体从传统方法制作的铸嘴流出到铸轧区时，很容易出现铸嘴出口处流场和温度场的不均匀，铸轧板坯冷却结晶时就会出现晶内偏析，从而导致板坯的表面质量和力学性能均较差等问题。因此，需针对以上问题进行改进，来保证最终产品的质量。

3 铸轧技术攻关

3.1 铝-钛-硼丝加入处流槽的改进

传统的流槽槽体呈 “U” 字形，内壁光滑，可以很好地供铝合金液流通，但生产宽幅铸轧产品时，铝合金液通过量大，铝-钛-硼丝加入量需同比例增加。因铝合金液温度控制不当或细化剂加入速度过快等，会造成一部分铝-钛-硼丝来不及熔化而在加入点附近沉积，从而引起细化剂的有效加入量不够，造成产品质量问题；如果提高铝-钛-硼丝加入速度和人工在沉积点进行搅拌，又可能造成细化剂加入量过大，也会引起产品的质量问题。并且铝-钛-硼丝价格较高，加入量过大，对生产成本也有影响。

传统流槽结构见图1。

图1 传统铝-钛-硼丝加入处的流槽结构Fig.1 Launder structure where the conventional Al-Ti-B wire is added

为了避免因铝-钛-硼丝沉积和不均匀造成产品的质量问题，我们对流槽结构进行改进，在槽内增加了堵板和阻流块。铝-钛-硼丝是加入至堵板和阻流块之间的混合池中，铝合金熔体经过堵板下部的流孔进入而形成一股潜流，对混合池内的已熔化或未完全熔化的铝-钛-硼丝形成均匀的冲刷力。在流槽内增加阻流块，并设计阻流块的进液侧斜面呈45°，可以为混合的铝合金熔体提供下冲势能；阻流块出液侧斜面呈30°，出液侧斜面较长，可以为混合铝合金熔体在流动中提供充分混合的距离，避免铝-钛-硼丝沉积，而且还可起到搅拌熔体的作用，使混合液更均匀。改进后的流槽结构见图2[5]。

图2 改进后供铝-钛-硼丝加入处的流槽结构Fig.2 The improved Launder structure where the Al-Ti-B wire is added

3.2 铸嘴制作方法的改进

根据生产实践，使用传统方法制作的铸嘴在生产宽幅铸轧产品时的缺点如下：①一个进液口，使进入铸嘴的铝合金熔体从中部向边部分流时因流程长而热量散失大；②传统方法制作的铸嘴不论是一级、二级还是三级分流，在生产8006铝合金铸轧板坯时铸嘴出口处铝合金熔体流量和温度的均匀性不能很好兼顾，不能有效解决铸轧板坯冷却结晶时出现的晶内偏析现象。

针对上述情况，经反复试验，对铸嘴结构进行改进，方法如下：把铸嘴进液口设定为两个，内部的分流块个数设定为奇数，中心分流块为组合结构，其宽度大于周边分流块，中心分流块两侧的周边分流块呈对称设置；中心分流块与相邻的两周边分流块之间的缝隙宽度均设定为b,b=7 mm～10 mm, 剩余的两相邻周边分流块之间的缝隙宽度依次设为b1、b2、…bx,周边分流块3的宽度为100 mm～140 mm之间，周边分流块间隙从中间开始依次增大，bx的数值使其为相连间隙的(1.8～2.2)倍，边部挡块在满足(1.8～2.2)倍的条件下根据铸嘴宽度修整，边部挡块与铝合金液接触面按流线形曲面制作，避免产生流线死角，并且分流块在轧制方向上分层排列，以中心分流块为第一层，依次对称向上部分层布局，上移的距离均为10 mm。改进后的铸嘴配合相应的工艺参数，消除晶内偏析效果明显。改进后宽幅铸嘴结构见图3[6]。

图3 改进后的宽幅铸轧的铸嘴结构Fig.3 Structure of improved casting nozzle for wide foil-stock roll casting

3.3 前箱和铸嘴之间流道的改进

为匹配铸嘴的双进液口，对浇注流道也进行改进，设计成一个铝合金液进口和两个出液孔，铝合金液进口和前箱铝合金液出口对应，出液孔和铸嘴的两个进液口对应。此设计可以更好地解决铝合金熔体的分配并减少铝合金液在铸嘴内部的行程。改进后的流道结构见图4。

图4 改进后的流道结构Fig.4 Modified runner structure

3.4 铸轧工艺参数优化

在控制好铝合金熔体化学成分、加强熔体净化处理后，铸轧的关键工艺参数控制如下：前箱温度695 ℃～700 ℃ ，轧辊凸度0.40 mm～0.50 mm，辊缝3.8 mm～4.5 mm，铸轧区长度60 mm～65 mm,铸轧速度(730±20)mm/min，冷却水温度35 ℃～40 ℃，铝-钛-硼丝加入量(1.8～2.0)kg/(t Al)，Fe、Mn含量控制为w(Fe+Mn)<1.8%，否则易形成(FeMn)Al6一次晶的偏析聚集[7]。

4 宽幅8006铝合金箔轧制工艺

宽幅8006铝合金箔轧制生产工艺流程为:铸轧卷→均匀化退火→冷轧→中间退火(430 ℃1 h)→冷轧→分切→成品箔检验→包装入库。轧制生产工艺参数见表2。

轧制为成品后，转运至分切机剪切成所需规格，取样检验后包装入库。

表2 8006铝合金容器箔轧制工艺参数Table 2 Rolling production process parameters of 8006 Al alloy container foil

5 铸轧技术改进的效果验证

5.1 晶粒度及金相组织

对8006铝合金铸轧坯料和成品箔材的低倍组织进行检查，其结果如图5所示。未发现疏松及其他缺陷,晶粒大小均匀，晶粒度为一级。

图5 产品的低倍组织Fig.5 Macrostructure of the product

对成品箔材取样进行金相显微组织检查，看到晶粒组织细小、均匀。金相显微组织见图6。

图6 成品箔材的金相显微组织Fig.6 Metallographic microstructure of finished foil product

5.2 产品的性能

改进铸轧生产技术后，生产的宽幅8006铝合金容器箔与热轧8011、3003、1100铝合金坯料生产的箔材性能对进行了对比，在同厚度和状态下试样性能数据见表3。

表3 不同铝合金箔材性能数据对比Table 3 Comparison of performance data of different Al alloy foil products

从表3数据可知,用改进铸轧技术后铸轧坯料生产的宽幅8006铝合金容器箔的强度，与热轧3003铝合金坯料生产的箔材相当,但伸长率比3003铝合金箔的更大；其整体性能优于热轧3003、8011和1100铝合金坯料生产的箔材。

6 结 论

通过对宽幅8006铝合金容器箔坯料铸轧生产技术的改进，主要是对流槽、铸嘴、浇注流道等进行了创新性改进和应用，并通过铸轧工艺参数的优化，使铝-钛-硼丝在流槽内的沉积问题、铸嘴内部流场和温度场不均匀的问题得以解决，铸轧法生产宽幅8006铝合金容器箔坯料，完全能使成品箔材满足厚度薄、抗拉强度高、伸长率大、表面质量好等市场需求，并且有比热轧法坯料产品更低的成本优势和更好的市场前景。