鋁合金中厚板在線淬火工藝探討

潘 亮

（中冶東方工程技術(shù)有限公司，山東 青島 266555）

對鋁板帶材加工企業(yè)來說，加工工藝正追求高效率、高品質(zhì)、節(jié)能、降耗、環(huán)保的目標(biāo)。對于以2XXX、6XXX、7XXX系等可熱處理強化合金為主的鋁合金中厚板產(chǎn)品，淬火及時效是一種有效提高鋁合金強度性能的工藝。但傳統(tǒng)鋁合金中厚板淬火方式面臨熱能損失大、能耗大、生產(chǎn)效率低等問題，為克服上述問題并結(jié)合黑色金屬中厚板成熟在線處理工藝，本文針對一種新型鋁合金在線淬火工藝進(jìn)行探討。

1 鋁合金中厚板熱處理

（1）鋁合金中厚板生產(chǎn)工藝。鋁合金中厚板生產(chǎn)工藝包括以下流程：熔鑄，均勻化處理，鋸切銑面，加熱，熱軋，剪切，固溶熱處理，淬火，預(yù)拉伸，人工時效，鋸切，成品檢驗。

（2）傳統(tǒng)鋁合金中厚板淬火工藝。目前普遍使用的淬火方式為鹽浴爐加熱和空氣爐加熱兩種方式。①鹽浴爐加熱。鹽浴爐加熱流程為硝鹽爐加熱→冷水淬火→硝酸蝕洗→冷水清洗。使用鹽浴爐熱處理設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，制造及生產(chǎn)成本低，易于溫度控制；但其安全性差，耗電量大，不易清理，常年處于高溫狀態(tài)，調(diào)溫周期長。且冷卻過程不均勻，板材變形較大，易板面形成較厚的氧化膜[1]。②空氣爐加熱。空氣爐加熱流程為空氣加熱室→高壓冷水室→低壓冷水室。目前空氣爐的加熱爐型多選用輥底式空氣淬火加熱爐，其工藝過程簡單、板材單片加熱及單片冷卻，加熱均勻，冷卻強度大，使得淬火板材具有優(yōu)良的綜合性能。缺點是設(shè)備投資大、加熱過程相對較長，生產(chǎn)效率有所降低[1]。

2 新型鋁合金中厚板在線淬火工藝

為克服傳統(tǒng)工藝中的缺點并充分利用前續(xù)工藝環(huán)節(jié)熱軋中的余熱，提出在線淬火工藝。

2.1 工藝流程

鋁合金在線余熱淬火工藝流程為熱軋→定尺剪切→（補溫、保溫）→在線淬火→下線。對淬火冷卻速度敏感的合金如2024、2618、2017、6061、7075等合金牌號，不進(jìn)入補溫爐加熱補溫，直接進(jìn)行在線淬火操作。

2.2 設(shè)備布置形式

（1）中厚板專業(yè)軋機。軋制成中厚板成品厚度后直接進(jìn)入在線淬火線。專業(yè)中厚板軋機建設(shè)較少，不具備廣泛適用性。

（2）熱連軋生產(chǎn)線。常規(guī)熱連軋線考慮兩種布置方式：方式一：在粗精軋之間橫移出軋線；方式二：在加熱爐前與卷材軋制方向反向直接進(jìn)入淬火線。

圖1 熱連軋線在線淬火工藝設(shè)備布置形式1-熱粗軋機；2-重型剪；3-橫移及閉鎖裝置/橫移小車；4-補溫爐；5-主淬火段；6-后冷卻段；7-干燥裝置；8-真空垛板裝置；9-定尺剪

方式一流程為粗軋→重剪切頭尾及定尺→橫移→補溫（空過）→淬火→下線，其優(yōu)點在于最大限度利用場地，淬火線與精軋平行布置。但板卷同向，中厚板線上橫移時間長，板卷套軋節(jié)奏受一定干擾；而且對于淬火冷卻速度敏感合金需空過補溫爐。方式二流程為粗軋→重剪切頭位→定尺剪→（補溫爐橫移至線上補溫）→淬火→下線。其優(yōu)點在于板卷下線方向相反，板卷套軋節(jié)奏匹配容易；對于淬火冷卻速度敏感合金補溫爐可不橫移至線上，直接進(jìn)入淬火段。對于需要補溫的合金，補溫爐橫移至線上補溫。不足之處為淬火線布置在軋線反向，增加設(shè)備長度。

經(jīng)綜合比較，方案二更具實用性。

2.3 設(shè)備選型

（1）橫移裝置及補溫爐選型。黑色金屬中厚板在線淬火工藝常采用橫移小車+補溫爐方式。此種方式爐體位置不變，板材通過小車托起從輥道橫移至線外爐。補溫結(jié)束后，再由小車托起橫移至線上輥道。此方式機構(gòu)較為簡單，設(shè)備位置固定。但需補溫合金中厚板需橫移兩次返回線上，板材平面位置移動，增加表面擦傷可能。

本論文提出的在線淬火工藝采用可橫移至線上的補溫爐，采用輥底式空氣加熱爐配置橫移坦克鏈。此方式對于需補溫的合金中厚板始終位于線上，設(shè)備橫移，板材不做平面位置移動，只在上下方向運動，表面質(zhì)量較好。

（2）淬火段設(shè)備選型。考慮減小鋁合金中厚板在淬火過程中的翹曲問題，適當(dāng)減小冷卻負(fù)荷。淬火段分兩段。第一階段為硬淬火段，集管采用水幕冷卻裝置，水幕冷卻速度最大可達(dá)360℃/sec。該階段將鋁板溫度急冷至290℃左右。此溫度能滿足工藝要求，且與目前較為先進(jìn)的輥底式淬火爐工藝一致。第二段為軟淬火段，集管采用壓力水傾斜噴射的快速冷卻裝置，該階段設(shè)計將鋁板快冷至約200℃。該溫度在鋁合金淬火敏感溫度以下，合金的組織性能不會發(fā)生明顯降低。

2.4 工藝參數(shù)

（1）非淬火冷卻速度敏感的合金。a.補溫：對經(jīng)過熱粗軋溫度為350℃～430℃的鋁板進(jìn)行補溫操作，將溫度控制在450℃～550℃；b.保溫：對經(jīng)過補溫操作的鋁板進(jìn)行保溫操作，保溫時間20min～80min；c.淬火：淬火采用兩段式冷卻方式，在第一階段將溫度急冷至290℃以下，在第二階段將溫度快冷至200℃～260℃。

（2）淬火冷卻速度敏感的合金。熱軋后直接進(jìn)入淬火段，兩段式冷卻，工藝參數(shù)同上。

3 與傳統(tǒng)工藝及其他在線淬火工藝比較

鋁合金在線余熱淬火技術(shù)目前還無應(yīng)用，與離線淬火線相比，其具有以下優(yōu)勢：①本工藝在鋁板帶熱軋生產(chǎn)線上增設(shè)直接淬火裝置。這種工藝有效地利用了軋后余熱，有機地將變形與熱處理工藝相結(jié)合，從而有效地改善鋁板材的綜合性能。②該工藝省去了離線再加熱工序，縮短工藝流程，節(jié)約了能源，降低了生產(chǎn)成本。

與類似提出的在線淬火工藝相比[2]，在加熱爐前輥道與卷材軋制方向反向直接進(jìn)入淬火線的布置方式有如下特點：①與在粗精軋之間橫移出軋線相比，對卷材生產(chǎn)節(jié)奏幾乎無干擾，最大化發(fā)揮板卷復(fù)合軋線套軋的效能，提高產(chǎn)量。②與橫移至線外補溫爐方式相比，板材不做平面位置移動，表面質(zhì)量更好。③由于與原熱軋生產(chǎn)線卷材下線方向反向，在場地允許情況下，可在不改造原有設(shè)備及不影響原設(shè)備生產(chǎn)情況下建設(shè)中厚板在線淬火線。不減產(chǎn)加品種（板材寬度受原粗軋機限制），最大化設(shè)備效能。

4 結(jié)語

鋁合金中厚板在線淬火工藝將鋼鐵軋制裝備集成開發(fā)方面的成功經(jīng)驗應(yīng)用在鋁加工行業(yè)，有效利用軋后余熱，資源高效循環(huán)利用。

在熱軋線加熱爐前輥道與卷材軋制方向反向直接進(jìn)入淬火線，不干擾原工藝生產(chǎn)節(jié)奏，板卷生產(chǎn)分工明確。

選取橫移式補溫爐+兩段式淬火+后冷卻+干燥段工藝，有效改善鋁合金中厚板合性能。