減少8011鋁合金藥箔針孔缺陷的試驗研究

王海賓 王強 劉超 陳鵬

摘要：本文針對8011藥箔針孔缺陷問題，從鑄軋工藝方面進行優化調整。實驗結果表明，通過對鑄軋速度、合金成分、軋輥冷卻水壓力、鐵硅含量、晶粒細化劑、鑄軋區大小進行調整控制，可有效制止晶粒長大現象，降低藥箔針孔數量。

關鍵詞：8011鋁合金;藥用箔;鑄軋工藝;針孔;晶粒細化

一般認為，針孔缺陷是因為鋁液中存在硬質雜質，在箔軋時壓入鋁箔基體，造成應力集中，貫穿及撕裂鋁箔基體而產生。在鑄軋生產過程中，由于扒渣或精煉不到位，熔體中會存在大量的積渣，積渣隨鋁液的流動進入除氣過濾箱，如果除氣轉子不起作用或過濾箱中的過濾片破損、密封不嚴，則會導致大量的積渣隨鋁液進入前箱中，最后會進入到鑄軋區和鑄軋坯料;晶粒細化劑在熔體中分解形成的TiB2細微顆粒，在過濾后若在熔體中停留時間過長，會團聚長大，進入鑄軋坯料;此外，鑄軋前鋁液中會殘留大量的臟物、異物和氧化渣，且這些雜質往往是硬質粒子，在鑄軋過程中也可能進入鋁鑄軋帶坯基體中。進入冷軋、薄軋工序;隨著軋制的繼續，硬質粒子在鋁箔表面拖動，鋁箔越軋越薄，當鋁箔厚度≤0.02mm，硬質粒子就容易貫穿和撕裂鋁箔基體，形成針孔缺陷。

1 ?試驗

本試驗在企業連續鑄軋生產設備上按進行。通過改變鑄軋速度、鑄軋機輥冷卻水壓力、鑄軋機前箱澆鑄溫度、鐵/硅含量、晶粒細化劑和鑄軋區長度等參數，以改善鑄軋坯冶金質量，后續將試樣冷軋至0.02 mm。鑄軋時使用A級Al-Ti-B絲細化劑。鑄軋時控制合適的鑄軋區，嚴格控制鑄軋速度上限，前箱溫度按澆鑄溫度下限澆鑄，確保鑄軋坯料橫斷面低倍組織均勻、細化，晶粒等級為一級等軸晶粒，無偏析等內在組織缺陷，以滿足冷軋車間的冷軋工藝及退火工藝要求。

1.1鑄軋速度控制

一般鑄軋卷的鑄軋速度控制在0.65-0.95m/min。需要嚴格控制成分偏析時，8011鋁合金鑄軋速度控制在0.65-0.75 m/min;如不需要嚴格控制偏析，其鑄軋速度可以提高到0.85-0.95 m/min。，可見，鑄軋速度對合金成分和晶粒組織的均勻化有至關重要的作用。初期生產時，8011鋁合金鑄軋速度為0.72-0.75 m/min，晶粒度為1-3級的較多（我公司內部晶粒度分為三級，1-1級最好，1-2級次之，1-3級最差），隨鑄軋速度的降低晶粒度轉為1-2級，1-3級晶粒逐漸減少;當鑄軋速度降至0.65-0.68 m/min時，晶粒度多為1-1級、1-2級。本著提高生產效率的原則，繼續降低鑄軋速度對產量影響較大，因此，本試驗8011藥箔坯料鑄軋速度定位在680-700 mm/min。在此工藝基礎上，再從提高冷卻強度方面進行調整。

1.2鑄軋機軋輥冷卻水壓力控制

生產車間的鑄軋機軋輥一般控制冷卻水壓力在0.4MPa左右，冷卻水溫度多為25-35℃。本試驗將冷卻水壓力提高至0.45MPa，冷卻水溫度降至20-30℃，結果鑄軋坯料晶粒得到一定程度的細化，1-3級晶粒明顯減少。

1.3鑄軋機前箱澆鑄溫度控制

通過對鑄軋速度和鑄軋輥冷卻水壓的改善，后續試驗將鑄軋速度控制在0.68-0.70 m/min，鑄軋輥冷卻水壓控制在0.45MPa。

降低澆注溫度，將前箱熔體溫度由原來的695-700℃降至690-695℃，發現對晶粒組織改變的效果不明顯;再降至685℃時開始出現效果，1-2級晶粒增多，1-3級晶粒減少。但前箱澆鑄溫度降至685℃時，出現凝鋁現象，影響正常生產。所以，本試驗前箱澆鑄溫度控制在693-695℃。

1.4鐵、硅含量控制

8011鋁合金的主要合金元素是Fe和Si，通常控制Fe含量在0.70-0.75%，Si含量在0.50-0.55%。本次試驗在其它成分基本不變的情況下，適當提高了Fe、Si的含量（Fe提高至0.85%、Si提高至0.6%），結果使8011鋁合金藥箔的強度、延伸均有提高，改善了材料的綜合性能。試驗結果如表1所示。隨Fe增加時，其金屬間化合物過剩相也隨著增加，細小彌散的含Fe相不僅對合金起到一定的彌散強化作用，還能阻止晶粒長大，使合金獲得細小均勻的組織，提高了產品的綜合性能;同時，適當增加Si含量，可以促進含Mn相的充分析出，增強彌散強化作用。

1.5晶粒細化劑的影響

在鋁熔體中加入適量晶粒細化劑，可使鋁熔體在凝固過程中通過異質核而達到細化晶粒的目的。常見的晶粒細化劑為Al-Ti-B絲。在實際生產條件下，受各種因素影響，由Al-Ti-B溶解形成的TiB2質點非常細小，易聚集成塊，尤其在加入時由于熔體局部溫度較低，導致加入點附近變得粘稠，流動性差，使TiB2質點除本身易偏析聚集外，還易造成夾雜。

本次試驗針對晶粒細化劑工藝，進行了如下改進：（1）改變Al-Ti-B絲加入點至除氣箱入口，使除氣箱內的除氣轉子對Al-Ti-B細化劑進行充分攪拌，增加晶核數量，提高結晶成核率;（2）適當提高除氣箱入口鋁水溫度至720℃，使Al-Ti-B細化劑充分融化;（3）在Al-Ti-B絲上加搖擺裝置，在減少TiB2顆粒聚集的同時，增加其熔化效果;（4）定期對Al-Ti-B絲的加入點進行人工攪拌，最大限度的較少TiB2顆粒聚集，使細化劑得到充分利用。采用上述改進措施后，8011鋁合金鑄軋板晶粒組織得到有效改善：1-1級晶粒度趨于穩定，1-2級晶粒有所下降，1-3級晶粒減少效果明顯。

1.6鑄軋區的控制

對于8011鋁合金鑄軋板坯的生產，其鑄軋區長度一般控制在47-49mm。本次試驗通過增加軋輥凸度，將鑄軋區長度提高至52-55mm。試驗表明，增大鑄軋區，增強了鑄軋輥間的鋁熔體過冷度，延長了凝固結晶和冷卻時間，提高了晶粒的均勻化分布。經工藝改進后，1-1和1-2級晶粒度趨于穩定，1-3級晶粒減少效果明顯，鑄軋板組織得到有效改善。

2結語

本試驗通過對8011鋁合金藥箔鑄軋板坯的鑄軋工藝進行全面優化調整，使板坯的晶粒得到明顯細化，組織得到有效改善。經后續的冷軋、箔軋和退火后，最終的0.02mm成品箔卷質量得到顯著提高。在規定的環境及燈箱光源下，利用藥箔針孔的透光性來觀察針孔的數量，并測量針孔的尺寸，發現針孔數量明顯減少，針孔尺寸也明顯減小，一般數量在150個/m2。

但是，針孔現象仍然存在，成品率尚未達到理想狀態。因此，還需進一步加強各環節的工藝改進，對每個細節都進行嚴格把控。

參考文獻

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作者簡介：王海賓，男，出生于1976年，漢族，山東省濱州市人，成大（工商管理），研究方向：鋁帶坯生產成本控制