一种5083铝合金板带材边部起皮缺陷研究

王绎潭，曹 城，章国华，陈胜刚，陈祚启，汤波楷，孙春雷，肖自飞

（浙江永杰铝业股份有限公司，杭州 311222）

0 前言

5083铝合金属于Al-Mg系热处理不可强化变形铝合金，具有密度小、强度高、韧性好、耐腐蚀性强等优点。随着轨道交通用铝合金的开发，汽车行业轻量化的发展，5083合金板带材在新能源汽车上有着广泛的应用，不但要求有良好的机械性能，同时对表面质量也有着很高的要求。但在实际生产中发现，5083合金板带材纵向距两边部约0～200 mm范围内有不连续的细长条起皮缺陷，并且这种缺陷在撕去其上面的PE保护膜后更加明显。此类缺陷因只发生在5083合金表面，其位置只出现在边部，且表面没有明显的破裂翻起现象，所以不同于扁锭铣量不足、扁锭加热时间长、扁锭加热后挂擦伤以及扁锭熔体H含量高等因素产生的起皮问题。为了找到此类起皮缺陷产生机制并探索改善的方案，将5083合金扁锭经铣面、加热、热轧轧制、冷轧轧制后，通过JSM-IT200电镜扫描仪、赛默飞世尔8820直读光谱仪等检测手段对5083合金的边部起皮缺陷进行了分析研究。

1 5083合金板带材起皮缺陷研究

1.1 起皮缺陷宏观分析

5083合金扁锭大面单侧铣面量为15 mm，小面单侧铣面量5 mm。铣面后扁锭经加热→热连轧→冷轧→板带材，最终在5083合金板带材边部0～200 mm范围出现细长条丝状的起皮缺陷，覆PE膜并撕膜后更加明显，缺陷形貌见图1。此类起皮不同于常见铝板带表面明显破皮、翻皮的成层脱落的起皮。

图1 5083起皮缺陷宏观形貌

1.2 缺陷的SEM观察

针对不同批次板带表面的起皮缺陷位置取样，在JSM-IT200电镜扫描仪下观察起皮情况。放大200～1 000倍后观察到起皮位置表面破裂严重，有明显掉皮显现，其扫描电镜结果见图2。

图2 起皮缺陷的扫描电镜分析

1.3 组织成分的SEM分析

利用JSM-IT200电镜扫描仪对不同位置的起皮缺陷进行微观分析，发现起皮区域内Mg和O含量异常高，Al含量异常低，成分能谱图详见图3。不同位置的起皮区域能谱分析数据详见表1。表2为5083合金板带非起皮区域内利用赛默飞世尔8820直读光谱仪获得的能谱数据。通过表1和表2的对比分析，发现起皮缺陷区域Mg原子的质量百分比较正常表面的高2～3倍，同时发现O原子的质量百分比较正常表面的高3～4倍。

图3 起皮区域不同位置能谱分析

表1 起皮区域的化学成分（质量分数/%）

表2 非起皮区域化学成分（质量分数/%）

1.4 起皮缺陷产生原理剖析

经过对5083合金板带材边部起皮缺陷的深入研究，判定5083扁锭在加热过程中因加热温度过高，扁锭表面在高温下形成Al2O3和MgO的氧化混合物。因扁锭为四方体形状，在四周边部位置实际温度更接近加热温度，遂在边部更容易发生高温氧化。出炉热轧过程中因轧件中部温度较高，乳液润滑效果强，轧件边部温度相对较低、油水分离不佳、乳液粘稠度高、润滑效果差，轧制过程轧辊剥落的Al2O3和MgO氧化物以及铝粉容易在纵向边部堆积，在热态下反复轧制压入板坯边部。MgO呈丝状推积在边沿，而MgO冷态下脆性好，容易脱落，最终在板带材边部形成起皮缺陷，同时也解释了撕膜后更为明显的原因。为验证加热温度对5083合金扁锭高温氧化的影响，经过模拟加热实验得出5083铸锭加热氧化程度随温度变化规律。当加热温度＞540℃时，扁锭表面Mg的含量呈直线增加；加热温度在440～540℃之间时Mg含量呈缓慢增加。在加热温度＞520℃时，O含量随着温度上升呈直线增加，如图4和图5所示。

图4 Mg含量随加热温度的变化规律

图5 O含量随加热温度的变化规律

2 改善措施及其效果评价

2.1 降低扁锭加热温度

将呈六面体的5083合金扁锭置于箱式天然气加热炉内加热。加热过程中边沿位置更早接近加热炉炉气温度（580℃），其边沿表面受高温加热容易发生氧化形成MgO氧化物。通过模拟加热试验数据结果，加热温度超过540℃后氧化物形成加剧。为了避免加热过程扁锭边沿表面发生高温氧化，将加热炉炉气温度由原580℃降到535℃加热，扁锭金属出炉温度保持原工艺金属温度不变，即在490℃下保温2 h后出炉轧制。

2.2 喷淋宽度调整

热轧过程轧件两边部冷却强，乳液油水分离性差，粘稠度高。轧制时边部润滑强度低，乳液冲刷出来的氧化物以及铝粉容易在边部堆积。因此，试验缩短喷淋宽度，在原喷淋数量里两边部上下各减少一个喷嘴喷淋，以适当减小边部冷却强度，提高乳液油水分离性能，增加润滑强度，实现轧制过程产生的铝粉以及氧化物不在轧件边部残留，通过提升润滑效果将氧化物冲洗净，避免随着板坯在热态下反复轧制将Al2O3和MgO等氧化混合物压入板坯边部。

2.3 效果评价

通过试验工艺将加热温度降低至535℃、边部各减少一个喷嘴的喷淋量轧制，首次小批量试验6块5083扁锭，并与同批次原工艺下生产的5083扁锭进行对比，结果见表3。表3证明：试验工艺下的5083扁锭轧制最终成品，其边部均未发现撕膜起皮缺陷。

表3 工艺对起皮缺陷的影响

经过半年时间的对比生产得出结论：试验工艺下5083合金扁锭轧制成品边部的起皮范围为0～50 mm，95%的边部起皮通过在成品修边能切除，不影响最终的成品表面质量。原工艺下的5083合金扁锭轧制成品，在边部0～200 mm范围内有不同程度的起皮缺陷，且这些缺陷不能通过正常切边将其切除，严重影响产品的表面质量，需要增加分切工序将起皮部分切除，或挑拣报废。其次，通过对两种不同工艺生产的产品从组织、性能对比发现，试验工艺下的产品组织和性能与原工艺没有明显区别，均满足技术要求。另外，试验工艺生产成品的成材率较原工艺提升5.2%～7.2%。由此可见，此成果不但改善成品表面质量，还提升了生产效益。

3 结束语

针对5083合金扁锭加热高温氧化导致边部起皮缺陷进行了研究，首先判定此类起皮不同于常见的表面明显破皮、翻皮的成层脱落的起皮。然后分析原因，寻找改善措施，经过大批量生产验证得出结论：适当降低5083合金扁锭加热温度和缩短喷淋宽度方案能改善边部起皮问题，并且成果显著。

板带材表面起皮类型较多，5083合金扁锭经过加热高温氧化和热轧时边部润滑性差导致的板带材表面边部丝状起皮只是其中的一种，要想有效改善起皮问题，需根据起皮缺陷具体表象进行深入分析。总之，该起皮缺陷的改善，不但提高了产品表面质量，同时也提升了生产效益，意义深远。