5182铝合金罐车料热轧表面起皮原因及对策

2024-03-01于海林曾招芬

铝加工 2024年1期

于海林，曾招芬

（天津忠旺铝业有限公司，天津 301729）

0 前言

某公司近期生产的5182 铝合金罐车料，部分产品表面出现了起皮缺陷，严重影响了产品质量。针对该问题展开调查研究，分析其发生原因并采取措施，以实现5182铝合金罐车料产品的稳定供货。

经查阅相关文献，吴永喜[1-2]等认为高镁铝合金热轧带材表面起皮主要是由生产过程中的机械损伤以及铸锭Mg 偏析造成的，通过减少带材与设备的直接接触、调整铸锭的加热温度和时间来减少Mg析出等措施，消除了带材表面起皮缺陷。这些研究具有借鉴作用，我们首先排查热轧过程，反复确认热轧时未出现铸锭机械伤，轧机导路也无铝屑等异物压入的情况，铸锭加热温度和保温时间均正常。于是推断问题可能在铸锭本身上，需要深入分析其发生原因。

1 缺陷分析

1.1 缺陷宏观形貌分析

起皮样品如图1 所示，缺陷与轧制方向平行，金属局部表面脱层，呈舌头状。撕开起皮，发现皮下基底新鲜，并有多条横向微裂纹，坑底整体较为平坦，且无轧辊压过纹路，这些特点与金属压入或非金属压入特征不符，也与铸锭辊道机械伤造成的起皮特征不符。

图1 缺陷样品的宏观形貌

1.2 扫描电镜形貌分析

在起皮铝板上查找尚未爆裂翻起但已经出现表面脱层的位置，标记好区域，锯切小块，把脱层缺陷1/2 纵剖，然后超声波清洗干净。对洁净的样品进行金相制样，镶嵌、磨平、抛光后再次超声波清洗，确保清洁。随后扫描电镜分析，结果如图2和图3所示。观察扫描电镜形貌发现，金属基体表层下方深度约118 μm 处有明显的夹渣压溃流线带，其分布已经超过了视场。

图2 样品纵截面的扫描电镜形貌

图3 夹渣压溃带的局部细节放大

1.3 扫描电镜能谱面扫描

对图4的视场做能谱面扫描，确认夹渣带的主要成分，推断其属性，具体如图5和图6所示。

图4 夹渣带的扫描电镜型貌

图5 夹渣带的能谱面扫分析

图6 夹渣带的面总谱图分析

从扫描电镜的能谱面扫描结果上可以看出，白色框线区域内Al、Mg、O 三元素分布严重不均匀，而Mn、Cl 两元素分较均衡。夹渣压溃流线带与基体相比，Al 元素不足、Mg 元素富集、O 元素富集，这三个特征元素的分布趋势与夹渣形貌走向完全一致，说明夹渣的主要属性就是铝镁氧化物。

2 过程调查与对策措施

熔铸车间生产5182 铝合金罐车料，所采用的铝水过滤方式比较简单，为40ppi 的单级陶瓷过滤板过滤。由于5182 铝合金罐车料的订单起伏较大，废料有时不够用，有时积压呆滞。车间现场为处理某段时间积压的各等级废料，有新订单时，就大比例添加废料，甚至超过了配料容许上限。根据文献介绍，刘旺[3]等认为5182铝合金熔体氧化夹渣多且复杂。当炉内精炼、在线除气与过滤能力没有明显提升时，铸锭夹渣隐患很大。鉴于5182 铝合金罐车料的订单起伏较大，现场废料不准许呆滞，短期内大比例添加废料有良好经济效益，故只能强化炉内精炼效果，并提高在线过滤精度，同时加强流槽等铝水导路的清洁管理，杜绝铸锭夹渣隐患。具体措施如下：（1）熔炼炉内增加Ar 气喷粉精炼，用Ar 气做载体，将精炼剂均匀吹入铝水内部，不留死角，精炼时间40 min，精炼完毕后扒渣并静置30 min，此举从熔炼炉源头上改善铝水质量，降低保温炉内Ar-Cl 混合气精炼机的负担。（2）提高保温炉内Ar-Cl 混合气的精炼效果，将STARS 精炼机的转速由250 r/min，提高到350 r/min。提速后的精炼气泡呈大面积弥散分布状，铝水不再沸腾上抛，较原来的小面积喷泉上抛状有很大改观。原来的喷泉上抛状，易造成铝水与空气频繁接触，产生二次氧化。（3）将40ppi 单级陶瓷板过滤，改为40ppi＋60ppi的双级陶瓷板过滤，以提高铝水过滤精度，保证熔体质量。根据文献介绍，郑超[4]等认为，双级陶瓷板过滤具有成本低廉效果显著的特点，可明显改善熔体质量。熔铸采取以上系列措施后，新生产的5182 铝合金铸锭热轧表现良好，没有再出现类似的起皮缺陷。

3 分析与讨论

对以上所有过程还原，推测其复杂的发生机理如下：生产5182 铝合金罐车料时，由于订单起伏较大，现场废料时有积压。当高镁合金大量添加废料时，熔体粘稠，铝镁氧化夹渣含量剧增，而相应的炉内精炼、在线除气与过滤能力，却没有显著提升，铝水质量堪忧，夹渣隐患增大。根据相关文献的介绍[5-6]，陶瓷过滤板对夹渣拦截有一定的概率性。单级低目数的陶瓷板拦截吸附效能较差，铝水内部数量众多的氧化夹渣通过过滤板时，聚集吸附在其内部通道中。当铝水流速较高、过滤板通道内吸附的夹渣接近饱和时，这些夹渣就极易脱附、穿透过滤板进入结晶器，最终凝固在铸锭内部。热轧剧烈变形时，夹渣薄弱部位微裂纹萌生、扩展，最终形成起皮缺陷。当改进熔铸精炼和过滤工艺后，熔体质量显著改善，铸锭夹渣隐患降低，新生产的5182铝合金铸锭热轧表现良好，问题消除。