摘 要:某铝合金箔在生产过程中发生断带,采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、扫描电镜 和能谱分析等方法对其断带原因进行分析。结果表明:在铝合金箔的厚度较小时,夹杂物影响了轧 制过程中的金属流动,形成了孔洞和裂纹,裂纹扩展导致铝合金箔发生断带。
关键词:铝合金箔;断带;夹杂物;裂纹
中图分类号:TB31;TG115.2 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2023)02-0028-03
铝合金箔一般是指厚度小于0.1mm 的铝合金 压延扁平材,多指1,3,8系的变形铝合金。在生产 过程 中,铝 合 金 箔 冷 轧 机 运 转 速 率 一 般 大 于 800m/min,以提高铝合金箔的产量,提升工厂交付 能力。
为了保证铝合金箔版型平整、表面清洁,并减少 工作辊和铝合金箔表面的摩擦,需要使用铝合金箔 冷轧轧制油[1-3]。铝合金箔的生产速率大,油汽在轧 制热量的作用下,在辊缝处蒸腾成油雾。铝合金箔 断带后形成的冲击热量会瞬间爆燃油雾,导致火灾, 造成生产中断和设备损坏,给生命财产带来重大损 失[4]。
某铝合金箔的牌号为1060,使用铸轧工艺生产 7mm厚的铝板,经过冷轧到3mm 厚度,再结晶退 火温度为300℃,再将其冷轧到0.04mm 厚度。铝 合金箔成品反复出现断带,并且在断口附近发现纵 向裂纹,且箔带表面发现点状缺陷,在辊缝内断口发 生扭曲和挤压变形。笔者采用一系列理化检验方法 对铝合金箔的断带原因进行分析,以防止该类事故 再次发生。
1 理化检验
1.1 宏观观察
某铝合金箔断带的宏观形貌如图1所示。由图 1可知:断带断口附近有纵向裂纹,断带上有点状 缺陷。
采用基恩士3D 显微系统 VHZ-250对断带铝 箔的表面进行观察。
1.2 化学成分分析
对铝合金箔断带的化学成分进行分析,结果如 表1所示。由表1可知,其化学成分分析结果符合 标准 GB/T3190—2020 《变形铝及铝合金化学成 分》要求。
1.3 金相检验
在箱式退火炉中对轧制态的铝合金箔进行再结 晶退火,退火温度为300℃,保温时间为2h,推断原 始组织对材料韧性的影响。铝合金箔经过再结晶退 火,形成再结晶组织,在光学显微镜下观察,铝合金 箔断带的再结晶显微组织形貌如图2所示,其平均 晶粒尺寸为48μm。
冷轧断带铝合金箔表面的微观形貌如图3所 示,由图3可知,垂直于轧制方向出现了很多条裂 纹,长度不一致,深度没有贯穿铝合金箔的厚度。
1.4 扫描电镜和能谱分析
对断口处进行扫描电镜(SEM)和能谱分析,结 果如图4所示。由图4可知,断口为撕裂状,且河流 状花样特征明显。
对断口附近的裂纹进行扫描电镜和能谱分析, 结果如图5所示。
在裂纹附近的基体中发现异常颗粒,颗粒物的 Si、Fe元素含量较高,还有 Cl、K、Na等异常元素。 其SEM 形貌、能谱分析位置和能谱图如图6所示。
2 综合分析
在连铸连轧工艺中,工艺流程包括熔炼、精炼、 除气、铸轧等。在熔炼过程中,为了降低烧损、减少 铝中夹杂、减少吸气,需要加入含有氯盐成分的覆盖 剂。熔化完成后,为了进一步净化熔体,需要喷入精 炼剂,工业中经常使用精炼剂的有效成分也含有 氯盐。
熔体精炼完成后,还要通过陶瓷孔板进一步过 滤杂质。过滤后,通过铸轧辊冷却和适度轧制,形成 铸轧板。铸轧板是冷轧的坯料,冷轧中使用轧制油 进行润滑和冷却,保证冷轧产品的尺寸、表面质量和 板形。经过多次冷轧后,形成不同厚度的铝板带或 者铝箔。
铝合金箔断口的化学成分无异常,由于冷轧过 程中使用轧制油,油存储于裂纹处,能谱分析后 C 元素含量极高。断口附近的裂纹处发现了氯盐和 Fe、Si元素,来自于熔炼过程中使用的覆盖剂、精炼 剂以及含有Si、Fe元素的添加剂。熔体在精炼后没 有经过充分静置,使精炼剂与铝液充分反应,悬浮脱 离。含有Si、Fe元素的添加剂没有在熔炼阶段充分 扩散、吸收,形成夹杂物。带有氯盐和合金添加剂的 铝液熔体通过陶瓷孔板后,较大尺寸的颗粒被过滤 消除,而较小尺寸的夹杂物透过陶瓷孔板进入铸轧 机,经过轧制形成铸轧板中的夹杂物。
这些夹杂物为无机盐颗粒、Fe元素和Si元素 的颗粒,与铝合金相比硬而脆,变形能力极差。在随 后的冷轧过程中,在冷轧初期,在厚度方向上发生变 形,尺寸较小的夹杂颗粒不会对轧制表面产生显著 影响。轧制过程中,厚度不断减小,当厚度接近夹杂 物尺寸时,颗粒物的影响较大,由于颗粒物变形能力 极差,金属流动不连续,在颗粒物破损的同时形成了 孔洞,夹杂物尺寸越大,孔洞尺寸越大。在张力的作用下,孔洞扩展导致铝合金箔发生断带。尺寸较小 的颗粒镶嵌于基体中,并导致裂纹。
3 结论
(1)铝合金箔的化学成分符合标准要求,其显 微组织细小均匀。
(2)铸轧板中存在氯盐以及含Fe、Si元素的颗 粒等夹杂物,夹杂物来自于铝熔体。
(3)在铝合金箔的厚度较小时,夹杂物影响了 轧制过程中的金属流动,形成了孔洞,并进一步形成 裂纹,裂纹扩展导致铝合金箔发生断带。
(4)在熔炼和精炼过程中,需要控制温度和时 间,让合金添加剂充分吸收,精炼剂要充分悬浮,以 提高铝液的纯净度,避免发生断带,从而提高冷轧机 组的安全性。
参考文献:
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