直接激冷半连续铸造20250号铝合金扁锭的生产

直接激冷半连续铸造20250号铝合金扁锭的生产

5002铝合金具有良好的加工形状、抗蚀性和焊接性，强度中等。可用于制造飞机油箱、油管以及交通车辆、船舶的钣金件,街灯支架、铆钉、五金制品、电器外壳等。然而,由于该合金中镁含量较高(w(Mg)=2.2%~2.8%),在熔铸过程中熔体黏度较大,流动性不好,容易产生夹渣、拉裂等多种缺陷,导致采用直接激冷铸造方法生产合金扁锭成品率相对较低。同时,5052铝合金扁锭在下游轧制过程中容易出现裂边而造成制品切边率高,有时会因为裂边严重而导致产品报废,给企业带来巨大的经济损失。因此,探讨直接激冷半连续铸造5052铝合金扁锭轧制裂边出现的原因并寻求控制措施,对于生产出满足下游轧制要求的5052铝合金扁锭尤为重要。15052.52铝合金平压制造1.15金宣传铸造原料某企业5052铝合金化学成分要求见表1。5052铝合金扁锭铸造所使用的主要原料包括30%的重熔铝锭(或自产工艺废料)+70%的电解铝液,重熔镁锭、铁剂、硅剂、铬剂、铝-钛-硼杆、覆盖剂、除渣剂、除钠剂等。1.2生产工艺流程德国LOI公司制造的55t蓄热式烧嘴熔铝炉和液压倾动式保温炉,国产阿尔泰科公司制造的在线除气和除渣装置,美国wagstaff公司制造的半连续DC铸造机。5052铝合金扁锭生产的工艺流程如下:电解原铝液、重熔铝锭及废料→配料→装炉→熔炼(加入铁剂、硅剂、铬剂、金属镁锭)→熔体电磁搅拌扒渣→CCl4精炼→取炉前样分析→转炉→静置炉内透气砖净化→扒渣、静置→二次取样分析→倾炉起铸→加Al-5Ti-1B丝→在线熔体精炼→在线熔体过滤→LHC铸造→成品取样分析→扁锭锯切头尾→称重标识入库。用wagstaff半连续(DC)铸造机生产5052铝合金扁锭的规格为500mm×1630mm×L,铸造工艺参数见表2。2钠含量检测结果采用以上设备、原辅材料和铸造工艺生产了20批次的5052铝合金扁锭,在轧制时不同程度地出现轧制裂边的扁锭多达22块,裂边深度通常在10mm~15mm,最严重的达22mm,见图1。对几个批次的5052铝合金扁锭的钠含量进行检测,结果见表3。由表3可以看出,所检测的5052铝合金扁锭的钠含量最低为w(Na)=9.4×10-6,最高可达22.1×10-6,平均为14.07×10-6。而且钠含量越高,轧制裂边的深度越大。350裂口和游离钠的出现当w(Na)>16×10-6时,在熔铸生产中,将导致铝合金的工艺性能恶化,特别是可使高镁铝合金的热脆性增加,在铸造时产生沿晶热裂纹,断口呈黄褐色。当w(Na)>10-6时,即使铸锭不产生铸造裂纹也会导致高镁铝合金热轧裂边的出现。据文献报道,当5052铝合金板坯热轧到200mm~120mm厚时,板坯边部出现大裂口,单面裂口深度达150mm,使热轧过程无法继续进行。热轧带卷严重裂边时,轧至12mm~5mm厚进行双卷取轧制时,带卷两侧会出现垂直于板侧、向板材中部扩展的锯齿状裂边,单边深度达30mm~45mm,使冷轧工序无法正常进行。钠在铝中的溶解度很小,通常以金属间化合物(NaAlSi)状态出现,但在Al-Mg合金中,镁与硅优先结合成Mg2Si。当w(Mg)>2%、钠含量较高时,就会有游离钠出现,反应式为:NaAlSi+Mg→Mg2Si+Na(游离)+Al钠的熔点只有97.7℃,并且不溶于液态和固态铝中,而是以游离状态存在于铝合金中。游离钠在铸锭凝固过程中吸附于正在生长着的枝晶表面或晶界,扩大了结晶过程中脆性区的下限温度,使铸锭热裂纹倾向增大,钠含量、镁含量越高,裂纹倾向越大。在随后的铸锭加热过程中游离钠以液态存在,使枝晶边界或晶界的强度大大降低。当w(Mg)=2.2%~2.8%时,5052铝合金具有钠脆性,表3中的数据也充分说明了这一点。4通过分析钠的来源，减少钠含量4.1重熔铝锭的钠对熔铸5052铝合金扁锭所使用的原辅材料进行分析检测,发现钠的来源有以下几个途径:(1)电解铝液和重熔铝锭。在电解铝液中,钠的质量分数通常在40×10-6~50×10-6,这是由氧化铝的生产工艺决定的。生产氧化铝的工艺中使用的钠盐将钠遗传到氧化铝中,而重熔铝锭则是通过氧化铝的还原反应生产的。因此,重熔铝锭中必然也含有一定量的钠,一般w(Na)=30×10-6左右。(2)工艺废料。工艺废料中的钠含量因合金中镁含量及重熔次数的不同有所不同,一般w(Na)<30×10-6(使用钠盐变质过的Al-Si系合金除外)。(3)镁锭。检测发现,配料使用的镁锭中w(Na)约为5×10-6,这与镁的电解工艺有关。(4)除钠剂。分析所使用的除钠剂中的w(Na)多达5.05%,所采购的除钠剂为非正规厂家生产,属于不合格产品。4.2重熔铝锭、覆盖剂、除钠剂与原辅材料的含量要控制5052铝合金扁锭的轧制裂边,必须首先控制钠含量,使钠以间断、分散、稀少的小质点形式存在。降低5052铝合金扁锭中钠含量的途径有以下方面。(1)轧制企业营销及技术人员必须熟悉合金的性能,充分了解各元素在合金中的作用以及可能会对轧制产生的有利和不利影响。在签订技术协议时,应对5052铝合金扁锭中残余钠含量做出明确的规定和要求,确保合金中w(Na)<5×10-6。(2)充分了解电解铝液、重熔铝锭、覆盖剂、除钠剂等原辅材料的成分构成,尤其要重点关注其中的钠含量,为熔体处理过程中除钠工艺的选择以及除钠剂加入量的选择提供可靠地数据支持。同时,当除钠剂采购后,铝加工企业应对所采购除钠剂的成分进行复检,以确认其中钠元素的含量。(3)选择高效的除钠工艺。在5052铝合金扁锭生产中,通常除钠多在保温静置炉中进行。因为目前熔炼铝合金时主要原料已经由重熔铝锭变为温度高、杂质含量高、气含量高、钠含量高的电解铝液,所以除钠应首先在熔炼炉中进行。将浸泡吸收了CCl4的耐火砖放置于熔炼炉熔池的不同位置,CCl4分解为氯气并发生下列反应:通过上述反应,熔体中的钠以NaCl的形式上浮至熔体表面,通过扒渣便可以除去。(4)保温静置炉内精炼除钠。熔炼炉内除钠后,熔体转入保温炉内仍需进行除钠处理。此时,可以以C2Cl6与无钠除钠剂的混合物(粉末状),通过氩气(高纯氩,纯度不低于99.99%)喷粉的方式将混合粉末喷入熔体中,对熔体实施深度除钠。其原理如下:由上述反应可以看出,通过氩气喷粉除钠,不仅可以除掉熔体中的钠,而且可以使熔体中的氢含量大幅降低。(5)添加稀土除钠。在用户对其他添加元素没有特殊要求的前提下,可以采用添加稀土元素的方法除钠,因为稀土元素具有很高的化学活性,能与大多数元素发生反应,生成稳定的稀土化合物(如RE-Na