专利名称：：电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺的制作方法
技术领域：
：本发明属于铝加工
技术领域：
，具体地说是涉及一种用电解铝液直接铸轧生产3004合金的新工艺。
背景技术：
：3004合金属于热处理不强化的铝合金，综合了Al-Mn系二元合金和Al-Mg系二元合金的优点，具有时效软化现象。目前，热轧供坯方式生产3004合金技术已经很成熟，国内外多采用(Dc)铸造的方法先生产铸锭，后经热轧和热处理，最终制成罐材。热轧工艺流程为铝锭重熔一铸锭一锯切一均匀化一铣面一热轧—冷轧—部分退火—轻度冷轧—完全退火—冷轧—包装。采用热轧生产的3004H^特薄板具有良好的机械特性，适于制造深冲件，但热轧供坯过程中，熔炼时金属烧损为2.5%，切头尾量为6%，铣面量为5.5%，热轧生产7mm厚带材最终成品率约为85%。如果考虑铸锭过程及热轧过程产生的废品，综合成品率仅为80%,因此具有投资大、工序多、运行成本高的不足。3004铝合金主要用于易拉罐罐体，现有技术中很少采用铸轧法生产，因为铸轧工艺的独特性，导致铸轧材料的抗拉强度、延伸率、制耳率等机械特性难以满足深冲件的生产要求，在深冲时存在易开裂等技术问题。只有有效控制成份含量，优化铸轧生产各环节的工艺参数，才能使工艺更简化、成本更低、性能更优，使铸轧生产取得突破性的重大技术进展。US5714019(申请号494897)，即W097/01652专利披露了铸轧生产l-5mm罐体料，合金成分为锰0.8-2.0%、铁O.4-1.5%、镁O.3-1.5%、铜0.卜O.4%、硅《0.4%，其余为铝；也可以是锰0.2-1.0%、铁0.1-0.5°/。、镁1.0-3.0%、铜0.2-0.5%、硅《0.3%，其余为铝。首先铸轧1-5mm的铝合金带，在580°-610°C下退火2-16个小时，冷轧到0.35-0.7mm后在450°-560°C下空气冷却或水冷却淬火1分钟，再冷轧到0.2-0.3mm。US4517034(申请号483337)、US4526625(申请号483453)及其同族专利GB2123319，披露了连续铸造生产1英寸以下的饮料罐用3004合金，合金成分为锰0.5-1.5%、铁0.1-1.0%、镁0.5-1.5%、硅O.1-0.5%、鉻O.1-0.4%、铜《0.25%、锌《0.25%,其余为铝。首先加热到950°-1150°F均匀化处理，再冷轧至75%后在550°F下去应力退火，然后进行再结晶，最后冷轧至50%。US3930895(申请号463575)披露了一种用于深冲加工的3004变形铝，其锰含量高达1.6-3%，首先制造出合金熔体，在水冷式轧辊下冷铸出金属坯料，然后加热至950°-1150°F均匀化处理，接着在室温下空气冷却后冷轧，在连续冷铸形变中加工性能和组织性能得到改进，绝大多数的硬相粒子为4-12微米。JP150283专利披露了在水平双辊下直接连续铸造生产3004的工艺，合金成分为锰《3.0%、铁<0.7%、镁0.8-1.3%、铜<0.25%、硅<0.3%、锌<0.25%,其余为铝。合金铝液流经水平铸辊时以10'"C/秒-10"C/秒的速度冷却，形成含有4Mm以上厚的(MnFe)Al6等金属化合物的10mm铝薄板。CN200810123258.5专利公开了铸轧3004合金深冲材的制造方法，其步骤是先常规铸轧8.5mm坯料，再冷轧至4.8-5.4mm后进行300-400'CX10-14h退火，然后多道次冷轧至成品厚度，先在180-220'C下保温2-4h，再在380-440'C下保温15-25h。上述专利虽然都涉及到3004合金的生产工艺，但US4517034、US4526625及其同族专利GB2123319公开的是连续铸造法工艺，US3930895公开的是冷铸法工艺，US5714019公开的是铸轧法，却不是电解铝液直接铸轧生产工艺；CN200810123258.5采用的是常规铸轧，增加了常规退火工序，而没有涉及高温快速退火；而JP150283公开的是水平双辊直接连续铸轧工艺，却没有考虑到铸轧过程中铝液重力与应力的关系，致使合金坯料上下结晶不均匀，影响到后续的冷轧工艺。同时，上述所有专利存在的不足在于铝合金的净化率低，杂质成分太高，直接影响到合金的微观织构及冲压性能，在罐体深冲加工时大量产生裂边、制耳率高等问题，使生产过程无法稳定化开展，造成效率低下、成本浪费。
发明内容本发明的目的旨在提供一种工艺简化、节能减排、提高生产效率、节约生产成本的电解铝液短流程直接铸轧生产3004合金的工程化工艺，并制造出工艺塑性好、表面质量优良、制耳率小的低铁低硅3004合金。本发明的目的通过下述方式进行实现本发明的工艺路线是合金铝液熔化一成分调整一3次在线精炼—扒渣、静置—除气一晶体细化一过滤一铸轧一均匀化一冷轧一中间退火一冷轧一完全退火一巻取、包装。要生产出具有优良性能的3004合金，使制耳率小于4%，必须严格控制工艺流程及各种参数的匹配关系，尤其是化学成分、杂质含量、W(Fe)/(Si)比值的大小、铸轧方法、轧制及退火工艺、晶粒组织和形状、第二相的大小、形状和分布以及织构等因素的影响。所述的合金铝液熔化的投放量为60-70y。电解铝液、其余为铝锭或铝废料，经过严格的备料、配料、加料、熔化、搅拌、打渣、测温、取样、精炼等处理。加料严格按照3004化学成分要求计算需要加入的各种中间合金及原合金添加剂的添加量，在730°-760°C之间时进行取样，将成分调整到位，确保实现目标值(质量分数，°/。)为Si0.06-0.14、Fe0.25-0.43、Cu0.012-0.14、Mnl.0-1.2、Mg0.8-1.0、Zn《0.02、Ti0.015-0.03,其余为铝。经发明人总结实践经验，所述铝熔体处理时，适当加入30-40%的固体铝废料，有利于晶粒细化，从而减少了Al-Ti-B丝、Ai-3Ti-0.15C等细化剂的加入量，又解决了电解铝液温度过高不能满足熔炼工艺需要的问题。3004合金坯料的显微组织中，Fe、Si固溶度和第二相的种类、大小和分布是最主要的组织参数，在很大程度上决定着合金坯料的力学性能和轧制性能。所述的成分调整减少了Fe、Si的杂质含量，降低了W(Fe)/w(Si)比值，使Fe、Si杂质元素在固溶体中最大限度的贫化，并析出大小合适的质点，有利于立方织构的形成，有利于改善塑性、降低加工硬化率和材料强度，从而提高乳制性能。由于Si是有害杂质，可与Mg生成硬脆的Mg2Si相，降低塑性，而Fe起细化晶粒作用，但Fe含量过高会增强变形织构，增加制耳率，因此Fe的含量不能过高也不能过低，为使Fe、Si元素在合金的固溶或者析出相对平衡，所述发明的合金W(RE)一般小于O.005%。所述的工艺是电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金，不同于传统的铸锭重熔，而电解铝液温度很高，气渣含量较重熔铝锭熔休高出很多，因此熔体净化难度较大。为此，本工艺采用在熔炼炉内喷粉精炼、CCl4精炼和保温炉通氩精炼三次精炼以充分地对熔体净化。所述的精炼改变了以前炉外精炼的做法，是熔炼炉内釆用氩气喷粉(加入25%除纳剂)精炼和在线采用"氩气、氯气混合气体精炼+两级分别为30ppi和60ppi过滤板或陶瓷过滤管过滤"，减少了操作工序，提高了净化程度，使铸轧带坯的冶金质量显著提高，氢含量降低至0.16-0.35mL/100gAI。考虑到合金含镁，本发明更优选方案是在CCl4精炼和保温炉通氩精炼之间还可采用2号精炼剂与除钠剂混合喷粉进行进一步的精炼。3004合金与1XXX及8XXX合金比较，熔体结晶温度范围较宽，铸轧生产过程中变形抗力较大，边部裂纹较宽。3004合金流动性较差、黏性较大，易粘辊，界面润滑相对困难。发明人通过分析合金相图及研究熔体温度对铸轧过程的影响，确定适当的铸轧温度(即前箱温度)范围，铸礼前箱温度确定为710-72(TC，较好地提高了熔体的流动性，但同时由于熔体温度过高，将也增加铸轧辊的冷却难度，为解决以上问题发明人确定的铸轧速度为600-9005mm/min，且优选铸轧区长度为45-55國。由于3004合金粘辊严重的问题，本工艺界面润滑采用的是液压气火焰喷涂，必要时采用石墨喷枪补充喷涂。所述的熔炼炉的温度为750-76(TC;前箱液面高度为102-118ram;保温炉的温度为745-760。C;铸轧时，在线除气时除气箱的温度保持在740750'C。同时，本发明改进了铸嘴结构，采取的是多级分流方式，有利于产品化学成分均匀，提高结晶时轴向均匀性，生产时优选二级分流方式或三级分流方式。铸轧时，变质剂不采用常用的铝钛硼晶粒细化剂，而是新发明的电磁铸轧细化晶粒或Al-3Ti-0.15C晶粒细化剂，能减少或消除TiB2硬相粒子的不利影响，添加量为1.2kg/t铝。JP150283专利公开了水平立式双辊铸轧的方法，但本发明采用的是双辊倾斜式无辊缝铸轧，与以前的发明相比，改变了作用力方式，考虑到了轧制过程中铝液重力与应力的相互关系，有利于在铸轧过程中形成的带坯上下结晶更均匀，厚度公差更小，使金属平衡、力平衡、热平衡等到达最佳状态，对后续的多道次冷轧等工序影响重大，同时能减少带坯表面的水波纹、纵向横纹等瑕疵，有效控制板形及表面质量。本发明所述的双辊倾斜式铸轧，厚度偏差控制在10um以下。均匀化退火后的显微组织决定了后续工艺的组织状态，进而影响铝罐的最终性能，因此均匀化及退火的温度设置及道次是非常关键的工艺。所述发明的工艺采取高温均匀化、中间退火、完全退火和稳定化处理等工序，以求满足对板材各向异性的严格要求。当金属织构呈各异向性时，3004合金深冲后材料边缘会产生制耳，需要切边修整，既浪费材料，又增加中间工序，提高制罐成本，甚至会出现开裂、漏罐的现象。因此，在退火和变形过程中，要精准控制各种工艺参数，使退火温度与轧制变形率严格匹配。所述发明为在无保护性气氛的立式炉中经580'C-610'CX10-18h的均匀化处理，设置温度为580'C以上，这样可以尽量减少化合物质点的析出或使其产生聚集，从而降低析出质点的弥散程度，以造成改善制耳形成的先决条件。所述发明形成的坯料为厚6-8mm、宽900-1500mm的铸轧巻，在大变形量冷轧中轧至2.2-3.8mm后进行高温快速退火，退火温度为500-600'C，退火时间为15S-2min;然后经15%以下变形量的轻度冷轧，轧至1.6-1.8mm厚时，在120-330'C的温度下退火12h，保温2-4h后出炉空冷，完成完全再结晶；最后将完全再结晶的坯料经过多道次冷轧至成品厚度，升温到380-440'C保温2-3h后随炉冷却，降到15CTC出炉空冷，得到最终产品。发明人通过ODF织构分析、TEM、偏光金相及性能测试发现，本发明的采用的高温快速退火比常规退火更好，有利于强烈立方织构的获得和成品板材中显微组织位错组态的改善，大变形量冷轧后仍保留有少量立方织构，各向异性较小，会出现O。/90°和45°方向共存的8个小制耳，而不是常规退火下只呈现不利于深冲加工的45°制耳,制耳率《2.80%。由于铸轧的冷却速度决定结晶粒细小，分布均匀，枝晶中金属间化合物尺寸和数量减少，溶质固溶的过饱和度提高，使本发明所述的板坯在均匀化中易于形成1-5Mffl、均匀分布的球状粒子，在随后的冷轧过程中不易破碎，随机分布后在退火时易形成均匀细小、大部分呈立方取向的等轴再结晶晶粒，这保证了板坯得以形成大量的立方织构，并能最大限度地残留于成品板材之中，成为轧制罐体料最有利的条件。而在退火再结晶处理前施加小变形量冷轧，可创造条件使板带生成网状亚晶组织，使其成为再结晶的形核，从而形成更多的立方织构，降低深冲时的制耳率。所述的冷轧中优先考虑釆用激光毛化轧辊，以破坏铸轧过程形成的氧化膜，通过轧制过程控制金属流向改善材料的各项异性。本发明采用电解铝液短流程直接铸轧生产低铁低硅3004合金，相对于重熔铝锭铸锭热轧生产方式，省去重熔过程；而相对于热轧方式省去铸锭、铣面、加热、热轧等工序，耗能降低，可节约成本约2500元/吨(不含热轧线设备及场地投资)，具有明显的成本优势和更高的经济效益。同时，本发明在合金成分配比、铝熔体处理、板材表面质量控制、均匀化退火、冷轧参数等方面进行合理配置和系列创新，使得3004合金产品获得了优良的机械性能和加工性能，板坯表面质量好、晶粒组织小、成品板形平整、尺寸精度高。由所述工艺制得的本发明的产品，各项性能如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>从表中可以看出，由本发明的电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金产品力学性能及工艺性能完全满足国家标准要求。具体实施方式以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。实施例1①本发明的成分包括为硅0.12%、铁0.43%、铜0.09%、锰1.1%、镁0.9%、锌《0.20%、钛0.02%，其余为铝。采用的是60-70%电解铝液、30-40%铝锭或铝废料。②熔化与精炼熔化过程中采用叉车搅拌1-2次，以加速度熔化，时间间隔在30分钟。待化平后搅拌4-5min，搅拌温度控制在750-760。C。第一次精炼采用氩气喷粉精炼，第二次精炼采用特制的氩气、四氯化碳联合装置进行在线精炼。精炼完成后扒渣干净，并调整成分。充分搅拌完成后开始加入锰锭。搅拌完成后，本发明工艺可优选地采用2号精炼剂与除钠剂混合喷粉精炼，时间为15分钟，加入量为按2kg/t(含除钠剂占25%)。精炼完成后，扒渣干净，并确认成分，调整温度至750-760°C,然后开始倒炉。倒炉后在保温炉进行冲氩精炼，精炼时间为10分钟，保温炉的温度控制在750'C。③铸轧a.在线处理在线采用氩气精炼。在线除气时除气箱的温度保持在74575(TC。b.过滤过滤箱温度控制在735740'C。c.变质处理变质剂采用铝钛碳晶粒细化剂，添加位置为过滤箱后前箱前，添加量为2kg/t铝。d.前箱温度控制在71572(TC。铸轧区长度为45-50咖，铸轧速度为650mm/min。④冷轧和退火a.均匀化将铸轧坯料在无保护性气氛的立式炉中经590'CX12h的均匀化处理。b.高温快速退火在大变形量冷轧中轧至2.6mra后进行高温快速退火，退火温度为560'C，退火时间为lmin。c.常规退火再经15%变形量的轻度冷轧，轧至1.8mm厚时，在280'C的温度下退火12h，保温3h后出炉空冷，完成完全再结晶。d.多道次冷轧将完全再结晶的坯料经过多道次冷轧至成品厚度，升温到380'C保温2-3h后随炉冷却，降到150。C出炉空冷，得到最终产品。巻取本发明的产品轧至所需规格后，最后经拉弯矫、分切、巻取，冷却后包装成成品。实施例2①本发明的成分包括为硅O.07%、铁O.28%、铜O.06%、锰1.0%、镁0.8%、锌《0.20%、钛0.015-0.03%，其余为铝。采用的是60-70°/。电解铝液、30-40%铝锭或铝废料。②熔化与精炼熔化过程中釆用叉车搅拌1-2次，以加速度熔化，时间间隔在30分钟。待化平后搅拌4-5min,搅拌温度控制在750_755°C。第一次精炼采用氩气喷粉精炼，第二次精炼采用特制的氩气、四氯化碳联合装置进行在线精炼。精炼完成后扒渣干净，并调整成分。充分搅拌完成后开始加入锰锭。搅拌完成后，本发明工艺可优选地釆用2号精炼剂与除钠剂混合喷粉精炼，时间为15分钟，加入量为按2kg/t(含除钠剂占25%)。精炼完成后，扒渣干净，并确认成分，调整温度至750-755°C，然后开始倒炉。倒炉后在保温炉进行冲氩精炼，精炼时间为10分钟，保温炉的温度控制在75(TC。③铸轧a.在线处理在线采用氩气精炼。在线除气时除气箱的温度保持在74075(TC。b.过滤过滤箱温度控制在730735'C。c.变质处理变质剂采用铝钛碳晶粒细化剂，添加位置为过滤箱后前箱前，添加量为2kg/t铝。d.前箱温度控制在710715。C。铸轧区长度为45-48mm，铸轧速度为680mm/min。④冷轧和退火a.均匀化将铸轧坯料在无保护性气氛的立式炉中经580'CX14h的均匀化处理。b.高温快速退火在大变形量冷轧中轧至2.45mm后进行高温快速退火，退火温度为590'C，退火时间为45S。c.常规退火再经15%变形量的轻度冷轧，轧至1.62mm厚时，在320'C的温度下退火12h，保温4h后出炉空冷，完成完全再结晶。d.多道次冷轧将完全再结晶的坯料经过多道次冷轧至成品厚度，升温到400'C保温2-3h后随炉冷却，降到150。C出炉空冷，得到最终产品。巻取本发明的产品轧至所需规格后，最后经拉弯矫、分切、巻取，冷却后包装成成品。权利要求1、电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺，其特征在于，一种低铁低硅3004变形铝合金，化学成分(质量分数，％)为Si0.06-0.14、Fe0.25-0.43、Cu0.012-0.14、Mn1.0-1.2、Mg0.8-1.0、Zn≤0.02、Ti0.015-0.03，其余为铝；生产上述3004合金的工艺方法是电解铝液短流程倾斜式铸轧生产法，其工序包括合金铝液熔化、成分调整、3次在线精炼、静置、除气、晶体细化、过滤、倾斜式铸轧、均匀化、冷轧、中间退火、冷轧、完全退火、卷取包装；所述的合金铝液为60-70％电解铝液、30-40％铝锭或铝废料；所述的精炼为熔炼炉内喷粉精炼和CCl4精炼和保温炉通氩精炼三次在线精炼；所述的退火包括高温快速退火、中间退火、完全退火或稳定化处理；所述的铸轧为倾斜式无辊缝铸轧，铸轧时前箱温度为710-720℃，铸轧速度为600-900mm/min。2、根据权利要求1所述的电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺，其特征在于，所述的成分调整为将Si的质量分数控制在0.06-0.14%,将Fe的质量分数控制在0.25-0.43%，W(Si)/W(Fe)比值小于0.005%。3、根据权利要求1所述的电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺，其特征在于，所述的精炼、过滤为熔炼炉内采用氩气喷粉精炼和在线采用"氩气+四氯化碳喷粉精炼+两级分别为30ppi和50ppi过滤板或陶瓷过滤管过滤"。4、根据权利要求1所述的电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺，其特征在于，铸轧区长度为44-55mm，铸嘴结构采取二级或多级分流方式。5、根据权利要求1所述的电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺，其特征在于，熔炼炉的温度为750-760°C;前箱液面高度为102-118,;保温炉的温度为745-760。C;铸轧时，在线除气时除气箱的温度保持在74075CTC。6、根据权利要求1所述的电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺，其特征在于，所述的晶体细化采用的变质剂为A1-3Ti-1B晶粒细化剂或A1-3Ti-0.15C晶粒细化剂，添加量为L2kg/t铝。7、根据权利要求1所述的电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺，其特征在于，采用火焰喷涂作为铸轧时铸轧辊的界面润滑，必要时采用石墨喷枪补充喷涂。8、根据权利要求1所述的电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺，其特征在于，所述的倾斜式铸轧为双辊倾斜式铸轧，厚度偏差控制在10um以下。9、根据权利要求1所述的电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺，其特征在于，所述的均匀化为在无保护性气氛的退火中经580'C-61CTCX10-18h的均匀化处理，设置温度为580'C以上。10、根据权利要求1所述的电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺，其特征在于，所述的冷轧、退火歩骤为(1)在大变形量冷轧中轧至2.2-3.8mm后进行高温快速退火，退火温度为500-600'C，退火时间为15S-2min;(2)然后经15%以下变形量的轻度冷轧，轧至1.6-1.8mm厚时，在120-330'C的温度下退火12h，保温2-4h后出炉空冷，完成完全再结晶；(3)最后将完全再结品的坯料经过多道次冷轧至成品厚度，升温到380-440'C保温2-3h后随炉冷却，降到150'C出炉空冷，得到最终产品。11、根据权利要求3所述的精炼，其特征在于，可优选在CCU精炼和保温炉通氩精炼之间采用2号精炼剂与除钠剂混合喷粉精炼。12、根据权利要求1或10所述的冷轧，其特征在于，可优选采用激光毛化轧辊。全文摘要电解铝液直接铸轧生产低铁低硅3004合金工程化工艺，所述的工序包括合金铝液熔化、成分调整、3次在线精炼、静置、除气、晶粒细化、过滤、倾斜式铸轧、均匀化、冷轧、中间退火、冷轧、完全退火、卷取包装；所述的精炼为熔炼炉内喷粉精炼和在线通氩+四氯化碳联合精炼；所述的退火包括高温快速退火、中间退火和完全退火；铸轧时前箱温度为710-720℃，铸轧速度为600-900mm/min；产品为低铁低硅3004铝合金，化学成分(质量分数，％)为Si0.06-0.14、Fe0.25-0.43、Cu0.012-0.14、Mn1.0-1.2、Mg0.8-1.0、Zn≤0.02、Ti0.015-0.03，其余为铝。本发明具有工序简化，节能减排，合金性能优良，制耳率少的特点。文档编号B22D11/06GK101664792SQ20091004454公开日2010年3月10日申请日期2009年10月16日优先权日2009年10月16日发明者丁荣辉,刘宪锋,周迎春,唐新文,张孝军申请人:湖南晟通科技集团有限公司