專利名稱：鋁合金薄帶坯的連鑄工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬近終形鑄造領(lǐng)域，特別涉及一種鋁合金薄帶的連鑄工藝背景技術(shù)鋁合金是一種輕金屬材料，是目前應(yīng)用最廣的有色金屬材料，具有較高的比 強(qiáng)度、比剛度以及良好加工性能，在航空航天、交通工具和日常生活用品等領(lǐng)域 有廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的鋁合金薄帶材生產(chǎn)的工藝流程為熔煉—鑄錠—均勻化—銑面—力口 熱—熱軋—冷軋—成品退火，工藝流程較長(zhǎng)，設(shè)備投資大。中國(guó)專利CN1994620公開了一種泡沫鋁的連續(xù)鑄造系統(tǒng)及工藝、CN1939610、 和CN1995423公開了 一種鋁合金板帶坯的雙輥鑄軋技術(shù)。這些公開的專利均采 用水平式雙輥鑄軋機(jī)連續(xù)鑄造鋁合金板帶坯。公認(rèn)的水平式雙輥鑄機(jī)示意圖如 圖1所示，水平式雙輥鑄機(jī)的兩個(gè)鑄輥3是上下放置的，通過鑄嘴1將鋁合金 液2送入上下布置的旋轉(zhuǎn)鑄輥3之間，進(jìn)入冷凝區(qū)4，鑄軋得到薄帶坯5。由于 水平式雙輥鑄機(jī)是通過鑄嘴將鋁合金液送入上下布置的旋轉(zhuǎn)鑄輥之間，因此合 金液與鑄輥的接觸區(qū)較短， 一般為15-40mm;液面高度較低， 一般為20mm;鑄 造速度較慢， 一般在0. 8~1.5m/min之間。雖然這種工藝容易控制，并能簡(jiǎn)化 傳統(tǒng)的鋁合金薄帶材生產(chǎn)工藝流程，實(shí)現(xiàn)近終形加工制備鋁合金板帶坯，但存 在固有的缺點(diǎn)短的接觸區(qū)使凝固坯殼的形成需要較長(zhǎng)的冷卻時(shí)間；水平雙輥 法強(qiáng)調(diào)鑄輥的軋制作用，要求有一定的軋制變形量；上下輥的冷卻效果不一致， 冷凝區(qū)上下表面液膜的表面形態(tài)不一致，導(dǎo)致鑄帶上下表面質(zhì)量以及內(nèi)部組織 不均勻。因此，生產(chǎn)效率低，鋁合金薄帶坯的冷卻速度較慢，薄帶組織不均勻， 使用性能不佳，不利于直接進(jìn)行后續(xù)軋制加工。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的，是提供一種鋁合金薄帶坯的鑄造工藝。它能直接從液態(tài)鋁合金生產(chǎn)出鋁合金薄帶坯，生產(chǎn)效率高，鑄出的薄帶坯表面質(zhì)量良好，內(nèi)部組 織結(jié)構(gòu)均勻，有利于后續(xù)軋制加工。本發(fā)明還有工藝流程短，成本低的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是鋁合金薄帶坯的連鑄工藝，是利用等徑立式雙輥薄帶坯連鑄機(jī)進(jìn)行薄帶坯連鑄，所述連鑄機(jī)的兩個(gè)鑄輥是呈 水平布置在同一水平面上，鑄輥兩端有側(cè)封系統(tǒng)與鑄輥構(gòu)成熔池。。具體方法可以如下將鋁合金坯于100 ~ 300。C預(yù)熱10 ~ 30分鐘，然后在熔 劑保護(hù)下，放入電阻熔化爐內(nèi)進(jìn)行熔煉；熔體溫度在65 0 ~ 68 (TC時(shí)，在熔劑保 護(hù)下，轉(zhuǎn)入中間包保溫靜置15~30分鐘。澆鑄前鑄輥兩側(cè)用于形成熔池的側(cè)封系統(tǒng)預(yù)熱到4 0 0 ~ 4 5 (TC ,側(cè)封系統(tǒng)的 預(yù)熱采用電加熱或火焰加熱的方式。側(cè)封系統(tǒng)的材質(zhì)選用其與鋁合金熔體具有 良好物理化學(xué)相容性的、保溫性能良好的、耐磨性良好的材料，本發(fā)明側(cè)封系 統(tǒng)的材質(zhì)采用重慶石棉制品廠生產(chǎn)的石棉板。通過等徑立式雙輥薄帶坯連鑄機(jī)中用于控制輥縫的液壓系統(tǒng)將兩個(gè)鑄輥輥 面接觸，使鑄輥預(yù)留輥縫接近Omm。然后將靜置后的鋁合金熔體通過布流裝置進(jìn) 入等徑立式雙輥連鑄機(jī)，通過控制熔體流量保持熔池高度為90~ 340mm。用布流 裝置出口插入熔池內(nèi)液面以下的潛入方式澆鑄，布流裝置的出水口低于熔池液 面，可^吏熔池液面平穩(wěn)。鑄軋時(shí)鑄機(jī)的鑄造速度為20~ 120m/min,薄帶坯離開 鑄輥后進(jìn)入夾送輥，鑄出的鋁合金薄帶厚度為1. 0 ~ 3. 5mm。布流裝置的作用是使熔體在熔池內(nèi)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)均勻，材質(zhì)是與鋁合金 熔體具有良好物理化學(xué)相容性的、保溫性能良好的材料，本發(fā)明布流裝置材質(zhì) 采用重慶石棉制品廠生產(chǎn)的高鋁鑄嘴。調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的鎖緊力以控制鋁合金薄帶的厚度。其方法是首先預(yù)置液壓 系統(tǒng)鎖緊力，在澆鑄開始后分離力逐漸增大，直到與鎖緊力平衡。此時(shí)，鑄帶 厚度不變。預(yù)置鎖緊力增大，鑄帶厚度減??；預(yù)置鎖緊力減小，鑄帶厚度增大。 將鑄輥設(shè)置為0輥縫，在起鑄過程中，熔體可以很快充滿熔池，旋轉(zhuǎn)的鑄輥順 利地將鋁合金薄帶送出，使起鑄順利。夾送輥的作用是為了防止鋁合金薄帶坯在剛離開鑄輥時(shí)因強(qiáng)度較低而容易 斷帶。本發(fā)明所用等徑立式雙輥薄帶坯連鑄機(jī)的鑄輥直徑為250 ~ 1000mm，寬度為 150~ 1000mm。其內(nèi)部通入冷卻循環(huán)水，使鑄輥的冷卻效果良好，鑄輥材料為不銹鋼或銅合金，可以保證薄帶的冷卻速度達(dá)到200-300°C/s。采用本發(fā)明所述工藝條件，使液態(tài)鋁合金在鑄輥之間形成的熔池高度為 90 ~ 340mm,有利于熔池內(nèi)的鋁合金熔體的均勻混合。本發(fā)明與水平式雙輥連鑄工藝的區(qū)別在于鑄輥的;^文置方式不同。本發(fā)明 的兩個(gè)鑄輥水平放置在同一平面上，熔化的鋁合金液通過布流裝置形成熔池， 鋁合金液與鑄輥接觸形成冷凝區(qū)，得到薄帶坯。本發(fā)明采用的立式雙輥連鑄工 藝，熔池液面4交高，當(dāng)鑄輥直徑為0300mm時(shí)，其液面高度可達(dá)100mm。此時(shí)， 由于立式雙輥熔池的形成，使合金液與鑄輥的接觸區(qū)較長(zhǎng)，合金液與鑄輥的接 觸區(qū)在200mm左右，因此鑄輥對(duì)合金液的有效冷卻距離較長(zhǎng)，改善了鑄輥對(duì)熔 體的傳熱效果。較長(zhǎng)的冷卻距離有助于獲得快速凝固組織，從而改善鑄帶性能。由于立式雙輥連鑄機(jī)的兩個(gè)鑄輥水平放置，兩個(gè)鑄輥對(duì)鋁合金液體的冷卻 均勻?qū)ΨQ，冷凝區(qū)液膜的表面形態(tài)一致，因此形成的鑄帶坯組織均勻，對(duì)后續(xù) 加工有利。較高的熔池有利于熔池內(nèi)熔體的混合，提高了溫度分布的均勻性。本發(fā)明工藝能很好地細(xì)化晶粒和改善合金的組織，在立式雙輥連鑄鋁合金 凝固過程中，由于冷卻速率高，過冷度增大，形核率增加使晶粒變小。過冷度 增加使凝固過程中原子擴(kuò)散受到抑制，晶粒不能完全長(zhǎng)大。因此本發(fā)明方法得 到的鋁合金薄帶綜合力學(xué)性能較高。采用立式雙輥薄帶連鑄工藝生產(chǎn)鋁合金薄帶坯，可提高鋁合金薄帶坯的澆 鑄速度，生產(chǎn)效率高，鑄出的薄帶坯表面質(zhì)量良好，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)均勻，有利 于后續(xù)軋制加工。能獲得具有快速凝固效應(yīng)的組織，鑄帶具有良好的性能。本發(fā)明利用立式雙輥連鑄工藝，可以省略傳統(tǒng)的鋁合金薄帶材生產(chǎn)的工藝 流程中的鑄錠—均勻化—銑面—熱軋—冷軋等中間過程，得到接近最終使用形 狀的產(chǎn)品，可節(jié)約加工成本和原材料，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的近終形成形加工，使鋁合金 由液態(tài)直接成形為薄帶坯，因此工藝流程短，成本{氐。本發(fā)明可應(yīng)用于直接進(jìn)行在線軋制，軋制后的帶材為性能優(yōu)良的板帶材。


圖1為水平式雙輥連鑄示意圖；圖2為立式雙輥連鑄示意圖；圖3a為立式雙輥連鑄5052鋁合金薄帶的金相組織照片(加偏振光)； 圖3b為立式雙輥連鑄5 052鋁合金薄帶的金相組織照片(未加偏振光)；圖4為本發(fā)明的工藝流程圖。其中圖中l(wèi)為鑄嘴；2為鋁合金液；3為鑄輥；4為冷凝區(qū)；5為薄帶坯; 6為布流裝置具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以助于理解本發(fā)明的內(nèi)容。 實(shí)施例1鋁合金的原料為5052,其化學(xué)成分如表1所示。 表1牌號(hào)MgFeCrSiZnMnCuAl50522. 3630. 3720. 1910. 1150. 1000. 0550. 017余量生產(chǎn)工藝如圖4所示，其過程依次如下:鋁合金坯預(yù)熱首先將鋁合金坯于20(TC預(yù)熱15分鐘； 熔煉在電阻熔化坩堝爐內(nèi)加入少量熔煉熔劑，待坩堝內(nèi)壁紅亮?xí)r，將經(jīng) 過預(yù)熱的鋁合金坯放入坩堝內(nèi)，熔化后用鋁合金冶煉的通常方法進(jìn)行拔渣，鋁 合金坯熔化后靜置10分鐘；靜置然后將熔體轉(zhuǎn)入中間包保溫靜置15分鐘，溫度為65(TC時(shí)開始澆鑄； 連鑄將鋁合金液通過布流裝置和等徑立式雙輥薄帶連鑄機(jī)進(jìn)行連鑄。參 照?qǐng)D2所示，采用等徑立式雙輥薄帶坯連鑄機(jī)進(jìn)行薄帶坯連鑄，連鑄機(jī)的兩個(gè) 鑄輥3是呈水平布置在同一水平面上，鑄輥兩端有側(cè)封系統(tǒng)與鑄輥3構(gòu)成盛裝 鋁合金液2的熔池，熔池內(nèi)鋁合金液2與鑄輥3的4妄觸區(qū)域?yàn)槔淠齾^(qū)4,布流裝 置6出水口低于熔池液面形成潛入式澆鑄。澆鑄前側(cè)封系統(tǒng)預(yù)熱溫度為40(TC， 澆鑄時(shí)熔體即熔化的鋁合金液通過布流裝置6進(jìn)入等徑立式雙輥連鑄機(jī)，用潛 入方式澆鑄，保持熔池高度為100mm，其鑄造速度為20m/min。帶厚通過調(diào)節(jié)等 徑立式雙輥薄帶坯連鑄機(jī)中用于控制輥縫的液壓系統(tǒng)的鎖緊力來控制，開始將 鑄輥設(shè)置為0輥縫，在起鑄過程中，熔體可以很快充滿熔池，旋轉(zhuǎn)的鑄輥順利 地將鋁合金薄帶送出，使起鑄順利。當(dāng)薄帶坯5離開鑄輥3后進(jìn)入夾送輥，得 到厚度為3. 5mm，寬度為150mm的表面質(zhì)量良好、內(nèi)部組織均勻細(xì)小的鋁合金薄 帶坯。等徑立式雙輥鑄4幾的鑄輥直徑為300mm，鑄輥寬度為150隱。 實(shí)施例2鋁合金原料、熔煉方法以及鑄輥尺寸與實(shí)施例1相同。將鋁合金熔體轉(zhuǎn)入中間包，當(dāng)鑄錠熔化后保溫靜置15分鐘，溫度為660°C 時(shí)開始澆鑄，澆鑄前側(cè)封系統(tǒng)預(yù)熱溫度為400°C,澆鑄時(shí)熔體通過布流裝置進(jìn)入 等徑立式雙輥連鑄機(jī)，用潛入方式澆鑄，保持熔池高度為100mm，其鑄造速度為 40m/min。當(dāng)薄帶坯離開鑄輥后進(jìn)入夾送輥，得到厚度為2. 5mm，寬度為150mm 的表面質(zhì)量良好、內(nèi)部組織均勻細(xì)小的鋁合金薄帶坯。實(shí)施例3鋁合金原料、熔煉方法以及鑄輥尺寸與實(shí)施例l相同。將鋁合金熔體轉(zhuǎn)入中間包，當(dāng)鑄錠熔化后靜置20分鐘溫度為680。C時(shí)開始 澆鑄，澆鑄前側(cè)封系統(tǒng)預(yù)熱溫度為43(TC,澆鑄時(shí)熔體通過熔體分配裝置進(jìn)入等 徑立式雙輥連鑄機(jī)，用潛入方式澆鑄，保持熔池高度為IOO隱，其鑄造速度為 50m/min。當(dāng)薄帶坯離開鑄輥后進(jìn)入夾送輥，得到厚度為2. Omm，寬度為150mm 的表面質(zhì)量良好、內(nèi)部組織均勻細(xì)小的鋁合金薄帶坯。實(shí)施例4鋁合金原料、熔煉方法以及鑄輥尺寸與實(shí)施例1相同。將鋁合金熔體轉(zhuǎn)入中間包，當(dāng)鑄錠熔化后靜置25分鐘溫度為68(TC時(shí)開始 澆鑄，澆鑄前側(cè)封系統(tǒng)預(yù)熱溫度為450°C,澆鑄時(shí)熔體通過熔體分配裝置進(jìn)入等 徑立式雙輥連鑄機(jī)，用潛入方式澆鑄，保持熔池高度為lOOmm，其鑄造速度為 60m/min。當(dāng)薄帶坯離開鑄輥后進(jìn)入夾送輥，得到厚度為2. Omm，寬度為150mm 的表面質(zhì)量良好、內(nèi)部組織均勻細(xì)小的鋁合金薄帶坯。實(shí)施例5鋁合金原料、熔煉方法以及鑄輥尺寸與實(shí)施例1相同。將鋁合金熔體轉(zhuǎn)入中間包，當(dāng)鑄錠熔化后靜置30分鐘溫度為680°C時(shí)開始 澆鑄，澆鑄前側(cè)封系統(tǒng)預(yù)熱溫度為430°C，澆鑄時(shí)熔體通過熔體分配裝置進(jìn)入等 徑立式雙輥連鑄沖幾，用潛入方式澆鑄，保持熔池高度為120mm,其鑄造速度為 100m/min。當(dāng)薄帶坯離開鑄輥后進(jìn)入夾送輥，得到厚度為1. 0隱，寬度為150mm 的表面質(zhì)量良好、內(nèi)部組織均勻細(xì)小的鋁合金薄帶坯。采用本發(fā)明方法，可以將熔融的鋁合金直接鑄成可以得到厚度為1.0-3. 5mm，寬度為150mm,邊緣整齊的鋁合金帶，帶坯的晶粒細(xì)小圖3為立式雙輥鑄造5052鋁合金薄帶的金相組織(采用氫氧化鈉溶液浸蝕)。本發(fā)明工藝能很好地細(xì)化晶粒和改善合金的組織，在立式雙輥連鑄鋁合金 凝固過程中，由于冷卻速率高，過冷度增大，形核率增加使晶粒變小。過冷度 增加使凝固過程中原子擴(kuò)散受到抑制，晶粒不能完全長(zhǎng)大?？焖倌掏ㄟ^以上兩方面作用使晶粒明顯細(xì)化，經(jīng)測(cè)定，在澆鑄溫度65(TC,鑄造速度為20m/min 條件下，5052鋁合金薄帶金相組織照片如圖3a所示，晶粒細(xì)小(晶粒平均弦長(zhǎng) 約為7jam),同時(shí)，快速凝固的較大的過冷度還可增加溶質(zhì)元素在基體中的固 溶度，使更多的合金元素固溶于鋁基體中，減少合金元素的偏析，改善合金組 織。如圖3b所示，在與圖3a相同工藝條件下，5052鋁合金薄帶中第二相細(xì)小 且分布均勻。因此本發(fā)明方法得到的鋁合金薄帶綜合力學(xué)性能較高。
權(quán)利要求
1. 一種鋁合金薄帶坯的連鑄工藝，其特征在于是利用等徑立式雙輥薄帶坯連鑄機(jī)進(jìn)行薄帶坯連鑄，所述連鑄機(jī)的兩個(gè)鑄輥是呈水平布置在同一水平面上，鑄輥兩端有側(cè)封系統(tǒng)與鑄輥構(gòu)成熔池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金薄帶坯的連鑄工藝，其特征在于包括以下 步驟(1) 將鋁合金坯預(yù)熱后，在熔劑保護(hù)下，放入熔化爐內(nèi)進(jìn)行熔煉；(2) 澆鑄前側(cè)封系統(tǒng)預(yù)熱到400 ~ 450°C;(3) 熔體溫度于650 680。C時(shí)，在熔劑保護(hù)下，轉(zhuǎn)入中間包保溫靜置15 ~ 30分鐘，然后通過布流裝置進(jìn)入等徑立式雙輥連鑄機(jī)，鑄輥預(yù)留輥縫為Omm, 保持熔池高度為90 ~ 340mm,潛入方式澆鑄；(4 )鑄軋時(shí)鑄機(jī)的鑄造速度為20 ~ 120m/min;(5)薄帶坯離開鑄輥后，進(jìn)入夾送輥，鑄出的鋁合金薄帶厚度為1.0-3. 5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁合金薄帶坯的連鑄工藝，其特征在于帶厚通 過調(diào)節(jié)等徑立式雙輥薄帶坯連鑄機(jī)中用于控制輥縫的液壓系統(tǒng)的鎖緊力來控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金薄帶坯的連鑄工藝，其特征在于包括以下步驟將鋁合金錠預(yù)熱后，在熔劑作用下在熔化爐內(nèi)進(jìn)行熔煉；澆鑄前側(cè)封系統(tǒng)預(yù)熱到400～450℃，熔體溫度在650～680℃下，轉(zhuǎn)入中間包在熔劑作用下保溫靜置15～30分鐘，然后通過熔體布流裝置進(jìn)入等徑立式雙輥薄帶坯連鑄機(jī)，鑄輥預(yù)留輥縫為0mm，保持熔池高度為90～340mm，潛入方式澆鑄；鑄軋時(shí)鑄機(jī)的鑄造速度為20～120m/min，薄帶坯離開鑄輥后進(jìn)入夾送輥，鑄出的鋁合金薄帶厚度為1.0～3.5mm。本發(fā)明能直接從液態(tài)鋁合金生產(chǎn)出鋁合金薄帶坯，鑄出的薄帶坯表面質(zhì)量良好，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)均勻，有利于后續(xù)軋制加工，有工藝流程短，成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22D11/16GK101269406SQ20081009809
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月26日
發(fā)明者丁培道, 潘復(fù)生, 健 王, 斌 蔣, 黃光杰 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)