铸轧工艺参数对铸轧板中心层偏析的影响

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1、铸轧 工艺参数对铸轧板中心层偏析的影响摘要：借助金相显微镜研究了铸轧速度和铸轧区长度对铸轧板中心层偏析程 度的影响。结果表明：在一定工艺参数范围内，铸轧速度越大，中心层偏析尺寸 就越大；铸轧区长度越大，中心层偏析程度越严重。铸轧板坯是铝液在铝熔体静压力作用下，由双辊侧面进入相对旋转的水冷辊 缝中迅速冷凝成坯，并被咬入而受到少量变形成一定厚度的板坯。铸轧板材的内 部质量在很大程度上取决于它的凝固组织，即板坯的显微组织。双辊铸轧的快速 凝固技术能够产生非常细密的枝晶组织，使铸轧板的均匀性有了很大改善，但铸 轧板仍然呈现出宏观偏析和微观偏析。微观偏析是由树枝晶凝固产生的，尺寸只 有几微米，对材料性能

2、影响不大。但宏观偏析大多数出现在铸轧板的中心，也称 为中心层偏析，很难通过均匀化退火来改善，对材料后续的加工是突出的一个质 量问题。中心层偏析产生的原因是：在轧辊压力下，富集合金元素的液态铝沿枝 晶间隙，从较冷区挤到中部较热区（即孔道效应），全部凝固后在中部形成共晶 局部还可能出现过共晶。本次实验在铸轧工艺方面进行调整，探究铸轧速度和铸 轧区长度对铸轧板中心层偏析程度的影响。1.实验方法在水平式铸轧机680mm*1600mm进行了在线试验，对工艺参数调整后得到 铸轧板坯进行金相组织分析，样品制备实验制样参照GB/T246.1-2000变形铝及 铝合金制品显微组织检验方法对试样进行金相组织观察，

3、制备流程如下： 0.19mm-镶嵌-粗磨（120-400号砂纸）-精磨（800-2000号砂纸）-机械抛光-电 解抛光-腐蚀-观察，其中电解抛光采用的高氯酸+无水乙醇按照1:4比例进行配 比，电解电压15v,电流100mA，时间30s，腐蚀液是HF溶液，按照HF：蒸馏水 =10ml:190ml 体积比进行配比，腐蚀时间 15s。1.实验结果与分析2.1 铸轧速度对铸轧板坯中心层偏析的影响图1给出了在同一生产线上，在其他铸轧参数相同的前提下，不同铸轧速度 下，中心层偏析情况的200倍金相照片。图1 a展示的是铸轧速度为950mm/min 的中心层偏析照片，从图中看出在此工艺参数下，合金形成了严重

4、的中心层偏析 现象，偏析呈团状分布，在偏析中心处分布点点状偏析物，中心层偏析物长度为 325.17 口 m。图1b是铸轧速度为900mm/min时的中心层偏析分布情况，偏析物呈 不连续分布，在树枝晶晶界处存在黑色的偏析物，但在形状和数量与图 1a 相比 尺寸明显减小，偏析物最大尺寸为109.92 口m。当铸轧速度降低至850mm/min时, 中心层偏析物的形貌如图1c所示，尺寸进一步降低，为95.59 口 m。a)950mm/min(b)900mm/minc)850mm/min图1不同铸轧速度下铸轧板坯中心层偏析金相照片当铸轧速度从 950mm/min 降低至 900mm/min 中，中心层偏

5、析尺寸从325.17 口 m减小至109.92 口 m，偏析物尺寸减小了 60%。当铸轧速度继续降低 50mm/min时，中心层偏析物尺寸从109.92 口 m减小到95.59 口 m，偏析物尺寸减 小了 13%。从上述实验中可以看出，铸轧速度对中心层偏析有着至关重要的影响， 在一定条件下，铸轧速度越大，中心层偏析尺寸就越大。这是因为，在其他工艺 参数不变情况下，铸轧速度越快，单位时间内铸轧辊间通过的金属铝液量就越大， 引入到铸轧辊间的热量就越多，在铸轧辊冷却能力不变的情况下，相当于在铝液 凝固时熔体获得能量越多，在通水铸轧辊冷却作用下，越来越多的合金元素会沿 着结晶前沿向液相区扩散，从而导致

6、铸轧板中心层金属含量越来越多，最后形成 中心层偏析组织；而当铸轧速度降低时，相当于铸轧板在铸轧辊间停留时间增加， 铝液获得的冷却量增大，从而使得大量合金元度来不及扩散，而被固溶至铝基体 中，使得向液相区扩散的合金元素量大大减少，中心层偏析程度由此减轻。但随 着铸轧速度的降低，单位时间内的产量会迅速降低，因此铸轧速度不宜过低。在 保证后续产品质量的前提下，铸轧速度建议在 800mm/min。2.2 铸轧区长度对铸轧板坯中心层偏析的影响铸轧区是连续铸轧工艺至关重要的地方，也是铸轧工艺先进性的具体表现。 铸轧区长度仅数十毫米，只在几秒内完成铸造结晶与少量热轧变形过程，因此， 铸轧区长度参数的变化对铸

7、轧坯中心层偏析也起着至关重要的作用。图2展示了 不同铸轧区长度下铸轧板坯中心层偏析程度的分布。当铸轧区长度为55mm时， 铸轧板坯中心出现了中心层偏析现象，偏析呈片状分布，在偏析中心周围区域的 树枝晶间隙处也存在点状和片状偏析，中心层偏析尺寸为105 口m，如图2a所示。 当铸轧区长度减小到50mm处，中心层偏析形貌发生了改变，树枝晶晶界处存在 点状偏析，中心层偏析尺寸减小到88-96 口 m。1.铸轧区长度55mm (b)铸轧区长度50mm图 2 不同铸轧区长度下铸轧板坯中心层偏析的金相照片从上述数据看出，随着铸轧区长度的变化，对铸轧板坯有一定的影响，在一 定工艺参数范围内，铸轧区长度越大，

8、中心层偏析程度越严重。铸轧区长度即铸 嘴位置到上下轧辊中心线的距离。铸轧整个过程就在铸轧区中完成。铸轧区分为 三个区：铝熔体冷却到结晶温度的冷却区域、铝熔体完成铸造过程的铸造区和两 辊对铸坯进行轧制的变形区。当铸轧区长度变大后，相当于单位时间内在铸咀与 铸轧辊中间通过的铝液质量增加，而铸轧辊冷却能力是一定的，旋转的铸轧辊带 走的热量是一定的，从而使在铸轧区里铝液能量会升高，在铸轧快速冷却的工艺 下，铸轧表层会迅速凝固，大量的合金元素会堆积在固液界面，随着铸轧提供的 轧制力的作用下，合金元素会沿着液相区前沿和树枝晶晶界向板坯中心扩散，随 着固相区越来越大，大量合金元素堆垛在板坯中间的液相区，会产

9、生成分过冷， 最终形成大量的 Al-Fe-Si 三元相，在极端条件下，会出现共晶硅相。但是铸轧 区长度过低，使得铸咀与铸轧辊间的间隙变小，铝液与铸轧辊的接触面积会降低 从而铸轧辊的热传递效率也大大降低，铸轧板的质量会受到严重影响。因此铸轧 区长度要控制在合适的范围内，在后面产品能接受一定偏析存在的前提下，建议 铸轧区长度为 50mm。2.3 前箱温度对铸轧板坯中心层偏析的影响图3给出了不同前箱温度下合金中心层偏析程度的金相照片。图3 (a)是前 箱温度在715C下，得到合金中心层部位出现大块偏析物质，呈不连续状态分布, 在腐蚀剂侵蚀下，呈现黑色。少部分在晶界处偏析，大部分是推挤在一团，在后 续

10、冷轧变形过程可能会出现孔洞现象。图3 (b)是前箱温度降低10C后中心层 位置的偏析情况。与上图相比，偏析得到明显改善，大部分偏析在三叉晶界处和 树枝晶晶界处分布，小部分团聚在一起。当前箱温度降低至695C和685C时， 合金板坯中心层部位未出现偏析现象，第二相化合物基本在晶界处分布。在其他 铸轧参数一定的情况下，发现随着前箱温度的降低，中心层偏析程度越来越低， 到一定前箱温度后，基本无中心层偏析现象。这是因为铸轧过程中，前箱温度也即浇注温度，对坯料的质量有很大影响。前箱温度越高，说明铝液具有的热量越 高，在其他参数不变情况下，铸轧辊带走的热量是一定的，所以剩余未带走的热 量会随着固液界面相铸

11、轧中心层推进，大量合金元素同样在温度的作用下，继续 向铸轧板坯中心层扩散，当板坯全部为固相时，大量合金元素堆积和团聚一起， 形成严重的中心层偏析缺陷，在后续冷轧加工过程，该偏析变形不明显，当铝板 到一定厚度时，偏析会脱落，造成铝板形成孔洞和断带现象。在实际生产过程中 前箱温度低于685C时，由于铝液温度太低，会造成铝液在铸轧咀腔凝固，出现 偏析条纹缺陷，因此，前箱温度建议控制在685-700C之间。(a)前箱温度T=715C(b)前箱温度T=705C(c)前箱温度T=695C(d)前箱温度T=685C图3 不同前箱温度下中心层偏析程度金相照片3 结论铸轧速度对中心层偏析有着至关重要的影响，在一定条件下，铸轧速度越大， 中心层偏析尺寸就越大。在保证后续产品质量的前提下，铸轧速度建议在 800mm/min。2.随着铸轧区长度的变化，对铸轧板坯有一定的影响，在一定工艺参数范围内 铸轧区长度越大，中心层偏析程度越严重。铸轧区长度要控制在合适的范围内， 在后面产品能接受一定偏析存在的前提下，建议铸轧区长度为 50mm。3.在其他铸轧参数一定的情况下，发现随着前箱温度的降低，中心层偏析程度 越来越低，到一定前箱温度后，基本无中心层偏析现象。前箱温度过低会出现偏 析条纹缺陷。前箱温度建议控制在685-700C之间。