1邢俊杰 1代永强 2陈军
1广西百矿润泰铝业有限公司 广西百色市 531500 2河南科技大学 河南省洛阳市 471000
摘 要： 以8011合金空调箔为对象，通过工艺优化和成分调整，研究了其铸轧减薄坯料组织变化，后续冷轧加工道次和成品性能变化。结果表明，新成分减薄物料可减少一个冷轧加工道次，成品表面基本无偏析条纹缺陷，退火后性能满足空调箔产品要求。
关键词： 8011合金；空调箔；铸轧减薄；组织；性能
Study on the technology of producing 8011 alloy air conditioning foil by casting rolling billet
Su Guanying, He Yuzhi, Zhao Zhixun and Han Yahong
Luoyang long Ding Aluminum Co., Ltd.
Abstract：With 8011 alloy air conditioning foil as the object, through the process optimization and the composition adjustment, the structure change of the thinning blank of the cast rolling mill, the change of the following and finished product performance in the following cold rolling process are studied. The results show that the new ingredients can reduce a cold rolling process, the surface of the finished product has no segregation of stripes, and the annealing performance meets the requirements of the air conditioning foil product.
Key words：8011 alloy; air conditioning foil; casting rolling thinning; microstructure; properties
铝箔是柔软的金属薄膜，不仅具有防潮、耐腐蚀、无毒无味，而且有重量轻(与其他金属相比)，资源丰富，价格低，容易加工等优点，铝箔产品广泛应用于空调器散热材料，目前已成为空调散热器市场上不可替代的基材。
近几年我国空调箔的生产能力和技术水平不断提高，已形成大中小、高中低生产空调箔的企业群体，铝箔产能的增加，使市场形势处于供大于求的状态。同时，空调市场价格战的战火也烧到了零配件领域，企业为了压低成本，逐年下调空调用铝箔的采购价，令空调用铝箔企业面临着竞争日益激烈，利润逐渐减少的境况【1】。传统的铝合金铸造技术生产效率偏低，较厚的铸轧坯料增加了冷轧的加工道次，不利于生产成本的降低。因此铸轧坯料生产效率的提升，冷轧加工道次的减少，必定会带来空调散热器生产成本的下降。
1 实验方法
铝合金铸轧带坯常规生产工艺为：电解铝液＋冷料→熔炼→成分调整→搅拌→精炼、除气扒渣→转入保温炉→精炼、静置扒渣→加钛丝→在线除气→在线过滤→铸轧成板带材→板带材缺陷控制【2】，即让铝液通过一套装置引导到两个轧辊间的辊缝中，经过两个轧辊的强制冷却、结晶和变形后，得到厚度为6-8mm的铸轧卷【3】。
本实验是在铸轧生产8011铝合金常规6-8mm厚坯料工艺基础上，利用控制变量法，通过调整合金成分和铸轧冷却强度等工艺参数，对比分析铸轧减薄坯料金相组织、成品性能及表面质量，探索铸轧减薄提速生产5.0mm厚度坯料的可行性，为铸轧减薄提速生产空调箔提供参考依据。成分调整明细如表1所示：
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本次实验从以下三种方案着手，铸轧和冷轧具体生产方案如下：
方案1：铸轧轧辊辊缝4mm，铸咀开口度9mm，铸轧区长度56mm，轧辊粗糙度0.8μm，生产速度为780mm/min，坯料厚度为7.2mm【4】。7.2mm厚坯料→冷轧至0.7→切边→轧至→0.095→退火→涂敷→分切，经过8个轧制道次出成品。
方案2：铸轧轧辊辊缝3.3mm，铸咀开口度7.5mm，铸轧区长度48mm，轧辊粗糙度0.9μm，生产速度为1250mm/min，坯料厚度为5.0mm【5】。5.0mm厚坯料→冷轧至0.8→切边→轧至→0.095→退火→涂敷→分切，经过7个轧制道次出成品。
方案3：调整为8011KT合金成分，将铁和硅含量控制在国标下限，具体合金成分如表1所示。铸轧轧辊辊缝3.3mm，铸咀开口度7.5mm，铸轧区长度48mm,轧辊粗糙度0.9μm，结合铸轧生产经验，实现减薄提速生产，生产速度为1250mm/min，坯料厚度为5.0mm【5】。5.0mm厚坯料→冷轧至0.8→切边→轧至→0.095→退火→涂敷→分切，经过7个轧制道次出成品。
2 试验结果与分析
2.1、铸轧板显微组织
试样由厚度为5.0mm的8011合金（原成分和新成分）铸轧板坯制成，观察面为垂直于铸轧面的横截面。
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从图1可以看出，原成分铸板横截面同一位置上（a）、中（b）、下（c）三个面的第二相有较明显的区别，a图第二相析出均匀，尺寸较小，呈弥散分布，b图第二相析出少，尺寸小，c图第二相析出多，尺寸和数量均较上、下部要更大，第二相聚集成团状【6】。
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从图2可以看出，新成分铸板横截面同一位置上（a）、中（b）、下（c）三个面的第二相有较明显的区别，a图第二相尺寸较小，数量不多，呈弥散分布，b图第二相尺寸小，数量少，c图第二相尺寸大，数量多，第二相聚集成团状【6】。对比两种成分5.0mm厚样板再结晶退火后金相组织可以看出，再结晶后两者第二相的尺寸均较小，没有明显区别。
2.2、产品性能
8011KT和8011合金成品退火后性能数据如表2所示。由下表可知，8011KT合金相对于8011合金在相同退火条件下，抗拉强度要低5-8MPa，杯突值要低0.3-0.7mm。
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2.3、表面质量和轧制道次
原成分7.2mm厚度铸轧板经过8个加工道次轧制，成品表面有偏析条纹和轻微横纹。原成分5.0mm厚度铸轧板经过7个加工道次轧制，成品表面偏析条纹和横纹较重。新成分5.0mm厚度铸轧板经过7个加工道次轧制，成品表面基本无偏析条纹和横纹。由此可知，铸轧坯料减薄后，可以为后续冷轧加工减少一个加工道次，降低了生产成本。
原成分7.2mm厚度坯料取样酸洗，铸板两边部有轻微偏析条纹，原成分5.0mm厚度坯料取样酸洗，铸板上下面偏析条纹明显，新成分5.0mm厚度坯料取样酸洗，表面基本无偏析条纹。
2.4、结果分析
新成分8011KT在原成分的基础上将Si和Fe含量降低，两种合金对铝合金组织的影响分析。Fe和Si是铝合金中主要杂质，当含量Fe＞Si时，再结晶主要生成α（Al12Fe3Si）相，呈骨架状或团状，当含量Fe＜Si时，再结晶主要生成β（Al9Fe2Si2）相，呈粗大针片状，α相的塑性优于β相，可使材料较容易加工成形。当Fe/Si＞1时，增加少量Fe对强度的提高有利，且对塑性危害不大，但是Si对塑性危害比Fe大【7】，因此合理控制Fe、Si含量及相对量（Fe/Si比值）可以控制合金的塑性，同时影响合金退火后杯突值变化情况。
Si和Al不形成化合物，在溶体冷却时，很快析出Si初晶，使材料呈脆性，Fe和Al性能二元化合物Al3Fe，该化合物呈状，使材料塑性降低，由于α（Al）中固溶极少量Fe和Si，对基体有一定的固溶强化效果，故微量杂质可提升铸轧坯料强度。但杂质含量稍高时，主要以FeAl3，α（Al12Fe3Si），β（Al9Fe2Si2），游离Si等杂质相形式存在，随含量增加，杂质相的数量、尺寸等随之增大，易沿晶界聚集分布，这些相均为硬脆相，呈针片状或块状，与α（Al）有不同的弹性模量、膨胀系数，降低了材料的强度和塑韧性，对疲劳强度和断裂等起着关键作用。杂质相和α（Al）基体硬度差别很大，在加工变形中强烈阻碍α（Al）的正常流动，其自身也易破碎成块，不但成为材料的断裂源，且加速材料断裂过程。同时杂质相会明显影响铝材加工硬化、再结晶软化、织构和杯突值等性能【7】。合金中Fe、Si总量降低，不平衡共晶量减少，合金在脆性区塑性降低，裂纹倾向提升。由于8011KT相对于8011合金中Fe、Si两者含量和Fe/Si比值的降低，直接影响合金的加工硬化、再结晶软化和杯突值等性能。
液固相的温度相隔较宽，当铝熔体凝固很快时，实际上是一种不平衡冷却，必然造成先后冷却区域的成分偏析，经过化验分析首先凝固的区域，含杂质元素少，铝的质量分数大，在碱液中耐蚀，酸洗后呈现亮纹。后凝固的区域，含杂质元素较多，铝的质量分数偏小，在碱液中不耐蚀，腐蚀快，酸洗后呈现暗纹。铸轧板上的表面偏析，不经浸蚀不容易被发现，只有当光线从前上方掠射时，由于偏析处反光率低，看上去稍微发暗，才被发现。用宏观光谱分析对铸轧板表面局部成分和元素含量进行分析，分析结果如表3所示，结果显示：铸轧板偏析部位的Fe、Si含量比正常部位高60%到206%，而Ti元素的含量却有规律的下降，和铝生产共晶组织的Fe、Si元素在偏析部位的含量明显升高，和铝生产包晶组织的Ti元素明显降低【8】。判断偏析部位共晶量增多，且共晶中的化合物以第二相α（Al12Fe3Si）为主。由此可知，Fe、Si元素的减少降低了8011KT合金中铸轧板局部偏析的剧烈程度，从而使成品表面偏析情况出现改善。
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3 结论
3.1、在保证铸轧产品质量的前提下，通过工艺参数的调整，可以实现铸轧坯料的减薄生产，将原来7.2mm厚的铸板减薄至5.0mm；铸轧5.0mm减薄坯料在冷轧轧制时可减少一个加工道次，降低了空调箔生产成本；
3.2、原成分5.0mm厚度坯料轧制空调箔成品后，表面偏析条纹相对于原成分7.2mm厚度坯料成品有加重趋势，新成分5.0mm厚度坯料轧制空调箔成品后，较原成分有效减轻了表面偏析条纹；
3.3、经过相同成品退火工艺，8011KT产品抗拉强度偏低5-8MPa，杯突值偏低0.3-0.7mm。
参 考 文 献
[1] 李明.罗伟民.空调行业发展对中国铝箔市场的影响[J].中国有色金属，2006.
[2] 王立娟.张万金.吴欣凤.变形铝合金熔炼与铸造.中南大学出版社，2010.
[3] 傅祖铸.有色金属板带材生产.中南大学出版社,2009.
[4] 马宏生.金属及合金的熔炼与铸锭.东北工学院工系,1983.
[5] 马焕楠.米国发.王建增.8011铸轧铝合金组织与性能.特种铸造及有色合金，2015.第35卷.第6期.
[6] 赵志业等.金属塑性变形与轧制理论，北京：冶金工业出版社，1980.
[7] 高泽生.铝晶粒细化机理研究的进展.轻合金加工技术,1997.
[8] 王希维.铸轧板的表面偏析.轻合金加工技术，1990.3