黑丝处理试验

黑丝处理试验 关于铸轧板出现黑丝问题分析 摘要: 黑丝在凝固壳裂纹处由于熔体的二次补充，出现对已凝固部分的二次加热形成的。影响因素大致由熔体成分，熔体洁净度、铸轧速度、前箱液面高度、铸嘴分流块分布、铸嘴开口度、浇注温度、铸轧区、冷却强度等等。生产中各因素应合理匹配。 关键词: 黑丝 偏析瘤 二次加热 凝固壳 收缩 结晶内壁 铸轧辊 正文: 在生产中，该缺陷我们从09年3月21日出现(或以前没有注意过)，并引起客户的强烈质量异议，包括改用，降价，退货等，不仅造成了巨大的经济损失而且极大地影响了公司的形象。 现象表述: 8011铸轧板该缺陷极为明显，1100也有出现。铸轧板横向方向上边部最为严重，其他部位也均有出现。每次立板生产，缺陷程度各有不同，轻者边部出现，重者则整个板面均有。该缺陷呈黑色丝状，方向为轧制方向纵伸，横向呈间隔距离分布。我们因此称此缺陷为黑丝。(详见下图) 该缺陷在铸轧板表面不显或表现微弱，酸洗后明显呈现，但其沿厚向深度不是太深，深度酸洗后可以洗掉。 根据其横向分布的规律性，非常像合金铸锭中出现的偏析瘤，因 此我们将偏析瘤的控制理论和铸轧相结合对此缺陷进行控制 ，取得 了良好的效果。 偏析瘤也叫偏析浮出物或偏析结疤，多是由低熔点共晶组成。其在铸锭中深度一般为0.5-15mm，但是在铸轧板深度较浅，经冷却后阳极化处理会在板面形成色差，影响板面质量，在轧较薄产品时容易出现开裂。 铸轧生产时，铸轧辊不仅单单是压加机械(轧辊)，又相当于结晶器。当铝液出铸嘴唇部和铸轧辊接触结晶时，首先在铸轧辊面(型壁)上形成凝固壳，由于凝固收缩，辊面与凝固壳产生气隙，使铸轧板冷却速度减慢，液穴温度回升。同时由于凝固壳收缩时受铸嘴边部和轧辊边界条件限制会出现应力不均匀(特别是在铸嘴边部)，从而出现规律性间隔裂纹。在凝固壳裂纹处由于熔体的二次补充，出现对已凝固部分的二次加热，该处形成了偏析瘤。由于裂纹程度不同:轻者不能延伸凝固壳表面，因为凝固壳强度较大，重则裂纹贯穿整个凝固壳，故而出现该黑丝缺陷在铸轧板表面不显或表现微弱的外观现象。 该裂纹属于热裂纹，是在线收缩开始温度至固相点的有效结晶温度范围内产生的，而冷裂纹则发生在低温(200?C左右)。(我们铸轧生产出板温度都在300?以上)。 偏析瘤的形成过 程 一旦裂纹形成，在后续铸轧生产中(同一结晶条件下)，出现裂纹的结晶处会一直出现。宏观上呈丝状/条状，黑色(即略呈氧化状)，微观上表现为沿着晶界曲折而不规则，常出现分枝。 影响因素:熔体成分、熔体洁净度、铸轧速度、前箱液面高度、铸嘴 分流块分布、铸嘴开口度、浇注温度、铸轧区、冷却强度等。 熔体成分的影响: 一般合金有效结晶温度范围宽，线收缩率大的，则合金的热裂纹倾向也大。合金成分愈靠近共晶点，热裂纹倾向愈小。合金中的Fe、Si杂质含量是影响热裂纹的重要因素。Fe和Si在铝中形成FeAl3，α(AlFeSi)、β(Fe2Si2Al6)化合物和游离Si等有很大的热脆性，特别是Fe,Si时，产生β(Fe2Si2Al6)和游离Si以及β(Fe2Si2Al6)，Al形成的低熔点共晶，具有很大的热脆性，稍有应力就容易产生裂纹。同时铝硅合金，铝铜合金的共晶温度比纯铝的共晶温度要低的多，当铝液中含硅和含铜较多时，有效结晶温度范围较宽，线收缩率较大， 因此合金的热裂纹倾向也较大。铝锰合金的共晶温度与纯铝相当，当铝液中含锰较多时，有效结晶温度范围较窄，线收缩率较小，因此合金的热裂纹倾向也较小。 以上可见在同一结晶条件下，8011合金最易出现热裂纹，1100合金次之，3003合金相比较最不能出现热裂纹，因此黑丝在以上各合金中出现的几率亦然。 熔体洁净度的影响: 熔体中杂质或渣体，在结晶时一般多会直接或间接以其它相的形式存在与晶界间，使晶界弱化，合金变脆，易于出现热裂纹，从而在铸轧易于出现偏析瘤。 因此防止铸轧板裂纹而形成的偏析瘤(黑丝)，应首先控制成分和杂质。 铸轧速度的影响: 在结晶条件中，裂纹对铸造速度最敏感。过高的浇注速度易引起热裂倾向，过低的浇注速度又易引起冷裂倾向。浇注速度应根据生产实践选择在热裂纹极限速度之下，冷裂纹极限速度之上。 前箱液面高度的影响: 这是我们在生产实践总结取得的一项影响因素。当板面出现黑丝时，我们及时升高前箱液面，板面出现明显横波纹时，黑丝会减轻，基本上可以消除铸轧板横向中间的黑丝。 凝固壳在出现裂纹之前，会因收缩呈横向呈波浪弯曲状，对凝固壳内壁施以较高的静压力会对凝固壳因收缩产生的应力起一定的平 衡作用，减轻凝固壳横向呈波浪弯曲状，使之不至于出现裂纹，形成偏析瘤。 铸嘴分流块分布的影响: 我们在生产实践发现，在同样结晶条件下铸轧过程中容易出现热带的地方，不出热带时的铸轧板往往容易出现黑丝。出现热带的地方较之其他区域，铸嘴在此处的过流量较小，铝液出铸嘴唇部时对凝固壳内壁施以较高的静压力较低，不足以平衡凝固壳因收缩产生的应力，凝固壳横向呈波浪弯曲状，继续发展形成黑丝。 铸嘴开口度的影响: 在同样结晶条件下铸轧过程中，铸嘴开口度较大，铝液出铸嘴唇部时对凝固壳内壁施以较高的静压力较低。铸嘴开口度较小，铝液出铸嘴唇部时对凝固壳内壁施以较高的静压力较高。铸嘴开口度(嘴缝不要大于 4.5mm)。 浇注温度的影响: 浇注温度过高，对控制铸轧的热裂纹倾向是不利的，因为浇注温度升高会使结晶组织变得粗大，导致金属抵抗热裂纹的能力下降。同时，浇注温度过高，会使铝液出铸嘴唇部时形成的固液混合体温度梯度较大，热裂纹倾向较大。 但是，在铸轧中浇注温度较高会使铝液出铸嘴唇部时对凝固壳内壁施以较高的静压力较高，以平衡凝固壳因收缩产生的应力。我们生产易于产生偏析瘤8011铸轧板时，采用的浇注温度一般为700-705?C。我们还发现685?C以下时，8011铸轧板的黑丝也会大大减少。 铸轧区的影响: 铸轧区较大，会使结晶内壁的锥度较大，容易使凝固壳与辊面之间形成气隙，会使冷却速度减慢，液穴温度回升，增加二次重熔形成的偏析瘤的几率。铸轧区较小，则会较少二次重熔形成的偏析瘤的几率，同时会使铝液出铸嘴唇部时形成的固液混合体温度梯度较小，热裂纹倾向较小。 铝液出铸嘴唇部时由于重力作用下垂，造成下结晶内壁的锥度较大，容易使凝固壳与辊面之间形成气隙，会使冷却速度减慢，液穴温度回升，增加二次重熔形成的偏析瘤的几率。上结晶内壁由于铝液出铸嘴唇部时由于重力作用，会比较平滑，锥度较小，不易因凝固壳收缩产生气隙。因此，黑丝只易于出现在下板面。 我们生产易于产生偏析瘤8011铸轧板时，采用的铸轧区一般不超过55mm。 冷却强度的影响: 冷却强度大，会使铝液出铸嘴唇部时形成的固液混合体温度梯度较大，热裂纹倾向较大。在铸造中，一般采用“延迟二次冷却”的，防止裂纹产生。 但是，铸轧不同于一般铸造，为了使晶粒细化，金属组织致密，要求较高冷却强度。较高冷却强度会使熔体来不及对凝固壳裂纹处二次补充造成对已凝固部分的二次加热形成偏析瘤。我们生产易于产生偏析瘤8011铸轧板时，冷却强度一般为冷却水压力为3.5Kg/cm2，单辊冷却水流量不低于1400L/min，这样可使我们生产的铸轧板出现粗 大金属组织，金属组织致密。 综述: 1. 防止铸轧板裂纹而形成的偏析瘤(黑丝)，应首先控制成分和 杂质。加强精炼除渣及在线熔体处理效果，生产中，铝液硅含 量要控制在要求范围的下限。 2. 合理控制铸轧速度，铸轧速度(浇注速度)应根据生产实践选 择在热裂纹极限速度之下。 3. 静压力控制:铸嘴分布要合理，各处流量要均匀;铸嘴开口度 不易过大;浇注温度要在保证平衡凝固壳因收缩产生的应力同 时尽量低;前箱液面在不影响其他质量的情况下，保证一定的 较高液位。 4. 铸轧区在不影响其他质量的情况下，保证尽量小。 5. 冷却强度要保正铝液凝固时间尽量短。 6. 浇注温度、铸轧区、冷却强度对铸轧板其他质量也影响较大， 一定要合理选择浇注温度、铸轧区、冷却强度之间的配合，不 能顾此失彼。(关于这三者我们实践数据以体现在上文中，并 取得了良好的效果)