沈海鷗

摘要：孔洞缺陷是3003鋁合金冷軋板帶中危害最大的缺陷之一，采用掃描電鏡和能譜分析手段對(duì)鋁合金冷軋板帶的孔洞缺陷進(jìn)行分析，扁錠夾雜、異物壓入和軋輥異常是冷軋板帶孔洞缺陷產(chǎn)生的主要原因，針對(duì)孔洞缺陷產(chǎn)生的原因提出預(yù)防改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：鋁合金；冷軋；孔洞

3003鋁合金是以錳為主要合金元素的不可熱處理強(qiáng)化防銹鋁合金，加工成形性能、焊接性能、防腐蝕性能優(yōu)良，因此被廣泛應(yīng)用于需要良好的成形性能、可焊性、高的抗腐蝕性，而又要求具有比1XXX變形鋁合金高強(qiáng)度的工件，如廚具、食品及化工產(chǎn)品貯存處理裝置，熱交換器、壓力罐、掛車(chē)頂棚、建筑圍護(hù)件等領(lǐng)域。但3003鋁合金冷軋板帶由于生產(chǎn)流程長(zhǎng)，精度高，很容易產(chǎn)生擦劃傷、凹坑、起皮和孔洞等表面質(zhì)量問(wèn)題，而孔洞缺陷是3003鋁合金冷軋板帶中危害最大的缺陷之一。由于孔洞必須切除，從而使帶卷的成材率降低，如果孔洞位于帶卷中間而不易發(fā)現(xiàn)，將給下游工序或客戶的生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重影響。冷軋板帶孔洞缺陷主要由扁錠夾雜、異物壓入和軋輥異常引起。作者將對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施。

1、試驗(yàn)方法

觀察缺陷的宏觀形貌并記錄其特征，在缺陷明顯處取樣，并取對(duì)比樣，用掃描電鏡和X射線能譜儀對(duì)缺陷試樣和對(duì)比樣進(jìn)行微觀形貌和化學(xué)成分分析。

2、冷軋板帶孔洞缺陷的成因分析

2.1 扁錠夾雜導(dǎo)致的孔洞缺陷分析

產(chǎn)品質(zhì)量異議統(tǒng)計(jì)表明，扁錠夾雜是造成3003鋁合金冷軋板帶孔洞缺陷的主要原因。圖1為某批次0.75mm厚3003冷軋帶卷孔洞缺陷的宏觀形貌。其特征為：孔洞沿軋制方向分布，呈不規(guī)則撕裂狀，或呈月牙形，孔洞往往成串出現(xiàn)，大小不一，大孔洞附近還伴隨著一些小孔洞。孔洞邊緣沒(méi)有明顯的機(jī)械擦劃傷，孔洞在板帶的正、反面的大小、形貌相同，孔洞附近有起皮現(xiàn)象。圖2為夾雜引起的孔洞缺陷的SEM形貌及能譜分析，表1為對(duì)應(yīng)點(diǎn)的EDS化學(xué)成分分析結(jié)果。分析表明夾雜物主要是C、O化合物。而在未開(kāi)裂區(qū)域取正常試樣的EDS分析結(jié)果，C、O元素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于孔洞缺陷處。經(jīng)調(diào)查，該批次3003冷軋帶材所用錠坯是100%使用熔鑄車(chē)間及熱軋、冷軋車(chē)間的返回料生產(chǎn)。由于爐料的反復(fù)使用，熔體與大氣、爐氣以及爐襯材料反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量的C、O化合物夾雜。

夾雜物存在于扁錠中破壞了金屬的連續(xù)性，其塑性差，成為扁錠及加工制品中的裂紋源[1]。隨著軋制過(guò)程板帶的減薄，在夾雜物與金屬基體的界面處產(chǎn)生開(kāi)裂，最后產(chǎn)生穿孔缺陷。

2.2 異物壓入導(dǎo)致的孔洞缺陷分析

異物壓入導(dǎo)致的鋁合金冷軋板帶孔洞缺陷呈單個(gè)或成串出現(xiàn)，孔洞形態(tài)不規(guī)則，大小不同。其產(chǎn)生的主要原因有：輥面粘附的異物脫落軋入鋁板帶表面；鋁帶卷在進(jìn)入軋機(jī)前夾入異物進(jìn)軋機(jī)后被軋入板帶表面；外來(lái)金屬等異物黏結(jié)在扁錠表面或扁錠測(cè)溫?zé)犭娕紲粼诒忮V內(nèi)部，熱軋時(shí)異物被一起軋制，冷軋減薄軋制后異物脫落形成孔洞；在熱軋階段，鋁板側(cè)邊撞擊軋機(jī)導(dǎo)尺，產(chǎn)生的撞擊飛濺物（主要是合金碎塊）掉落被壓入鋁板表面，合金碎塊等異物比基體金屬溫度低，被壓入基體中的合金碎塊比基體硬，塑性變形困難[2]，當(dāng)軋制減薄到一定厚度時(shí)，合金碎塊等異物裸露出基體表面而脫落形成孔洞，或裸露的金屬碎塊及其與基體金屬連接處發(fā)生斷裂，破壞了金屬的連續(xù)性從而形成孔洞缺陷。

圖3是某批次0.7mm厚3003鋁合金冷軋帶異物壓入引起的孔洞缺陷宏觀形貌。觀察其缺陷形貌，可看到該異物引起的孔洞沿軋制方向拉長(zhǎng)，孔洞缺陷長(zhǎng)達(dá)200mm，非常嚴(yán)重，孔洞形狀不規(guī)則，尚未脫落的壓入物長(zhǎng)達(dá)70mm，與其周?chē)饘倩w有明顯的色差，并有明顯金屬光澤。將壓入物從孔洞中取出進(jìn)行能譜分析，其主要成分為Fe、Cr和Ni，是與3003鋁合金完全不相同的鋼鐵材質(zhì)，見(jiàn)圖4。經(jīng)與扁錠測(cè)溫?zé)犭娕嫉腅DS分析結(jié)果對(duì)比，該壓入物化學(xué)成分與熱電偶化學(xué)成分相同。該孔洞缺陷的產(chǎn)生是因?yàn)檎蹟嗟臏y(cè)溫?zé)犭娕紲粼诒忮V里，鋁帶板與熱電偶塑性不相同，經(jīng)過(guò)熱軋、冷軋后，熱電偶與基體金屬分離、脫落后形成孔洞缺陷。

能譜分析]

2.3 軋輥異常導(dǎo)致的孔洞缺陷分析

軋輥異常導(dǎo)致的孔洞缺陷與鋁板帶材質(zhì)無(wú)關(guān)，屬于機(jī)械損傷類缺陷。軋輥異常主要指軋輥輥面缺肉或軋輥輥面粘附金屬物。軋輥異常引起的孔洞缺陷其特征是孔洞在鋁板帶上周期性出現(xiàn)，孔洞距離板帶邊部均勻一致。該類孔洞缺陷往往在熱精軋時(shí)板帶表面就存在孔洞或粘傷缺陷。

軋輥異常導(dǎo)致的孔洞缺陷產(chǎn)生原因：當(dāng)軋制潤(rùn)滑不良，或軋輥表面缺肉，使其表面粗糙度變大，此時(shí)如果鋁板帶越軟，則板帶與軋輥之間的摩擦系數(shù)增大，因板帶與輥面摩擦的增大會(huì)產(chǎn)生越來(lái)越多的鋁粉粘附在輥面并堆積，壓入鋁板帶后形成周期性的孔洞缺陷。相比于其他原因?qū)е碌目锥慈毕荩擃惪锥慈毕菰谏a(chǎn)過(guò)程中很少發(fā)生。

3、冷軋板帶孔洞缺陷的預(yù)防措施

扁錠夾雜是導(dǎo)致3003鋁合金冷軋板帶孔洞缺陷的主要原因，防止夾雜引起的孔洞缺陷，重點(diǎn)是提高鋁合金熔體潔凈度，防止非金屬夾雜的產(chǎn)生，主要措施有：（1）熔鑄所用原、輔材料的油污、泥土、灰塵和水分等必須清除干凈；（2）合理配料，新、舊料比例要適當(dāng)；（3）加強(qiáng)熔體凈化處理，應(yīng)采用爐內(nèi)精煉、在線除氣與在線過(guò)濾除渣相結(jié)合的熔體凈化工藝，有效除氣、除渣；（4）適當(dāng)提高精煉溫度和鑄造溫度，利于渣、鋁分離和渣子上浮，以便將鋁渣清除干凈[3]。

針對(duì)異物壓入孔洞缺陷的成因，其預(yù)防措施是：（1）扁錠應(yīng)銑面，扁錠表面干凈無(wú)異物；（2）扁錠均勻化退火熱處理完成后，應(yīng)將扁錠測(cè)溫?zé)犭娕紡谋忮V測(cè)試孔洞中取出，測(cè)溫孔洞位置靠近扁錠頭、尾部，以便于在扁錠鋸切頭尾時(shí)切除，可防止熱電偶滯留在扁錠內(nèi)部引起板帶孔洞缺陷；（3）提高軋制穩(wěn)定性，避免鋁板帶在軋制過(guò)程中跑偏，加強(qiáng)軋機(jī)導(dǎo)尺維護(hù)。

軋輥異常引起的孔洞缺陷，可通過(guò)及時(shí)清理軋輥表面堆積的異物，定期檢查輥道表面，及時(shí)處理軋輥表面缺陷等措施來(lái)有效預(yù)防。

4、結(jié)論

（1）扁錠夾雜、異物壓入和軋輥異常是冷軋板帶孔洞缺陷產(chǎn)生的主要原因。

（2）夾雜引起的孔洞缺陷呈不規(guī)則撕裂狀斷口，或呈月牙形，孔洞往往成串出現(xiàn)，大小不一，大孔洞附近還伴隨著一些小孔洞?？锥催吘墰](méi)有明顯的機(jī)械擦劃傷，有時(shí)孔洞缺陷附近存在起皮現(xiàn)象。防止夾雜引起的孔洞缺陷，重點(diǎn)是提高鋁合金熔體潔凈度，防止非金屬夾雜的產(chǎn)生。

（3）異物壓入導(dǎo)致的鋁合金冷軋板帶孔洞缺陷呈單個(gè)或成串出現(xiàn)，孔洞形態(tài)不規(guī)則，大小不同。它的產(chǎn)生是因?yàn)楸忮V本身原有的金屬異物或在軋制過(guò)程中因各種原因掉落在板帶表面的金屬碎塊軋入金屬表面，在后續(xù)板帶軋制減薄到一定厚度時(shí)，異物裸露出基體表面而脫落形成孔洞，或裸露的金屬碎塊及其與基體金屬連接處發(fā)生斷裂，破壞了金屬的連續(xù)性從而形成孔洞缺陷

（4）軋輥異常引起的孔洞缺陷其特征是孔洞在鋁板帶上周期性出現(xiàn)，孔洞距離板帶邊部均勻一致。此類孔洞缺陷產(chǎn)生的幾率小。

參考文獻(xiàn)：

[1] 肖亞慶，謝水生，劉靜安，等，鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社.2005.

[2] 時(shí)羽，梁曉寧，等.LF板材表面軋制碎裂孔洞分析[J].黑龍江冶金，2007（2）：8-9.

[3] 劉靜安，單長(zhǎng)智，侯繹，謝水生，鋁合金材料主要缺陷與質(zhì)量控制技術(shù)[M]，北京：冶金工業(yè)出版社.2014.