黃成強，李福林

(奧科寧克(秦皇島)鋁業(yè)有限公司，河北 秦皇島 066003)

奧科寧克(秦皇島)鋁業(yè)有限公司2008年從美國VAII引進2#冷軋機，其主要組成部分：上料提升架，準備站，開卷機，對中設備，前饋測厚儀，張緊輥，噴射橫梁，軋制輥系，空氣吹掃系統(tǒng)，板形監(jiān)測系統(tǒng)，后饋測厚儀，卷取機，打帶機，卸料提升架。該冷軋機為精整廠提供合格的卷材和板材[1]，生產(chǎn)的合金為1×××系、3×××系、5×××系、6×××系鋁合金。主要客戶有波爾、太平洋、宏泰等大型制罐廠和罐車廠家等。

隨著人們生活水平的提高，不但要滿足終端消費者的物質(zhì)感受，而且也要滿足其消費過程中帶來的精神享受。作為鋁及鋁合金軋制產(chǎn)品，除了滿足下游客戶對材料的性能要求和形狀尺寸要求外，也需要考慮終端客戶對外觀的視覺感受。1×××鋁合金的拋光或陽極氧化的化妝品、包裝盒用產(chǎn)品，3×××鋁合金的原鋁色或淺色罐料產(chǎn)品，5×××鋁合金的高端陽極氧化電子產(chǎn)品和拉桿箱產(chǎn)品，6×××鋁合金汽車板產(chǎn)品，等等，每一寸板材表面都需要達到藝術品的要求。

鋁及鋁合金板帶材在軋制過程中，尤其冷軋軋制過程中，需要保持干凈的表面，最終才能生產(chǎn)出高表面質(zhì)量的產(chǎn)品。鋁粉的產(chǎn)生和控制就尤為重要。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國鋁加工企業(yè)乃至全球鋁加工企業(yè)，由于表面質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的非預計廢品占總非預計廢品的2/3以上。而表面質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因，大多數(shù)與軋制過程中產(chǎn)生的鋁粉過多有關。國內(nèi)一些鋁加工企業(yè)，為了緩解在冷軋軋制過程中產(chǎn)生過多的鋁粉問題，在生產(chǎn)5182鋁合金罐蓋產(chǎn)品時，在中間道次增加清洗，以減少表面鋁粉，避免了后道工序鋁粉團壓入而產(chǎn)生的表面質(zhì)量缺陷問題。這樣雖然減少了鋁粉過多產(chǎn)生的額外非預計廢品，但無形當中增加了成本和加工周期。2008年，我公司開始對不同合金、不同生產(chǎn)工藝流程、軋輥的磨削、冷軋壓下量、冷軋軋制油添加劑等因素進行研究，取得了較為理想的效果，能夠滿足1×××、3×××、5×××和6×××系鋁合金所有高表面質(zhì)量產(chǎn)品的要求，并且實現(xiàn)了與鋁粉有關的非預計廢品為零的目標.

1 鋁粉產(chǎn)生的機制

穩(wěn)定軋制過程中，軋輥與軋件的摩擦為滑動摩擦。軋制過程中雖然有運動的軋輥和軋件把潤滑劑帶入逐漸收斂的楔形間隙，但輥縫內(nèi)油膜厚度很小，難以保證完全的流體潤滑。因此軋輥上微凸起和軋件上微凸起粘著，當軋輥和軋件相對滑動時，粘接點被剪斷，同時堅硬的軋輥微凸起壓入軟質(zhì)軋件，犁溝軟質(zhì)的軋件表面，磨損軋輥和軋件。鋁粉主要是軋輥與軋件之間的磨損引起的。

為減少軋制過程中鋁粉產(chǎn)生量，應減小軋輥表面粗糙度，增加油膜強度和厚度，減少軋輥與板帶的相對滑動以及減輕軋輥表面與鋁的粘著力。

2 鋁粉檢測方法和試驗方案及結果

2.1 標準化鋁粉定量檢測的方法

目前，鋁加工業(yè)內(nèi)有兩種鋁粉測試方法：一種是采用白棉布包裹在重錘端面(參考圖1)，在恒定壓力下重錘在鋁帶材表面滑動固定的長度，通過掃描儀掃描白布來評定灰度值(參考圖2)，從而定性的評估鋁帶材表面的鋁粉量。由于這種檢測方法受鋁粉顆粒尺寸和檢測條件限制不能定量判定鋁粉量。第二種方法是采用膠帶/X射線熒光光譜法(Tape/XRF)進行定量檢測，這是美國鋁業(yè)公司(奧科寧克前)開發(fā)的，首先采用輥輪將3M膠帶壓實在鋁帶材表面，然后撕下，這樣非常細小的鋁粉(約20 nm)及尺寸大一點的鋁屑(1 μm～50 μm)都被收集在膠帶的表面，見圖3；將膠帶鑲嵌在玻璃板上，采用Oxford Lab-X3000 X射線熒光光譜檢測儀或便攜式Lab-X3000X射線熒光光譜檢測儀進行檢測；根據(jù)X射線熒光光譜檢測儀檢測出的強度與鋁粉量回歸出一條相關性直線，這樣就可以定量檢測鋁粉的含量。

圖1 重錘和白布檢測法

圖2 恒壓下白布上的鋁粉

圖3 3M膠帶粘接前后鋁帶材表面形貌

2.2 試驗方案及結果

基于軋制過程中鋁粉產(chǎn)生的機制，影響鋁粉的因素：軋輥表面粗糙度Ra及其表面形貌、壓下量、合金種類、軋制油添加劑。通過正交試驗，制定如下的試驗方案，見表1。

每種試樣至少軋制5卷，收集鋁粉的數(shù)據(jù)，并取平均值作為該試驗工藝的最終鋁粉檢測結果。根據(jù)以前關于鋁粉多少的經(jīng)驗，將鋁粉產(chǎn)生量處于中等水平的1050鋁合金作為主要研究合金，試驗測量軋輥表面粗糙度Ra、壓下量、軋制油添加劑對鋁粉產(chǎn)生量的影響[2]。不同因素對鋁粉的影響見表1。

由表1可知，通過對比前5組試樣，壓下量為40%的產(chǎn)品表面鋁粉產(chǎn)生最多。壓下量越小，鋁粉產(chǎn)生越少。這是因為壓下量越大，油膜厚度越薄，堅硬的軋輥微凸起越易壓入軟質(zhì)軋件，軋輥上微凸起和板帶上微凸起粘接點越多，相對滑動越容易產(chǎn)生鋁粉。但是壓下量太小，影響效率和成本，減小壓下量不是最好的選擇。

表1 鋁粉影響因素的試驗方案及結果

輥面粗糙度越大，產(chǎn)生鋁粉就越多。粗糙度越大，軋輥微凸起越大，越易壓入軟質(zhì)軋件產(chǎn)生鋁粉。生產(chǎn)經(jīng)驗表明，軋輥粗糙度對鋁粉產(chǎn)生較大影響的軋制壓下量區(qū)間在25%～45%之間。

減少磨削毛點的數(shù)量，能夠減少鋁粉的產(chǎn)生。

軋制油添加劑對冷軋過程中產(chǎn)生鋁粉的影響：單獨使用月桂醇或月桂酸甲酯，鋁粉產(chǎn)生量無明顯差別；在存在月桂醇的情況下添加月桂酸可大幅減少鋁粉。根據(jù)7#、8#試樣的試驗結果，0.5%的月桂酸可減少約30%的鋁粉。這是因為同時添加多種添加劑有助于增加油膜強度和厚度，進而減輕磨損。

根據(jù)表1中8#、9#和10#試樣的試驗數(shù)據(jù)，在相同的壓下量、添加劑以及粗糙度的情況下，不同合金產(chǎn)生鋁粉的趨勢從小到大依次為3104鋁合金的最小，1050鋁合金的次之一，5182鋁合金的最大。筆者認為不同鋁合金與軋輥表面親和力不同，自身強度和塑性也不同，導致鋁粉產(chǎn)生量有差別。

為了減少鋁合金冷軋過程中產(chǎn)生鋁粉，針對不同的產(chǎn)品，采用不同粗糙度的工作輥。

磨輥砂輪的選型，為了減少磨削的毛點使用碳化硅的砂輪替代氧化鋁的砂輪。

使用正常磨削工作輥代替鍍鉻工作輥。

為了減少鋁粉將軋制油的添加劑從脂肪酸改為脂肪醇或脂肪酯。添加劑的總量不能超過20%。

3 結束語

奧科寧克(秦皇島)鋁業(yè)有限公司在的逐年產(chǎn)量提高的情況下,客戶對鋁材質(zhì)量要求逐步提高,我們遵循現(xiàn)有的軋輥磨削工藝和軋制油的指標控制，沒有出現(xiàn)冷軋區(qū)域鋁合金帶材表面鋁粉問題，為企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。