Производство алюминиевых листов: От литья до отделки

Производство алюминиевых листов включает в себя преобразование алюминия и его сплавов через стадии плавки, литья, предварительной подготовки, плоской прокатки, термообработки и отделки. В результате получаются либо отдельные листы, либо прокат с прямоугольным сечением.

Толщина листа может достигать 200 мм, при этом существуют такие категории, как тонкие листы, толстые листы (5-80 мм) и особо толстые листы. Ширина листа обычно составляет 1-5 м, а длина варьируется в пределах 2-10 м.

Полосы обычно имеют толщину не более 2 мм и ширину не более 600 мм и поставляются в рулонах.

Листы и полосы из алюминия и алюминиевых сплавов поставляются в горячекатаном состоянии, отожженном состоянии, с различной степенью мягкости и с различной термической обработкой.

Существует два метода производства листов из алюминия и алюминиевых сплавов: блочный и полосовой.

Блочный метод предполагает разрезание горячекатаного сляба на несколько блоков, а затем их холодную прокатку по отдельности в готовые изделия. Штрипсовый метод предполагает прокатку сляба до определенной толщины и длины, а затем его сматывание в рулоны.

После достижения необходимой толщины он разрезается на отдельные алюминиевые листы. Этот метод отличается более высокой производительностью и позволяет получать продукцию лучшего качества.

Процесс производства листов и полос из алюминиевых сплавов можно разделить на такие этапы, как предварительная подготовка, горячая прокатка, холодная прокатка, термическая обработка и отделка.

Подготовка к нагреву включает в себя проверку качества отливки, равномерный нагрев, распиловку, фрезеровку, алюминиевую обмотку и нагрев. Использование качественного литья является необходимым условием для обеспечения качества готовой продукции.

Большинство отливок, используемых в современном производстве листов из алюминиевых сплавов, изготавливаются методом полунепрерывного литья. Такие отливки имеют большие размеры и мелкоструктурные внутренние дендриты.

При полунепрерывном литье скорость охлаждения очень высока, что затрудняет процесс диффузии в твердой фазе и вызывает неоднородность химического состава и микроструктуры, например, сегрегацию внутри кристалла, что снижает пластичность.

Таким образом, некоторые алюминиевые сплавыОсобенно отливки из твердых алюминиевых сплавов требуют гомогенизационной обработки для устранения или уменьшения неоднородности состава и структуры, а также снятия литейных напряжений.

Температура гомогенизации алюминиевых сплавов должна быть на 10-15℃ ниже эвтектической температуры самой низкой точки плавления сплава, а выдержка в течение 12-24 часов позволяет устранить неравномерность состава и структуры.

Для твердого алюминия литьё из сплавовТемпература гомогенизации составляет 480-495℃, выдерживается в течение 12-15 часов. Для сплавов Al-Zn-Mg-Cu температура составляет 450-465℃, выдерживается в течение 24 часов.

Если поверхность слитка имеет такие дефекты, как сегрегационные осадки, включения, шрамы и трещины, необходимо провести фрезерование. Это решающий фактор в обеспечении хорошего качества поверхности готового изделия. Величина фрезерования зависит от глубины дефектов, обычно она составляет 4-10 мм.

Плакирование - это уникальный процесс производства листов и полос из алюминиевых сплавов. Он включает в себя размещение плакированных листов сверху и снизу отливки и объединение их в единое тело посредством горячей прокатки.

Целью плакирования является повышение коррозионной стойкости листов и полос из алюминиевого сплава, защита основного металла от коррозии и улучшение технологических характеристик. Плакированный лист должен иметь подходящий химический состав и соответствующую толщину.

Для листов на основе твердого алюминия в качестве плакирующего листа используется чистый алюминий с содержанием меди и цинка менее 1%. Если в качестве основы используется сверхтвердый алюминий, в качестве плакирующего листа применяется сплав Al-Zn с содержанием цинка 1-3%.

В зависимости от толщины листа и области применения, готовый плакирующий слой составляет 2%, 4% и 8% от толщины листа.

Плакировка для улучшения технологичности называется технологической плакировкой, она предназначена для предотвращения растрескивания поверхности при раскрытии отливки. Толщина плакирующего слоя составляет 0,5-1,5% от толщины готового листа.

Целью нагрева отливки является повышение ее пластичности и снижение сопротивления деформации, что облегчает горячую прокатку.

Температура нагрева отливки определяется на основе фазовой диаграммы сплава и диаграммы пластичности. Температура нагрева должна позволять начать горячую прокатку при максимально допустимой температуре.

Для чистого алюминия и слитков из низколегированных алюминиевых сплавов температура нагрева составляет 500℃ или выше, для слитков из твердых алюминиевых сплавов - 390-430℃, а для сверхтвердых алюминиевых сплавов - 370-410℃.

Время нагрева направлено на достижение равномерной температуры по всему сечению отливки. Слишком длительное время нагрева приводит к образованию слишком толстого оксидного слоя на поверхности отливки, что не способствует соединению плакированного листа и слитка. Отливка нагревается в нагревательной печи непрерывного действия с циркуляцией воздуха.

Горячая прокатка отливок из алюминиевых сплавов предназначена для получения заготовок для холодной прокатки или непосредственно для производства толстолистового горячекатаного проката.

В зависимости от масштаба производства, существует три метода горячей прокатки отливок из алюминиевых сплавов:

(1) Однорамная горячая прокатка, который выполняет весь процесс от начала заготовки до завершения горячей прокатки на одном стане. прокатная машина.

Для повышения эффективности производства используются крупные отливки и реверсивные прокатные станы. Четырехвалковые станы используются для увеличения ширины листа и улучшения его формы. При однорамной горячей прокатке перепад температур на прокатываемом изделии велик, конечная толщина проката велика (6-8 мм), вес рулона относительно мал, а качество и эффективность производства проката не идеальны.

(2) Двухклетевая горячая прокатка. Этот процесс начинается с реверсивного прокатного стана, на котором происходит первичное формирование заготовки и горячая черновая прокатка слитка, после чего заготовка передается на второй четырехвалковый реверсивный стан для горячей чистовой прокатки. Поскольку черновая и чистовая прокатка теперь являются отдельными задачами, повышается не только производительность и эффективность производства, но и качество проката. Окончательная толщина проката может достигать 2 мм.

(3) Полунепрерывная горячая прокатка. Для этого используются 1-2 реверсивных прокатных стана для формирования заготовок и горячей черновой прокатки, после чего заготовка перемещается на 3-6 четырехвалковых тандемных прокатных станов для горячей чистовой прокатки, причем каждая клеть выполняет один проход. Поскольку крупные слитки прокатываются на высокой скорости, масштабы производства не только велики, но и время промежутка между прокатками невелико, поэтому температура чистовой прокатки высока, что позволяет получить отожженные рулоны улучшенного качества.

Система процесса горячей прокатки включает в себя такие параметры, как сокращение проходов, температура прокатки, скорость прокатки, смазка и охлаждение. Более высокая степень обжатия способствует проникновению деформации в заготовку, снижая вероятность растрескивания кромок и обмотки валков. Однако уменьшение прохода ограничивается условиями прикуса валков.

Кроме того, на этапе формирования заготовки уменьшение числа проходов и скорость прокатки не должны быть чрезмерными, чтобы обеспечить плавный переход от литой структуры слитка к деформированной структуре.

При прокатке слитков с алюминиевой плакировкой для обеспечения хорошего сцепления между плакирующей пластиной и слитком необходимо контролировать снижение первого прохода в диапазоне 2%-4%. Прокатка кромок может улучшить напряженное состояние на краю заготовки, уменьшая трещины на кромках.

Наплавка на боковую поверхность слитка и прокатка кромок позволяет устранить краевые трещины при горячей прокатке алюминиевых сплавов. На более поздних стадиях прокатки, по мере увеличения длины заготовки, скорость прокатки также должна быть соответственно увеличена.

Для достижения ровного, гладкого качества прокатки и снижения усилия прокатки очень важна адекватная смазка при горячей прокатке. Для смазки при горячей прокатке алюминиевых сплавов часто используются эмульсии на водной основе.

Эмульсия изготавливается из смеси эмульгатора и воды с концентрацией от % до %, немного меньше при прокатке твердых сплавов. Эмульгатор состоит из трансформаторного масла, олеиновой кислоты и триэтаноламина.

Для получения хорошей плоскостности горячекатаных рулонов необходим контроль над формой зазора между валками на 546 градусов, который достигается с помощью гидравлической системы. гибка валковохлаждение корпуса секционного валка, контроль выпуклости валка (см. контроль формы валка), а также соответствующая регулировка графика и скорости прокатки.

Эмульсия, распыляемая на валик, помимо смазывающей, выполняет еще и охлаждающую функцию. Давление в распылительной форсунке должно быть около , при расходе 56 л/(см-с).

Холодная прокатка позволяет получать рулоны с превосходной плоскостностью, гладкой поверхностью, более тонкой и равномерной толщиной, а также лучшей структурой и свойствами по сравнению с горячекатаными рулонами.

Холодная прокатка может осуществляться на одноклетевом или тандемном стане. В настоящее время чаще всего используются одноклетевые четырехвалковые нереверсивные прокатные станы со скоростью прокатки 520 м/с или до 2540 м/с при тандемной прокатке.

Всестороннее автоматическое управление осуществляется с помощью компьютерных систем, таких как автоматический контроль плоскостности (AFC), автоматический контроль калибра (AGC), автоматический контроль натяжения (ATC) и автоматическая регулировка скорости (ASR), что позволяет получать высококачественную продукцию с отклонениями по толщине до ±3~5 мкм и плоскостностью менее 10 единиц I.

В условиях, когда возможности оборудования позволяют, смазка и охлаждение эффективны, а заготовка не трескается по краям и может получить хорошую поверхность, холодная прокатка должна быть направлена на высокое снижение прохода.

Для чистого алюминия и мягких сплавов допустимое снижение прохода составляет 50%-70%, обычно 40%-50%; для твердых сплавов оно составляет около 40%, обычно менее 30%. Уменьшение прохода должно сделать усилие прокатки практически одинаковым в каждом проходе, обеспечивая равномерную толщину и хорошую плоскостность рулонов.

В условиях, когда краевые трещины не возникают, общая скорость снижения холодной прокатки для чистого алюминия и мягких сплавов может достигать более 95%, а для твердых сплавов - от 90% до 92%.

Для предотвращения краевых трещин и изломов полосы сплавы с плохой пластичностью требуют предварительного отжига при горячей прокатке, а при холодной прокатке проводят 1-2 промежуточных отжига.

Толщина последнего промежуточного отжигили общая скорость обжатия на последнем проходе холодной прокатки, играет решающую роль и влияет на характеристики конечного продукта.

Натяжение прокатных листов во время прокатки влияет на их толщину, плоскостность и однородность. Натяжение должно быть меньше, чем предел текучести кусков проката, а его величина зависит от пластичности и склонности к образованию трещин по краям кусков проката.

На этапах ускорения, постоянной скорости и замедления прокатки колебания натяжения должны быть сведены к минимуму.

Смазка при холодной прокатке (см. Смазка при холодной прокатке) и охлаждении предназначена для уменьшения трения, снижения давления прокатки, улучшения качества поверхности прокатных деталей, охлаждения валков и прокатных деталей, а также для контроля профиля валков (см. Контроль профиля валков). Смазочно-охлаждающие жидкости должны обладать одновременно смазывающими, моющими и охлаждающими свойствами.

Для скорости прокатки менее 5 м/с можно использовать эмульсию на водной основе с концентрацией от 2% до 8%; для высокоскоростной прокатки используется прокатное масло, состоящее из базового масла и присадок, называемое полной масляной смазкой.

Независимо от того, эмульсия это или полноценное масло, и то, и другое необходимо фильтровать в процессе переработки, чтобы удалить алюминиевую и глиноземную золу, смытую с прокатных деталей и валков.

В отфильтрованной смазочно-охлаждающей жидкости примеси должны составлять менее 0,5 г/л, а размер частиц примесей должен быть менее ~μm.

Термообработка - Помимо горячекатаных и холоднокатаных изделий, алюминий легированные пластины и полосы должны подвергаться отдельному отжигу или закалке и старению в соответствии с требованиями (см. раздел "Термическая обработка материалов из цветных сплавов").

Финишная обработка - это обработка и расположение листов и полос перед поставкой после прокатки и окончательной термической обработки, включая окончательную резку, правку, полировку, упаковку и т.д. Эти этапы могут выполняться на одной производственной линии или по отдельности.

Окончательная резка включает поперечную и продольную резку. Поперечная резка разрезает рулонную ленту на пластины, а продольная резка делит широкую рулонную ленту на несколько узких рулонов.

При резке также удаляются головные и хвостовые части с несоответствием размеров и детали с некачественной поверхностью.

Выпрямление может уменьшить или устранить внутреннее напряжение в листах и полосах после прокатки или термообработки и вызванные этим неровности. Правка включает в себя правку валков, правку с натяжением и полировку.

Рихтовка с натяжением подразделяется на рихтовку с натяжением пластин и рихтовку с натяжением полос. С помощью многократного изгиба, растяжения или утончения пластины и полосы подвергаются пластической деформации от 1% до 2% для достижения цели правки.