熱軋鋁粉導致的黑條缺陷分析及對策

寧金華

(奧科寧克(昆山)鋁業有限公司，江蘇 昆山 215332)

近幾年隨著國民經濟的發展和市場的激烈競爭，客戶對鋁板帶的表面質量和外觀要求都越來越高[1]。這對鋁合金板帶生產企業，提出了更高的質量控制要求。在鋁合金板帶熱軋過程中，黑條是最常見的表面缺陷之一，嚴重影響產品表面質量。

本文將著重探討鋁合金板帶熱軋過程中，因過多的鋁粉導致的黑條缺陷，進行原因分析，以及根據實際經驗提出有效的改善對策。

1 黑條缺陷描述

1.1 黑條缺陷概述

熱軋卷厚度5.0～6.0mm，在熱軋卷上未發現明顯黑條、污垢等缺陷，但經過3～4道次冷軋后的成品（厚度1.0～1.5mm），典型黑條缺陷形貌如圖1所示，黑條缺陷一般寬度10～30mm，長度100～300mm，顏色較淺，表面無破損，觸摸無手感，酒精等溶劑擦拭不消除，在鋁卷的寬度和長度方向間斷性分布沒有明顯規律，上下表面都有。

1.2 黑條缺陷樣品分析

取缺陷樣品，進行能譜分析，比對黑條缺陷部位與正常部位成分，結果見表1。

圖1 黑條缺陷形貌

表1 能譜分析結果

缺陷部位相比正常軋制部位，主要氧元素含量增加，鋁元素含量降低，其他C、Mg、Si元素無明顯變化。

使用掃描電鏡分析缺陷部位與正常部位，結果分別見圖2、圖3。

圖2 缺陷位置表面SEM圖

圖3 正常位置表面SEM圖

缺陷部位有異常的氧化物殘留，SEM顯示表面有深色污染物，造成了肉眼可見的黑色痕跡，從分成分析，殘留物為氧化鋁粉。

2 黑條形成原因

從對缺陷的樣品分析，得出缺陷為氧化鋁粉壓入導致的黑條，另外從缺陷的長寬比數據，以及冷軋每個道次的取樣觀察，確認缺陷產生于熱軋工序。

正常的軋制過程中，軋件在變形區內表面與軋輥摩擦都會產生鋁粉,主要組成物為Al2O3[2]。鋁粉經過乳液噴淋進入污油箱，部分與乳液內的有機皂反應生成油泥上浮，可通過撇油去除；另外經過濾布過濾可以去除鋁粉。

鋁合金熱軋軋制摩擦力較大，帶材表面鋁粉多，容易在軋制變形區造成鋁粉聚集，鋁粉聚集到一定程度后鋁粉會被壓入鋁基體中形成黑條缺陷[3]。

3 黑條控制對策

通過以上分析得出，黑條的缺陷是熱軋過程中過多鋁粉壓入導致，所以熱軋鋁粉控制是關鍵。

3.1 乳液管理

熱軋時工作輥與物料表面摩擦產生的鋁粉，絕大多數進入乳液系統，一般通過過濾和撇油兩種方法去除乳液系統中鋁粉[4]。

乳液過濾常規采用80～100克/平方米的無紡布，將污油箱中的乳液經過無紡布過濾后進入凈油箱，能有效去除部分鋁粉。目前市場上有克重更高的無紡布（高精度無紡布），我們進行了試用比對，并對過濾后的無紡布取樣, 用酒精沖洗濾布表面鋁粉,再進行過濾烘干，使用顯微鏡觀察濾紙樣品表面的鋁粉。

結果如圖4、圖5所示，相比普通過濾紙，高精度過濾紙表面殘留的鋁粉尺寸更小。實際在現場使用高精度過濾布兩個月后，從乳液檢測的灰分指標看，也有明顯降低。說明使用高精度過濾布能增加鋁粉過濾量，特別是小尺寸鋁粉。

圖4 普通精度過濾布鋁粉形貌

另外，乳液中的無法通過過濾去除的鋁粉需要定期撇油、排放置換去除。當乳液中灰分超過700PPM或旋蒸粘度超過115mm2/s時，需要加大熱軋乳化液撇油量，部分置換排放乳液[5]，降低乳化液中鋁粉含量，提高乳化液清潔度。

3.2 軋機清潔

在熱軋過程中，隨著乳液的噴淋，鋁粉會粘到熱軋機機架、導輥等部件上，并不斷積聚，容易滴落或接觸到板面上，導致壓入形成黑條。

所以在熱軋生產過程中，需要每班根據實際情況定期進行軋機沖洗，清除、減少機架內、導輥上的鋁粉殘留。特別當生產表面要求高的產品時，每隔3～5卷需要進行一次軋機清潔沖洗。機架導輥未沖洗前表面殘留的鋁粉掃描見圖6。

圖6 導輥表面鋁粉殘留

3.3 工藝控制

鋁粉產生于熱軋軋制過程中的摩擦，因此軋制力大小、工作輥粗糙度、乳液潤滑性能、軋制溫度等參數對摩擦力有影響，可以通過相關工藝參數控制，減少鋁粉產生。

通過提高乳液的潤滑性能相對簡單快速而且易于實施。提高乳液濃度，使進入變形區內接觸弧內的潤滑油增多，改善接觸弧內的潤滑條件[6]。另外可以提高乳液酯含量，增加油膜強度，也有利于減少磨擦力，產生較少的鋁粉。

另外可以適當降低工作輥粗糙度，合理使用清刷輥、調整道次壓下量使各道次軋制力相對均衡，也能降低軋制過程中的摩擦力。

4 結 論

鋁合金熱軋過程中，乳液中過多的鋁粉會導致表面黑條缺陷，冷軋無法消除。經過以下方法經現場實施后，能有效降低乳液中鋁粉含量，并減少成品表面黑條缺陷：

（1）提高乳液過濾精度；增加撇油、排放；

（2）提高軋機清潔性，定期沖洗清潔；

（3）調整乳液濃度、輥面粗糙度等工藝參數。