宋凌峰1，王祝堂2
摘 要：本篇为全文的第二部分，主要介绍铝合金厚板用扁锭热轧前的准备，包括：扁锭的均匀化退火；锭坯锯切与表面处理；锭坯的加热。对各工序的工艺制度及注意事项作了系统的概述。
关键词：均匀化退火；锭坯锯切；铣面；锭坯加热
中图分类号：TG292；TG146. 21 文献标识码：A 文章编号：1007 - 7235 (.2015)12 -0001 - 13
Slab casting for aluminum plate and preparation before hotrolling(part 2)
SONG Ling-fengl, WANG 2hu-tang2
(1. Northeast Light Alloy Co., Ltd, Harbin 150060, China;
2. China Nonferrous Metals Fabrication Association,Beijing 100814, China)
Abstract:This article is the second part of the full text. It mainly introduces the preparation before hot rolling of the slab for aluminum alloy plate which includes: homogeneous annealing of the slab,saw cutting and surface treatment of the slab, heating of the slab. Theprocess system and matters needing attention for each process are introduced svstematically.
Key words:homogenizing annealing; saw-cutting of slab; surface scalping; slab heating
1.2扁锭的均匀化退火
1.2.1 铸态铝合金的组织和性能特征
在工业生产条件下，由于铸造时冷却速度较快，合金凝固时的冷却速率为0.1℃/s - lOO℃/s，凝固后的铸态组织通常偏离平衡状态的。
在直接水冷半连续铸造条件下生产的铝合金锭，由于强烈的冷却作用引起浓度过冷和温度过冷，使凝固后的铸态组织主要有以下特点。
1)晶界和枝晶界存在非平衡结晶。可溶相在基体中的最大同溶度发生偏移。凝固结晶时合金受溶质再分配的影响，在晶界和枝晶上有一定数量的非平衡共晶组织。冷却速度越大，非平衡结晶程度越严重，在晶界和枝晶界上这种非平衡结晶组织的数量越多。
2)存在着枝晶偏析。基体固溶体成分不均匀，晶内偏析，组织上呈树枝状。枝晶偏析的形成和非平衡共晶的形成相似。由于溶质元素来不及析出，在晶粒内部造成成分不均匀现象，即枝晶偏析。枝晶内合金元素偏析的方向与合金的相图类型有关。在共晶型合金中，枝晶中心的元素含量低，从中心至边缘逐渐增多。
3)枝晶内存在着过饱和固溶体。高温形成的不均匀固溶体，其浓度高的部分在冷却时来不及充分扩散，因而可能处于过饱和状态。合金元素在铝中的溶解度随温度的升高而增加，液固态溶解度相差很大，在铸造过程中，当合金由液态向固态转变时，冷却速度很大，在熔体中处于溶解状态的合金元素，以及难溶合金元素Mn、Cr、Ti、Zr等，由于来不及析出而形成该元素的过饱和固溶体。冷却速度越大，合金元素含量越高，固溶体过饱和程度越严重。
铸态合金性能的主要特征：
1)晶界和枝晶界存在非平衡脆性结晶相，合金塑性降低，特别在枝晶网胞边缘生成连续的粗大脆性化合物网状壳层时，合金的塑性将急剧下降，加工性能变坏。
2)枝晶偏析使枝晶网胞心部与边部化学成分不同，可形成浓差微电池。因此降低材料的电化学腐蚀抗力。固溶体中出现的非平衡过剩相一般也降低耐蚀性。
3)铸锭进行轧制及挤压时，具有不同化学成分的各显微区域被拉长并形成带状组织。这种组织可促使成品产生各向异性和增加晶间断裂（“层状断口”）倾向。粗大的枝晶组织和化合物会在后续的加工过程中形成带状组织，也严重影响合金性能。
4)同相线温度下移，产生大量非平衡低熔点共晶组织，使工艺过程的一些参数难以掌握。例如，在压力加工前的加热及热处理时局部区域会过早地熔化。也就是说，加热稍有不慎，就会过烧。
5)铸态合金的组织是亚稳定的，并且铸锭内部存在很大的内应力。
塑性是衡量铸锭质量的重要标志之一。为保证良好的塑性，除了应防止铸锭中的一些缺陷外，显然不希望铸锭的组织处于非平衡状态。此外，考虑到铸造组织对半成品及制品性能的遗传影响，也应采取措施尽可能消除铸锭组织的成分不均匀现象。
产生非平衡结晶状态是结晶时扩散过程受阻，这种状态在热力学上是亚稳定的，有自动向平衡状态转化的趋势。若将其加热至一定温度，提高原子扩散能力，就可较快完成由非平衡向平衡状态的转化过程。这种专门的热处理称为均匀化退火或扩散退火。
均匀化退火的主要目的是为了减少和消除晶内偏析，以及沿晶界分布的非平衡共晶相和其他非平衡相，促进Mn、Cr、Ti、Zr等元素过饱和固溶体分解，并使过剩相球化，从而显著提高合金的塑性以及组织和化学稳定性。在生产中，均匀化退火工序的首要目的在于提高合金铸锭的变形性能，以利于随后的热、冷压力加工过程。
1.2.2 均匀化退火过程及组织性能的变化
1)均匀化退火过程。均匀化退火又称组织均匀化，或均火。其实质是铸锭在高温加热条件下，通过相的溶解和原子的扩散来实现均匀化。所谓扩散就是原子在金属及合金中依靠热振动而进行的迁移运动。扩散分为均质扩散和异质扩散，均质扩散是在纯金属中发生的同种原子间的扩散运动，又称自扩散。异质扩散则是溶质原子在合金溶剂中的扩散运动。空位迁移是原子在金属及合金中的主要扩散方式，因为原子通过空位迁移而进行扩散所需的能量最小。图25为空位迁移机构示意图。
均匀化退火时，原子的扩散主要是在晶内进行的，使晶粒内部化学成分不均匀的部分通过扩散而逐步达到均匀。由于均匀化退火是在不平衡的固相线或共晶点以下的温度进行，分布在铸锭中各晶粒间界上的不溶相和非金属夹杂物不能通过溶解和扩散过程来消除，它妨碍了晶粒间的扩散和晶粒的聚集，因此，均匀化不能使合金基体的晶粒和形状发生明显的改变。均匀化退火只能减小或消除晶内偏析，而对区域偏析影响很小。
2)组织变化。在铸锭均匀化退火过程中，除了原子在晶内扩散外，还伴随着组织的变化。主要的组织变化是枝晶偏析的消除和非平衡相的溶解。对于非平衡状态下仍为单相的合金，均匀化退火所发生的主要过程为固溶体晶粒内成分均匀化。当合金中有非平衡亚稳定相时，则上述两个主要过程均会发生。图26为2124铝合金铸锭均匀化退火前后的显微组织和主要合金元素的线扫描分析结果。由图26可见，铸态合金的主要元素Cu、Mg、Mn在合金内分布不均匀，尤其是在晶界上存在明显的富集现象，其中Cu的偏析程度最大，Mg的次之，Mn的最小，铸锭均匀化处理后合金元素扩散，枝晶偏析消除，从晶界至晶内的分布也趋于平稳，枝晶网胞及晶界上网状化合物大部分溶解，晶界仍存在少量元素分布偏聚现象。
通常，在非平衡过剩相溶解后，网溶体内成分仍为不均匀的，还需保温一定时间才能使固溶体内成分充分均匀化。试验指出，铝合金的固溶体成分充分均匀化的时间仅稍长于非平衡相完全溶解的时间，故多数情况下可用非平衡相完全溶解的时间来估计均匀化完成的时间，而非平衡相完全溶解的时间可以通过DSC分析或显微镜观察确定。
应该指出，均匀化退火只能消除或减小晶内偏析，而对区域偏析的影响极微弱。
除上述主要的组织变化外，均匀退火时还可能发生下列组织变化：
A．过饱和同溶体的分解。在结晶时的快冷条件下，某些元素所形成的相来不及从固溶体中析出而呈过饱和状态，并且在均匀化退火温度下，其固溶度仍然较小时，则这些相在均匀化退火的加热和保温阶段就会从固溶体中析出。例如，大多数铝合金中含有Mn，某些合金含有Zr和Cr。在快速结晶（半连续铸造）条件下，会形成溶有这些元素的过饱和固溶体。这些元素在共晶或包晶温度（Al-Mn系，658.5℃．Al-Zr系，660.5℃；Al-Cr系，660. 49℃）以及在均匀化退火温度(500℃)时的固溶度相应为1. 4% Mn及0.34% Mn,0.28% Zr及0.05% Zr,0. 72% Cr及0.19% Cr。因为均匀化退火温度下这些元素在铝固溶体中的平衡浓度低，所以在这一温度加热时，它们相应的化合物相就会从固溶体析出，析出MriAl6、CrA17和ZrAI，等弥散相。这些弥散相的析出不但在加热和保温阶段发生，而且在退火冷却过程中也可以出现。因为多数情况下固溶体的平衡浓度随温度降低而减小，所以生产条件下随炉冷却或空气冷却时将伴随二次相的析出。冷却速度不同，析出相的尺寸及分布状况也有所区别。如果冷却速度过快，则仍会有一定过饱和度的固溶体，即产生淬火效应。弥散相的析出过程往往对合金随后加工及热处理行为产生影响。
B．聚集与球化。若合金在平衡状态不呈单相，则均匀化退火时过剩相不能完全溶解。这些未溶的相在退火过程中就可能发生聚集和球化，聚集长大的特点是小尺寸的过剩相颗粒溶解，而大尺寸的颗粒长大，以降低总的界面能，达到热力学更稳定的状态。球化和聚集的一种特殊形式，即非等轴的过剩相质点（如片状、针状及其他无规则形状）转变为接近于等轴形状。
C．晶粒长大。铝合金基体不发生相变，均匀化退火时一般不会发生晶粒长大现象，但发现过纯铝均匀化后晶界平直化现象。在热处理可强化铝合金中，由于第二相含量不大（仅约10%-15%），当第二相溶人基体金属后，体积变化产生的内应力不足以使基体产生强烈的变形硬化（这是金属再结晶的必要条件），因此合金在铸造状态加热至单相区均匀化处理时，除个别情况外，一般不产生显著的晶粒长大。
D．相转变。均匀化退火时，亦可能发生相转变，有试验证明，3003铝合金在均匀化退火时Al6(Mn，Fe)质点将逐渐转变成a-A1( Mn，Fe) Si，且随均匀化温度升高和时间延长，a-A1( Mn，Fe) Si相逐渐增加。此外，在7×××系铝合金中观察到明显的相转变，即η→S的转变。
E．淬火效应。铸态合金经均匀化退火后，过快的冷却可能产生淬火效应。
3)性能变化。由于均匀化退火过程中铸态合金发生一系列的组织变化。故这类退火必将直接影响铸锭的性能。表9表明，均匀化退火后，7A04铝合金的变形抗力降低，而塑性大大提高。这样就可以降低铸锭热变形开裂的危险，改进热轧板带的边部质量，提高挤压制品的挤压速度。同时，由于降低了变形抗力，还可以减少变形功的消耗，提高设备生产效率。均匀化退火还可消除铸锭残余应力，改善铸锭的机械加工性能。因此、残余应力较大且需进行均匀化退火的硬合金铸锭的锯切、铣削削等机械加工应在均匀化退火后进行。
4)均匀化退火对半成品及制品性能的影响
变形铝合金铸锭的组织状态不但直接关系到铸锭的变形性能，而且对后续加工工序以及制品的最终性能都有影响。也就是说，铸锭组织的影响会遗传下来，有时这种遗传性是非常稳定的。这是因为铸锭热变形时虽使组织破碎及“搅乱”，但不能完全消除成分的显微不均匀性。因此，未经均匀化退火的铸锭，非平衡结晶状态的影响会一直延续到制成品的性能上。
均匀化退火消除了铸锭组织的非平衡状态，当然也就消除了这种状态的遗传影响。具体表现在：
A．提高铝合金在各冷变形工序中的塑性，因而可提高总的冷加工率，减少中间退火次数或退火时间。还可改善冷轧板、带材边缘状态及它们的深冲性能。
B．使某些合金制品塑性增高，但使强度降低。例如均匀化退火可使热处理强化铝合金的挤压效应消失，从而使挤压制品淬火时效后的强度降低约100N/mm2，塑性相应提高。也可使同样合金板材淬火时效后强度降低10 N/mm2 -15 N/mm2，伸长率提高百分之几。这种影响与均匀化退火消除了显微不均匀性及Mn、Cr等元素由固溶体中析出有关。
C．使制品的各向异性减小。这是因为均匀化退火减少了过剩相，因而减弱了过剩相在变形时拉长呈纤维状分布所造成的影响，有利于提高垂直纤维方向的塑性、冲击韧性和疲劳强度。这一点对于有三向性能要求的材料非常重要。
D．由于消除了化学成分的显微不均匀性，也可适当地提高合金制成品的耐蚀性能。
E．使固溶体内成分均匀，能防止某些合金再结晶退火时晶粒粗大的倾向。例如3A21铝合金半连续铸锭，塑性很好，但半成品（板材）在再结晶退火后易出现粗大晶粒。若铸锭进行均匀化退火，则可防止粗晶，改善半成品的性能。
F．适当的均匀化退火或多级均匀化退火，可以控制再结晶抑制元素析出弥散相的大小和分布，进而控制最终制品的再结晶程度，获得优良的综合性能。
G．近十多年来，国内外的研究证明，1A99高纯铝铸锭经均匀化退火后，铁在铝固溶体中分布更为均匀，因而可改变成品铝箔的织构成分。适当的均匀化退火工艺可显著提高铝箔的立方织构成分，是提高电解电容用高纯铝箔品质的重要手段之一。
总之，铸锭均匀化退火作为热变形前的预备工序，其首要目的在于提高热变形塑性，但它对整个加工过程及产品性质均有很大影响，良好的均匀化处理组织是保证合金具有良好的综合性能的前提和基础，因此往往是不可缺少的。但也应注意其不利的一面，其最主要缺点是费时耗能，经济效益较差。其次是高温长时间处理可能出现变形、氧化及吸气等缺陷。此外，因某些合金经均匀化退火后，成品强度有所降低，对要求高强度的材料则是不利的。
均匀化退火需要与否主要决定于合金本性及铸造工艺，有时也需要考虑产品使用性能。当铸造组织不均匀、晶内偏析严重、非平衡相及夹杂在晶界富集，以及残余应力较大的铸锭就有必要进行均匀化退火。
1.2.3 均匀化退火制度
均匀化退火工艺制度的主要参数是退火温度和保温时间，其次为加热速度和冷却速度。
1)加热温度
通常采用的均匀化退火温度为0. 9T熔-0.95T熔（T熔为铸锭实际开始的熔化温度）。它低于平衡相图上的固相线温度。在生产中均匀化退火温度一般应低于非平衡圃相线或合金中低熔点共晶温度5℃～40℃。
2)保温时间
保温时间基本上取决于非平衡相溶解及晶内偏析消除所需的时间。由于这两个过程同时发生，故保温时间并非此两过程所需时间的代数和。实验证明，铝合金固溶体成分充分均匀化的时间仅稍长于非平衡相完全溶解的时间。多数情况下，均匀化完成时间可按非平衡相完全溶解的时间估计。
生产中，保温时间一般是从铸锭表面各部位温度都达到加热温度的下限时算起。因此，它还与加热设备特性、铸锭尺寸、装料量及装料方式有关。最合适的保温时间应依据具体条件由实验决定，一般为数小时至数十小时。
3)加热速度及冷却速度
加热速度的大小以铸锭不产生裂纹和不发生大的变形为原则。冷却速度值得注意。例如，有些合金冷却太快会产生淬火效应；而过慢冷却又会析出较粗大第二相，使加工时易形成带状组织，固溶处理时难以完全溶解，因此减小了时效强化效应。对生产建筑型材用6063铝合金铸锭，最好进行快速冷却或甚至在水中冷却，这有利于在型材阳极氧化着色处理时获得均匀的色调。
4)均匀化制度
生产中扁锭的均匀化制度见表10。
5)铸锭均匀化退火注意事项
在工业生产中，铸锭均匀化退火最好采用带有强制热风循环系统的电阻炉，并且要设有灵敏的温度控制系统，确保炉膛温度均匀。
为了有效地利用电炉，要求把均匀化退火的铸锭，根据合金种类、外形尺寸和均匀化退火温度进行分类装炉。炉温高于150℃时可直接装炉，否则应按电炉预热制度预热。在装炉时，铸锭在炉内的位置要留有间隙，保证热风畅通。
均匀化铸锭的冷却速度，一般不加严格控制，在实际生产中可以随炉冷却或出炉堆放在一起在空气中冷却。但冷却太慢时，从固溶体中析出相的质点会长得粗大。
1. 2.4均匀化退火炉
扁锭均匀化退火炉可是箱式的，也可是坑式的；可以是专门的，也可以均匀化-车L前加热合二为一的；可以是批式的，也可以是连续式的，后者适合大批量生产，用的很少。加热热源多为电与天然气，燃油炉很少用了，因对环保不利。坑式炉广为采用(图27)，在处理小批量多品种2×××系、7×××系铝合金扁锭方面有很多优点：通常每个坑式炉炉膛可以装载10块- 20块锭，用单独的天车装料。一般多个坑式炉炉膛共用一套可视化系统。每个炉膛划分成若干个加热区并实现独立控制。有些炉还配有可控制冷却速率的冷却系统。
现代化的扁锭均匀化退火箱式炉一般都采直接燃气加热系统，装锭机坚固可靠，配有高效高速换热烧嘴，可精确控制温度，炉温可达680℃，锭的温度可在400℃-620℃任意调整。炉内分为几个单区，每区的温度均可精确调控，因而加热速度与冷却速度都可任意调节。现在在大批量热轧某些软合金板带时在一台炉内均匀化处理与热轧前的加热。这种连续式加热炉的容量大，热效率高，现代化的燃气均匀化退火炉的热效率都在65%以上。
1.2.5均匀化退火工艺操作
工艺控制要点：
1)装炉前认真检查设备运转、炉门封闭、吊具等情况，确认正常后方可装炉。
2)在均热退火记录本上写明日期、装炉时间、合金牌号、熔次、炉号、数量、均热制度、送电、停电与改定温及出炉时间，并签字。
3)同一处理制度的铸锭可装入同一炉；同熔次的两个铸锭必须装在同一炉中。出炉后立即装炉或交替出炉。装出炉时停电、停风，并使用安全架。
4)将未均热的铸锭放人防爆架内。
5)均热炉的仪表、热电偶、整个温控系统匹配误差在±4℃之内；空炉测温温差不大于10℃。
6)根据上班或本班热处理工要求的温度、时间，及时、准确地送电、停电或改定温。
7)根据记录的均热制度，在需改定温前1 h-2h，观察各区仪表指示温度。如果二区或二区以上提前达到定温温度，应提前改定温，但所提前的时间必须加在保温时间里，即延长保温时间后总的时间不变。
8)发现铸锭表面不正常，铸锭均热超过规定温度和时间或发现铸锭表面有黑色析出物及发生其他特殊情况时，应进行显微组织检验，在确认组织无过烧后，方可投产。
9)对均热的2A12、2024锅合金铸锭应在高温端取样进行显微组织检验，每炉不少于一个试样。取试样位置在距铸块表面15 mm -20 mm处。
10)在生产中，宜采用带有强制热风循环系统的电阻炉，并且要设有灵敏的温度控制系统，确保炉膛温度均匀。
11)为了有效地利用电炉，可根据合金种类、铸锭外形尺寸和均匀化退火工艺制度分类装炉。炉温高于1500C时可直接装炉，否则应进行预热。在装炉时，铸锭之间留有间隙，保证热风畅通。
12)均匀化退火时先定温到均匀化温度，铸锭装炉后待表面温度升到均匀化温度后才开始计算保温时间。一般是大锭采用上限时间，小锭采用下限时间；温度高的采用下时间限，温度低的采用上限时间。
1.3 锭坯锯切与表面处理
锯切是指锯掉锭的头、尾部及把长的锭锯成所需尺寸的锭坯。表面处理包括铣面、铣边或铯边、化学处理及表面包覆。铣面与铣边又通称机械处理，
1.3.1 锯切
铝锭锯切可用带锯也可以用圆盘锯，现在多用带锯。圆盘锯的主要缺点：锯切口大，噪声高，不能锯切软合金，消耗功率大；圆盘锯的锯齿为硬质合金，换锯片与磨齿时间长，费时，基建投资大。带锯的主要优点：锯口小，仅相当于圆锯的约1/10，切屑少，金属损耗少；电机功率小，能源低；带锯磨损后作废钢处理，一甩了之，换一副带锯仅需10 min。
1.3.2铣面与铣边（刨边）
半连续铸造法生产的铝合金铸锭表面常有偏析瘤、夹渣、结疤和裂纹等缺陷，对面积大的缺陷，采用铸锭铣面，即用铣削或刨削法除去一层表皮。由于偏析瘤中合金元素含量较高，在热轧时塑性很低，易被压碎或压裂，碎裂的金属及其所含灰尘和脏物压人板面后，造成金属或非金属压入缺陷。因此铸锭表面缺陷如不铣掉，必将恶化板带材表面品质。
w( Mg)>30-/0的铝，镁合金铸锭、含锌高的铝合金铸锭以及经顺压的2×××系铝合金铸锭小面表层在铸造冷却时，产生边部偏析瘤，富集了Fe、Mg、Si等合金元素，形成非常坚硬的质点，热轧时边部极易破碎开裂，影响正常轧制，因此，该类铸锭热轧前均需刨边或铣边，刨边只在中国还存在。一般表层急冷区厚度约5 mm，所以刨边深度一般5 mm -10mm．刨边后应无明显毛刺，刀痕均匀，刀痕深度不大于3.0 mrn。铸锭小面弯曲度过大，不利于热轧辊边轧制。严重时易造成轧制带材产生镰刀弯而无法纠正，因此，当铸锭小面弯曲度超过控制范围(3 mm/m)时，也可采用铣边纠正。有时铣削量可达40 mm。铸锭大型铣面机属重型装备，截止到2012年全世界保有的这类铣床约185台，其中：欧洲62台占33. 50-/0；美洲57台占30. 8%；亚洲55台占29. 7%；非洲 6台占3. 2%；大洋洲5台占2.7%。
在中国有44台（不含小型的），与美国的大体相等，预计到2015年可拥有大型现代化铝锭铣床约68台。硬合金的铣削深度为10 mm - 15 mm，切削速度( cutting speed)3 000 mm/min -4 500 mm/min，进给速度( feed speed)4 000 mln/min -7 000 mm/min．切屑厚度0.5 mm -1．O mm。铣面后的锭坯表面粗糙度应不大于5μm。
铸锭的铣面在专用的机床上进行，有单面铣、双面铣、双面铣带侧面铣等。目前国内大多数中小型企业采用的设备是单面铣，铣削过程需进行一次翻面，生产效率低，铣削面易受机械损伤；国外大型铝加工厂大多采用双面铣或双面铣带侧面铣，生产效率高，表面质量好。根据铣面时采用的润滑冷却方式不同，可分为湿铣和干铣，湿铣采用乳液冷却和润滑，乳液浓度（质量分数）一般为2%-20%，铣削完毕需用航空洗油清擦或用蚀洗的方法除掉表面残留的污物；干铣即铣面时不加冷却润滑剂，采用油雾润滑，其优点是表面清洁无污物，铣削完毕即可装炉加热。
一般除表面质量要求不高的普通用途的纯铝板材，其铸锭可用蚀洗代替铣面之外，其他所有的铝及铝合金铸锭均需铣面。铸锭表面铣削量应根据合金特性、熔铸技术水平、产品用途等原则确定。其中，所采用的铸造技术是决定铣面量最主要的因素，例如电磁铸造技术和低液位石墨铸造( LHC．Low HeadCarbon)技术铸锭表面急冷区厚度小于1 mm，显然，其铸锭铣面量大大减少。铸锭表面铣削量的确定要同时兼顾生产效率和经济效益。铣面时铣削深度要适当，每面铣削的最小深度视铸锭表面情况而定。一般铣面量为5 mm -30 mm，最大铣面量不超过40mm。根据合金成分的不同，硬铝合金或表面缺陷较深的取上限，纯铝或表面缺陷较浅的取下限。铸锭的最小铣面深度也不一样，表11列出了各种合金的单面最小铣削深度。
德国西马克集团的诺维纳格尔公司( Knoevena-gel)是全球的大型双面铝铣床生产企业，有55%是它生产的，铣面一铣边机几乎全是它设计与制造的；中国齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司生产的铝锭铣面机已跻身国际水平。诺维纳格尔公司1971年开始生产铣边机。
侧面铣削厚度一般为5 mm一10 mm。目前，欧、美、日本铝材产量超过200 kt/a的企业已广泛采用侧铣。因为侧铣能有效防止轧制过程中锭坯边部氧化物或偏析物随锭坯的减薄或滚边而压入板坯边部，或者边部塑性差产生裂纹。对高表面、高性能要求的特薄板或铝箔用锭侧铣是十分必要的。它不仅能改善产品实物质量，还能减少切边量，甚至部分热轧材可不切，明显提高成材率和增加经济效益。
图28是480 mm厚普通结晶器和可调结晶器生产的铸锭断面图。为了适应不同铸锭的侧面形状和控制侧面铣削厚度，减少铣边量，可根据铸锭形状调整侧铣刀盘倾角(通常8°-12°，而实际调节范围00°-20°)或选择与之相适应的侧铣装置。
XKL24系列铸锭复合加工单元是一条国产全自动化生产线，由主机和辅机组成：
主机：上料车、上料辊道、翻转装置、龙门、床身、工作台，工件对中机构、卡紧机械、测量装置、主铣头、角度侧铣头、称重、喷码系统、下料辊道、下料车、电气控制系统、液压系统、润滑系统、气动系统等组成。
辅机：吸屑管道、破碎机、吸屑数控龙门铝锭组合铣床风机、旋风分离器、铝屑收集装置、粉尘吸集装置等组成。
XKL24系列铸锭复合加工单元，从上料、测量、加工、下料、碎屑收集处理全部自动完成，是典型的机电液一体化的技术密集型的系列科技产品，其各项技术指标均已达到和超过国外同类机床，完全可以替代进口铣面生产线（表12）。
1.3.2.1刨边与铣面注意事项
在刨边（铣边）与铣面过程中应严格控制工艺，主要的注意事项：
1)刨边、铣面前认真检查设备，确认正常后方可生产。
2)待刨边铸锭温度不得超过100 0C。
3)每一次刨边的最大吃刀量不得超过5 mm，每边刨光量不得超过10 mm，表面的黑皮或缺陷必须刨净，小面要保证圆滑过渡。
4)铸锭铣面温度不得超过40C。
5)夹牢铣面铸块、铣面中铣屑均匀。
6)铣面后刀痕深度不准超过0.1 mm，铸块厚度差不超过3 mm，机械碰伤不超过3 mm，铸块按熔次堆放。
7)铣削后铸锭在搬运存放过程中应避免磕碰伤，保持存放环境的清洁，避免受灰尘、油污污染，存放时间一般不要超过24 h。
8)工作中铸块必须夹牢，铣削均匀。
9)铣面时不间断地向铣刀与铸块喷射乳液。
10)正确选择床面移动速度，及时更换铣刀，铣削后铸块表面不允许有粘铝、起皮、气孔、夹渣、表面裂纹和疏松等。
11)铣面后擦净乳液、铝屑，防止产生压坑和腐蚀。
12)按熔次堆放。吊铸块要平稳、轻吊轻放。
1.3.3铸锭表面化学处理
铸锭表面化学处理是指用化学方法除去表面油污和脏物，使铸锭表面生成新的光亮氧化膜的过程，又称蚀洗。
2A06、2A11、2A12．2014等硬铝合金铸块铣面后在加热前应蚀洗，铸锭表面质量好且对板材表面无特殊要求的工业纯铝铸锭可以不经铣面而直接蚀洗。蚀洗后的铸块存放时间不应过长，一般不超过24 h，如果存放时间过长而落有灰尘时，在加热前必须再次蚀洗，或用航空汽油擦净。
含锌或含镁高的铝合金如7A04、7A09、SA05、5A06等铝合金铸块不能蚀洗。它们有的蚀洗后表面变黑（含锌高的合金），有的表面易产生白点（含镁高的合金），所有这些都将恶化产品质量。上述合金加热前必须用航空汽油清擦铸块表面。
包铝板应蚀洗，并擦净表面，便于热轧时包铝板与铸锭牢固焊合，防止退火后产生气泡等缺陷。
铸锭表面化学处理工艺流程为：蚀洗工艺流程：碱洗（NaOH 15% - 25%，温度60℃一80℃，浸泡时间2 min - 10 min）一室温流动水洗一酸洗( HN03 15% - 30%，室温，浸泡时间2 min -4 min)一室温流动水洗-热水洗（不低于70℃）一吹干或擦干。
工艺控制要点：
1)蚀洗时应开启酸、碱槽通风装置。
2)铸块装炉前用浸以航空汽油的毛巾擦净表面，待铸块上的汽油全部挥发后方可装炉。
3)允许用刮刀或钢丝刷修除蚀洗或铣面时产生的表面缺陷深度，铸块的不应超过3 mm;包铝板的不应超过实际厚度的5%，用刮刀处理后的缺陷应圆滑。
4)长期存放的铸块，若灰尘太厚或油污较重，经蚀洗不能除掉的，需重新铣面，不允许只擦面就装炉。
5)表面处理后，存放时间超过24 h的铸块、包铝板和夹边板需按原方法重新处理。
6)蚀洗后的铸块、包铝板和夹边板不允许有影响焊合质量的缺陷，如水痕、水锈、碱痕和脏手印等。
7)经表面处理的铸块应轻吊、轻放，防止碰撞伤。碰撞伤深度及修理后深度不许超过3 mm。
8)不铣纯铝锭块表面偏析瘤超过5 mm或有分层、金属瘤等缺陷时，需铣面后投产。
1.3.4铸锭表面包覆
铸锭表面包覆是在锭块表面或两侧面上，用机械的方法衬上和锭块大小相近的纯铝或合金板材，然后随铸锭加热、热轧或冷轧直至成品。外层金属称包覆层，内层金属称为基体。用此法生产的板材实质上是一种双金属产品。
1)锭坯表面包铝
包铝是把包铝板放在铣过面的锭坯两面上，通过热轧使包铝板与铸块牢固焊接在一起。表面包铝可分为工艺包铝和防腐蚀包铝。为了改善铝合金的加工工艺性能如消除表面裂纹而进行的包铝，称为工艺包铝；为了提高铝合金产品抗蚀性能而进行的包铝，称为防腐蚀包铝。防腐蚀包铝又分为正常包铝和加厚包锅。加厚包铝是在特殊条件下使用的板材，需要较高的抗腐蚀能力，于是加厚包覆层。
选择硬铝合金包铝层材料的原则：在腐蚀介质下包铝层对基体（铸块）呈阳极，以电化学方式起保护作用。在包铝层局部被破坏时如划伤、擦伤等对基本能有稳定的保护作用。硬铝合金是指2×××系、6×××系、7×××系以及镁含量高的铝合金如SA06等。7×××系铝合金采用含锌的7A01包铝板，其他合金采用IA50包铝板。
硬铝合金扳材包铝层厚度见表13。
包铝板的制备规格：长度是铸锭长度的75%，宽度等于或略大于铸锭宽度，厚度按下式计算。
a= H0δ/（100K - 20Kδ）
式中：
a——包铝板厚度，mm；
Ho——铸锭厚度，mm；
δ——所要求的单面包铝层厚度占板片总厚度的百分比，%；
K一选用的包铝板长度与铸锭长度比，K=0. 75 -0. 90。
考虑到包铝板与基体金属延伸变形的差异、包铝板厚差等因素，包铝板厚度应稍大于计算值。
常用硬合金包铝板厚度见表14。
2)锭坯侧面包铝
为提高硬铝合金热塑性，1957年中国首创了侧面包铝工艺。侧面包铝工艺是：采用厚度7 mm -9mm（其宽度略小于铸块厚度）7A01、1A50的铝合金侧面包边用夹边（铝条），经蚀洗后，在铸块加热时与包铝板同时放在铸块两侧。加热后经热轧前几道给予一定加工率和立辊滚边轧制，使铸块上下两面及两侧面用包铝层焊于一起，减少热轧裂边，大大提高了硬铝合金的工艺塑性，这是由于在热轧时产品的边部裂纹已被塑性高的纯铝所充满并与基体牢固焊合在一起，形成一个可靠的闭锁。继续轧制时，已形成的裂纹不易扩展，从而提高热轧和冷轧的工艺塑性，减少冷轧时中间退火次数，减少冷轧断带次数，相应地提高板材的成品率和生产效率。
铸锭表面包覆工艺注意事项：
1)铸块包铝前进行表面处理。
2)铸块包铝板合金、规格要与工艺要求及订货标准相适应。
3)包铝板应在铸块上放正，并与咬入端对齐。
4)如已放上弯边包铝板，装炉时应放上夹边。
5)包铝板不弯边时，夹边分开放在铸块上面。
1.4锭坯加热
锭坯加热是锭坯准备工作的最后一道工序，加热也可作为热轧前的一道工序，所以往往被称为预热，在现代化的大型铝轧制厂(生产能力不小于200kt/a) -般都将均匀化处理与加热合为一道工序，先进行均匀化处理，然后启动冷却装置，随炉冷却到热轧所需的温度后保温，保温结束后出炉热轧。加热炉一般分为6 -7个区，每区可放5—6块锭坯。把锭坯的加热和均匀化过程合在一起进行，节能减排效果明显，特大的连续均匀化加热炉可装60块锭坯（表15）。
中国南山轻合金有限责任公司的连续推进式加热，均匀化退火炉的基本技术参数如下：
1.4.1 加热制度的确定
锭块加热制度包括加热温度、加热及保温时间。
1.4.1.1加热温度
加热温度必须满足热轧温度要求，保证合金塑性高、变形抗力低。热轧温度的选择是根据合金的平衡相图、塑性图、变形抗力图、第二类再结晶图确定的，按下式计算：
在生产中，为补偿出炉到热轧前的温降与保证热轧温度，锭坯在炉内温度应适当高于热轧温度。
1.4.1.2加热及保温时间
加热及保温时间的确定应充分考虑合金的导热特性、锭块规格、加热设备的传热方式以及装料方式等因素，在确保达到加热温度且温度均匀的前提下，应尽量缩短加热时间，以利于减少锭块表面氧化，降低能耗，防止过热、过烧，提高生产效率。锭块厚度越大所需的加热时间越长，加热时间可按经验公式计算：
1.4.2现代推进式加热炉
铝及铝合金铸锭加热通常是在辐射式电阻加热炉或带有强制空气循环的电阻加热炉或天然气加热炉内进行。天然气加热炉加热速度快，温度均匀，有利于现代化连续性大生产（图29）。中国当前还有用辐射式链式电炉加热锭块的，这种炉的热效率低，应淘汰。现代化的锭块均匀化退火与加热立推式炉实现了全自动操作，与热轧机列电控功能接口。这种立推式炉可以单台布置也可以多台平行布置，前后有自动化装卸锭机。可以单排或双排装锭，决定于锭块规格。采用的技术还有：快速升温和冷却的强对流；高速高效换热烧嘴；温度控制基于锭块温度和数字模块数据；低摩擦、长寿命的锭垫，锭块运行平稳可靠；装锭台自动对中；多台炉平行布置时有横向移动小车，等等。
对于以天然气作为加热介质的铸锭推进式加热炉，风机循环系统、燃烧系统和温度控制系统是温度恒定均匀的重要保障。
1.4.2.1风机循环系统
风机循环系统一般采用轴流式风机，有电机直接传动的也有皮带传动的。每个区安置1台，或安装在炉体顶部或安装在炉体的侧墙上，但多布置在炉体顶部，加热速度会快一些。
1.4.2.2燃烧系统
燃烧系统的烧嘴的布置也有两种方式，一种是在炉体顶部，另一种是在炉体的两个侧墙上。数量分布方式也有两种，一种是烧嘴各区数量均等；另一种是各区数量不均等、炉入口区的烧嘴数量多于其他各区的，各区烧嘴数为2个-8个。
通过专用调节阀调节烧嘴中天然气和空气的比例控制火焰大小。控制方式有两种：一种是把烧嘴火焰大小分为两级来控制，当天然气的流量为800m3/h、空气的流量为75 ，m3/h时，烧嘴火焰达100%：当天然气的流量为250 m3/h、空气的流量为22 m3/h时，烧嘴火焰达30%。另一种分4级控制烧嘴火焰大小，即大火、中火、小火（长明火）、熄火。大火对应的火焰为100%，中火对应的为30% - 60%，小火（长明火）对应的为5%，熄火时的火焰为零。
助燃风机主要为炉内提供助燃空气，一般每个加热区一台，也有整台炉只两台助燃风机的。冷却风机有两种方式：一种随炉冷却式，助燃风机向炉内提供冷却空气，此时助燃风机相当于冷却风机；另一种是整台炉专门配置2台。
当烧嘴点火失败或烧嘴全部停止后，由吹扫装置将残留在炉内的天然气体等吹扫干净，以确保安全运行。
1.4.2.3 温控系统
测温热电偶分区配置，每区配置4支，有两种配置方式。第一种是2支用于测量炉气温度的热电偶配置在炉体的两个侧墙上，一支用于测量锭坯温度的热电偶配置在炉体的底部，还有一支用于超温报警的热电偶配置在炉体的顶部。第二种是两支用于测量炉气温度的热电偶和一支用于测量锭坯温度的热电偶都配置在炉体的底部，一支用于高温报警的热电偶配置在炉体的顶部。通常在炉的出口区多增加一支测量锭坯温度的热电偶。
采用气动伸缩式热电偶测温时，热电偶的探头自动伸出与锭坯表面接触，测温完毕后，热电偶的探头离开铝锭表面自动缩回。测温间隔时间一般设定在4 min ~6 min。热电偶的测量精度为±2℃。
1.4.3锭坯加热制度
表16和表17列出了不同规格的铝及铝合金锭坯在推进式加热炉和辐射式双膛链式加热炉内的加热制度。
1.4.4锭坯加热注意事项
工艺控制注意事项如下（主要对链式加热炉）：
1)装炉前详细检查炉体传动部分和加热元件等，确认正常后方可装炉。
2)送电、停电以及改温等作业，由热处理工人通知仪表工人执行，并在记录本上注明日期、班次、炉号、定温温度、送电时间、改定温温度、时间，并签字。除紧急情况外，热处理工人不得擅自送电、停电或改定温。
3)生产前按生产任务单备好锭坯，包铝板等，装炉时由检查员按生产卡片认真核对装炉的合金、状态、规格、数量、包铝板等，并记人生产卡片。
4)所有品种铝板必须按同一熔次编批装炉。
5)锭坯、包铝板表面应清洁，无油污、灰尘、水痕、碱痕、腐蚀、起皮、夹渣、分层、气孔、气泡、金属瘤，以及高度大于5.0 mm的偏析瘤、拉裂、铝胡子等缺陷。其机械碰伤深度和刮修深度不超过3 mm。
6)经锯切的锭坯有裂纹不准装护。
7)短尺小方锭装炉时，当实际规格与生产卡片上的规格不符时，须修改生产卡片上的规格锭。
8)-次与二次加热锭坯，铣面与不铣面锭坯，蚀洗与擦面锭坯，都应分别装护。如混装时，须通知热处理工人采取措施：装炉时要合理安排先后顺序，采用中间空区、分区定温、分区停电、送电等，使锭坯加热温度达到要求。
9)装炉时，锭坯或包铝板放在加热炉链条上之前，应垫上符合要求的铝垫，防止锭坯与链条接触，铝垫与锭坯接触面必须清洁，并根据铝垫使用情况，及时更换。
10)包铝板应在锭坯上放正，并与咬入端对齐。
11)锭坯在炉内最长停留时间超过规定时，确认氧化程度不影响热轧及产品质量后方可进行热轧。
12)加热过程中，每炉至少打开炉门两次，检查加热元件是否断相，发现断相要采取措施，保证锭坯出炉温度合乎要求。
13)出炉时应检查炉的定温、保温时间、出炉温度，检查锭坯有无过烧迹象及表面氧化程度。
14)热处理工人在保温时间1 h范围内，可以自行调整加热时间和在不超过定温的前提下，分区送电、停电和改定温。
15)出炉后，热处理工人应检查锭坯下表面的铝垫是否全部掉落，并用风吹净锭坯表面上的灰尘。
16)出炉锭坯表面发黑或有析出物时，不得热轧，应做显微组织检查，确定是否过烧。
17)空炉测温时，保温阶段同一区最大温差不超过20℃；带负荷测温时，保温阶段同一区内锭坯最大温差不超过15℃。测温与温控系统的匹配误差不超过±5℃。
摘 要：阐述了铝合金厚板用扁锭的铸造工艺及其热轧前的准备工序。全文篇幅较长，分两期刊登，本篇为第一部分，主要介绍生产厚板用的各系铝合金的化学成分控制及铸造工艺。
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