铝钛硼晶粒细化剂国产化应用浅析

【摘 要】对进口Al-Ti-B、国产Al-Ti-B及其在连续铸轧生产过程中的应用进行了分析、研究。结果表明，国产Al-Ti-B晶粒细化效果良好，同进口Al-Ti-B的相当，能满足铸轧工艺需要，替代进口。

【关键词】铝钛硼；细化剂；国产化

铝钛硼晶粒细化剂已成为熔体处理技术的重要组成部分。我国在80 年代后期采用这一技术时，试验研究首先采用的是国产块状及挤压成丝状的细化剂，虽然起到了一定作用，但其细化效果不稳定，不适应连续铸轧工艺特点。之后随着国外技术、装备的引进，进口铝钛硼一直占据着主导地位，虽然其价格在逐步下降，供应渠道也逐步拓宽，但在应用过程中仍然存在着供应周期长、价格较高、占用外汇等缺点。因此，实现铝钛硼国产化， 是生产者和使用者共同关心的事。为此，我们近年来开展了这一应用研究。

1.国产化内容及目标

根据连续铸轧工艺特点及进口细化剂的应用情况， 我们确定如下国产化内容及目标、分析、研究进口Al-Ti-B 细化剂的化学成分，金相组织等；优选或合作开发国产Al-Ti-B ，分析、研究其化学成分、金相组织，提出工艺要求；在实际铸轧生产过程中进行试验、应用，并与进口Al-Ti-B 的细化效果进行对比分析；确定国产Al-Ti-B的加人参数及工艺配置.达到的目标： 细化效果好、稳定， 满足铸轧工艺要求， 能替代进口并正常供货。

2.试验方案的制定

（1）细化剂化学成分（主要是Ti、B元素含量及控制范围）、金相组织（化合物颗粒形貌、尺寸及分布）的检验、分析。

（2）因三条铸轧机列不同的工艺配置， 在不同铸轧机上的试验与应用。

（3）因合金成分（影响到结晶时晶核数的多少及细化效果）不同，分合金的试验与应用。

（4）与进口Al-Ti-B在同等工艺条件下进行细化效果的比较。

（5）考虑其它因素的变化，如钛丝机、铸轧机电流电压波动导致速度变化或Al-Ti-B丝同卷的直径变化而造成加人量改变（尤其减少） 时细化效果的变化情况。

试验将结合以上几个方面开展。

3.试验、应用情况

3.1国产细化剂的选择

近年来，国内不少企业开展Al-Ti-B细化剂的研制和生产工作，以块（锭）状居多，用于连续加入的丝状产品也有几家，有的采用铸锭-挤压方法，有的采用连续铸挤法（国外一般采用连铸连轧法）。经过手机信息及小样产品分析，我们选择了技术及生产规模在国内尚属领先的某厂研制的Al-Ti-B丝作为国产化材料开展此项工作。

3.2进口Al-Ti-B的分析

3.2.1化学成分

经过对进口Al-Ti-B多次取样分析，其化学成分典型值见表1。

表1 进口Al-Ti-B中各元素的质量分数%

3.2.2化合物颗粒形貌、尺寸及分布

进口Al-Ti-B经显微组织分析，其化合物颗粒一般控制在如下范围内：

TiB1：最大颗粒可达5μm，大部分（90%以上）小于2μm，并且基本上均匀分布，没有异常聚集的TiB2团状。

TiAl3：大部分为块状，平均粒度30μm×50μm，绝大部分（95%以上）颗粒长轴小于150μm，最大颗粒长轴可达200μm。

除少量盐外，没有其他金属或非金属的聚集物。

进口Al-Ti-B金相显微组织如图1所示。

图1 进口Al-Ti-B金相显微组织

根据对国外进口Al-Ti-B的分析研究，我们提出了Al-Ti-B国产化材料的技术要求。

3.3国产Al-Ti-B的试验与试用

3.3.1首次试用情况

（1）化学成分及金相组织分析。

化学成分如表2所示

表2 国产Al-Ti-B中各元素的质量分数%

化合物颗粒分析：

TiAl3：大部分为块状，约70，μm，最大颗粒长轴144μm（试样取两个，试样2存在少许棒状，最大颗粒长轴216μm，大部分在80μ左右）。

TiB3：最大颗粒5μm，大部分在2μm以内。

（2）试用记录及效果检测。

试用记录及效果检测见表3

表3 试用工艺参数及效果检测（3#轧机）

（3）试用结果及分析。

从试用记录可看出，国产Al-Ti-B第1卷同进口Al-Ti-B的细化效果相当，而第2卷则出现了局部大经理，经提高加入量及重新立板仍然效果不佳。经分析，可能与其化合物颗粒控制有关（棒状TiAl3相对较多且最大颗粒长轴达216μm），因而导致其细化效果不稳定。

3.3.2第二次试用

经过对首次试用的结果及存在的问题进行分析和改进，我们对国产Al-Ti-B工艺控制特别是化合物颗粒提出了新的要求，进行了第二次试验。

（1）化学成分及金相组织分析。

化学成分如表4所示

表4 国产Al-Ti-B中各元素的质量分数%

化合物颗粒分析：

TiAl3：绝大部分为块状，最大颗粒尺寸约50μm，分布均匀。

TiB2：大部分小于2μm，分布弥散，有少许聚集，最大颗粒尺寸3μm。

（2）试用记录及效果检测。

试用记录及效果见表5

表5 试用工艺参数及效果检测（2#轧机）

（3）试用结果与分析。

从上述结果可看到，经改进后第二次试用效果较好，在同等条件下加入量的变化及铸轧速度的变化仍具有稳定的细化效果，并且与进口Al-Ti-B相同。

3.3.2第三次试用

在前两次小批量试用的基础上，我们又进行了扩大规模的生产应用，条件完全结合生产实际。

（1）化学成分及进行组织分析。

化学成分抽样分析见表6

表6 国产Al-Ti-B中各元素的质量分数%

化合物颗粒提样检测：

TiAl3：大部分为块状，分布均匀，颗粒在20～30μm之间，最大颗粒长轴为116μm。

TiB2：大部分分布弥散，颗粒小于2μm，有少许聚集，最大颗粒为3μm。

Al-Ti-B显微组织如图2所示

图2 国产Al-Ti-B金相显微组织

（2）结果与分析。

生产应用数据及检测结果统计如表7

表7 试用工艺参数及效果检测

显然，结合国产化研究内容及试用方案进行的扩大规模的实际生产应用效果良好，与进口Al-Ti-B在相同工艺条件下的细化效果相同。

3.4加入方式及加入量的确定

国产Al-Ti-B加入量同进口Al-Ti-B相当，一般按含Ti量0.01%左右加入即可，根据不同的产品及不同的质量要求予以调整，如纯度较高的1系以及对组织和性能要求较高的空调器用箔、PS版板基等产品应适当提高加入量。

根据现场工艺配置，Al-Ti-B的加入设置在除气箱入口前，这样，经除气箱转子的充分搅拌，可使Al-Ti-B化合物颗粒在熔体中均匀分布，充分保证细化效果。

经过几年来的努力，我们对国产Al-Ti-B提出并逐渐完善了质量标准及其工艺控制要求（具体内容略），取得了显著经济效益。

4.结论

通过对进口及国产Al-Ti-B的分析研究及针对不同机列、不同合金及加入量等因素变化情况下的小量及批量生产试用表明，国产Al-Ti-B细化效果良好、稳定，同进口Al-Ti-B的相当，完全能替代进口，满足连续铸轧工艺及产品质量要求。 [科]