1-車頂加強(qiáng)件；2-后行李箱蓋；3-擋泥板；4-車體側(cè)架；5-后門內(nèi)板；6-前門內(nèi)板；7-淺盤形地板；8-車架縱梁；9-保險(xiǎn)杠；10-發(fā)動(dòng)機(jī)室軌；11-前柱加強(qiáng)件；12-中柱。

圖1 可焊接的車體板件示意圖

圖2 汽車用鋁部位及零部件示意圖

       一輛全鋁車身的乘人小轎車有20余塊鈑金件（圖1，2），它們是用多種鋁合金沖制和/或彎邊加工成形的，有5xxx系合金、2xxx系合金與7xxx系合金等。在2025年以前，ABS將是汽車工業(yè)用鋁增長(zhǎng)最快與最大的板塊，如以2013年全球用量300kt為準(zhǔn)，據(jù)預(yù)測(cè)2025年的可達(dá)2680kt，年平均增長(zhǎng)率約為20%，而全世界2016年的生產(chǎn)能力為2500kt/a，所以在2022年以后還需適當(dāng)建一些項(xiàng)目。
       在這期間，不僅對(duì)ABS的需求大，而且商務(wù)車對(duì)鋁板的需求也不可低估，如運(yùn)輸谷物的翻斗卡車、各種半掛車與拖車，以及運(yùn)輸散裝商品的裝備與工具。交通運(yùn)輸工業(yè)對(duì)鋁板、帶需求增幅大的是北美與中國(guó)。
ABS生產(chǎn)工藝的昨天
       ABS是由平軋鋁產(chǎn)品（FRPs）廠生產(chǎn)的，由十幾道主要工藝組成：配料、熔煉、鑄造、鋸切、銑面、加熱、熱軋、冷軋、熱處理、矯直、表面處理、涂潤(rùn)滑劑、深加工、包裝入庫(kù)等。通常，將熔煉、鑄造、軋制稱為上游工序，熱處理、矯直、表面處理等稱為下游工序。
我們可按ABS生產(chǎn)工藝的發(fā)展進(jìn)程將其分為昨天的工藝、今天的工藝、明天的工藝；也可以把昨天的工藝稱為第一代，今天的工藝稱為第二代，明天的為第三代。昨天的工藝與今天的工藝在上游工序方面幾乎相同，而在下游工序方面則有很大差異；可是今天工藝與明天工藝的主要差異在上游工序，而在下游工序方面無太大差異。這是筆者一家之言，不是國(guó)際上通用的，因?yàn)閲?guó)際上還沒有人提出過，也有沒約定俗成的分法。
       鋁加工廠生產(chǎn)ABS帶材的工藝如圖3所示，這是一種典型的工藝，與生產(chǎn)通用鋁板帶材的工藝相當(dāng)，雖然在此將其稱之為昨天的工藝，并不是說當(dāng)今在生產(chǎn)ABS時(shí)不用了，只是在北美洲與西歐不用了，在其他地區(qū)如日本等仍在采用。

1-熔煉；2-鑄造；3-鋸切；4-銑面；5-均勻化退火與加熱；6-熱軋；7-冷軋；8-熱處理；9-拉彎矯直；10-表面處理；11-素面帶材。

圖3 ABS板、帶材的典型生產(chǎn)工藝示意圖

       在熔煉-鑄造中，對(duì)熔體應(yīng)進(jìn)行精密凈化與添加晶粒細(xì)化劑，最好能按航空材料標(biāo)準(zhǔn)控制熔體的氫與雜質(zhì)含量以及鑄錠組織。6xxx系合金ABS扁錠在鑄造時(shí)有形成熱裂紋傾向，但不嚴(yán)重，只要嚴(yán)格控制化學(xué)成分與冷卻速度，控制好晶粒細(xì)化劑添加量，可不會(huì)產(chǎn)生裂紋，我們?cè)阼T造500mm厚的扁錠時(shí)，熔體澆注溫度約700℃，鑄造速度40mm/min~60mm/min。
       均勻化退化與熱軋前可合并進(jìn)行，也可以分開實(shí)施，均勻化的目的為：使鑄錠組織均勻，消除晶內(nèi)偏析，去除內(nèi)應(yīng)力，提高錠坯熱軋性能，改善材料的性能。含有少量Mn及Cu的合金在完工退火（O狀態(tài)）時(shí)易產(chǎn)生粗大晶粒，均勻化退火可避免此現(xiàn)象。不過，過渡族元素含量少時(shí)，均勻化處理的晶粒細(xì)化效果不明顯?？墒?，Mg及Si的含量較高時(shí)，均勻化處理對(duì)Mg2Si及Si的金屬間化合物質(zhì)點(diǎn)的均勻分布還是很有效的，均勻化退火是生產(chǎn)ABS不可或缺的工序之一，同時(shí)，處理溫度越高合金在BH（bake heating）處理后的力學(xué)性能也越高。
       在生產(chǎn)6xxx系合金ABS時(shí)，為保證板、帶材的BH性能，必須保證Mg、Si完全溶于固溶體中，均勻化溫度宜高，保溫時(shí)間也宜長(zhǎng)一些。因?yàn)槔滠垘Р脑谶B續(xù)式氣墊爐或感應(yīng)爐內(nèi)固溶處理時(shí)通過時(shí)間短，有些Mg、Si可能來不及完全固溶，為了保持生產(chǎn)線效率，不允許帶材在爐內(nèi)停留長(zhǎng)的時(shí)間。為此，合理地安排加熱制度可以彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。
       現(xiàn)代化的熱軋機(jī)列多是將厚500mm~600mm的錠坯熱粗軋到20mm~30mm，再熱精軋到3mm~5mm帶材。熱粗軋開始溫度通常為505℃左右，熱精軋終了溫度為250℃~350℃。在這么高的溫度下卷成卷再慢慢地冷卻下來，會(huì)有一部分Mg及Si析出來，它們?cè)谝院蟮目焖俟倘芴幚頃r(shí)不可能全部固溶，會(huì)使BH性能下降一些。中國(guó)南南鋁加工有限公司的3100mm+2800mm的（1+1）式熱粗-精軋線粗軋機(jī)的開口度為800mm，是世界上僅有的2臺(tái)開口度最大的熱軋機(jī)之一。
       在生產(chǎn)ABS帶材過程中，在熱軋后與冷軋前進(jìn)行一次預(yù)退火也是必要的，一些研究指出，預(yù)退火可以改善帶材的卷取性能，而且可以改善熱軋組織的不均勻性對(duì)材料表面性能的不利影響，還可以控制合金固溶處理后的顯微組織，可以在一定程度上提高板材的成形性能即提高r值，易于卷邊。不過進(jìn)行預(yù)退火，生產(chǎn)成本有所上升。
       6xxx系A(chǔ)BS都在T4或T4P狀態(tài)下交貨與應(yīng)用（P表示預(yù)時(shí)效處理pre-aged），而外車身鈑金件是在人工時(shí)效后成形的。固溶處理都在連續(xù)氣墊爐進(jìn)行。開卷后帶材進(jìn)入加熱區(qū)受到向上下表面噴射的高溫?zé)犸L(fēng)加熱，在短時(shí)間內(nèi)被加熱到固溶處理溫度后進(jìn)入保溫區(qū)，保溫短時(shí)間后或不保溫立即進(jìn)入淬火區(qū)，進(jìn)行水淬或強(qiáng)風(fēng)淬火，因?yàn)锳l-Mg-Si合金的淬火敏感性低。
       為了提高合金的烘烤性能，希望合金中的Mg、Si能盡量多的固溶，為此可提高固溶處理溫度，但不能過高，以免過燒，通常為530℃~560℃；同時(shí)，提高固溶處理溫度，殘留的第二相質(zhì)點(diǎn)也越少，材料的彎曲性能也更好。
       對(duì)于6xxx系合金帶材，只要冷加工率能達(dá)到50%，在成形后就不產(chǎn)生表面粗糙現(xiàn)象。為了獲得良好的綜合性能與組織結(jié)構(gòu)，冷軋變形率不宜低于75%。至于冷軋帶材表面狀態(tài)可以是冷軋的也可以是經(jīng)過加工的，如放電鈍化處理或激光鈍化處理。例如，日本與美國(guó)采用軋制狀態(tài)表面，可以節(jié)約成本，而歐洲則采用EDT或EBT處理表面，在日本還進(jìn)行暗光澤表面處理。這些處理都是為了沖壓成形時(shí)不產(chǎn)生組織的各向異性，以及涂裝后的方向性與鮮艷性。
ABS生產(chǎn)工藝的今天
       當(dāng)前的先進(jìn)ABS生產(chǎn)線稱之為“今天的生產(chǎn)線”。采用全先進(jìn)的工藝，是2010年以后新建或改、擴(kuò)建的當(dāng)今高水平的生產(chǎn)線。與昨天的生產(chǎn)線即上一代的生產(chǎn)線相比，其特點(diǎn)是：把所有的ABS生產(chǎn)的下游裝備全部整合在一條自動(dòng)化線上，雙層布置長(zhǎng)度在300m左右，集開卷、矯直、切頭、縫合、切邊、預(yù)清洗、熱處理、拉彎短直、清洗預(yù)處理、表面檢測(cè)、預(yù)時(shí)效、表面處理、靜電涂油、出口剪切、卷取等于一體；無鉻表面轉(zhuǎn)化處理；全線電腦控制與自動(dòng)化，品質(zhì)更高了，性能更均一了，成品率更高了，生產(chǎn)成本也保持在合理水平上；對(duì)6xxx系合金進(jìn)行預(yù)時(shí)效。
1. 入口段工藝布置
       帶材在進(jìn)入氣墊爐之前要進(jìn)行一次清洗，去除油污，堿洗溶溫度50℃~75℃，洗滌約3s，然后再漂洗2次，第一次用室溫去離子水，第二次用50℃~75℃去離子水，烘干后即可進(jìn)入爐內(nèi)。
       帶材在前進(jìn)的不同階段必須受到不同的張力，以防松動(dòng)、擦傷、劃傷和偏離中心線，各段張力（N/mm2）如下：開卷6~15，卷取10~20，活套7~15，爐區(qū)1~2。爐內(nèi)張力應(yīng)盡可能地小，同時(shí)應(yīng)盡可能地穩(wěn)定。
       活套有立式的也有臥式的，各有優(yōu)缺點(diǎn)，也可以混合使用，如為了縮短生產(chǎn)線長(zhǎng)度，入口可用立式的，出口采用臥式的。這兩種活套中國(guó)都有，西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司第二條氣墊爐生產(chǎn)線即為臥式的?；钐變?chǔ)帶長(zhǎng)度決定于帶材工藝速度：當(dāng)工藝速度為60m/min時(shí)，長(zhǎng)度約需160m；速度上升到100m/min時(shí)，長(zhǎng)度應(yīng)為260m左右。
2. 工藝段工藝布置
       氣墊爐和冷卻系統(tǒng)安于鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上，分兩層。一般采用天然氣加熱，熱空氣經(jīng)噴嘴吹向帶材上下表面，帶材以正弦形狀通過爐區(qū)?？筛鶕?jù)生產(chǎn)能力大小將爐內(nèi)分為若干小區(qū)，若產(chǎn)能為80kt/a，可分成10區(qū)~12區(qū)，每個(gè)區(qū)的上下各有1臺(tái)循環(huán)風(fēng)機(jī)。爐氣溫度300℃~580℃，最高600℃，保溫精度±1.5℃。生產(chǎn)6016合金帶材的溫度540℃~570℃，保60s后進(jìn)入空冷區(qū)。冷卻區(qū)有7個(gè)分區(qū)，1號(hào)為水淬區(qū)，用于2xxx系及7xxx系合金帶材的淬火，帶材的冷卻速度可達(dá)500℃/S，用的是去離子水。6xxx系合金在2~7區(qū)空淬，將帶材冷卻到≤65℃。
       在入口段與工藝段有拉彎矯直機(jī)，其技術(shù)性能與通用帶材用的相當(dāng)。工藝段入口張緊裝置可為帶材出爐后增加帶材張力，并為矯機(jī)提供反張力，拉矯機(jī)最大張力可達(dá)500N/mm2，可以生產(chǎn)2xxx系和7xxx系硬合金帶材。拉彎矯系統(tǒng)還帶有噴洗設(shè)施。
      在工藝段還有清洗預(yù)處理區(qū)，預(yù)清洗時(shí)首先向帶材上下表面噴射60℃~70℃的堿液約6s，進(jìn)行2次漂洗，第一次用室溫去離子水，第二次用40℃~60℃去離子水，漂洗水循環(huán)使用；之后酸洗6s，再漂洗2次。如果帶材表面潔凈，可免除堿洗，但酸洗是必需的。
3. 出口段工藝布置
       清洗預(yù)處理后進(jìn)入出口段，經(jīng)表面檢查再進(jìn)行預(yù)時(shí)效，以提高帶材的成形與烘烤硬化性能，向帶材兩面吹噴高速熱風(fēng)，速度約40m/min，溫度約110℃。然后進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化鈍化處理，鋁材表面與氧化性鈍化劑發(fā)生反應(yīng)，生成與鋁基體附著力強(qiáng)的不溶性的轉(zhuǎn)化膜，可根據(jù)用戶要求對(duì)帶材進(jìn)行浸涂、噴涂或輥涂。
       浸涂后用50℃的去離子水漂洗2次，用蒸氣加熱的風(fēng)烘干后進(jìn)入出口活套；噴涂多是利用靜電法向帶材表面噴射含Ti或Ti/Zr化合物的涂料，會(huì)很快與鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以在烘干前完成80%左右的反應(yīng)；輥涂由輥涂機(jī)完成，帶材通過兩輥間的縫隙即完成涂覆，然后進(jìn)入紅外線烘干爐，烘干后進(jìn)入出口活套。
       最后一道關(guān)鍵工序是噴涂加熱溶化的固體潤(rùn)滑油，帶材通過高壓（約100kV）霧化室時(shí)，即吸附一層薄薄的潤(rùn)滑油，霧化油液帶負(fù)電，帶材的一面可涂上油，也可以兩面同時(shí)涂上。靜電涂油機(jī)有立式的，也有臥式的，前者的單面涂油量為2mg/m2~25mg/m2，后者的為500mg/m2~3500mg/m2。
ABS生產(chǎn)工藝的明天
      在ABS帶材生產(chǎn)工藝方面，明天的工藝和今天的工藝的下游工序完全相同，不同的僅在上游，即鑄造、熱軋，而熔體制備仍相同，冷軋也可能相同，也可能在軋制率方面有些差異?，F(xiàn)在在美國(guó)有三種不同的冷軋帶坯制備工藝：特殊合金公司的小型軋機(jī)軋制法（mini mill），美國(guó)鋁業(yè)公司的微型軋機(jī)軋制法（micro mill），哈茲雷特（Hazelett）連續(xù)連軋法。
1. 小型軋機(jī)軋制法
      該法是美國(guó)特殊合金公司開發(fā)的，據(jù)稱該公司在建的生產(chǎn)能力600kt/a的ABS項(xiàng)目將用小型軋機(jī)軋制法生產(chǎn)熱軋帶卷，未見有關(guān)此種工藝的報(bào)道。有人稱，特殊合金公司原是一個(gè)生產(chǎn)特殊鋼材的企業(yè)。
2. 美國(guó)鋁業(yè)公司的微型軋制法
      這種工藝的注冊(cè)名稱為San Antonio MicromillTM，尚未見報(bào)道，但筆者2013年5月訪問美國(guó)鋁業(yè)公司匹茲堡技術(shù)中心時(shí)有人向筆者介紹了此法的工藝流程：熔體流入2輥鑄造機(jī)，鑄成厚2.3mm~5.1mm、寬1727mm、溫度565℃的帶坯，鑄造速度61m/min~27m/min，風(fēng)冷，雙機(jī)架四輥軋機(jī)連軋，剪切頭尾，風(fēng)冷，成為厚0.46mm~3.81mm、寬1550mm~1700mm的帶材，卷取。顯然，所產(chǎn)帶材寬度還未覆蓋ABS的全部材料。此法已發(fā)展到哪一步尚不知道，但可以肯定的2020年以前不可能向市場(chǎng)提供產(chǎn)品。也未見美國(guó)鋁業(yè)公司在改、擴(kuò)建與新建的ABS項(xiàng)目中有采用此法的報(bào)道。
3. 哈茲雷特連鑄連軋法
       哈茲雷特連鑄連軋工藝是目前世界上唯一有真正實(shí)際意義的成熟的并有商業(yè)生產(chǎn)價(jià)值的連鑄連軋法，在鑄造機(jī)之后可接1臺(tái)~3臺(tái)熱（溫）軋機(jī)，也可以不接，鑄造帶坯厚   15mm~50mm，截至2014年全球在產(chǎn)的連鑄連軋線13條，總生產(chǎn)能力約1750kt/a。它們用于生產(chǎn)通用板帶材、鋁箔坯料與沖擠坯料，還沒有生產(chǎn)ABS帶坯的，但生產(chǎn)5xxx系、6xxx系A(chǔ)BS合金帶坯應(yīng)該是不成問題的。
       連鑄連軋法是一種先進(jìn)的1xxx系、3xxx系、5xxx系及6xxx系合金帶坯生產(chǎn)工藝，在節(jié)約能源與資源、投資成本、生產(chǎn)成本方面優(yōu)于鑄錠熱軋法，在產(chǎn)品品質(zhì)方面卻接近鑄錠熱軋法的而優(yōu)于連續(xù)鑄軋法的。中國(guó)首條1950mm哈茲雷特連鑄連軋線2011年在河南伊川電力集團(tuán)投產(chǎn)，是全世界最大者，還有兩三條這類生產(chǎn)線在建設(shè)中。
4. 西南鋁的大規(guī)格帶材的連續(xù)氣墊熱處理生產(chǎn)線
        西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司有2條氣墊爐生產(chǎn)線，一條1986年從美國(guó)表面公司引進(jìn)（Surface Co.），1700mm；另一條2500mm的，2010年投產(chǎn)，是中國(guó)最大的鋁合金帶材氣墊爐連續(xù)固溶熱處理機(jī)組，也是全球最大的這類生產(chǎn)線之一，是為生產(chǎn)航空航天鋁合金帶材固溶處理設(shè)計(jì)的，也是全球最大的這類生產(chǎn)線之一，是為生產(chǎn)航空航天鋁合金帶材固溶處理設(shè)計(jì)的，也可以生產(chǎn)ABS帶材；該線是中外合作制造的，進(jìn)口段、出口段設(shè)備由中冶賽迪工程技術(shù)公司（CISDI）設(shè)計(jì)、成套供貨并負(fù)責(zé)機(jī)組在工廠內(nèi)的設(shè)計(jì)工作，該機(jī)組的建成不但可滿足我國(guó)對(duì)高精鋁合金板帶的需求，對(duì)航空航天工業(yè)技術(shù)發(fā)展有著重大意義，同時(shí)機(jī)組的建成有效地提高了我國(guó)鋁合金帶材連續(xù)固溶熱處生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)水平，將國(guó)內(nèi)鋁合金帶材熱處理技術(shù)及裝備提高到一個(gè)新的高度。
       氣墊爐有加熱段和冷卻段。加熱段有加熱分區(qū)5個(gè)，熱風(fēng)從爐頂和爐底垂直吹向帶材表面，快速加熱帶材，用徑向流動(dòng)風(fēng)機(jī)循環(huán)吹送熱風(fēng)，最高溫度600℃，緊接著的是冷卻區(qū)，分為兩個(gè)封閉的小區(qū)，有3種冷卻方式：空冷，氣-水混合冷卻加干燥，水冷加干燥。
氣墊爐上蓋可通過液壓系統(tǒng)打開，如果爐內(nèi)發(fā)生斷帶事故，打開蓋后爐內(nèi)溫度可在2小時(shí)內(nèi)降到規(guī)定溫度。
結(jié)束語(yǔ)
       截止到2015年，中國(guó)已建成和在建的ABS的企業(yè)有9家10條生產(chǎn)線（按氣墊爐計(jì)算），可于2016年全部建成投產(chǎn)，總生產(chǎn)能力914kt/a（還有一二家在作立項(xiàng)前的準(zhǔn)備工作），其中諾貝麗斯（常州）鋁業(yè)有限公司、神鋼天津鋁業(yè)有限公司、愛勵(lì)國(guó)際（鎮(zhèn)江）鋁業(yè)有限公司為外商獨(dú)資企業(yè)，它們的生產(chǎn)能力340kt/a，占全國(guó)總產(chǎn)能的37.2%。西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司與南南鋁加工有限公司的生產(chǎn)線不是ABS的專業(yè)線，其主導(dǎo)產(chǎn)品除ABS帶材外，還有航空航天2xxx系及7xxx系合金帶材?，F(xiàn)有的生產(chǎn)能足可以滿足汽車制造業(yè)2025年以前對(duì)ABS的需求，欲新建ABS項(xiàng)目的，宜對(duì)市場(chǎng)態(tài)勢(shì)有充分的了解，對(duì)生產(chǎn)ABS的新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)也需要有前瞻性。
      中國(guó)生產(chǎn)ABS的技術(shù)比汽車制造技術(shù)更落后，才剛剛起步，對(duì)這一點(diǎn)應(yīng)有足夠的認(rèn)識(shí)。

作者：王祝堂  來源：中國(guó)有色金屬報(bào)  轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！