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1-車頂加強件；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-保險杠；10-發(fā)動機室軌；11-前柱加強件；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)用鋁增長最快與最大的板塊，如以2013年全球用量300kt為準，據(jù)預(yù)測2025年的可達2680kt，年平均增長率約為20%，而全世界2016年的生產(chǎn)能力為2500kt/a，所以在2022年以后還需適當建一些項目。
       在這期間，不僅對ABS的需求大，而且商務(wù)車對鋁板的需求也不可低估，如運輸谷物的翻斗卡車、各種半掛車與拖車，以及運輸散裝商品的裝備與工具。交通運輸工業(yè)對鋁板、帶需求增幅大的是北美與中國。
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、涂潤滑劑、深加工、包裝入庫等。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，不是國際上通用的，因為國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，雖然在此將其稱之為昨天的工藝，并不是說當今在生產(chǎn)ABS時不用了，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，對熔體應(yīng)進行精密凈化與添加晶粒細化劑，最好能按航空材料標準控制熔體的氫與雜質(zhì)含量以及鑄錠組織。6xxx系合金ABS扁錠在鑄造時有形成熱裂紋傾向，但不嚴重，只要嚴格控制化學(xué)成分與冷卻速度，控制好晶粒細化劑添加量，可不會產(chǎn)生裂紋，我們在鑄造500mm厚的扁錠時，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行，也可以分開實施，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，均勻化處理的晶粒細化效果不明顯。可是，Mg及Si的含量較高時，均勻化處理對Mg2Si及Si的金屬間化合物質(zhì)點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，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，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，保溫時間也宜長一些。因為冷軋帶材在連續(xù)式氣墊爐或感應(yīng)爐內(nèi)固溶處理時通過時間短，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)停留長的時間。為此，合理地安排加熱制度可以彌補這一缺點。
       現(xiàn)代化的熱軋機列多是將厚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，會有一部分Mg及Si析出來，它們在以后的快速固溶處理時不可能全部固溶，會使BH性能下降一些。中國南南鋁加工有限公司的3100mm+2800mm的（1+1）式熱粗-精軋線粗軋機的開口度為800mm，是世界上僅有的2臺開口度最大的熱軋機之一。
       在生產(chǎn)ABS帶材過程中，在熱軋后與冷軋前進行一次預(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)時效處理pre-aged），而外車身鈑金件是在人工時效后成形的。固溶處理都在連續(xù)氣墊爐進行。開卷后帶材進入加熱區(qū)受到向上下表面噴射的高溫?zé)犸L(fēng)加熱，在短時間內(nèi)被加熱到固溶處理溫度后進入保溫區(qū)，保溫短時間后或不保溫立即進入淬火區(qū)，進行水淬或強風(fēng)淬火，因為Al-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，提高固溶處理溫度，殘留的第二相質(zhì)點也越少，材料的彎曲性能也更好。
       對于6xxx系合金帶材，只要冷加工率能達到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，在日本還進行暗光澤表面處理。這些處理都是為了沖壓成形時不產(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
       當前的先進ABS生產(chǎn)線稱之為“今天的生產(chǎn)線”。采用全先進的工藝，是2010年以后新建或改、擴建的當今高水平的生產(chǎn)線。與昨天的生產(chǎn)線即上一代的生產(chǎn)線相比，其特點是：把所有的ABS生產(chǎn)的下游裝備全部整合在一條自動化線上，雙層布置長度在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、預(yù)時效、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6xxx系合金進行預(yù)時效。
1. 入口段工藝布置
       帶材在進入氣墊爐之前要進行一次清洗，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，烘干后即可進入爐內(nèi)。
       帶材在前進的不同階段必須受到不同的張力，以防松動、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，也可以混合使用，如為了縮短生產(chǎn)線長度，入口可用立式的，出口采用臥式的。這兩種活套中國都有，西南鋁業(yè)（集團）有限責(zé)任公司第二條氣墊爐生產(chǎn)線即為臥式的。活套儲帶長度決定于帶材工藝速度：當工藝速度為60m/min時，長度約需160m；速度上升到100m/min時，長度應(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)。可根據(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)，每個區(qū)的上下各有1臺循環(huán)風(fēng)機。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后進入空冷區(qū)。冷卻區(qū)有7個分區(qū)，1號為水淬區(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，其技術(shù)性能與通用帶材用的相當。工藝段入口張緊裝置可為帶材出爐后增加帶材張力，并為矯機提供反張力，拉矯機最大張力可達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)清洗時首先向帶材上下表面噴射60℃~70℃的堿液約6s，進行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)處理后進入出口段，經(jīng)表面檢查再進行預(yù)時效，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的不溶性的轉(zhuǎn)化膜，可根據(jù)用戶要求對帶材進行浸涂、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)；輥涂由輥涂機完成，帶材通過兩輥間的縫隙即完成涂覆，然后進入紅外線烘干爐，烘干后進入出口活套。
       最后一道關(guān)鍵工序是噴涂加熱溶化的固體潤滑油，帶材通過高壓（約100kV）霧化室時，即吸附一層薄薄的潤滑油，霧化油液帶負電，帶材的一面可涂上油，也可以兩面同時涂上。靜電涂油機有立式的，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軋制法（mini mill），美國鋁業(yè)公司的微型軋機軋制法（micro mill），哈茲雷特（Hazelett）連續(xù)連軋法。
1. 小型軋機軋制法
      該法是美國特殊合金公司開發(fā)的，據(jù)稱該公司在建的生產(chǎn)能力600kt/a的ABS項目將用小型軋機軋制法生產(chǎn)熱軋帶卷，未見有關(guān)此種工藝的報道。有人稱，特殊合金公司原是一個生產(chǎn)特殊鋼材的企業(yè)。
2. 美國鋁業(yè)公司的微型軋制法
      這種工藝的注冊名稱為San Antonio MicromillTM，尚未見報道，但筆者2013年5月訪問美國鋁業(yè)公司匹茲堡技術(shù)中心時有人向筆者介紹了此法的工藝流程：熔體流入2輥鑄造機，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，雙機架四輥軋機連軋，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提供產(chǎn)品。也未見美國鋁業(yè)公司在改、擴建與新建的ABS項目中有采用此法的報道。
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際意義的成熟的并有商業(yè)生產(chǎn)價值的連鑄連軋法，在鑄造機之后可接1臺~3臺熱（溫）軋機，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。中國首條1950mm哈茲雷特連鑄連軋線2011年在河南伊川電力集團投產(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）有限責(zé)任公司有2條氣墊爐生產(chǎn)線，一條1986年從美國表面公司引進（Surface Co.），1700mm；另一條2500mm的，2010年投產(chǎn)，是中國最大的鋁合金帶材氣墊爐連續(xù)固溶熱處理機組，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)計的，也可以生產(chǎn)ABS帶材；該線是中外合作制造的，進口段、出口段設(shè)備由中冶賽迪工程技術(shù)公司（CISDI）設(shè)計、成套供貨并負責(zé)機組在工廠內(nèi)的設(shè)計工作，該機組的建成不但可滿足我國對高精鋁合金板帶的需求，對航空航天工業(yè)技術(shù)發(fā)展有著重大意義，同時機組的建成有效地提高了我國鋁合金帶材連續(xù)固溶熱處生產(chǎn)線的設(shè)計水平，將國內(nèi)鋁合金帶材熱處理技術(shù)及裝備提高到一個新的高度。
       氣墊爐有加熱段和冷卻段。加熱段有加熱分區(qū)5個，熱風(fēng)從爐頂和爐底垂直吹向帶材表面，快速加熱帶材，用徑向流動風(fēng)機循環(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小時內(nèi)降到規(guī)定溫度。
結(jié)束語
       截止到2015年，中國已建成和在建的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前的準備工作），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、愛勵國際（鎮(zhèn)江）鋁業(yè)有限公司為外商獨資企業(yè)，它們的生產(chǎn)能力340kt/a，占全國總產(chǎn)能的37.2%。西南鋁業(yè)（集團）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。現(xiàn)有的生產(chǎn)能足可以滿足汽車制造業(yè)2025年以前對ABS的需求，欲新建ABS項目的，宜對市場態(tài)勢有充分的了解，對生產(chǎn)ABS的新技術(shù)發(fā)展趨勢也需要有前瞻性。
      中國生產(chǎn)ABS的技術(shù)比汽車制造技術(shù)更落后，才剛剛起步，對這一點應(yīng)有足夠的認識。

作者：王祝堂  來源：中國有色金屬報  轉(zhuǎn)載請注明出處！