專利名稱：雙輥連鑄鎂合金薄板的控軋方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎂合金薄板的控軋方法及裝置，更具體的是用雙輥連鑄與控制 軋制聯(lián)合工藝生產(chǎn)鎂合金薄板的方法及裝置。
背景技術(shù)：
鎂合金是最輕的實(shí)用金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高、阻 尼減震性好、導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽效果佳、機(jī)加工性能優(yōu)良、易回收等優(yōu)點(diǎn)， 在航空航天、通訊電子、汽車和家電等行業(yè)有越來越廣泛的應(yīng)用。鎂合金的零 部件，用板材通過彎曲、沖壓、焊接等成型工藝來生產(chǎn)，具有成型效率高、生 產(chǎn)規(guī)模大、可以生產(chǎn)薄壁零件的優(yōu)點(diǎn)；生產(chǎn)的變形鎂合金產(chǎn)品具有更高的強(qiáng)度， 更好的延展性，可以滿足各種結(jié)構(gòu)件的使用要求，有更廣泛的應(yīng)用前景。
傳統(tǒng)鎂合金板材生產(chǎn)工藝采用半連續(xù)鑄錠，需經(jīng)過多次溫軋-均質(zhì)化處理才 能生產(chǎn)出成品板材，生產(chǎn)工序復(fù)雜、成材率低、周期長、成本高。近年來已有 多個專利提出新方法生產(chǎn)鎂合金薄板。日本金屬株式會社申請的中國專利，申 請?zhí)?2142584.1，熱軋用鎂合金板的制造方法及鎂合金的熱軋方法，采用澆鑄 50mm厚的平板型鑄塊再進(jìn)行熱軋的方法。蒂森克魯伯鋼鐵股份有限公司也提出 了相近的方法(中國專利申請?zhí)?1817829. 4)，上述方法均需要進(jìn)行多個周次的 再加熱均勻化退火處理。澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織申請的國際專利 PCT/AU2003/001097采用水平式雙輥鑄軋法，鑄板厚度為3-8mm，該專利中沒有
提到繼續(xù)進(jìn)行軋制加工進(jìn)一步減薄。洛陽銅加工集團(tuán)有限責(zé)任公司申請的中國 專利，申請?zhí)?00410090660. X公開了一種變形鎂合金薄板帶連續(xù)鑄軋的方法， 采用水平式雙輥鑄軋法，鑄板厚度為4-6mm，然后在30(TC用三輥軋機(jī)經(jīng)過2個 再加熱退火周期軋成lmm的薄板。該專利并未提到進(jìn)行橫軋改善均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
鑄軋法生產(chǎn)的鎂合金薄帶坯保留著鑄態(tài)組織，需要經(jīng)過進(jìn)一步加工以改善 其內(nèi)部性能和表面質(zhì)量。鎂合金由于凝固過程中元素偏析和脆性相的存在，軋 制前要進(jìn)行均質(zhì)化處理。對于鑄軋的某些鎂合金牌號，進(jìn)行適當(dāng)?shù)木|(zhì)化處理 是必不可少的。采用中間分段單片式生產(chǎn)鎂合金板而不是全連續(xù)生產(chǎn)具有設(shè)備 簡單，生產(chǎn)組織柔性大，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的特點(diǎn)。另-一方面，鎂合金在鑄 軋過程中，由于有軋制和定向凝固的作用也會形成具有一定方向的板織構(gòu)，有 時沿鑄板長度方向上會形成一些橫向上的微裂紋， 一般裂紋的深度在50-150u m。只沿著一個方向的軋制很容易加強(qiáng)軋板的各向異性，或產(chǎn)生擴(kuò)大鑄板橫向裂 紋的趨勢，橫軋變形對保證成品板的均勻性是必要的。
本發(fā)明提供了用雙輥連鑄與控制軋制聯(lián)合工藝生產(chǎn)鎂合金薄板的方法及裝 置，通過雙輥鑄軋生產(chǎn)熱帶坯，而后緊接在線控制溫度和變形軋制，生產(chǎn)具有 良好成型和二次加工能力的鎂合金薄帶。
用雙輥連鑄與控制軋制聯(lián)合工藝生產(chǎn)鎂合金薄板的關(guān)鍵就是整個生產(chǎn)過程 中溫度和變形行為的控制。鎂合金由于其密排六方結(jié)構(gòu)，常溫下塑性變形能力 較差，需要控制在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行變形加工。在熱軋和溫軋過程中，微觀 組織晶粒被破碎，同時由于回復(fù)和再結(jié)晶使晶粒長大，晶粒減小程度同時受到 軋制溫度，變形程度和軋后回火溫度及時間的影響。溫度過高，高溫下易于氧 化，軋后晶粒由于再結(jié)晶而容易長大；而溫度過低，塑性又不好。另一方面當(dāng) 晶粒減小到一定程度以后，由于變形機(jī)制的改善，適合軋制的溫度可以進(jìn)一步 降低。通過合理控制各道次軋制溫度，在不影響塑性的條件下，可使再結(jié)晶得
到抑制，減小產(chǎn)品晶粒尺寸，提高鎂板的二次加工性能。
用雙輥鑄軋薄帶坯進(jìn)行在線軋制生產(chǎn)鎂合金薄板時，首要的是控制鑄軋帶 坯內(nèi)部組織以及析出物的形態(tài)，而后控制好薄板進(jìn)入軋輥輥縫的溫度，其次是 控制合理的變形率，變形速率和變形方式，接下來要保證薄板具有良好的表面
狀態(tài)。在本申請人以前公布的中國專利申請中(專利申請?zhí)?00610045757.8) 和日本專利(特願2006 —103690)，公開了一種在線油浴熱處理雙輥鑄軋的方法 和裝置，提供了良好的控制鑄軋薄帶坯溫度和表面狀態(tài)的方法。本專利基于以 前已申請的專利基礎(chǔ)上，利用雙輥鑄軋法生產(chǎn)金屬薄帶坯，而后接在線控制軋 制，通過控制鑄軋板帶坯的溫度、下部工序中的軋制變形量和變形方式，生產(chǎn) 具有良好成型和二次加工能力的鎂合金薄帶。
本發(fā)明提供的雙輥連鑄鎂合金薄板的控軋方法包括以下內(nèi)容
a. 釆用雙輥立式薄板鑄軋機(jī)，熔化的鎂合金溶液在一體化鑄軋機(jī)中直接澆 注凝固成形。液體金屬澆鑄到由兩個對向旋轉(zhuǎn)的軋輥和側(cè)封板組成的鑄軋區(qū)， 液態(tài)金屬接觸軋輥并開始凝固，當(dāng)凝固層厚度大于軋輥輥縫厚度時，鑄板在凝 固過程中伴隨著軋制加工并隨著軋輥的旋轉(zhuǎn)脫離軋輥，形成鑄軋板材。
b. 熔化的鎂合金控制在660 75(TC澆鑄；鑄板出鑄輥的溫度為300-50(TC， 鑄軋速度10-90m/min，鑄軋出板厚度為卜4mm。鑄板在鑄軋機(jī)的下部油槽中， 用具有良好熱傳導(dǎo)能力的耐高溫油控制冷卻和熱處理，鑄板出油槽溫度控制在 200-400°C。
c. 鑄板在油槽出口處由擠干輥除去鑄板表面的油，經(jīng)過平整、切斷后，以 堆垛的方式在氣氛熱處理爐中加熱保溫，在380-42(TC進(jìn)行15-120分鐘的均勻 化退火，而后進(jìn)入軋制機(jī)組軋制。
d. 軋制機(jī)組控制溫度和變形方式進(jìn)行軋制，在軋制機(jī)組經(jīng)過10-18個道次 軋制后形成薄板，在一個均勻化退火周期內(nèi)，生產(chǎn)成品厚度為0.2-1 mm的鎂合
金薄板。
e. 軋制機(jī)組的軋機(jī)前后和傳送輥道間設(shè)置有保溫罩和保溫輥道，進(jìn)行保溫 和補(bǔ)熱，精確控制每個道次的溫度在250-42(TC的溫軋和熱軋區(qū)內(nèi)進(jìn)行。
f. 軋制機(jī)組進(jìn)行縱軋-橫軋的軋制變形方式和變形量的控制。開始道次必 須為縱軋變形，以避免鑄軋過程中形成的缺陷被放大。優(yōu)選的方法是前三個道 次全部為縱軋變形。另一方面，在軋制過程中要進(jìn)行橫軋變形，以改進(jìn)薄板在 寬向的組織性能，確保薄板在橫縱向性能均勻。橫軋進(jìn)行展寬變形的另一個好 處是用同一寬度規(guī)格的帶坯生產(chǎn)多種寬度系列的產(chǎn)品，增加生產(chǎn)的柔性。
g. 在軋制工序，開始3個道次的變形量控制小于15%，在累積變形率達(dá)到 35%-50%后，變形量提高到15%-20%。采用盡量少的道次，以改善表面質(zhì)量。
h. 成品前道次進(jìn)行280-35(TC低溫范圍的12%-15%變形率變形，成品道次 進(jìn)行6-10%小變形量變形。通過控制軋制、誘起孿晶變形細(xì)化晶粒，退火后的成 品板得到5-30um的細(xì)晶。
i. 軋制后的薄板經(jīng)過剪切后，堆垛進(jìn)行成品退火處理。退火工藝為350-420 。C， 15分鐘-120分鐘。
本方法和裝置用于厚度小于3毫米，寬度小于2米的鎂合金板材的生產(chǎn)，優(yōu) 選厚度小于1毫米，寬度小于1200毫米的各系列鎂合金薄板，生產(chǎn)具有良好表 面和內(nèi)部質(zhì)量的薄板。
本發(fā)明提供的用雙輥連鑄與控制軋制聯(lián)合工藝生產(chǎn)鎂合金薄板的裝置包括 以下部件 一體化的鑄軋機(jī)，包含了熔化爐、鑄軋輥、引導(dǎo)輥組、冷卻油系統(tǒng)。平整軋機(jī)，轉(zhuǎn)鼓式飛剪，收集臺架，軋前氣氛保護(hù)退火爐，均可進(jìn)行可逆軋制 的三架四輥軋機(jī)，換向搬運(yùn)輥道，軋機(jī)間保溫輥道，輔助的定位器，溫度傳感 器，成品氣氛保護(hù)熱處理爐，切邊機(jī)。
一體化的鑄軋機(jī)的上方為熔化爐，它下部是鑄軋輥，鑄輥的下面是一個裝 有冷卻油的油槽，在油槽出口配備有平整軋機(jī)，輥道，飛剪機(jī)，和收集臺架。 而后是進(jìn)行均勻化退火的軋前氣氛保護(hù)退火爐，退火爐后是送往軋制機(jī)組進(jìn)行 控制軋制的換向搬運(yùn)輥道。三架軋機(jī)互成90度布置，軋機(jī)前后有進(jìn)行補(bǔ)熱的保 溫輥道。最后是氣氛保護(hù)熱處理爐和切邊機(jī)。
本發(fā)明提供的雙輥鑄軋?jiān)诰€控制溫度和控制軋制的方法及裝置與現(xiàn)有方法 及裝置相比，其顯著的進(jìn)步和有益效果在于通過在立式雙輥連鑄機(jī)生產(chǎn)薄帶
坯，而后緊接進(jìn)行熱軋，在一個均勻化退火周期內(nèi)生產(chǎn)lmm以下的鎂合金薄板。 立式鑄軋機(jī)的鑄軋速度可以達(dá)到10-90m/min，生產(chǎn)效率高，調(diào)整能力強(qiáng)。立式 雙輥連鑄機(jī)生產(chǎn)厚度小于4nim帶坯，能夠在一個均勻化退火周期內(nèi)生產(chǎn)lmm以 下的鎂合金薄板。本發(fā)明通過全程控制溫度和軋制變形方式，使生產(chǎn)的鎂合金 薄板具有良好性能和成型能力。鑄軋帶坯進(jìn)行油浴熱處理可細(xì)化鑄板組織，改 善共晶相的析出形態(tài)和分布，提高基體的強(qiáng)度，并生產(chǎn)沒有表面氧化的鑄板。 熱軋中有效地控制變形溫度、方式，可以生產(chǎn)具有良好表面質(zhì)量和成型性能的 鎂合金薄帶。
本發(fā)明采用縱軋-橫軋-縱軋軋制的方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，采用縱-橫-縱軋軋制，可抑制鑄軋過程形成的微裂紋的擴(kuò)展和減小軋制裂紋產(chǎn)生的趨勢，減 少最終成品的各向異性，提高綜合機(jī)械性能。在鑄軋和溫軋過程中，通過控制 好薄板進(jìn)入軋輥輥縫的溫度，控制合理的變形率，變形速率和變形方式，可以 使鎂板的晶粒由50-100 tim減小到20 um以下，并且具有產(chǎn)品成分均勻，表面 質(zhì)量良好，各方向機(jī)械性能均勻的特點(diǎn)。采用本技術(shù)生產(chǎn)的AZ31B鎂合金薄板 可以達(dá)到常溫下抗拉強(qiáng)度280-330MPa，最大延伸率15%-22%的性能指標(biāo)。
本發(fā)明采用鑄軋和軋制法生產(chǎn)鎂合金板材比傳統(tǒng)的方法，流程短，生產(chǎn)設(shè)備 簡單，生產(chǎn)成本低，容易實(shí)現(xiàn)和組織規(guī)?；a(chǎn)。通過控制軋制生產(chǎn)的厚度小 于lmm的鎂合金薄板，具有良好的成型能力，供給下一步?jīng)_壓等成型加工。該 方法及裝置可應(yīng)用于各系列的鎂合金和鋁合金的鑄軋和熱軋加工。


圖1是雙輥連鑄鎂合金薄板的控軋裝置示意圖。 圖2是軋制機(jī)組的三架軋機(jī)構(gòu)稱和布置方式示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)作一步說明
a. 熔化的鎂合金溶液在一體化的鑄軋機(jī)1中鑄軋成形。以AZ31鎂合金為 例，液態(tài)金屬澆鑄溫度控制在680-72CTC;鑄板出鑄輥的溫度為350-450°C，鑄 軋速度15-20 m/tnin，出板厚度為2. 5-3mm;鑄板迸入下部的冷卻系統(tǒng)中，在冷 卻油中控制冷卻速度和防止高溫氧化，沿引導(dǎo)輥組運(yùn)行出油槽，鑄板出油槽溫 度控制在300-350°C。使用擠干輥除去鑄輥表面多余的油。
b. 出了油槽的鑄板經(jīng)過一次軋機(jī)2整平輕壓軋，然后飛剪3剪切，收集臺 架4堆垛后進(jìn)入加熱爐5進(jìn)行均勻化退火處理。
c. 退火后的板材經(jīng)過板材換向搬運(yùn)輥道6和直線保溫輥道7進(jìn)入縱橫軋機(jī) 8， 9， 10，進(jìn)行10-18個道次軋制。
d. 2. 5-3mm厚的鑄軋板坯經(jīng)過380-400°C， 1. 5-2小時均勻化退火后，而后 用9-12個道次的軋制，可生產(chǎn)出0.8麵后的薄板；12-15個道次生產(chǎn)出0.5咖
后的薄板。在軋制變形過程中在前三個道次控制變形率為10%，當(dāng)厚度降到
1.2mm以下，塑性提高，每道壓下量提高到15-18%。
f. 在所有軋制道次中，最大道次變形率嚴(yán)格控制不超過20%。軋制變形溫 度保持在350-400C之間。
g. 軋制機(jī)組采用3架軋機(jī)，交替進(jìn)行縱軋與橫軋變形，軋機(jī)8與軋機(jī)9， 軋機(jī)9與軋機(jī)10互成90度布置，軋制板材不需要轉(zhuǎn)向，直接實(shí)現(xiàn)縱軋與橫軋 方向的變換。在軋機(jī)之間為減小溫降，采用保溫輥道，補(bǔ)熱和保持均衡溫度。
i.軋制后的薄板經(jīng)過熱矯直，切邊，堆垛，送熱處理進(jìn)行退火。退火工藝 為400。C， 15分鐘-120分鐘。
如圖l所示，本發(fā)明提供的雙輥連鑄鎂合金薄板的控軋裝置包括以下部件-一體化的鑄軋機(jī)l，包含了熔化爐、鑄軋輥、引導(dǎo)輥組、冷卻油系統(tǒng)。平整軋機(jī) 2，轉(zhuǎn)鼓式飛剪3，收集臺架4，軋前退火爐5，均為四輥軋機(jī)的三架軋機(jī)8、 9、 10，換向搬運(yùn)輥道6，軋機(jī)間保溫輥道7，輔助的定位器，溫度傳感器，成品熱 處理爐ll，切邊機(jī)。
一體化的鑄軋機(jī)1的上方為熔化爐，它下部是鑄軋輥，鑄輥的下面是一個 裝有冷卻油的油槽，在油槽出口配備有平整軋機(jī)2，輥道，轉(zhuǎn)鼓式飛剪3，和收 集臺架4。而后是進(jìn)行均勻化退火的軋前退火爐5，退火爐后是送往軋制機(jī)組進(jìn) 行控制軋制的換向搬運(yùn)輥道6。三架軋機(jī)8、 9、 10互成90度布置，軋機(jī)前后有 進(jìn)行補(bǔ)熱的保溫輥道7。最后是成品熱處理爐11和切邊機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種雙輥連鑄鎂合金薄板的控軋方法及裝置，其特征在于該方法包括以下內(nèi)容(1)鎂合金溶液在一體化鑄軋機(jī)中成形，鑄軋速度10-90m/min，鑄板出鑄輥的溫度為300-500℃，鑄軋板在油中冷卻，控制溫度為200-400℃，出板厚度為1-4mm；(2)鑄軋板在熱軋前進(jìn)行均勻化退火處理，退火溫度350-420℃，時間1-2小時；(3)軋制機(jī)組控制道次、軋制溫度、變形率和軋制方向，采用縱-橫-縱軋交替方式軋制，軋機(jī)前后有保溫輥道進(jìn)行補(bǔ)熱，控制各道次中控制軋制溫度為280-420℃，熱軋成形在前三個道次采用變形率小于10％的小壓下量軋制，在累積壓下率達(dá)到35-50％后采用15％-18％的大變形率軋制；(4)軋制后的薄板經(jīng)過退火工藝，退火溫度350-420℃，時間15分鐘-120分鐘。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于(3)中控制成品前的道次進(jìn)行280-350 'C溫軋范圍的12%-15%變形率變形，成品道次進(jìn)行8-10%小變形量變形。
3.雙輥連鑄鎂合金薄板的控軋方法所采用的裝置，其特征在于該裝置包括以下部件: 一體化的鑄軋機(jī)，包含了熔化爐、鑄軋輥、引導(dǎo)輥組、冷卻油系統(tǒng)。平整軋機(jī)，轉(zhuǎn)鼓式飛 剪，收集臺架，軋前退火爐，均可進(jìn)行可逆軋制的三架四輥軋機(jī)，換向搬運(yùn)輥道，軋機(jī)間 保溫輥道，輔助的定位器，溫度傳感器，成品熱處理爐，切邊機(jī)； 一體化的鑄軋機(jī)的上方 為熔化爐，它下部是鑄軋輥，鑄輥的下面是一個裝有冷卻油的油槽，在油槽出口配備有平 整軋機(jī)，輥道，飛剪機(jī)和收集臺架，而后是進(jìn)行均勻化退火的軋前氣氛保護(hù)退火爐，退火 爐后是送往軋制機(jī)組進(jìn)行控制軋制的換向搬運(yùn)輥道，三架軋機(jī)互成90度布置，軋機(jī)前后 有進(jìn)行補(bǔ)熱的保溫輥道，最后是氣氛保護(hù)熱處理爐和切邊機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙輥連鑄鎂合金薄板的控軋方法及裝置，該方法包括鎂合金溶液在一體化鑄軋機(jī)中成形，鑄板出鑄輥的溫度為300-500℃，鑄軋速度10-90m/min，鑄軋板在油中冷卻，控制溫度為200-400℃，出板厚度為1-4mm；鑄軋板在熱軋前進(jìn)行均勻化退火處理，軋機(jī)前后有保溫輥道進(jìn)行補(bǔ)熱，在一個退火周期內(nèi)軋制出成品鎂合金板材0.2-1mm。該裝置包括一體化的鑄軋機(jī)，鑄軋機(jī)后的連續(xù)退火爐，三臺成90度布置的四輥熱軋機(jī)及其機(jī)前后保溫輥道，飛剪及切邊剪。本發(fā)明采用鑄軋和軋制法生產(chǎn)鎂合金板材流程短、生產(chǎn)成本降低，并具有產(chǎn)品成分均勻，表面質(zhì)量良好，各方向機(jī)械性能均勻的特點(diǎn)。該方法及裝置可應(yīng)用于各系列的鎂合金和鋁合金薄板的生產(chǎn)。
文檔編號B23P23/04GK101190491SQ20061013435
公開日2008年6月4日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者巨東英, 胡小東, 趙紅陽 申請人:遼寧科技大學(xué);巨東英