鎂合金鑄軋板制備寬幅薄板的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鎂合金鑄乳板或鑄乳卷直接乳制寬幅薄板技術(shù)領(lǐng)域，具體為鎂合金鑄 乳板制備寬幅薄板的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂合金是目前工程應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，已成為國(guó)防軍事、航空航天、汽 車、電子通信等工業(yè)領(lǐng)域的重要材料。隨著我國(guó)高速軌道交通、電動(dòng)汽車等大型工程項(xiàng)目的 啟動(dòng)，對(duì)大規(guī)格鎂合金產(chǎn)品提出了更高的要求。
[0003] 鎂合金寬幅薄板從厚度角度講，按常規(guī)金屬板材可分為厚板與薄板，厚度不小于 6. 0mm的稱為厚板（plate)，厚度大于0. 20mm但小于6. 0mm的稱薄板（sheet)。當(dāng)然，對(duì)鎂 板材也可將厚度小于l〇mm的稱為薄板。根據(jù)GBPT5154-2003板材（plateandsheet)是橫 斷面呈矩形、厚度均一并大于0.20mm的乳制產(chǎn)品，通常邊部經(jīng)過剪切或鋸切，并以平直狀 外形交貨，厚度不超過寬度的1/10。鎂合金薄板由鎂合金錠乳制而成，通常鎂合金錠的尺寸 為：厚127mm~305mm，寬406_~1041mm，長(zhǎng)914_~2032mm，儀合金徒寬度與厚度之比 最好為4 :1。目前對(duì)于鎂合金由鎂合金錠乳制成薄板的工藝已經(jīng)十分成熟。
[0004] 另一方面，鎂合金寬幅薄板從寬度角度講，韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵公司（P0SC0)在光陽(yáng)有 一個(gè)用雙輯式連續(xù)鑄乳鎂板帶的企業(yè)，稱之為PoStrip。其與英國(guó)ElectronMagnesium聯(lián)合 開發(fā)鎂產(chǎn)品，在此領(lǐng)域處于世界先進(jìn)水平。2008年，一座工業(yè)規(guī)模的鎂合金鑄乳廠在土耳其 材料研究院（TUBITAKMRC)建成投產(chǎn)，他們采用雙輥連續(xù)鑄乳技術(shù)生產(chǎn)6mmX (800~1500) mm的AZ31鎂合金板，板坯產(chǎn)品可以被連續(xù)卷取或在線切割成平板。這是迄今報(bào)道生產(chǎn)最 寬的AZ31鑄乳板坯。此外，日本、加拿大等國(guó)也都在用雙輥鑄乳法（TRC法）生產(chǎn)鎂合金板 材。
[0005] 鎂合金板材的生產(chǎn)主要有以下三種方法：雙輥鑄乳法（TRC法）、擠壓開坯乳制法 (ER法）和鑄錠熱乳開坯法（HR法）。鑄乳法是低成本鎂合金板材生產(chǎn)工藝，但產(chǎn)品質(zhì)量不 如乳制法，且要實(shí)現(xiàn)寬幅板材的鑄乳生產(chǎn)非常困難（寬度一般在650mm以下）；擠壓開坯法 主要用于生產(chǎn)薄板，但板材的寬度受到限制（一般在600_以下）；鑄錠熱乳開坯法是傳統(tǒng) 的鎂合金板材生產(chǎn)方法，可以生產(chǎn)鎂合金寬幅薄板，但該方法成品率低，生產(chǎn)成本高。交通 運(yùn)輸領(lǐng)域所使用鎂合金薄板規(guī)格一般為厚度1. 5~3. 0_，寬度>1600_，長(zhǎng)度MOOOmm，受 限于鑄乳和擠壓板材寬度不足以及鑄錠熱乳開坯乳制成材率低、成本過高等原因，目前鎂 合金板材還未在該領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用。
[0006] 鎂合金板帶材市場(chǎng)需求和規(guī)?；瘧?yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)是寬幅化和低成本化。寬幅化 是鎂合金板材滿足汽車、列車、客車、飛機(jī)等交通運(yùn)輸行業(yè)輕量化需要的基本條件，這有賴 于寬幅板材生產(chǎn)技術(shù)與裝備的進(jìn)步；低成本化是鎂合金板材可以與其它材料競(jìng)爭(zhēng)的重要條 件。由于鎂合金薄板加工時(shí)溫降快，邊部開裂嚴(yán)重，所以如何解決鎂合金寬幅薄板乳制時(shí)邊 部開裂的問題，成為提高鎂合金寬幅薄板乳制產(chǎn)品合格率及生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于開發(fā)鎂合金鑄乳板制備寬幅薄板的工藝方法，由鑄乳板或鑄乳 卷直接制備鎂合金寬幅薄板伊始，即通過整形乳制工藝，乳制成乳板坯料中間薄、兩側(cè)厚的 "狗骨"形坯料，解決鎂合金寬幅薄板乳制時(shí)邊部開裂的問題。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0009] 鎂合金鑄乳板制備寬幅薄板的工藝方法，其特征是：鎂合金寬幅薄板的乳制工藝 包括如下步驟：（一）、寬幅薄板乳制坯料形狀尺寸的確定，寬幅薄板乳制坯料橫斷面包括 中間薄區(qū)，中間薄區(qū)兩側(cè)設(shè)置厚區(qū)，厚區(qū)與中間薄區(qū)之間采用過渡區(qū)連接，過渡區(qū)的坯料厚 度從厚區(qū)到中間薄區(qū)連續(xù)減??；（二）、寬幅薄板乳制坯料的乳制；（三）、寬幅薄板乳制。 [0010] 過渡區(qū)的過渡連接方式為圓弧過渡連接或者直線過渡連接。
[0011] 過渡區(qū)的過渡連接方式為圓弧過渡連接時(shí)，乳制坯料尺寸的確定方法包括如下步 驟：
[0012] 1)、來料厚度為H。，則中間薄區(qū)厚度為：
[0013] hb=H〇(l_eb)；
[0014] 2)、來料厚度為H。，則厚區(qū)厚度為：
[0015] hh= Η〇(1- ε h)；
[0016] 3)、為滿足橫向乳制后板帶的平直度要求，厚區(qū)與中間薄區(qū)厚度差為：
[0017] Δ hg= h h_hb= 0· 1 ~0· 5mm ;
[0018] 4)、為了避免板帶橫向乳制后邊部殘余應(yīng)力急劇變化導(dǎo)致局部浪形，取過渡區(qū)寬 度為：
[0019] lg= (100 ~400) Ahg;
[0020] 5)、厚區(qū)寬度在材料跟蹤和剪切設(shè)備允許的范圍內(nèi)，盡可能取小值：
[0021] lh= 10 ~15mm ;
[0022] 6)、所要制備的坯料總寬度為1，則中間薄區(qū)寬度為：
[0023] lb= 1-21 h_21g;
[0024] 7)、過渡區(qū)曲線采用圓弧過渡，設(shè)過渡區(qū)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為α，則此時(shí)有：
[0026] 可得過渡圓弧半徑R為：
[0028] 設(shè)圓弧過渡曲線與中間薄區(qū)切點(diǎn)為原點(diǎn)；X軸為水平軸，正方向由薄區(qū)指向該過 渡區(qū)的相鄰厚區(qū)；y軸為垂直軸，正方向垂直于坯料表面指向過渡圓弧的圓心；則過渡區(qū)圓 弧上任一點(diǎn)坐標(biāo)為（X，y)，其應(yīng)滿足：
[0030] 可得該點(diǎn)縱坐標(biāo)為：
[0032] 則該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的厚度為：
[0033] hg(x) = hb+2 · y ；
[0034] 式中，中間薄區(qū)壓下率eb= 10~15%，厚區(qū)壓下率ε h= 5~10%，H。為來料厚 度，1為坯料總寬度，hb為中間薄區(qū)厚度，hh為厚區(qū)厚度，Ah g為厚區(qū)與中間薄區(qū)厚度差，lg為過渡區(qū)寬度，lh為厚區(qū)寬度，lb為中間薄區(qū)寬度，α為過渡區(qū)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角，R為過 渡圓弧半徑，xf 〇, y。= R。
[0035] 過渡區(qū)的過渡連接方式為直線過渡連接時(shí)，乳制坯料尺寸的確定方法包括如下步 驟：
[0036] 1)、來料厚度為H。，則中間薄區(qū)厚度為：
[0037] hb= Η〇(1- ε b)；
[0038] 2)、來料厚度為Η。，則厚區(qū)厚度為：
[0039] hh= Η〇(1- ε h)；
[0040] 3)、為滿足橫向乳制后板帶的平直度要求，厚區(qū)與中間薄區(qū)厚度差須滿足：
[0041 ] Δ hg= h h_hb= 0· 1 ~0· 5mm ;
[0042] 4)、為了避免板帶橫向乳制后邊部殘余應(yīng)力急劇變化導(dǎo)致局部浪形，取過渡區(qū)寬 度為：
[0043] lg= (100 ~400) Ahg;
[0044] 5)、厚區(qū)寬度在材料跟蹤和剪切設(shè)備允許的范圍內(nèi)，盡可能取小值：
[0045] lh= 10 ~15mm ;
[0046] 6)、所要制備的坯料總寬度為1，則中間薄區(qū)寬度為：
[0047] lb= 1-21 h_21g;
[0048] 7)、過渡區(qū)曲線采用直線過渡，所采用過渡直線的斜率為：
[0049] k=(hh/2_hb/2)/lg;
[0050] 設(shè)圓弧過渡曲線與中間薄區(qū)切點(diǎn)為原點(diǎn)，由于該直線過原點(diǎn)，設(shè)過渡區(qū)直線上任 一點(diǎn)坐標(biāo)為（X，y)，其應(yīng)滿足：
[0051] y = k · X, X e [0, lg]；
[0052] 則該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的厚度為：
[0053] hg(x) = hb+2 · y ；
[0054] 式中，中間薄區(qū)壓下率eb= 10~15%，厚區(qū)壓下率ε h= 5~10%，H。為來料厚 度，1為坯料總寬度，hb為中間薄區(qū)厚度，hh為厚區(qū)厚度，Ah g為厚區(qū)與中間薄區(qū)厚度差，lg為過渡區(qū)寬度，lh為厚區(qū)寬度，1 b為中間薄區(qū)寬度，k為過渡直線的斜率。
[0055] 根據(jù)確定的乳制坯料的形狀尺寸，由鑄乳板直接制備寬幅薄板乳制坯料的步驟 為：
[0056] 1)、乳制：熔融態(tài)鎂合金經(jīng)鑄乳機(jī)鑄乳后形成鎂合金鑄乳板坯，在鑄乳機(jī)后設(shè)置四 輥乳機(jī)，將中間薄區(qū)寬度和厚度、厚區(qū)寬度和厚度以及過渡區(qū)寬度和厚度的表達(dá)式輸入乳 機(jī)厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)，利用鑄乳板坯的余溫，直接對(duì)鑄乳板坯進(jìn)行乳制：對(duì)鎂合金鑄乳板沿 長(zhǎng)度方向，進(jìn)行1道次壓下率為ε b= 10~15%的乳制，形成中間薄區(qū)；沿乳制方向，中間 薄區(qū)的前后兩側(cè)進(jìn)行壓下率為ε h= 5~10%的乳制，形成厚區(qū)；沿乳制方向，所乳制的寬 幅薄板乳制坯料為厚區(qū)與中間薄區(qū)連續(xù)相接的寬幅薄板乳制坯料；
[0057] 2)、切邊：對(duì)前步1)乳制后獲得的連續(xù)寬幅薄板乳制坯料進(jìn)行切邊；
[0058] 3)、定尺分段：對(duì)前步2)切邊后的乳制坯料從厚區(qū)中間切割分段；
[0059] 4)、垛板備用：將分段后的寬幅薄板乳制坯料垛板備用。
[0060] 根據(jù)確定的乳制坯料的形狀尺寸，由鑄乳板直接制備寬幅薄板乳制坯料的步驟 為：
[0061] 1)、切邊：熔融態(tài)鎂合金經(jīng)鑄乳機(jī)鑄乳后形成鑄乳板坯，在鑄乳機(jī)后設(shè)置剪切機(jī)， 對(duì)鑄乳板坯料進(jìn)行切邊；
[0062] 2)、定尺分段：沿乳制方向按確定的寬幅薄板乳制坯料的寬度進(jìn)行定尺，
[0063] 當(dāng)乳制坯料過渡區(qū)為圓弧過渡時(shí)，定尺長(zhǎng)度L。為：
[0065] 當(dāng)乳制坯料過渡區(qū)為直線過渡時(shí)，定尺長(zhǎng)度L。為：
[0067] 式中，L。為定尺長(zhǎng)度，lh為厚區(qū)寬度，hh為厚區(qū)厚度，l b為中間薄區(qū)寬度，lg為過 渡區(qū)寬度，hb為中間薄區(qū)厚度，R為過渡圓弧半徑，Η。為來料厚度；
[0068] 根據(jù)確定的定尺長(zhǎng)度L。，對(duì)前步1)切邊后獲得的鑄乳板坯料按定尺長(zhǎng)度分割成 段；
[0069] 3)、垛板備用：將分段后的鑄乳板坯垛板備用；
[0070] 4)、乳制：將前步3)制備的鑄乳板坯進(jìn)行加熱退火，對(duì)加熱退火后的鑄乳板坯采 用四輥乳機(jī)進(jìn)行乳制：對(duì)鎂合金鑄乳板沿長(zhǎng)度方