CN100463732C

CN100463732C - 镁合金板坯的铸轧工艺及设备

Info

Publication number: CN100463732C
Application number: CNB2006100405268A
Authority: CN
Inventors: 闫蕴琪; 窦保杰; 张慧; 翁文凭; 陈琦; 钟皓
Original assignee: SUZHOU NON-FERROUS METALS PROCESSING RESEARCH INST
Current assignee: China Nonferrous Metals Processing Technology Co Ltd
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: CN1850378A

Abstract

本发明涉及镁合金板坯的铸轧工艺及设备，镁合金铸锭经过预加热处理后，在保护气体的熔炼炉中进行熔炼；然后经流槽输送到前箱，前箱中保持镁合金液恒温，再由铸嘴进入铸轧机铸轧，最后经精轧机进行温轧和冷轧生产出所需厚度的成品板材。所用设备主要包括熔炼炉、流槽、前箱、铸嘴、在线混合供气装置、铸轧机，熔炼炉、流槽及前箱均采用密封式结构，前箱中设有加热装置温控装置及金属液面高度控制器，流槽与前箱呈上下垂直布置。本发明省却了铣面、探伤、均匀化退火、锯切及加热等工序，实现了铸造、粗轧和精轧的有机统一，缩短了镁合金板坯生产流程，降低了生产成本，提高了产品成材率。

Description

镁合金板坯的铸轧工艺及设备

技术领域

本发明涉及一种镁合金板材生产的铸轧系统，尤其属于一种用于生产各种厚度镁合金板材的铸轧工艺和设备。

背景技术

随着人们环保意识的增强和对能源的日益重视，对产品的轻量化和可回收性提出了更高的要求，镁合金由于本身具有的优越性能，其应用正受到前所未有的关注。我国是镁资源大国，是全球原镁的生产和出口大国，但我国的出口产品绝大多数是廉价的纯镁铸锭，镁合金铸锭出口比重只有15％左右。镁合金制品的出口则更是微乎其微，而对于军工生产所需要的高性能镁合金板材和型材还需要从俄罗斯进口。缺乏原创性的研究成果，镁合金产品加工中的关键技术和装备大部分依靠进口。

目前，比较成熟的镁合金薄板带坯的供坯方式有热轧法和挤压法。这些方法在制备小于10mm厚的薄板时，采用的生产工序复杂、难度较大，且成本很高。一般情况下，国外生产的高质量轧制镁合金薄板的价格在$30～40/kg范围内。同时，可以生产板带的镁合金品种很少。

1982年，美国DOW化学公司与亨特工程公司联合研制出了镁合金带坯的铸轧技术，对原铝带坯的铸轧机进行技术改造，并配套设计了镁熔体供给装置，成功生产出了质量良好的厚6.4～7.6mm的镁合金带坯卷。1995年，德国的Thyssenkrupp Stehl AG公司与弗莱堡技术大学开始合作，进行镁合金铸轧技术的研发，该公司已于2002年7月生产出700mm×6mm(宽×厚)的镁带材，该带材表面质量好，可以在不需要中间处理的情况下，直接压延到更薄的尺寸。1998年，美国制造科学技术协会的学者研究了近成品尺寸的镁合金薄板双辊铸轧技术，对商用AZ31、AM60和AZ91镁合金铸轧薄板进行热轧和热处理，由于材料的显微组织得到改善，其力学性能有相当大的提高。2003年初，日本住友金属公司(Sumitomo)也开始从事镁合金铸轧技术的开发。2003年，澳大利亚CSIRO所属公司在利用连续式双辊铸轧机生产镁合金薄带卷技术方面取得了突破性进展，铸轧出了商用镁合金(AZ31、AZ61、AM60、AZ91)与一批新镁合金带卷，厚度为2.3～5mm，开发的特殊工艺顺利地轧成0.5～0.6mm的薄板带，于2004年进行商业性生产。我国东北大学王国栋课题组已成功开发了立式双辊连铸镁合金板材实验室制备技术，其产品的厚度在1～3mm左右。重庆大学潘复生课题组也正从事镁合金连铸技术实验室方面的研究。

国内外尚无专门用于镁合金板材生产的铸轧系统，这是因为在镁合金铸轧技术研究方面，还存在以下问题：(1)由于镁合金熔液的化学活性非常大，易氧化、燃烧，其在熔炼炉和流槽中的保护、除渣以及输送方式与铝合金完全不同，因此，现有的铝合金铸轧系统不适于镁合金板材的生产；(2)辊套的结构设计、材料选择及辊面涂层润滑等问题，由于镁熔液处于轧辊中线的辊缝处，要在很短的时间内冷却、凝固，完成整个铸造结晶过程，接着轧制成形，在该过程中镁液的大量热能被轧辊迅速带走，这就要求辊套导热性能要好。在轧制过程中，轧辊辊套除了承受轧制机械载荷作用外，还承受着高温

低温周期性载荷的冲击，轧辊外表面每一瞬时都局部承受着高温金属的加热，而内表面则承受着低温的强力冷却。因此要求辊套材料既要有良好的高温机械性能，又不能与镁合金液反应；(3)由于镁合金溶液化学活性大，现有的铝合金铸轧用耐火硅酸铝材料不适于镁合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够生产出细晶的变形镁合金薄板带坯、镁合金塑性优良、生产效率高、成本低的镁合金板坯的铸轧工艺及其设备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

镁合金板坯的铸轧工艺，其特征在于包括以下步骤——

(1)熔炼：镁合金铸锭经过预加热处理后，放入熔炼炉中，当温度达到300℃～500℃时，由混合供气装置向熔炼炉中通入混合气体，在混合气体保护下进行熔炼；

(2)吹渣：当温度达到500℃～700℃时时，进行搅拌精炼，通气吹渣后静置10～30min；

(3)输送：液态镁合金在保护气体下经流槽输送到前箱，前箱中保持镁合金液恒温(600℃～800℃)，并控制流入铸轧辊的镁合金液相对恒定的液面高度高于中心线2～6cm；

(4)铸轧：镁合金液由铸嘴进入铸轧机，在保护气体下控制铸轧温度为500-700℃，铸轧速度为0.6～1.2m/min，轧制成2～8mm厚的板材；

(5)后加工：上述板材经过精轧机组温轧和冷轧加工，生产出所需厚度的镁合金成品板材。

镁合金板坯的铸轧设备，其特征在于：包括熔炼炉、流槽、前箱、铸嘴、在线混合供气装置，所述的熔炼炉、流槽及前箱均为密封式结构，前箱中设有加热装置、温控装置和金属液面高度控制器，流槽与前箱呈上下垂直布置。

本发明的目的还可以通过以下优选技术方案来进一步实现：

镁合金板坯的铸轧工艺，所述熔炼过程、输送过程和铸轧过程，采用的保护气体是干燥空气与SF₆和CO₂的混合气体，其重量比为，SF₆：0.1～1.0％，CO₂：4.9～49％，干燥空气：50～95％。；

前述的镁合金板坯的铸轧设备，所述的熔炼炉为100～1000公斤电阻熔炼炉；所述的流槽由内衬层、保温层和外层钢板组成，流槽上方装带有分钢盖，所述的流槽长度为0.5～1米；所述的前箱中金属液面高度控制器为浮漂式控制器；所述的铸轧机为水平式双辊铸轧机，配置有内冷式轧辊，内部通有冷却水，冷却水进口温度5～20℃，出口温度不大于10～40℃，轧辊直径：φ550～650mm，辊宽：550～1250mm，轧制力：200～400T，铸轧速度：0.6～1.2m/min；辊套为不含Ni的32Cr3MolV钢套，辊面采用石墨和C₂H₂气体润滑；所述的镁合金板坯的铸轧设备设有预应力轧制、轧制力和预载力显示装置；所述的镁合金板坯的铸轧设备的后续工序还配有精轧机。

本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

(1)本发明与原有的镁合金板材生产方法相比，省却了铣面、探伤、均匀化退火、锯切及加热等工序，实现了铸造、粗轧和精轧的有机统一，缩短了生产流程，降低了生产成本，提高了产品成材率；

(2)本发明熔炼炉、流槽及前箱均采用封闭式，且整个过程采用混合气体(SF₆+CO₂+空气)进行工艺环境的气体保护，有效的防止了镁合金液在熔炼、传输及铸轧过程的氧化燃烧，提高了镁液质量；

(3)本发明的前箱中设有保持镁合金液恒温的加热装置、温控装置以及保持镁合金液面恒高度的高度控制器，能够在线调节镁合金液温度，保持前箱中镁合金液恒温，使镁合金液在同一温度相对稳定均匀的流入铸轧辊中；

(4)本发明的铸轧机配置有内冷式轧辊，内部通有冷却水，通过调节水压、流量，改善Mg液的凝固状态，使金属液到达轧辊辊缝时，通过快速凝固、结晶、强加工和组织改善相结合，消除偏析，获得超细晶组织板材，提高了镁合金的塑性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的混合气体装置示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义	1	熔炼炉	2	流槽	3	前箱
4	铸嘴	5	混气装置	6	铸轧机	1	熔炼炉	2	流槽	3	前箱

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义	7	压缩空气	8	空气调压阀	9	冷干机
10	滤油器	11	空气缓冲罐	12	空气调压阀	7	压缩空气	8	空气调压阀	9	冷干机
10	滤油器	11	空气缓冲罐	12	空气调压阀	13	压力表	14	空气流量计	15	CO<sub>2</sub>气体
16	CO<sub>2</sub>调压阀	17	压力表	18	CO<sub>2</sub>缓冲罐	13	压力表	14	空气流量计	15	CO<sub>2</sub>气体
16	CO<sub>2</sub>调压阀	17	压力表	18	CO<sub>2</sub>缓冲罐	19	CO<sub>2</sub>调压阀	20	压力表	21	CO<sub>2</sub>流量计
22	SF<sub>6</sub>气体	23	SF<sub>6</sub>调压阀	24	压力表	19	CO<sub>2</sub>调压阀	20	压力表	21	CO<sub>2</sub>流量计
22	SF<sub>6</sub>气体	23	SF<sub>6</sub>调压阀	24	压力表	25	SF<sub>6</sub>缓冲罐	26	SF<sub>6</sub>调压阀	27	压力表
28	SF<sub>6</sub>流量计	29	混合气体缓冲罐	30	混合气体调压阀	25	SF<sub>6</sub>缓冲罐	26	SF<sub>6</sub>调压阀	27	压力表
28	SF<sub>6</sub>流量计	29	混合气体缓冲罐	30	混合气体调压阀	31	压力表	32	混合气体流量计

具体实施方式

如图1所示，本发明采用包括熔炼炉1、流槽2、前箱3、铸嘴4、在线混合供气装置5及铸轧机6在内的一种镁合金板坯的铸轧设备。熔炼炉1、流槽2及前箱3均为密封式结构，流槽2与前箱3呈上下垂直布置。流槽2由内衬层、保温层和外层钢板组成，为了便于保温、在流槽2上方安装带有发热体分钢盖；流槽2与熔液接触层选用15Mn钢作为原材料；考虑到温降、安全等因素，流槽2长度应尽可能短，流槽2最佳长度为0.5～1米。前箱3中设有加热装置和温控装置及金属液面高度控制器，金属液面高度控制器为浮漂式控制器；用于在线调节镁合金液温度，保持前箱中镁合金液恒温，使镁合金液在同一温度相对稳定均匀的流入铸轧辊中。铸轧机6为水平式双辊铸轧机，配置内冷式轧辊，内部通有冷却水，冷却水进口温度5～20℃，出口温度不大于10～40℃；通过调节水压、流量，改善Mg液的凝固状态，使金属液到达轧辊辊缝时，通过快速凝固、结晶、强加工和组织改善相结合，消除偏析，获得超细晶组织板材。铸轧机6的辊套材料采用32Cr3MolV，该材料导热性能好，耐冷热交变载荷，有相当高的刚度和强度，不与熔体反应，具有良好的抗蠕变性能和低的裂纹敏感等性能；辊面用石墨和C₂H₂气体润滑。铸轧设备设有预应力轧制、轧制力和预载力显示装置。在铸轧设备的后续工序还配备精轧机，对铸轧出的2～8mm板坯直接进行温轧、冷轧。

整个熔炼和输送及液态镁合金铸轧过程中均采用混合气体(SF₆+CO₂+空气，SF₆：0.1～1.0％、CO₂：4.9～49％、干燥空气：50～95％；)进行工艺环境的气体保护；在线混合供气装置如图2所示，其中压缩空气7经过空气调压阀8调压后进入冷干机9，冷干后经滤油器10进入空气缓冲罐11，缓冲后再经空气调压阀12并通过空气流量计14送到混合气缓冲罐29；另一路：CO₂气体15经过CO₂调压阀16调压后进入CO₂缓冲罐18，缓冲后再经CO₂调压阀19并通过CO₂流量计21送到混合气缓冲罐29；还有一路：SF₆气体22经过SF₆调压阀23调压后进入SF₆缓冲罐25，缓冲后再经SF₆调压阀26并通过SF₆流量计28送到混合气缓冲罐29；这三种气体由缓冲罐29充分混合后，根据工艺设备的使用需求，由混合气体调压阀30并通过混合气流量计32分别向熔炼炉1、流槽2、前箱3及铸嘴4内输送合格的混合保护气体。SF₆和CO₂气体连同空气一起作用于合金液表面，形成一种和合金液暴露于空气中所形成的氧化镁完全不一样的改性氧化镁薄膜，其间会混入少量的致密度大的MgF₂，这一层薄膜是有金属色泽、致密、连续的，阻止镁合金液的进一步氧化而获得了保护能力，混合气体不间断地进行供应。当镁合金熔液温度较高，或搅动频繁，或先前已受到覆盖剂污染时，在空气+SF6混合气体中，再混入干燥的CO₂气体，可以改善和加强SF₆的保护效果。混合气体有效地防止了镁合金液在熔炼、传输及铸轧过程的氧化燃烧，提高了镁液质量。

实施例1：

AZ31镁合金铸锭经预热处理后，投入100kg电阻熔炼炉1中，温度达到300℃时，由混合供气装置5向电阻熔炼炉1中通入混合气体(SF₆+CO₂+空气，比例为SF₆：0.1％、CO₂：4.9％、干燥空气：95％；)。当温度达到500℃时，进行搅拌精炼，通气吹渣后静置10min，在保护气体下镁合金液再通过流槽2输送到前箱3，前箱3保持镁合金液恒温600℃，控制流入铸轧辊的镁合金液相对恒定的液面高度，高于中心线2cm，镁合金液在同一温度下经铸嘴5，以均匀流速进入铸轧机6，在保护气体下控制铸轧温度为500℃，铸轧机6轧辊直径为550mm，辊面宽度为550mm，最大轧制力：200T，控制铸轧速度为0.6m/min，进行铸轧，铸轧出的2mm厚薄板通过精轧机进行在线温轧和冷轧，生产出所需的0.3mm厚度的板材。

实施例2：

AZ31镁合金铸锭经预热处理后，投入550kg电阻熔炼炉1中，温度达到400℃时，由混合供气装置5向电阻熔炼炉1中通入混合气体(SF₆+CO₂+空气，比例为SF₆：0.4％、CO₂：20％、干燥空气：79.6％；)。当温度达到600℃时，进行搅拌精炼，通气吹渣后静置20min，在保护气体下镁合金液再通过流槽2输送到前箱3，前箱3保持镁合金液恒温700℃，控制流入铸轧辊的镁合金液相对恒定的液面高度，高于中心线4cm，镁合金液在同一温度下经铸嘴5，以均匀流速进入铸轧机6，在保护气体下控制铸轧温度为600℃，铸轧机轧辊直径为600mm，辊面宽度为900mm，最大轧制力：300T，控制铸轧速度为0.9m/min，进行铸轧，铸轧出的5mm厚薄板通过精轧机进行在线温轧和冷轧，生产出所需的0.5mm厚度的板材。

实施例3：

AZ31镁合金铸锭经预热处理后，投入1000kg电阻熔炼炉1中，温度达到500℃时，由混合供气装置5向电阻熔炼炉1中通入混合气体(SF₆+CO₂+空气，比例为SF₆：1％、CO₂：49％、干燥空气：50％；)。当温度达到700℃时，进行搅拌精炼，通气吹渣后静置30min，在保护气氛下镁合金液再通过流槽2输送到前箱3，前箱3保持镁合金液恒温800℃，控制流入铸轧辊的镁合金液相对恒定的液面高度，高于中心线6cm，镁合金液在同一温度下经铸嘴5，以均匀流速进入铸轧机6，在保护气体下控制铸轧温度为700℃，铸轧机轧辊直径为650mm，辊面宽度为1250mm，最大轧制力：400T，控制铸轧速度为1.2m/min，进行铸轧，铸轧出的8mm厚薄板通过精轧机进行在线温轧和冷轧，生产出所需的0.8mm厚度的板材。

上述具体实施例表明，采用本发明技术方案进行的镁合金板材生产试验，各项操作性能良好，符合规定指标，并可实现铸造、粗轧和精轧的有机结合，缩短了生产流程，降低了生产成本，提高了产品成材率。但是需要说明的是，这些例子仅是本发明技术方案的一些应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims

1.镁合金板坯的铸轧工艺，其特征在于包括以下步骤——

(2)吹渣：当温度达到500℃～700℃时，进行搅拌精炼，通气吹渣后静置10～30min；

(3)输送：液态镁合金在保护气体下经流槽输送到前箱，前箱中保持镁合金液在600℃～800℃温度范围，并控制流入铸轧辊的镁合金液相对恒定的液面高度高于辊缝中心线2～6cm；

(4)铸轧：镁合金液由铸嘴进入铸轧机，在保护气体下控制铸轧温度为500～700℃，铸轧速度为0.6～1.2m/min，轧制成2～8mm厚的板材；

2.根据权利要求1所述的镁合金板坯的铸轧工艺，其特征在于：所述熔炼过程、输送过程和铸轧过程，采用的保护气体是干燥空气与SF₆和CO₂的混合气体，其重量比为，SF₆：0.1～1.0％，CO₂：4.9～49％，干燥空气：50～95％。

3.镁合金板坯的铸轧设备，包括熔炼炉、流槽、前箱、铸嘴、在线混合供气装置，所述的熔炼炉、流槽及前箱均为密封式结构，前箱中设有加热装置、温控装置和金属液面高度控制器，流槽与前箱呈上下垂直布置，其特征在于：该铸轧设备还包括水平式双辊铸轧机，配置有内冷式轧辊，内部通有冷却水，冷却水进口温度5～20℃，出口温度不大于40℃，轧辊直径：φ550～650mm，辊宽：550～1250mm，轧制力：200～400T，铸轧速度：0.6～1.2m/min；辊套为不含Ni的32Cr3Mo1V钢套，辊面用石墨和C₂H₂气体润滑。