CN101157093A

CN101157093A - 一种镁合金板带加工设备及工艺

Info

Publication number: CN101157093A
Application number: CNA2007101900835A
Authority: CN
Inventors: 翁文凭; 余铭皋; 窦保杰; 刘国金; 陈琦; 郑文胜; 钟皓
Original assignee: Suzhou Nonferrous Metal Research Institute Co Ltd
Current assignee: Suzhou Nonferrous Metal Research Institute Co Ltd
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2008-04-09

Abstract

本发明涉及镁合金板带加工的设备，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，电阻加热熔炼炉配用坩埚材质为5％～20％的锰钢，流槽、前箱及铸嘴中均涂刷有弱碱性涂层或粘贴有石墨纸，水平式双辊铸轧机配置有内冷式轧辊，采用一进四出冷却水循环通道，轧辊的辊型为凸辊，凸度为0.15～0.3mm。镁合金的熔炼过程、输送过程和液态镁合金铸轧过程均采用保护气体，严格控制铸嘴出液端唇口厚度为2.5～3.5mm，铸轧区长度为30～45mm，铸轧辊表面温度80～120℃。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，缩短了生产流程，降低了生产成本。

Description

一种镁合金板带加工设备及工艺

发明人(翁文凭，余铭皋，窦保杰，刘国金，陈琦，郑文胜，钟皓)

技术领域

本发明涉及一种镁合金板带加工的设备及工艺，属于有色金属加工技术领域。

背景技术

镁及镁合金具有密度低，比强度、比刚度高，减振性、电磁屏蔽和抗辐射能力强，易切削加工、易回收等优点，在汽车、电子、电器、交通、航天、航空和国防军事工业领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为21世纪的绿色工程材料。随着很多金属矿产资源的日益枯竭，镁以其资源丰富日益受到重视。近年来汽车、3C电子及医疗器械等行业的飞速发展，带动市场对镁合金板材需求日益增强，镁合金板材特别是厚度在1mm以下薄板的市场需求强烈。

目前，国内外镁合金板带加工工艺主要为：热轧开坯+温轧+冷轧，广泛应用于各企业工厂。通过轧制方式加工镁合金薄板材具有如下特点：①相比其他生产方式，轧制工艺可生产出更大规格的板材；②轧制板材具有更高的生产效率；③由于镁合金的塑性变形能力差，导致最终轧制板材成品成材率低；④镁合金轧制板材各向异性严重，力学性能有待提高，特别是后续深冲性能。

基于轧制镁薄板成材率低、深冲性能差的特点，国内外广泛开展铸轧+轧制的工艺研究。镁合金板坯连续铸轧技术将铸造和轧制工序合二为一，直接从镁合金熔体加工成塑性优良的镁合金板坯，节省了铣面、探伤、锯切、均匀化退火、加热、热轧等高能耗、高损耗工序，在提高材料性能的同时，制造成本比传统工艺可以降低一半，是一种低投入、低成本、短流程的近终成形生产工艺，是将来镁合金薄板加工技术的发展方向。

由于镁合金连续铸轧技术的巨大优越性，国内外投入了大量的精力对此进行研究。世界上许多大的集团公司也对此表现出浓厚的兴趣，其中，研究较为系统的是澳大利亚CSIRO公司。2003年CSIRO公司在连续式双辊铸轧镁合金薄带卷加工技术方面取得了突破性进展，铸轧出商用镁合金(AZ31、AZ61、AM60、AZ91)及新型镁合金带卷，厚度为2.3～5mm，接着进一步开发出特殊工艺，将铸轧带卷顺利地轧成0.5～0.6mm的薄板带。国内洛铜、福州华镁新技术开发公司、苏州有色金属研究院有限公司、东北大学、山西闻喜银光等企业对该工艺进行了大量研究，取得很大进展，在实验室条件下利用双辊成形技术制备了1～5mm厚的带坯。

但是，目前国内镁合金板带铸轧技术尚处于初期的研究开发和模拟实验阶段，镁合金铸轧主体设备借用铝合金铸轧机，没有研制出镁合金用铸轧设备，并且辅助设备(液流分配器)、铸轧工艺尚在研制阶段，不能满足工业化应用需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种镁合金板带加工的设备及工艺，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。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种镁合金板带加工设备，包括熔炼炉、流槽、前箱、铸嘴、在线混合供气装置及铸轧机，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：所述熔炼炉为电阻加热熔炼炉，配用坩锅材质为5％～20％的锰钢，流槽、前箱及铸嘴中均涂刷有弱碱性涂层或粘贴有石墨纸，所述铸轧机为水平式双辊铸轧机，配置有内冷式轧辊，内部设有一进四出冷却水循环通道，轧辊的辊型为凸辊。

进一步地，上述的一种镁合金板带加工设备，所述流槽由内衬层、保温层和外层钢板组成，流槽上方安装带有发热体分钢盖，流槽的外层钢板和前箱的外层钢板也采用5％～20％Mn钢材料。

更进一步地，上述的一种镁合金板带加工设备，所述凸型轧辊的凸度为0.15～0.3mm。

更进一步地，上述的一种镁合金板带加工设备，内冷式轧辊内部通有冷却水，冷却通道为一进四出的冷却循环水方式，冷却水进口温度5～20℃，出口温度10～40℃；轧辊直径：Φ550～650mm，辊宽：550～1250mm。

更进一步地，上述的一种镁合金板带加工设备，铸轧机的辊套为不含Ni的32Cr3Mo1V钢套，辊面采用石墨和C₂H₂气体润滑。

再进一步地，一种镁合金板带加工工艺，其特征在于：主要包括以下步骤——

(1)镁合金铸锭经过预加热处理后，放入熔炼炉中，通入混合保护气体，在保护气体下进行熔炼；

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

(3)熔化后镁液在保护气氛下经流槽输送到前箱，前箱中保持镁合金液在600～800℃，并且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)镁合金液由铸嘴进入铸轧机，在保护气氛下控制铸轧温度为500～700℃，铸轧速度为0.6～1.2m/min；控制铸嘴出液端唇口高度为2.5～3.5mm，铸轧区长度为30～45mm，轧辊表面温度80～120℃，轧制成2～8mm厚的板材；

(5)最后经精轧机组，温轧和冷轧生产出所需厚度板材。

再进一步地，上述的一种镁合金板带加工工艺，其特征在于：所述镁合金熔炼过程、输送过程和液态镁合金铸轧过程所采用的保护气体为SF₆+CO₂+干燥空气的混合气体，所述混合气体的比例为SF₆：0.1％～1.0％；CO₂：4.9％～49％；干燥空气：50％～95％。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

①本发明熔炼炉坩锅采用5％～20％的锰钢，阻止熔炼过程中坩锅中的Fe元素进入高温镁合金熔体，避免恶化产品性能；流槽、前箱及铸嘴均涂刷弱碱性涂层或粘贴石墨纸，将镁合金熔体与弱酸性耐火材料隔开，阻止熔体与耐火材料反应导致相关部件失效，延长流槽、前箱和铸嘴的寿命，稳定工艺过程；

②铸轧机辊型采用凸辊，凸度为0.15～0.3mm，该凸度进一步调节铸轧板中部与边部冷却平衡，使得镁合金铸轧板材中部与边部冷却强度均匀，提高板材性能的均匀性；

③铸轧机配置有内冷式轧辊，内部通有冷却水，采用一进四出的循环水冷却通道进行冷却，其冷却效果良好。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；

④本发明铸轧工艺中严格控制铸嘴出液端唇口厚度为2.5～3.5mm，铸轧区长度为30～45mm，铸轧辊表面温度80～120℃，使铸轧区中熔体凝固-冷却水冷却建立稳定热平衡过程，铸轧区中结晶区与变形区配合良好，获得高性能的镁合金铸轧板材；

⑤本发明与现有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。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明设备的结构示意图。

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	浮漂式液面高度控制器
4	前箱	5	铸嘴	6	铸轧机	1	熔炼炉	2	流槽	3	浮漂式液面高度控制器
4	前箱	5	铸嘴	6	铸轧机	7	在线混合供气设备

具体实施方式

本发明采用包括熔炼炉、流槽、前箱、铸嘴、在线混合供气设备、铸轧机在内的一种镁合金板坯的铸轧设备，整个熔炼和输送和液态镁合金铸轧过程中均采用混合气体SF₆+CO₂+空气进行气氛保护，有效地防止镁合金液在熔炼、传输及铸轧过程的氧化燃烧，提高镁液质量，并且实现铸造、粗轧和精轧的有机统一，缩短生产流程，降低生产成本，提高产品成材率

如图1所示，一种镁合金板带加工的设备，包括熔炼炉1、流槽2、前箱4、铸嘴5、在线混合供气装置7及铸轧机6，熔炼炉1、流槽2及前箱4均为密封式结构，前箱2中设有加热装置、温控装置和浮漂式液面高度控制器3，流槽2与前箱4呈上下垂直布置，熔炼炉1为电阻加热熔炼炉，配用坩锅材质为5％～20％的锰钢，流槽2、前箱4及铸嘴5中均涂刷有弱碱性涂层或粘贴有石墨纸，流槽2由内衬层、保温层和外层钢板组成，流槽上方安装带有发热体分钢盖，前箱、流槽及坩锅的金属材料部分均采用5％～20％Mn钢；铸轧机6为水平式双辊铸轧机，配置有内冷式轧辊，内部设有一进四出冷却水循环通道，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10～40℃；轧辊直径：Φ550～650mm，辊宽：550～1250mm，轧辊的辊型为凸辊，凸度为0.15～0.3mm；铸轧机的辊套为不含Ni的32Cr3Mo1V钢套，辊面采用石墨和C₂H₂气体润滑。

电阻加热熔炼炉1为100～1000kg电阻熔炼炉，熔炼炉坩锅采用5％～20％的锰钢制作，阻止坩锅中Fe元素进入镁合金熔体恶化后续产品性能。电阻加热熔炼炉1、流槽2、前箱4及铸嘴5与镁熔体接触部件均采用特殊材质或表面处理，阻止有害元素进入熔体，杜绝镁熔体与相关部件发生侵蚀；即在前箱4、流槽2及铸嘴5表面进行涂层或粘贴石墨纸处理，阻止镁合金熔体与弱酸性耐火材料反应腐蚀相关部件，提高部件寿命，稳定铸轧工艺。

流槽2由内衬层、保温层和外层钢板组成，流槽上方安装带有发热体分钢盖，流槽、前箱及铸嘴中均涂刷有弱碱性涂层或粘贴有石墨纸。流槽2长度为0.5～1m，在考虑温降、安全等因素后，流槽长度应尽可能短。前箱中金属液面高度控制器3采用浮漂式。

铸轧机本体设备关键部件为铸轧辊，其中辊套采用锻造方式加工，材料选用32Cr3Mo1V，辊套锻件经过无损探伤(超声波探伤)，不允许有白点、裂纹、缩孔残余及线性波纹形缺陷，然后进行HB390～430调质处理。辊子热装前先加工辊套内径Φ470H7，然后再加工辊芯外径，使两者之间的过盈量控制在0.47～0.49mm范围内。辊芯材料为42CrMo，加工时先实测辊套内径Φ470H7实际尺寸，然后加工辊芯外径Φ470H6，确保实际过盈量控制在0.47～0.49mm(取下限)，热装前必须用压缩空气将其外圆水槽和进出水孔吹扫干净，没有堵塞现象。

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，采用一进四出冷却水循环通道，冷却水进口温度5～20℃，出口温度10～40℃，冷却水压力和流量可测可调。轧辊直径：Φ550～650mm，辊宽：550～1250mm；轧辊辊型为凸辊，凸度为0.15～0.3mm，调节铸轧板中部与边部冷却平衡，使得镁合金铸轧板材中部与边部冷却强度均匀，提高板材性能的均匀性。铸轧机的辊套为不含Ni的32Cr3Mo1V钢套，辊面采用石墨和C₂H₂气体润滑；该材料导热性能好，耐冷热交变载荷，有相当的刚度和强度，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。

铸轧设备还设有精轧机组，能对铸轧出的2～8mm板坯直接进行温轧、冷轧。铸轧设备还设有预应力轧制、轧制力和预载力显示装置。

镁合金板带加工工艺，主要包括以下步骤：

(1)镁合金铸锭经过预加热处理后，放入熔炼炉中，利用混合供气设备通入混合气体，在保护气体下进行熔炼；

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

(4)镁合金液由铸嘴进入铸轧机，根据镁合金特点在如下两个方面重点控制：需在保护气氛下控制铸轧温度为500～700℃，铸轧速度为0.6～1.2m/min；控制铸嘴出液端唇口高度为2.5～3.5mm，铸轧区长度为30～45mm，轧辊表面温度80～120℃。然后轧制成2～8mm厚的板材；

(5)最后经精轧机组，温轧和冷轧生产出所需厚度板材。

镁合金熔炼过程、输送过程和液态镁合金铸轧过程所采用的保护气体为SF₆+CO₂+干燥空气的混合气体，所述的混合气体的比例为SF₆：0.1％～1.0％；CO₂：4.9％～49％；干燥空气：50％～95％。整个过程采用混合气体SF₆+CO₂+空气进行气氛保护，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，利用混合供气设备通入混合气体，防止镁合金熔液氧化燃烧，继续升温。当温度达到700℃时，进行搅拌精炼，通气吹渣后静置10min，在保护气氛下镁合金液再通过流槽2输送到前箱4，前箱4中保持镁合金液恒温(600～800℃)以及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4～6cm，镁合金液在同一温度下进铸嘴5，铸嘴5出液端唇口高度为2.5mm，铸轧区长度为30mm，流速均匀的进入铸轧机6，在保护气氛下控制铸轧温度为500～700℃，控制轧辊表面温度80℃，铸轧机轧辊直径为550mm，辊面宽度为550mm，辊型采用凸辊，凸度为0.15mm，最大轧制力：200～400t，控制铸轧速度为0.6～1.0m/min，进行铸轧，铸轧出的6mm厚薄板，通过精轧机组进行在线温轧和冷轧，生产出所需的0.7～0.8mm厚度的板材。

实施例2：

AZ31镁合金铸锭经预热处理后，投入500kg电阻熔炼炉1中，温度达到450～500℃时，利用混合供气设备，通入混合气体，防止镁合金熔液氧化燃烧，继续升温。当温度达到680℃时，进行搅拌精炼，通气吹渣后静置20min，在保护气氛下镁合金液再通过流槽2输送到前箱4，流槽2和前箱4采用密封式，上下垂直放置，在前箱中设有熔液温度和浮漂式液面高度控制器3用以保持镁合金液恒温(600～800℃)以及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3～5cm，镁合金液在同一温度下进铸嘴5，其中，前箱流槽及铸嘴与镁熔体接触部位粘贴石墨纸，将浇注辅助系统耐火材料与熔体隔开，阻止镁熔体与浇注系统发生反应；铸嘴出液端唇口高度为3mm，铸轧区长度为43mm，流速均匀的进入铸轧机6，在保护气氛下控制铸轧温度为500～700℃，控制轧辊表面温度100℃铸轧机轧辊直径为650mm，辊面宽度为800mm，辊型采用凸辊，凸度为0.3mm，最大轧制力：200～400t，控制铸轧速度为0.6～0.8m/min，进行铸轧，铸轧出的8mm厚薄板通过精轧机组进行在线温轧和冷轧，生产出所需的0.8mm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，坩锅材质采用5％～20％锰钢，温度达到300～500℃时，利用混合供气设备，通入SF₆+CO₂+干燥空气混合气体进行保护，防止镁合金熔液氧化燃烧，继续升温。当温度达到500℃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4，流槽和前箱采用密封式，上下垂直放置，在前箱中设有熔液温度和浮漂式液面高度控制器3用以保持镁合金液恒温(600～800℃)以及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2～4cm，镁合金液在同一温度下进铸嘴5，铸嘴出液端唇口高度为3.5mm，铸轧区长度为45mm，熔体流速均匀的进入铸轧机6，在保护气氛下控制铸轧温度为500～700℃，控制轧辊表面温度120℃，铸轧机轧辊直径为650mm，辊面宽度为1250mm，辊型采用凸辊，凸度为0.2mm，最大轧制力：200～400t，控制铸轧速度为0.8～1.2m/min，进行铸轧，铸轧出的2mm厚薄板，通过精轧机组进行在线温轧和冷轧，生产出所需的0.3～0.5mm厚度的板材。

本发明进行的镁合金板材生产试验，各项性能良好，符合规定指标。实验结果表明，本发明制备镁合金板材时成材率高，镁合金板材组织细小均匀，板材力学性能优越。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.一种镁合金板带加工设备，包括熔炼炉、流槽、前箱、铸嘴、在线混合供气装置及铸轧机，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：所述熔炼炉为电阻加热熔炼炉，配用坩锅材质为5％～20％的锰钢，流槽、前箱及铸嘴中均涂刷有弱碱性涂层或粘贴有石墨纸，所述铸轧机为水平式双辊铸轧机，配置有内冷式轧辊，内部设有一进四出冷却水循环通道，轧辊的辊型为凸辊。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金板带加工设备，其特征在于：所述流槽由内衬层、保温层和外层钢板组成，流槽上方安装带有发热体分钢盖，外层钢板材质为5％～20％Mn钢。

3.根据权利要求1所述的一种镁合金板带加工设备，其特征在于：所述凸型轧辊的凸度为0.15～0.3mm。

4.根据权利要求1所述的一种镁合金板带加工设备，其特征在于：内冷式轧辊内部通有冷却水，冷却通道为一进四出冷却水循环方式，冷却水进口温度5～20℃，出口温度10～40℃；轧辊直径：Φ550～650mm，辊宽：550～1250mm。

5.根据权利要求1所述的一种镁合金板带加工设备，其特征在于：铸轧机的辊套为不含Ni的32Cr3Mo1V钢套，辊面采用石墨和C₂H₂气体润滑。

6.一种镁合金板带加工工艺，其特征在于：主要包括以下步骤——

(5)最后经精轧机组，温轧和冷轧生产出所需厚度板材。

7.根据权利要求6所述的一种镁合金板带加工工艺，其特征在于：所述镁合金熔炼过程、输送过程和液态镁合金铸轧过程所采用的保护气体为8F₆+CO₂+干燥空气的混合气体，所述混合气体的比例为SF₆：0.1％～1.0％；CO₂：4.9％～49％；干燥空气：50％～95％。