CN101190491A - 双辊连铸镁合金薄板的控轧方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双辊连铸镁合金薄板的控轧方法及装置，该方法包括：镁合金溶液在一体化铸轧机中成形，铸板出铸辊的温度为300－500℃，铸轧速度10－90m/min，铸轧板在油中冷却，控制温度为200－400℃，出板厚度为1－4mm；铸轧板在热轧前进行均匀化退火处理，轧机前后有保温辊道进行补热，在一个退火周期内轧制出成品镁合金板材0.2－1mm。该装置包括：一体化的铸轧机，铸轧机后的连续退火炉，三台成90度布置的四辊热轧机及其机前后保温辊道，飞剪及切边剪。本发明采用铸轧和轧制法生产镁合金板材流程短、生产成本降低，并具有产品成分均匀，表面质量良好，各方向机械性能均匀的特点。该方法及装置可应用于各系列的镁合金和铝合金薄板的生产。

Description

双辊连铸镁合金薄板的控轧方法及装置

技术领域

本发明涉及镁合金薄板的控轧方法及装置，更具体的是用双辊连铸与控制轧制联合工艺生产镁合金薄板的方法及装置。

背景技术

镁合金是最轻的实用金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳、机加工性能优良、易回收等优点，在航空航天、通讯电子、汽车和家电等行业有越来越广泛的应用。镁合金的零部件，用板材通过弯曲、冲压、焊接等成型工艺来生产，具有成型效率高、生产规模大、可以生产薄壁零件的优点；生产的变形镁合金产品具有更高的强度，更好的延展性，可以满足各种结构件的使用要求，有更广泛的应用前景。

传统镁合金板材生产工艺采用半连续铸锭，需经过多次温轧-均质化处理才能生产出成品板材，生产工序复杂、成材率低、周期长、成本高。近年来已有多个专利提出新方法生产镁合金薄板。日本金属株式会社申请的中国专利，申请号02142584.1，热轧用镁合金板的制造方法及镁合金的热轧方法，采用浇铸50mm厚的平板型铸块再进行热轧的方法。蒂森克鲁伯钢铁股份有限公司也提出了相近的方法(中国专利申请号01817829.4)，上述方法均需要进行多个周次的再加热均匀化退火处理。澳大利亚联邦科学和工业研究组织申请的国际专利PCT/AU2003/001097采用水平式双辊铸轧法，铸板厚度为3-8mm，该专利中没有提到继续进行轧制加工进一步减薄。洛阳铜加工集团有限责任公司申请的中国专利，申请号200410090660.X公开了一种变形镁合金薄板带连续铸轧的方法， 采用水平式双辊铸轧法，铸板厚度为4-6mm，然后在300℃用三辊轧机经过2个再加热退火周期轧成1mm的薄板。该专利并未提到进行横轧改善均匀性。

发明内容

铸轧法生产的镁合金薄带坯保留着铸态组织，需要经过进一步加工以改善其内部性能和表面质量。镁合金由于凝固过程中元素偏析和脆性相的存在，轧制前要进行均质化处理。对于铸轧的某些镁合金牌号，进行适当的均质化处理是必不可少的。采用中间分段单片式生产镁合金板而不是全连续生产具有设备简单，生产组织柔性大，容易实现规模化生产的特点。另一方面，镁合金在铸轧过程中，由于有轧制和定向凝固的作用也会形成具有一定方向的板织构，有时沿铸板长度方向上会形成一些横向上的微裂纹，一般裂纹的深度在50-150μm。只沿着一个方向的轧制很容易加强轧板的各向异性，或产生扩大铸板横向裂纹的趋势，横轧变形对保证成品板的均匀性是必要的。

本发明提供了用双辊连铸与控制轧制联合工艺生产镁合金薄板的方法及装置，通过双辊铸轧生产热带坯，而后紧接在线控制温度和变形轧制，生产具有良好成型和二次加工能力的镁合金薄带。

用双辊连铸与控制轧制联合工艺生产镁合金薄板的关键就是整个生产过程中温度和变形行为的控制。镁合金由于其密排六方结构，常温下塑性变形能力较差，需要控制在一定温度范围内进行变形加工。在热轧和温轧过程中，微观组织晶粒被破碎，同时由于回复和再结晶使晶粒长大，晶粒减小程度同时受到轧制温度，变形程度和轧后回火温度及时间的影响。温度过高，高温下易于氧化，轧后晶粒由于再结晶而容易长大；而温度过低，塑性又不好。另一方面当晶粒减小到一定程度以后，由于变形机制的改善，适合轧制的温度可以进一步降低。通过合理控制各道次轧制温度，在不影响塑性的条件下，可使再结晶得到抑制，减小产品晶粒尺寸，提高镁板的二次加工性能。

用双辊铸轧薄带坯进行在线轧制生产镁合金薄板时，首要的是控制铸轧带坯内部组织以及析出物的形态，而后控制好薄板进入轧辊辊缝的温度，其次是控制合理的变形率，变形速率和变形方式，接下来要保证薄板具有良好的表面状态。在本申请人以前公布的中国专利申请中(专利申请号200610045757.8)和日本专利(特願2006-103690)，公开了一种在线油浴热处理双辊铸轧的方法和装置，提供了良好的控制铸轧薄带坯温度和表面状态的方法。本专利基于以前已申请的专利基础上，利用双辊铸轧法生产金属薄带坯，而后接在线控制轧制，通过控制铸轧板带坯的温度、下部工序中的轧制变形量和变形方式，生产具有良好成型和二次加工能力的镁合金薄带。

本发明提供的双辊连铸镁合金薄板的控轧方法包括以下内容：

a.采用双辊立式薄板铸轧机，熔化的镁合金溶液在一体化铸轧机中直接浇注凝固成形。液体金属浇铸到由两个对向旋转的轧辊和侧封板组成的铸轧区，液态金属接触轧辊并开始凝固，当凝固层厚度大于轧辊辊缝厚度时，铸板在凝固过程中伴随着轧制加工并随着轧辊的旋转脱离轧辊，形成铸轧板材。

b.熔化的镁合金控制在660～750℃浇铸；铸板出铸辊的温度为300-500℃，铸轧速度10-90m/min，铸轧出板厚度为1-4mm。铸板在铸轧机的下部油槽中，用具有良好热传导能力的耐高温油控制冷却和热处理，铸板出油槽温度控制在200-400℃。

c.铸板在油槽出口处由挤干辊除去铸板表面的油，经过平整、切断后，以堆垛的方式在气氛热处理炉中加热保温，在380-420℃进行15-120分钟的均匀化退火，而后进入轧制机组轧制。

d.轧制机组控制温度和变形方式进行轧制，在轧制机组经过10-18个道次轧制后形成薄板，在一个均匀化退火周期内，生产成品厚度为0.2-1mm的镁合金薄板。

e.轧制机组的轧机前后和传送辊道间设置有保温罩和保温辊道，进行保温和补热，精确控制每个道次的温度在250-420℃的温轧和热轧区内进行。

f.轧制机组进行纵轧-横轧的轧制变形方式和变形量的控制。开始道次必须为纵轧变形，以避免铸轧过程中形成的缺陷被放大。优选的方法是前三个道次全部为纵轧变形。另一方面，在轧制过程中要进行横轧变形，以改进薄板在宽向的组织性能，确保薄板在横纵向性能均匀。横轧进行展宽变形的另一个好处是用同一宽度规格的带坯生产多种宽度系列的产品，增加生产的柔性。

g.在轧制工序，开始3个道次的变形量控制小于15％，在累积变形率达到35％-50％后，变形量提高到15％-20％。采用尽量少的道次，以改善表面质量。

h.成品前道次进行280-350℃低温范围的12％-15％变形率变形，成品道次进行6-10％小变形量变形。通过控制轧制、诱起孪晶变形细化晶粒，退火后的成品板得到5-30μm的细晶。

i.轧制后的薄板经过剪切后，堆垛进行成品退火处理。退火工艺为350-420℃，15分钟-120分钟。

本方法和装置用于厚度小于3毫米，宽度小于2米的镁合金板材的生产，优选厚度小于1毫米，宽度小于1200毫米的各系列镁合金薄板，生产具有良好表面和内部质量的薄板。

本发明提供的用双辊连铸与控制轧制联合工艺生产镁合金薄板的装置包括以下部件：一体化的铸轧机，包含了熔化炉、铸轧辊、引导辊组、冷却油系统。平整轧机，转鼓式飞剪，收集台架，轧前气氛保护退火炉，均可进行可逆轧制的三架四辊轧机，换向搬运辊道，轧机间保温辊道，辅助的定位器，温度传感器，成品气氛保护热处理炉，切边机。

一体化的铸轧机的上方为熔化炉，它下部是铸轧辊，铸辊的下面是一个装有冷却油的油槽，在油槽出口配备有平整轧机，辊道，飞剪机，和收集台架。而后是进行均匀化退火的轧前气氛保护退火炉，退火炉后是送往轧制机组进行控制轧制的换向搬运辊道。三架轧机互成90度布置，轧机前后有进行补热的保温辊道。最后是气氛保护热处理炉和切边机。

本发明提供的双辊铸轧在线控制温度和控制轧制的方法及装置与现有方法及装置相比，其显著的进步和有益效果在于：通过在立式双辊连铸机生产薄带坯，而后紧接进行热轧，在一个均匀化退火周期内生产1mm以下的镁合金薄板。立式铸轧机的铸轧速度可以达到10-90m/min，生产效率高，调整能力强。立式双辊连铸机生产厚度小于4mm带坯，能够在一个均匀化退火周期内生产1mm以下的镁合金薄板。本发明通过全程控制温度和轧制变形方式，使生产的镁合金薄板具有良好性能和成型能力。铸轧带坯进行油浴热处理可细化铸板组织，改善共晶相的析出形态和分布，提高基体的强度，并生产没有表面氧化的铸板。热轧中有效地控制变形温度、方式，可以生产具有良好表面质量和成型性能的镁合金薄带。

本发明采用纵轧-横轧-纵轧轧制的方法克服了现有技术的缺点，采用纵-横-纵轧轧制，可抑制铸轧过程形成的微裂纹的扩展和减小轧制裂纹产生的趋势，减少最终成品的各向异性，提高综合机械性能。在铸轧和温轧过程中，通过控制好薄板进入轧辊辊缝的温度，控制合理的变形率，变形速率和变形方式，可以使镁板的晶粒由50-100μm减小到20μm以下，并且具有产品成分均匀，表面质量良好，各方向机械性能均匀的特点。采用本技术生产的AZ31B镁合金薄板可以达到常温下抗拉强度280-330MPa，最大延伸率15％-22％的性能指标。

本发明采用铸轧和轧制法生产镁合金板材比传统的方法，流程短，生产设备简单，生产成本低，容易实现和组织规模化生产。通过控制轧制生产的厚度小于1mm的镁合金薄板，具有良好的成型能力，供给下一步冲压等成型加工。该方法及装置可应用于各系列的镁合金和铝合金的铸轧和热轧加工。

附图说明

图1是双辊连铸镁合金薄板的控轧装置示意图。

图2是轧制机组的三架轧机构称和布置方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进作一步说明：

a.熔化的镁合金溶液在一体化的铸轧机1中铸轧成形。以AZ31镁合金为例，液态金属浇铸温度控制在680-720℃；铸板出铸辊的温度为350-450℃，铸轧速度15-20m/min，出板厚度为2.5-3mm；铸板进入下部的冷却系统中，在冷却油中控制冷却速度和防止高温氧化，沿引导辊组运行出油槽，铸板出油槽温度控制在300-350℃。使用挤干辊除去铸辊表面多余的油。

b.出了油槽的铸板经过一次轧机2整平轻压轧，然后飞剪3剪切，收集台架4堆垛后进入加热炉5进行均匀化退火处理。

c.退火后的板材经过板材换向搬运辊道6和直线保温辊道7进入纵横轧机8，9，10，进行10-18个道次轧制。

d.2.5-3mm厚的铸轧板坯经过380-400℃，1.5-2小时均匀化退火后，而后用9-12个道次的轧制，可生产出0.8mm后的薄板；12-15个道次生产出0.5mm后的薄板。在轧制变形过程中在前三个道次控制变形率为10％，当厚度降到1.2mm以下，塑性提高，每道压下量提高到15-18％。

f.在所有轧制道次中，最大道次变形率严格控制不超过20％。轧制变形温度保持在350-400℃之间。

g.轧制机组采用3架轧机，交替进行纵轧与横轧变形，轧机8与轧机9，轧机9与轧机10互成90度布置，轧制板材不需要转向，直接实现纵轧与横轧方向的变换。在轧机之间为减小温降，采用保温辊道，补热和保持均衡温度。

i.轧制后的薄板经过热矫直，切边，堆垛，送热处理进行退火。退火工艺为400℃，15分钟-120分钟。

如图1所示，本发明提供的双辊连铸镁合金薄板的控轧装置包括以下部件：一体化的铸轧机1，包含了熔化炉、铸轧辊、引导辊组、冷却油系统。平整轧机2，转鼓式飞剪3，收集台架4，轧前退火炉5，均为四辊轧机的三架轧机8、9、10，换向搬运辊道6，轧机间保温辊道7，辅助的定位器，温度传感器，成品热处理炉11，切边机。

一体化的铸轧机1的上方为熔化炉，它下部是铸轧辊，铸辊的下面是一个装有冷却油的油槽，在油槽出口配备有平整轧机2，辊道，转鼓式飞剪3，和收集台架4。而后是进行均匀化退火的轧前退火炉5，退火炉后是送往轧制机组进行控制轧制的换向搬运辊道6。三架轧机8、9、10互成90度布置，轧机前后有进行补热的保温辊道7。最后是成品热处理炉11和切边机。

Claims (3)

1.一种双辊连铸镁合金薄板的控轧方法及装置，其特征在于该方法包括以下内容：

(1)镁合金溶液在一体化铸轧机中成形，铸轧速度10-90m/min，铸板出铸辊的温度为300-500℃，铸轧板在油中冷却，控制温度为200-400℃，出板厚度为1-4mm；

(2)铸轧板在热轧前进行均匀化退火处理，退火温度350-420℃，时间1-2小时；

(3)轧制机组控制道次、轧制温度、变形率和轧制方向，采用纵-横-纵轧交替方式轧制，轧机前后有保温辊道进行补热，控制各道次中控制轧制温度为280-420℃，热轧成形在前三个道次采用变形率小于10％的小压下量轧制，在累积压下率达到35-50％后采用15％-18％的大变形率轧制；

(4)轧制后的薄板经过退火工艺，退火温度350-420℃，时间15分钟-120分钟。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于(3)中控制成品前的道次进行280-350℃温轧范围的12％-15％变形率变形，成品道次进行8-10％小变形量变形。

3.双辊连铸镁合金薄板的控轧方法所采用的装置，其特征在于该装置包括以下部件：一体化的铸轧机，包含了熔化炉、铸轧辊、引导辊组、冷却油系统。平整轧机，转鼓式飞剪，收集台架，轧前退火炉，均可进行可逆轧制的三架四辊轧机，换向搬运辊道，轧机间保温辊道，辅助的定位器，温度传感器，成品热处理炉，切边机；一体化的铸轧机的上方为熔化炉，它下部是铸轧辊，铸辊的下面是一个装有冷却油的油槽，在油槽出口配备有平整轧机，辊道，飞剪机和收集台架，而后是进行均匀化退火的轧前气氛保护退火炉，退火炉后是送往轧制机组进行控制轧制的换向搬运辊道，三架轧机互成90度布置，轧机前后有进行补热的保温辊道，最后是气氛保护热处理炉和切边机。

Images