CN102211153A

CN102211153A - 一种镁合金板带的电磁场铸轧方法

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Publication number: CN102211153A
Application number: CN 201110126846
Authority: CN
Inventors: 毛大恒; 李建平; 石琛
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: CN102211153B

Abstract

一种镁合金板带的电磁场铸轧方法，在配制好的物料顶部均匀洒上一层覆盖剂，并在氩气保护下加热熔化；待物料熔化后，在熔体的表面加入一定量精炼剂，进行搅拌除渣和除气完成精炼过程；将精炼好并静置过的镁合金熔体通过加热后的流道与前箱，引入电磁场铸轧机组的辊缝中，通过电磁场的搅拌、振动冲击和与轧辊的冷却、轧制变形作用，强化铸轧区的传热、传质和能量转换，实现晶核增殖，改变凝固行为。本发明成功地将电磁场应用于镁合金的铸轧过程中，制备出的镁合金板带板面光洁，边部整齐，组织性能良好，且整个生产流程短、效率高，产品成本低、质量好，适合批量制备镁合金板带。

Description

一种镁合金板带的电磁场铸轧方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工领域，尤其是涉及一种镁合金板带的电磁铸轧方法。

背景技术

镁资源的丰富储量以及镁合金的高比强度、比刚度、耐磨性、减振性、电磁屏蔽性以及易切削性和易回收性等优良的综合性能，将使其成为汽车、航空、电子传输等行业重要的新型结构材料。现有镁合金板带的加工方法有铸锭－热轧－温轧方法，该方法能耗髙、生产周期长、成材率低、加工成本高，严重地制约了镁合金板带的商业应用。连续铸轧法是二十世纪七十年代初期开始用于铝及铝合金板带生产的短流程工艺；由于连续铸轧法在铝板带生产中所表现出的巨大优势，21世纪初期国内外学者纷纷尝试将连续铸轧技术引入到镁合金板带的生产之中并取得了一定成功。但是连续铸轧法的缺点是：所制备的金属板带其力学性能比传统的铸锭－热轧－温轧制备方法差。现有常规铸轧法的工艺流程主要包括熔化、精炼、铸轧过程；在熔炼、铸轧过程中采用SF₆气体进行保护，对环境有污染，熔炼成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金板带的电磁场铸轧制备方法，以实现短流程、低能耗、低成本、高质量、高效率制备镁合金板带。

本发明包括以下步骤：

（1）熔炼：将工业纯镁、工业纯铝、金属锌等合金元素按照镁合金牌号的组分比例置于封闭的电阻熔化炉中，在物料顶部均匀洒上质量百分比0.5～1%的一层覆盖剂；在氩气保护下加热到700℃～710℃进行熔化；所述覆盖剂由以下质量百分比的组份构成：氯化镁50～60%，氯化钾15～20%，氯化钠15～20%，氯化钙2～10%；

（2）精炼：在上述电阻熔化炉中的熔体表面，加入0.4～0.6%的精练剂，将精练剂压入熔体中，并通入一定量氩气吹洗，均匀搅拌3～5分钟，扒去浮渣、在700℃～710℃的温度下保温静置10～15分钟。所述精练剂由以下质量百分比的组份构成：氯化镁50～60%，氯化钾15～20%，氯化钠15～20%，氯化钙2～10%，氟化钙2～5%；

（3）铸轧：将精练好的镁合金熔体，引入预热到500～680℃的前箱和流道，再经铸嘴输入到电磁场铸轧机组的两个逆向旋转的轧辊中，轧制条件为：辊缝为2.0～5.4mm，轧制压力0.2～0.3吨∕mm，轧制速度为2.4～3.5m/min，熔体液面高度高出轧制中心线5mm左右，铸轧辊采用循环冷却水进行冷却；连续铸轧出2.5mm～6.0mm厚的镁合金板带。

所述铸轧中的电磁场为行波磁场与脉振磁场的组合磁场，其励磁电流为三相电流，换相周期为1个完整波形，电流强度为8A～12A，中心频率为13HZ±2 HZ。

所述冷却水的压力为0.5～0.7MPa，流量为80～120L/min。

所述电磁场铸轧机组的铸轧辊在铸轧前先进行烘烤处理，在铸轧过程中喷涂6～10克∕m²的纳米WS₂润滑剂，所述纳米WS₂润滑剂由以下质量百分比的组份构成:纳米WS₂︰分散剂︰基础油=20︰20︰60。（已申请发明专利）。

所述电磁场铸轧机组的铸嘴采用氧化铝、氧化镁和石棉混合后的压制烧结材料，在铸嘴的内表面涂有100～200克∕m²的一层石墨，防止在铸轧过程中高温镁熔体与铸嘴材料直接接触发生化学置换反应，产生夹渣。

本发明具有如下优点：（1）采用电磁场铸轧技术，省略了热轧工序，极大地缩短了工艺流程，也降低了能耗，与铸锭－热轧－温轧法相比，可节能60～70%，生产成本降低50%以上，生产效率提高2～3倍。与普通连续铸轧法相比，带坯抗拉强度提高17％左右，屈服强度提高24％左右，硬度值提高67％左右。制备出的镁合金板带板面光洁，边部整齐，组织及力学性能良好，电磁场铸轧的镁合金板带之所以具有优良的力学性能，这是因为电磁场的引入对铸轧过程的流场产生扰动，提高了镁合金熔体与轧辊的接触强度，强化熔体的凝固相变及动态形核过程，可获得细小的晶粒组织。（2）熔化过程采用覆盖剂和氩气保护，取消传统的SF₆气体，对环境无污染，熔炼成本低；（3）在精炼中加入精练剂、并通入氩气吹洗、搅拌，有利于去除氧化镁和氢气等渣质。（4）在铸轧前对轧辊进行烘烤，铸轧过程中喷涂纳米WS₂润滑剂成功解决了粘辊问题，保证整个铸轧过程顺利进行。

附图说明

图1为常规铸轧法向面金相；

图2为电磁场铸轧法向面金相；

图3为常规铸轧横截面金相；

图4为电磁场铸轧横截面金相；

图5为常规铸轧纵截面金相；

图6为电磁场铸轧纵截面金相。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

（1）熔炼：按照AZ31B合金的组分配比，取镁锭（工业纯镁）90Kg、工业纯铝2800g、纯锌920g，放入熔化炉中；在物料顶部均匀洒上一层0.6%（重量）的覆盖剂，所述覆盖剂由以下重量百分比的组份构成：氯化镁60%，氯化钾15%，氯化钠15%，氯化钙8%；在氩气保护下，升温到705℃进行熔炼；

（2）精练：在熔体的表面加入0.4%（重量）精练剂，所述精练剂由以下重量百分比的组份构成：氯化镁52%，氯化钾15%，氯化钠15%，氯化钙8%，氟化钙5%；将精练剂压入熔体中，并通入一定量氩气吹洗，均匀搅拌3分钟，扒去浮渣、静置10分钟；

（3）铸轧：将电磁场铸轧机组的轧辊在铸轧前先进行烘烤处理3小时，在铸轧过程中喷涂6克∕m²的纳米WS₂润滑剂；所述纳米WS₂润滑剂由以下质量百分比的组份构成:纳米WS₂︰分散剂︰基础油=20︰20︰60。（已申请发明专利）。

在镁合金熔炼的同时，加热前箱及流道至600℃，再将镁合金熔体引入流道和前箱，随后进入电磁场作用下的铸轧区两个逆向旋转的辊缝中。轧制条件为：辊缝为4.5mm，轧制压力为0.2吨∕mm，轧制速度为2.3m/min，熔体液面高度高出轧制中心线5mm左右，铸轧辊采用循环冷却水进行冷却；冷却水的压力为0.6MPa，流量100L/min；连续铸轧出4.82mm厚的镁合金板带。

本实施例铸轧中的电磁场铸轧机组其励磁电流为三相电流，换相周期为1个完整波形，电流强度为8A～12A，中心频率为13HZ±2 HZ。电磁场铸轧机组的铸嘴采用氧化铝、氧化镁和石棉混合后的压制烧结材料，在铸嘴的内表面涂上100克∕m²的一层石墨，防止在铸轧过程中高温镁熔体与铸嘴材料直接接触发生化学置换反应，产生夹渣。

实施例2：

按照AZ31B合金的组分配比，取镁锭（工业纯镁）90Kg、工业纯铝2800g、纯锌920g，放入熔化炉中；在物料顶部均匀洒上一层0.8%（质量）的覆盖剂，所述覆盖剂由以下质量百分比的组份构成：氯化镁50%，氯化钾20%，氯化钠20%，氯化钙5%；在氩气保护下，升温到710℃进行熔练；待物料溶化后，在熔体的表面加入0.5%（重量）的精练剂，所述精练剂由以下重量百分比的组份构成：氯化镁58%，氯化钾18%，氯化钠20%，氯化钙5%，氟化钙8%；将精练剂压入熔体中，并通入一定量氩气吹洗，均匀搅拌4分钟，扒去浮渣、静置15分钟；

将电磁场铸轧机组的轧辊在铸轧前先进行烘烤处理2小时，在铸轧过程中喷涂8克∕m²纳米WS₂润滑剂。在镁合金熔炼的同时，加热前箱及流道至550℃，再将镁合金熔体引入流道和前箱，随后进入电磁场作用下的铸轧区（两个逆向旋转的辊缝中）。轧制条件为：辊缝为4.5mm，轧制压力为0.25吨∕mm，轧制速度为2.4m/min，熔体液面高度高出轧制中心线5mm左右，铸轧辊采用循环冷却水进行冷却；冷却水的压力为0.7MPa，流量120L/min；连续铸轧出4.86mm厚的镁合金板带。

金相组织观察表明：

（1）常规铸轧带坯枝晶网胞发达，二次枝晶间距为10~15 μm ，平均晶粒尺寸（直径）约为120μm左右；

（2）电磁场铸轧带坯枝晶网胞明显退化，部分脱落的初生枝晶演变成块条状或颗粒状细晶，而部分未被碎断的枝晶，产生一定的塑性变形，使晶体演变成弯曲变形的菊花状。平均晶粒尺寸（直径）约为25μm左右。

本发明与现有技术制备的镁合金板带的相关力学性能如表1所示：

表1 AZ31B镁合金铸轧带材拉伸检测结果：

实验名称	试样厚度（mm）	σ_b/_Mpa	σ_0..2/Mpa	δ∕%
					常规铸轧带材	4.80	213.4	126.4	4.5
实施例1	4.82	250.3	157.8	5.6
					实施例2	4.86	249.5	157.2	5.5
铸锭—热轧板材	4.85	231.2	154.3	6.2

表2 AZ31B镁合金铸轧带材硬度测试结果（试验条件：HV-1000；载荷：0.245N）

试样名称	试样厚度（mm）	硬度值（HV）
			普通铸轧带材	4.80	48.9
实施例1	4.82	82.1
			实施例2	4.86	81.8
铸锭-热轧板	4.85	58.1

力学性能测试结果表明：

（1）电磁场铸轧带坯的抗拉强度比普通铸轧带坯提高17％左右，比热轧板提高8%左右；电磁场铸轧带坯的屈服强度比普通铸轧带坯提高24.％左右，比热轧板提高2%左右；电磁场铸轧带坯的延伸率比普通铸轧带坯提高24%以左右，但低于热轧板；

（2）电磁场铸轧带坯的硬度值比普通铸轧带坯的硬度值提高67％左右，比热轧板的硬度值提高41%左右。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种镁合金板带的电磁场铸轧方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）熔炼：将工业纯镁、工业纯铝、金属锌等合金元素按照镁合金牌号的组分比例置于封闭的电阻熔化炉中，在物料顶部均匀洒上质量百分比为0.5～1%的一层覆盖剂；在氩气保护下加热到700℃～710℃进行熔炼；所述覆盖剂由以下质量百分比的组份构成：氯化镁50～60%，氯化钾15～20%，氯化钠15～20%，氯化钙2～10%；

（2）精炼：在上述电阻熔化炉中的熔体表面，加入质量百分比为0.4～0.6%的精炼剂，将精炼剂压入熔体中，并通入一定量氩气吹洗，均匀搅拌3～5分钟，扒去浮渣、在700℃～710℃的温度下保温静置10～15分钟；所述精练剂由以下质量百分比的组份构成：氯化镁50～60%，氯化钾15～20%，氯化钠15～20%，氯化钙2～10%，氟化钙2～5%；

（3）铸轧：将精炼好的镁合金熔体，引入预热到500～680℃的前箱和流道，再经铸嘴输入到电磁场铸轧机组的两个逆向旋转的轧辊中，轧制条件为：辊缝为2.0～5.4mm，轧制压力0.2～0.3吨∕mm，轧制速度为2.4～3.5m/min，熔体液面高度高出轧制中心线5mm左右，铸轧辊采用循环冷却水进行冷却；连续铸轧出2.5mm～6.0mm厚的镁合金板带。

2.根据权利要求1所述的镁合金板带的电磁场铸轧方法，其特征在于，所述电磁场为行波磁场与脉振磁场的组合磁场，其励磁电流为三相电流，换相周期为1个完整波形，电流强度为8A～12A，中心频率为13HZ±2 HZ。

3.根据权利要求1所述的镁合金板带的电磁场铸轧方法，其特征在于，所述冷却水的压力为0.5～0.7MPa，流量为80～120L/min。

4.根据权利要求1所述的镁合金板带的电磁场铸轧方法，其特征在于，所述电磁场铸轧机组的铸轧辊在铸轧前先进行烘烤处理，在铸轧过程中喷涂6～10克∕m²的纳米WS₂润滑剂，所述纳米WS₂润滑剂由以下质量百分比的组份构成:纳米WS₂∶分散剂∶基础油=20∶20∶60。

5.根据权利要求1所述的镁合金板带的电磁场铸轧方法，其特征在于，所述电磁场铸轧机组的铸嘴采用氧化铝、氧化镁和石棉混合后的压制烧结材料，在铸嘴的内表面涂有100～200克∕m²的一层石墨。