CN102294453A

CN102294453A - 一种镁合金板带的多能场铸轧制备方法

Info

Publication number: CN102294453A
Application number: CN2011102735583A
Authority: CN
Inventors: 毛大恒; 李建平; 石琛
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2011-12-28

Abstract

本发明公开了一种镁合金板带的多能场铸轧制备方法。本发明将配制好的镁合金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练剂，进行搅拌除渣和除气完成精练过程，将精练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、轧辊强制冷却和轧制变形作用，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，组织及力学性能良好，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

一种镁合金板带的多能场铸轧制备方法

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种镁合金板带的电磁、超声铸轧制备方法，可以实现工业化生产，该方法可广泛应用于镁合金板带的制备。

背景技术

镁是世界上储量最丰富的常用金属元素之一，为地壳层第六丰富的金属元素，含量约为2.3％,也是海水中含量排名第三的金属元素，总量约为海水质量的0.14％，从平均1m³的海水中可以提取出1㎏以上的金属镁，而且盐湖中的镁含量也非常高。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。

纯镁由于强度和硬度很低，不能直接用于结构材料，但是在添加了Al、Zn、Mn、Zr合金及稀土元素后，可以产生固溶强化、细晶强化、时效强化以及过剩强化作用来提高合金的机械性能、耐腐蚀性能和耐热性能，大大提高其综合性能。目前镁及镁合金的应用愈来愈广泛，消耗量急剧上升，尤其在航空航天、军工产品、交通运输以及3C电子等领域最为显著。

中国在镁资源的开发利用方面具有得天独厚的优势，已成为镁的资源大国、生产大国和出口大国，但是在镁合金产品的制备方面却与工业发达国家尚有一定的差距，目前只能以廉价的原料为主要产品出口，造成了资源的浪费，严重阻碍了我国镁金属工业的发展。因此，开发镁及镁合金的低成本、高质量、短流程的生产技术，进一步提高资源的有效利用，是我国镁金属工业发展的方向。目前一般采用铸锭-热轧-温轧的生产技术手段，该工艺路线生产成本高，能耗大，而且容易对环境造成污染。

[0003] 发明内容

本发明的目的是提供一种镁合金板带的电磁、超声多能场铸轧制备方法，获得性能优良的镁合金板带，该方法生产流程短、效率高，生产成本低、质量好，适合批量制备镁合金板带。

一种镁合金板带的电磁、超声多能场铸轧制备方法，包括以下步骤：

一、按照镁合金的组分比例配制镁合金，置于封闭的电阻熔化炉中，在物料顶部均匀洒上一层覆盖剂，并在氩气保护下加热熔化，获得镁合金熔体；

二、待物料溶化后，在熔体的表面加入精练剂，进行搅拌除渣和除气，随后静置15～20分钟，得到精练好的镁合金熔体；

三、将精练好的镁合金熔体经过预热后的高温流道进入前箱，经一级超声波预处理，随后通过铸嘴引入到具有电磁、超声能场的铸轧机辊缝中（铸轧辊采用循环水冷却），保持合适的液面高度。镁合金熔体在电磁、超声组合能场的搅拌、振动冲击、轧辊的强制冷却和轧制变形的作用下，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，连续铸轧出2.5mm～6.0mm厚的镁合金板带（铸轧过程中喷涂润滑剂）。

在所述步骤一中，镁合金熔体温度为700℃～710℃，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，对设备无腐蚀，熔炼成本低。

在所述步骤一中，覆盖剂的成分为：氯化镁50～60%，氯化钾15～20%，氯化钠15～20%，氯化钙2～10%。在所述步骤二中，精练剂的成分为：氯化镁50～60%，氯化钾15～20%，氯化钠15～20%，氯化钙2～8%，氟化钙2～5%。

在所述步骤三中，前箱温度保持在675℃～680℃之间，液面高度保持高出轧制中心线5～6mm。

在所述步骤三中，所用一级超声波预处理功率为500W～600W，频率为20kHZ±100HZ; 辊缝中凝固前沿超声波功率为400W～500W，频率为20kHZ±200HZ。

在所述步骤三中，磁场形态以行波磁场为主体，叠加一定的脉振磁场，行波磁场占60-70%，脉振磁场占40-30%，沿轧辊轴线方向在铸轧区中产生椭圆形磁势。

在所述步骤三中，电磁场通过励磁电流产生，并被引导至凝固前沿，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，随机变化频率范围±2 HZ。

在所述步骤三中，铸轧镁合金板带时轧制速度为2.5 m/min～5m/min，辊缝为2.0 mm～5.4mm。

在所述步骤三中，轧辊在铸轧前预先进行烘烤处理，在铸轧过程中喷涂纳米WS₂润滑剂。

在所述步骤三中，铸嘴采用氧化铝、氧化镁和石棉混合后的压制烧结材料，在内表面涂上一层石墨，防止在铸轧过程中高温镁熔体与氧化铝发生化学置换反应，产生夹渣。

在所述步骤三中，铸轧时铸轧辊采用循环冷却水进行冷却，通过调节水压对水的流量进行调节，冷却水最大压力为0.8MPa，最大流量120L/min。

本发明具有如下特点：

1）确定了镁合金电磁、超声多能场铸轧的工艺参数与方法：镁合金的熔炼温度为700℃～710℃，熔炼过程采用氩气保护，前箱温度保持在675℃～680℃之间，液面高度保持为高出轧制中心线5～6mm，轧制速度为2.5～5m/min，辊缝为2.0～5.4mm，铸轧辊采用循环冷却水进行冷却，实现熔体快速凝固。

2）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。

3）在铸轧过程中引入电磁、超声能场。电磁场参数为：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，随机变化频率±2 HZ；预处理超声波功率为500W～600W，频率为20kHZ±100HZ; 辊缝中凝固前沿超声波功率为400W～500W，频率为20kHZ±200HZ。超声波和电磁场的引入对铸轧过程的流场产生扰动，提高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，获得细小的晶粒组织。采用电磁、超声能场铸轧制备的镁合金板带具有优良的力学性能。

4）采用电磁、超声能场铸轧方法制备镁合金板带，极大地缩短了工艺流程，可节能60～70%，使生产成本减少50%以上，生产效率提高2～3倍。

附图说明

图1为常规铸轧法向面金相；

图2为电磁、超声能场铸轧法向面金相；

图3为常规铸轧横截面金相；

图4为电磁、超声能场铸轧横截面金相；

图5为常规铸轧纵截面金相；

图6为电磁、超声能场铸轧纵截面金相。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明，这将有助于对本发明及其优点的进一步理解，这些实例不作为对本发明的限定，本发明的保护范围由权利要求书来决定。

实施例1：

按照AZ31B合金的组分配比，取镁锭（工业纯镁）90Kg、工业纯铝2750g、纯锌910g，放入熔化炉中进行熔化，温度为706℃，并加入1.0%的覆盖剂和通少量氩气保护，防止与空气接触燃烧，覆盖剂成分质量百分含量为：氯化镁55%，氯化钾15%，氯化钠18%，氯化钙12%。待物料溶化后，在熔体的表面加入0.6%的精练剂，进行搅拌除渣和除气，精练剂成分质量百分含量为：氯化镁55%，氯化钾15%，氯化钠20%，氯化钙5%，氟化钙5%。在镁合金精炼的同时，加热前箱及流道至600℃，待镁合金熔炼完成后保温20分钟，使得熔体各部分的温度均匀，倾转熔化炉，使镁合金熔体进入流道和前箱，在电磁、超声波场的作用下进入轧辊辊缝的铸轧区，控制熔体流量，使得前箱中熔体液面保持在高出轧制中心线5mm处，经过冷却水的急速冷却以及轧制力的作用，得到稳定、连续的镁合金板带。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，行波磁场点60%，脉振磁场占40%，所用一级超声波预处理功率为550W，频率为20kHZ; 辊缝中凝固前沿超声波功率为400W，频率为20kHZ。冷却水压力为0.5MPa，流量80L/min。

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，放入熔化炉中进行熔化，温度为710℃，并加入0.8%的覆盖剂和通少量氩气保护，防止与空气接触燃烧，覆盖剂成分质量百分含量为：氯化镁60%，氯化钾18%，氯化钠15%，氯化钙7%。待物料溶化后，在熔体的表面加入0.5%的精练剂，进行搅拌除渣和除气，精练剂成分质量百分含量为：氯化镁58%，氯化钾15%，氯化钠17%，氯化钙5%，氟化钙5%。在镁合金熔炼的同时，加热前箱及流道至550℃，待镁合金熔炼完成后保温15分钟，使得熔体各部分的温度均匀，倾转熔化炉，使镁合金熔体进入流道和前箱，在电磁、超声波能场的作用下进入轧辊辊缝的铸轧区，控制熔体流量，使得前箱中熔体液面保持在高出轧制中心线5mm处，经过冷却水的急速冷却以及轧制力的作用，得到稳定、连续的镁合金板带。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12A，中心频率为13HZ，行波磁场点70%，脉振磁场占30%；预处理超声波功率为600W，频率为20kHZ; 辊缝中凝固前沿超声波功率为500W，频率为20kHZ。冷却水压力为0.6MPa，流量95L/min。

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15~20μm，平均晶粒尺寸（直径）约为120μm左右。

（2）电磁、超声能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或垂柳树枝状。平均晶粒尺寸（直径）约为15μm左右。

同时，用本发明方法制备的镁合金板带的相关力学性能如下列表格中所示：

表1 AZ31B镁合金铸轧带材拉伸试验结果：

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
电磁、超声多能场铸轧带材	4.87	252.8	161.6	5.8
					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
电磁、超声多能场铸轧带材	4.87	84.3
			铸锭-热轧板	4.85	58.1

力学性能测试结果表明：

（1）电磁、超声多能场铸轧带坯的抗拉强度比普通铸轧带坯提高18.5％，比热轧板提高11.7 %；多能场铸轧带坯的屈服强度比普通铸轧带坯提高27.8％，比热轧板提高4.7%；多能场铸轧带坯的延伸率比普通铸轧带坯提高28.9% ，但略低于热轧板。

（2）多能场铸轧带坯的硬度值比普通铸轧带坯的硬度值提高72.4％，比热轧板的硬度值提高45.1 %。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，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多能场铸轧制备方法，其特征在于包括以下具体操作步骤如下：

三、将精练好的镁合金熔体经过预热后的高温流道进入前箱，经一级超声波预处理，随后通过铸嘴引入到具有电磁、超声能场的铸轧机辊缝中，保持合适的液面高度，轧辊采用循环水冷却；镁合金熔体在电磁、超声组合能场的搅拌、振动冲击、轧辊强制冷却和轧制变形作用下，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，连续铸轧出2.5mm～6.0mm厚的镁合金板带，铸轧过程中喷涂润滑剂。

2.根据权利要求1所述的镁合金板带的多能场铸轧制备方法，其特征在于，在步骤一中，镁合金熔体温度为700℃～710℃。

3.根据权利要求1所述的镁合金板带的多能场铸轧制备方法，其特征在于：在步骤一中所述的覆盖剂的成分为：氯化镁50～60%，氯化钾15～20%，氯化钠15～20%，氯化钙2～10%。

4.根据权利要求1所述的一种镁合金板带的多能场铸轧制备方法，其特征在于：在步骤二中所述精练剂的成分为：氯化镁50～60%，氯化钾15～20%，氯化钠15～20%，氯化钙2～8%，氟化钙2～5%。

5.根据权利要求1所述的镁合金板带的多能场铸轧制备方法，其特征在于：在步骤三中，前箱温度保持在675℃～680℃之间，液面高度保持为高出轧制中心线5-6mm。

6.根据权利要求1所述的一种镁合金板带的多能场铸轧制备方法，其特征在于：在步骤三中所述电磁场通过励磁电流产生，并被引导至凝固前沿，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，随机变化频率范围±2 HZ。

7.根据权利要求1所述的一种镁合金板带的多能场铸轧制备方法，其特征在于：在步骤三中所述一级超声波预处理功率为500W～600W，频率为20kHZ±100HZ; 辊缝中凝固前沿超声波功率为400W～500W，频率为20kHZ±200HZ。

8.根据权利要求1所述的镁合金板带的多能场铸轧制备方法，其特征在于：在步骤三中所述铸轧镁合金板带时轧制速度为2.5～5m/min ，辊缝为2.0 mm～5.4mm。

9.根据权利要求1所述的镁合金板带的多能场铸轧制备方法，其特征在于：在步骤三中，轧辊在铸轧前先进行预烘烤处理，在铸轧过程中喷涂的润滑剂为纳米WS₂润滑油。

10.根据权利要求1所述的镁合金板带的多能场铸轧制备方法，其特征在于：在步骤三中，铸轧时铸轧辊采用循环冷却水进行冷却，通过调节水压对水的流量进行调节，冷却水最大压力为0.8MPa，最大流量120L/min。