CN104308456B - 一种镁或镁合金带卷生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镁或镁合金带卷生产工艺，包括选取原料，均匀化热处理，连续双层挤压，连续双层卷取，轧前加热，带卷温轧，纵剪裁边，成品热处理，表面处理，成品定尺处理，本发明解决了现有镁合金板带生产工艺存在的效率低下，成材率低，产品性能不高，无法高效生产卷式镁合金板带等问题，利用有色金属加工行业的大型挤压轧制设备，结合镁或镁合金材料的特性，提出了完整的镁或镁合金卷式生产工艺路线及方法，突破了传统镁合金板带单板生产的不足，实现镁合金板带规模化批量化卷式生产的飞跃。利用本发明所述镁或镁合金带卷生产工艺所产镁合金具有成材率高，产品性能好，成本较低的优点，为镁或镁合金的规模化应用创造了技术条件。
Description
技术领域
本发明属于镁合金板带生产加工领域，具体涉及一种镁或镁合金带卷生产工艺及方法。
背景技术
由于镁合金具有密度低、比强度与比刚度高、减震性好等优点，因此镁合金在车辆工业、电子工业、印刷工业、航空航天及国防工业具有广泛的应用前景。但是由于镁或镁合金的密排六方结构、室温滑移系少、室温塑性变形能力较差，造成镁或镁合金板带加工生产困难，从而导致镁合金板带价格居高不下，这些因素严重制约着镁合金板材的应用与市场开拓。
目前，镁或镁合金板带的生产工艺主要有热轧法、铸轧法、挤压开坯轧制三种。这三种生产工艺多以单片生产为主，其受板带长度的限制，生产率较低、成材率无法保证、生产节奏较慢，无法大规模工业应用。
热轧法生产镁合金板带：采用半连续铸造、锯切铣面、加热、多道次热轧、成品剪切、成品退火，这种工艺主要适用于较厚的板带加工生产，其主要的缺点在于只能生产单片板材，受辊道及加热炉尺寸空间限制，所轧板材尺寸较小，同时工艺过程中的锯切铣面工序会极大的降低板材的成材率。
铸轧法生产镁合金板带：该工艺的优点是缩短生产的工艺流程，但铸轧法所生产的板带厚度较大，铸轧板材力学性能不如热轧法和挤压法生产的镁合金板带，并且受铸轧铸嘴材料寿命的限制，导致镁合金板带铸轧尚无法工业规模化生产。
挤压法生产镁合金板带：该工艺采用先挤压出波浪型或者W形的型材再进行展平矫直，但要实现该工艺需要一套复杂的展平矫直设备，并且所生产的板材板形较差，力学性能不均匀。
综上所述，以上三种现有工艺各有自己的局限性，成材率低，所产镁合金多以板材为主，板带尺寸受限，缺少成熟的后续处理工艺，距离大规模批量化工业生产尚有较大距离。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有镁合金板带生产工艺存在的效率低下，成材率低，产品性能不高，无法高效生产卷式镁合金板带等问题，从而提供一种高效率，高成材率，高性能的可批量化生产卷式镁合金板带的生产工艺。
为此，本发明提供了一种镁或镁合金带卷生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1)选取原料，选取铸锭为实心圆锭的镁或镁合金，圆锭的外径尺寸为Φ100mm～Φ800mm，长度是500mm～2000mm；
2)均匀化热处理，通过电磁感应加热炉对实心圆锭进行均匀化热处理，加热温度在300℃～500℃之间，加热时间在4h～12h之间；
3)连续双层挤压，将均匀化热处理后的圆锭送进镁或镁合金挤压机进行温态挤压，挤压机出口连续同时挤出上下双层镁板，挤压机的挤压筒加热温度在400℃～500℃之间；
4)连续双层卷取，经由挤压机挤出的双层镁板分别进入卷取机的上下卷取通道，进行卷取，卷取温度在100℃～250℃之间，卷取速度在0.1m/min～20m/min之间，得到镁卷；
5)轧前加热，经挤压和卷取后的镁卷进入电阻热风循环加热炉进行加热，加热温度在300℃～450℃之间，该加热工序在保护气体下进行；
6)带卷温轧，加热后的镁卷进入轧机进行轧制，轧制温度在120℃～350℃之间；
轧前轧辊预热到100℃～300℃并在轧制过程中保持这一温度范围，道次压下率在5％～25％之间，每个轧程总压下率30％～70％之间；
7)纵剪裁边，在大于80℃的温度下，将温轧得到的镁带在轧制末道次利用余温进行裁剪或者通过裁剪机组进行裁剪，裁剪后卷取卸卷，裁剪公差D±1mm，D代表裁剪尺寸；
8)成品热处理，对纵剪裁边后的镁带进行退火处理及固溶处理；
9)表面处理，对热处理后的镁带依次进行表面砂光、表面清洗、表面防腐防氧化处理；
10)成品定尺处理，在50℃～150℃温度范围内，对进行表面处理后的镁带分别进行纵剪、横剪、分卷及打包，加工完成。
步骤5)中所述的保护气体是气体浓度大于0.5％的SO2、气体浓度大于3％的CO2或气体浓度为1.5％的SF6中的其中一个。
步骤6)中所述的轧机是单机架连轧机或多机架连轧机。
步骤9)中所述的表面砂光是采用研磨抛光。
步骤9)中所述的表面清洗主要采用碱清洗、铬酸清洗、氢氟酸清洗。
步骤9)中所述的表面防腐防氧化处理工艺是指利用铬酸盐或者磷酸盐转化液对镁合金板带表面进行化学处理而获得保护膜。
所述的步骤5)、步骤6)、步骤7)循环1～3次。
本发明解决了现有镁合金板带生产工艺存在的效率低下，成材率低，产品性能不高，无法高效生产卷式镁合金板带等问题，利用有色金属加工行业的大型挤压轧制设备，结合镁或镁合金材料的特性，提出了完整的镁或镁合金卷式生产工艺路线及方法，突破了传统镁合金板带单板生产的不足，实现镁合金板带规模化批量化卷式生产的飞跃。利用本发明所述镁或镁合金带卷生产工艺所产镁合金具有成材率高，产品性能好，成本较低的优点，为镁或镁合金的规模化应用创造了技术条件。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是镁或镁合金带卷生产工艺的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步对一种镁或镁合金带卷生产工艺进行详细的说明。
如图1所示，一种镁或镁合金带卷生产工艺，包括以下步骤：
1)选取原料：将镁或镁合金铸锭为实心圆锭，圆锭外径尺寸为Φ100mm～Φ800mm，圆锭长度500mm～2000mm；
2)均匀化热处理：通过电磁感应加热炉对所铸圆锭进行均匀化热处理，均匀化热处理工序将圆锭加热到300℃～500℃之间，并均热一段时间以消除铸锭内部组织结构及化学成分的不均匀性，并消除铸造时引起的残余应力，提高合金的塑性；
均热时间与圆锭尺寸及材料成分有关，一般在4h～12h之间；
3)连续双层挤压：将均匀化热处理后的圆锭送进镁或镁合金挤压机进行温态挤压，挤压机的挤压筒加热温度在400℃～500℃之间。镁合金挤压采用多个圆锭连续送料，挤压机出口同时连续挤出上下双层镁板；
该种双层挤压工艺通过降低挤压比有效克服了由于镁合金流动性差造成的挤压困难，挤出更流畅，表面质量光洁，板材宽厚比更大，能生产更薄更宽的镁合金板带；
4)镁板连续卷取：经由挤压机挤出的双层镁板材分别进入卷取机的上下通道，板材经过夹送辊、分切剪、辊道、对中装置和导向引料装置后，上下层镁板分别由各自通道卷取机进行卷取，所述镁板连续卷取工序要求镁板温态卷取，卷取温度100℃～250℃，卷取速度与挤压同步(卷取速度在0.1～10m/min之间)，并保持板材平直，得到镁卷；
当卷径达到工艺要求时，分切剪进行剪切分卷。连续卷取结合双层挤压工序实现了快速高效的镁合金卷式坯料的生产，打破了传统镁合金板带只能单板生产的限制；
5)轧前加热：经挤压卷取后的镁卷在轧制前需要进入电阻热风循环加热炉进行加热，加热温度控制在300℃～450℃之间，为防止镁卷氧化，该加热工序要求在保护气氛下进行；
保护气体选择浓度大于0.5％的SO2或者浓度大于3％的CO2或者浓度为1.5％的SF6，或者价格成本较高的惰性气体。轧前挤压镁合金卷加热要求同一带卷温差不超过10℃，以防轧制过程中的性能不均；
6)带卷温轧：加热后的镁卷进入轧机进行轧制，本发明所述温轧工艺要求轧制温度范围在120℃～350℃之间，轧前轧辊预热到100℃～300℃并保持这一温度范围，镁卷经开卷机开卷后进行卷取，可选用单机架轧机往复若干个道次可逆张力轧制或者在连轧机上连续轧制，等轧到需要的带材成品厚度时卸卷进行后续成品处理。本发明中所述镁合金板带的温轧工艺要求道次压下率在5％～25％之间，每个轧程总压下率30％～70％之间；
当需要多个轧程进行轧制时，每个轧程中间卸卷进行中间退火处理，以消除带材的变形硬化，恢复塑性变形，以便后续轧程的轧制，镁合金带卷进行中间退火处理时采用罩式退火炉，退火温度在250℃～400℃之间，退火时间为3h～6h，保护气体采用含1.5％SF6的CO2混合气，或者惰性气体；之后再进行加热、轧制工序，直至轧到成品为止；
中间退火是在一个轧程无法完成从坯料到成品厚度(根据最终使用用户的要求决定)、镁带轧制时需要多个轧程制时，在每个轧程之间进行中间退火，每个轧程可轧的压下率取决于材料的不同，边部开裂的情况，以及镁带温度的情况；
7)纵剪裁边：经过温轧后的镁带边部有不同程度的开裂，无论是继续进行轧制或者进行后续成品处理，都需要将边裂部分进行裁剪，纵剪裁边工艺要求镁带在温态下进行，温度大于80℃，为减少多次重复加热，纵剪裁边工序可在轧制末道次利用余温同步进行，也可单独设置纵剪机组，裁剪公差D±1mm，D代表裁剪尺寸；
8)成品热处理：该工序主要对成品厚度的镁带卷根据交货状态为改善或调整镁合金力学性能和加工性能进行的处理，主要包括不同程度的退火处理及固溶处理；
退火处理，主要是指将材料曝露于高温一段很长时间后，然后再慢慢冷却的热处理制程。主要目的是：(1)释放应力；(2)增加材料延展性和韧性；(3)产生特殊显微结构；
固溶处理是指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺，主要是改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等，使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工或成型。
9)表面处理：对热处理后的镁带依次进行表面砂光、表面清洗、表面防腐防氧化处理等工序，用何种工序需要根据带卷的成品状态及用途确定；表面砂光主要是采用研磨抛光等机械方法清理掉镁带材生产过程中附带的毛刺、氧化物、润滑剂及机械划伤等；
表面清洗主要采用碱清洗、铬酸清洗、氢氟酸清洗等化学的方式清除镁带表面附着的难以清除的表面油脂、氧化物及硬化层；
表面防腐防氧化处理工艺是指利用铬酸盐或者磷酸盐等转化液对镁合金板带表面进行化学处理而获得保护膜，也可以采用涂油、覆膜等工艺处理提高镁板带的抗腐蚀耐氧化的性能。
根据轧制规程，轧前加热、带卷温轧、纵剪裁边及中间退火处理循环1～3次。
实施例1
厚1.0mm,宽度980mm，卷径Φ1500mm的镁合金带卷生产工艺。
本实施例工序步骤为：
1)选取原料：将镁或镁合金铸锭为实心圆锭，圆锭直径Φ600mm，长度1500mm；
2)均匀化热处理：为了消除铸锭内部组织结构及化学成分的不均匀性，并消除铸造时引起的残余应力，采用电磁感应加热炉对圆锭进行均匀化热处理，加热温度500℃，均热时间6h；
3)连续双层挤压：将均匀化热处理后的圆锭送进镁或镁合金挤压机进行温态挤压，挤压机挤压筒加热温度400℃～500℃，挤压机出口连续同时挤出上下双层镁板，镁板厚度5mm，宽度1020mm；
4)连续双层卷取：经由挤压机挤出的双层镁板材分别进入卷取机的上下通道，进行卷取，卷取温度200℃，卷取速度8m/min,镁卷卷径在Φ1500mm时分切，得到镁卷；
5)轧前加热：经挤压和卷取后的镁卷在轧制前进入电阻热风循环加热炉进行加热，加热出炉温度450℃，为防止镁卷氧化，采用含1.5％SF6的CO2混合气保护；
6)带卷温轧：本实施例中厚5.0mm、宽1020mm、卷径Φ1500mm的镁合金带卷在四辊轧机上可逆进行轧制，开轧温度350℃，轧前轧辊预热到200℃；
5.0mm镁板带经两个轧程轧制到成品厚度1.0mm，其中第一个轧程经五道次轧制至厚度2.0mm，单道次压下率20％左右，总压下率60％，轧后进行纵剪裁边及中间退火处理；第二个轧程经三道次轧制至厚度1.0mm，单道次压下率20％左右，总压下率50％，轧后进行纵剪裁边及成品热处理；
7)纵剪裁边：本工艺环节在每个轧程末道次实施，本实施例中，第一个轧程第五道次镁板带轧制厚度2.0mm，带宽1020mm，经纵剪边裁，单边裁切宽度10mm，裁边后宽度1000mm，剪切温度150℃，裁剪后卷取卸卷，进行中间退火处理；第二个轧程第三道次镁板带轧制厚度1.0mm，带宽1000mm，经纵剪边裁，单边裁切宽度10mm，裁边后宽度980mm，剪切温度100℃，裁剪后卷取卸卷，进行成品热处理；
中间退火处理：本工艺环节对轧制厚度未达到成品要求时实施，本实施例中，镁带经第一个轧程从5.0mm轧制到2.0mm，进行本工艺环节完全退火处理，退火温度400℃，退火时间6h，保护气体采用含1.5％SF6的CO2混合气，或者惰性气体；
8)成品热处理：该工序主要对成品厚度的镁带卷根据交货状态为改善或调整镁合金力学性能和加工性能进行的处理；本实施例中成品带卷厚度1.0mm，宽度980mm，卷径Φ1500mm，所产镁合金带卷为后续深加工处理提供材料，本工序中进行退火处理；
9)表面处理：表面处理工艺包括表面砂光、表面清洗、表面防腐防氧化处理等工序，本实施例中所述的1.0mm厚，宽度980mm镁合金板带，进行的表面处理工序及步骤包括：
表面砂光：主要是采用研磨抛光机械方法清理掉镁带材生产过程中附带的毛刺、氧化物、润滑剂及机械划伤等；
表面清洗：主要采用碱清洗等化学的方式清除镁带表面附着的难以清除的表面油脂、氧化物及硬化层；
表面防腐防氧化处理：本实施例中所供镁合金板带长途运输，长期存放时需要采用指利用铬酸盐等转化液对镁合金板带表面进行化学处理而获得保护膜，并进行覆膜等工艺处理以提高镁板带的抗腐蚀耐氧化的性能，对于短期存储转运的进行覆膜涂油处理。
10)成品定尺处理：本实施例中所述1.0mm厚，宽度980mm，卷径Φ1500mm的镁合金板带，主要采用圆盘剪纵向剪切将980mm的宽幅镁合金板带沿长度方向分切成用户需要宽度的窄镁带卷；或者采用横剪分卷方式将卷径Φ1500mm的大卷料分成若干个小卷或者横切成若干一定长度的块状镁板，以板材形式交货；对分切好的窄带卷、宽幅小卷、块状板材等分别进行打包处理。
实施例2
厚2.0mm,宽度800mm，卷径Φ1200mm的镁合金带卷生产工艺。
本实施例工序步骤为：
1)选取原料：将镁或镁合金铸锭为实心圆锭，圆锭直径Φ480mm，长度1200mm；
2)均匀化热处理：为了消除铸锭内部组织结构及化学成分的不均匀性，并消除铸造时引起的残余应力，采用电磁感应加热炉对圆锭进行均热处理，加热温度500℃，均热时间5h；
3)连续双层挤压：将均匀化处理后的圆锭送进镁或镁合金挤压机进行温态挤压，挤压机挤压筒加热温度400℃～500℃，挤压机出口连续同时挤出上下双层镁板，镁板厚度4mm，宽度820mm；
4)连续双层卷取：经由挤压机挤出的双层镁板材分别进入卷取机的上下通道，进行卷取，卷取温度200℃，卷取速度7.5m/min,镁卷在卷径Φ1200mm时分切，得到镁卷；
5)轧前加热：经挤压和卷取后的镁卷在轧制前进入电阻热风循环加热炉进行加热，加热出炉温度450℃，为防止镁卷氧化，采用含1.5％SF6的CO2混合气保护；
6)带卷温轧：本实施例中厚4.0mm，宽820mm，卷径Φ1200mm镁合金带卷加热后进入轧机可逆进行，开轧温度350℃，轧前轧辊预热到200℃，本实施例中4.0mm镁板带经一个轧程轧制到成品厚度2.0mm，单道次压下率20％左右，总压下率50％，轧后进行纵剪裁边及成品热处理；
7)纵剪裁边：本实施例中，第三道次镁板带轧制厚度2.0mm，带宽820mm，经纵剪边裁，单边裁切宽度10mm，裁边后宽度800mm，剪切温度100℃，裁剪后卷取卸卷，进行成品热处理；
8)成品热处理：对经纵剪裁边后带卷厚度2.0mm，宽度800mm，卷径Φ1200mm的镁带进行退火处理；
9)表面处理：对热处理后的镁带依次进行表面砂光、表面清洗、表面防腐防氧化处理等工序。2.0mm厚，宽度800mm镁合金板带，进行的表面处理工序及步骤包括：
表面砂光：主要是采用研磨抛光机械方法清理掉镁带材生产过程中附带的毛刺、氧化物、润滑剂及机械划伤等；
表面清洗：主要采用碱清洗等化学的方式清除镁带表面附着的难以清除的表面油脂、氧化物及硬化层；
表面防腐防氧化处理：本实施例中所供镁合金板带长途运输，长期存放时需要采用指利用铬酸盐等转化液对镁合金板带表面进行化学处理而获得保护膜，并进行覆膜等工艺处理以提高镁板带的抗腐蚀耐氧化的性能，对于短期存储转运的进行覆膜涂油处理；
10)成品定尺处理：本实施例中所述2.0mm厚，宽度800mm，卷径Φ1200mm的镁合金板带，主要采用圆盘剪纵向剪切将800mm的宽幅镁合金板带沿长度方向分切成用户需要宽度的窄镁带卷；或者采用横剪分卷方式将卷径Φ1200mm的大卷料分成若干个小卷或者横切成若干一定长度的块状镁板，以板材形式交货；对分切好的窄带卷、宽幅小卷、块状板材等分别进行打包处理。
本发明所述工序步骤中，轧前加热、带卷温轧、纵剪裁边及中间退火处理可根据轧制规程循环1～3次，表面处理与成品定尺处理可以穿插进行。
本发明解决了现有镁合金板带生产工艺存在的效率低下，成材率低，产品性能不高，无法高效生产卷式镁合金板带等问题，利用有色金属加工行业的大型挤压轧制设备，结合镁或镁合金材料的特性，提出了完整的镁或镁合金卷式生产工艺路线及方法，突破了传统镁合金板带单板生产的不足，实现镁合金板带规模化批量化卷式生产的飞跃。利用本发明所述镁或镁合金带卷生产工艺所产镁合金具有成材率高，产品性能好，成本较低的优点，为镁或镁合金的规模化应用创造了技术条件。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种镁或镁合金带卷生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
1)选取原料，选取铸锭为实心圆锭的镁或镁合金，圆锭的外径尺寸为Φ100mm～Φ800mm，长度是500mm～2000mm；
2)均匀化热处理，通过电磁感应加热炉对实心圆锭进行均匀化热处理，加热温度在300℃～500℃之间，加热时间在4h～12h之间；
3)连续双层挤压，将均匀化热处理后的圆锭送进镁或镁合金挤压机进行温态挤压，挤压机出口连续同时挤出上下双层镁板，挤压机的挤压筒加热温度在400℃～500℃之间；
4)连续双层卷取，经由挤压机挤出的双层镁板分别进入卷取机的上下卷取通道，进行卷取，卷取温度在100℃～250℃之间，卷取速度在0.1m/min～20m/min之间，得到镁卷；
5)轧前加热，经挤压和卷取后的镁卷进入电阻热风循环加热炉进行加热，加热温度在300℃～450℃之间，该加热工序在保护气体下进行，保护气体是气体浓度大于0.5％的SO2、气体浓度大于3％的CO2或气体浓度为1.5％的SF6中的其中一个；
6)带卷温轧，加热后的镁卷进入轧机进行轧制，轧制温度在120℃～350℃之间，轧机是单机架连轧机或多机架连轧机；
轧前轧辊预热到100℃～300℃并在轧制过程中保持这一温度范围，道次压下率在5％～25％之间，每个轧程总压下率30％～70％之间；
7)纵剪裁边，在大于80℃的温度下，将温轧得到的镁带在轧制末道次利用余温进行裁剪或者通过裁剪机组进行裁剪，裁剪后卷取卸卷，裁剪公差D±1mm，D代表裁剪尺寸；
8)成品热处理，对纵剪裁边后的镁带进行退火处理及固溶处理；
9)表面处理，对热处理后的镁带依次进行表面砂光、表面清洗、表面防腐防氧化处理；
10)成品定尺处理，在50℃～150℃温度范围内，对进行表面处理后的镁带分别进行纵剪、横剪、分卷及打包，加工完成。
2.如权利要求1所述的一种镁或镁合金带卷生产工艺，其特征在于：步骤9)中所述的表面砂光是采用研磨抛光。
3.如权利要求1所述的一种镁或镁合金带卷生产工艺，其特征在于：步骤9)中所述的表面清洗采用碱清洗、铬酸清洗、氢氟酸清洗。
4.如权利要求1所述的一种镁或镁合金带卷生产工艺，其特征在于：步骤9)中所述的表面防腐防氧化处理工艺是指利用铬酸盐或者磷酸盐转化液对镁带表面进行化学处理而获得保护膜。
5.如权利要求1所述的一种镁或镁合金带卷生产工艺，其特征在于：所述的步骤5)、步骤6)、步骤7)循环1～3次。
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