CN104438422A - 一种zk61m镁合金板轧制工艺 - Google Patents
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Abstract
一种涉及镁合金轧制领域的ZK61M镁合金板轧制工艺，所述的工艺通过将生产制作过程中易在铸锭时出现裂纹、偏析及加杂，易在轧制过程中出现粘辊、裂纹及弯曲等问题的环节进行了规范化设计，从而有效的提高了ZK61M镁合金板的成品率。
Description
【技术领域】
本发明涉及镁合金轧制领域，尤其是涉及一种用于轧制ZK61M镁合金板的轧制工艺。
【背景技术】
公知的，由于ZK61M镁合金不但具有良好的耐腐蚀、室温力学和较高的拉伸与压缩屈服强度，而且还具有高温瞬时强度及良好的成形和焊接性能，且使用温度≤150℃，因此，其通常用于制作飞机蒙皮、舱门、壁板、长桁、操作系统的摇臂、支座、导弹蒙皮及宇航结构件等；
但是，目前从生产ZK61M镁合金扁锭一直到轧制出ZK61M镁合金板的传统工艺都是以师傅带徒弟的形式，一个一个带出来的，由于传统的轧制工艺完全依靠操作人员个人积累的经验来控制，因此，传统工艺总是在结束后才能发现产品出现的问题，如铸锭时的裂纹、偏析及加杂现象，轧制过程中的粘辊、裂纹及弯曲现象等，且传统的做法也只是在发现后总结经验，避免下次再出错，即现有的传统轧制工艺对生产中的镁合金扁锭及镁合金板所出现的问题是没有办法解决的，而如果将出现问题的镁合金扁锭及镁合金板进行回炉的话，则回炉损失太大，会给生产方造成一定的经济损失；
此外，由于ZK61M镁合金板的强度要比AZ31B镁合金板的强度高，且其在生产扁锭过程中成品率低，锆价格高，在轧制过程中温度区间小、较难控制，合格成品率较低，同时，现有工艺对镁锭、锌锭、电解锰及锆的纯度要求较高，对熔剂的成份要求也较严格，因此，这导致由传统工艺制出的ZK61M镁合金板的价格一直居高不下，从而致使ZK61M镁合金板一直难以在民用市场上得到推广。
【发明内容】
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种ZK61M镁合金板轧制工艺，所述的工艺能够有效的提高ZK61M镁合金板的成品率。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种ZK61M镁合金板轧制工艺，所述的工艺包含镁合金扁锭生产工艺和镁合金板轧制工艺；
所述的镁合金扁锭生产工艺步骤如下：
一、向被加热到150℃的熔化坩埚内加入8－10公斤二号熔剂，等二号熔剂熔化后加入Mg－ Zr中间合金、高纯镁锭、高纯锌锭，然后在温度升到710±5℃后进行搅拌，并在搅拌均匀后静置15min；
二、在熔化坩埚中取熔化的镁合金液样进行成分分析，要求镁合金液样各成分的质量分数/%符合：铝≤0.03、锌5.5－6.0，锰≤0.007、锆0.6－0.9、硅≤0.008、铁≤0.03、铜≤0.008、镍≤0.005、铍≤0.008、余量为镁；
三、通过导管将分析合格的镁合金熔液导入浇注坩埚内，并保持其温度为710±5℃，此时，向镁合金熔液内添加稀土，然后再加入10－12公斤五号熔剂进行精炼；精炼15min后从浇注坩埚中取镁合金液样进行二次分析，要求镁合金液样各成分的质量分数/%符合：铝≤0.03、锌5.5－6.0，锰≤0.007、锆0.6－0.9、硅≤0.008、铁≤0.03、铜≤0.008、镍≤0.005、铍≤0.008、余量为镁；
四、将二次分析合格的镁合金熔液静置120min，然后通过浇铸导流管将镁合金熔液导入结晶器，且结晶器下面设有用于接住镁合金熔液的底座，镁合金熔液在受到结晶器外面的冷却水冷却后会慢慢形成固体，这时，底座以每分钟33－35mm的速度下降，通过氮气保护液面的镁合金熔液以每分钟8.5－9Kg的流量不断流入结晶器，并直至凝固成ZK61M镁合金扁锭；
所述的镁合金板轧制工艺步骤如下：
一、将时效一年，且表面合格的ZK61M镁合金扁锭进行锯头、铣大面及铣小面处理，并进行检测分析；
二、将检测分析合格的ZK61M镁合金锭再锯成合适的尺寸装炉进行均匀化处理，要求在4h内匀速由0℃升温至150±10℃，然后保温2h，再在4h内匀速由150±10℃升温至260±10℃，然后保温2h，再在4h内匀速由260±10℃升温至390±10℃，然后在保温12h后出炉空冷；
三、检查均匀化处理后的ZK61M镁合金锭，要求表面无裂纹，如有裂纹再加铣厚度，至裂纹铣掉为止，铣掉后不用再均匀化处理；合格的ZK61M镁合金锭存放一个月后再进行轧制；
四、将均匀化处理后的ZK61M镁合金锭编号装炉进行预热，要求在3h内匀速由室温升温至150±10℃，然后保温1h，再在3h内匀速由150±10℃升温至260±10℃，然后保温1h，再在4h内匀速由260±10℃升温至420±10℃，然后再保温4h待用；
五、先将轧机的轧辊均匀预热至160℃，然后在轧制前从预热炉里挂出一块ZK61M镁合金锭在轧机跑道上来回走几次，对跑道上的辊进行预热；开始轧制时，要求ZK61M镁合金锭的温度为385±5℃，且轧辊用力前需先确保ZK61M镁合金锭在轧辊间的高度适宜，然后即能够开始正式的轧板操作；轧板时需要在轧压间隔时给轧辊上喷撒降温润滑液；
六、在温度高于150℃时对轧好的ZK61M镁合金板进行矫直，要求矫直的ZK61M镁合金板放平，并在冷却后按需要进行相应的剪切、砂光和包装即完成所述工艺。
进一步，所述的二号熔剂的成分质量分数/%如下：氯化镁38－46、氯化钾32－40、氯化钡5－8、氟化钙3－5、氯化钠＋无水氯化钙＜8、氧化镁＜1.5、水＜3、不熔物＜1.5。
进一步，所述的五号熔剂的成分质量分数/%如下：氯化镁25－34、氯化钾25－29、氯化钡12－15、氟化钙15－20、氟化镁15－20、氧化镁≤2、水≤2、不熔物≤1.5。
进一步，所述镁合金扁锭生产工艺中镁合金液样中的锆的成分质量分数/%为0.7－0.8；熔铸镁合金扁锭时能够采用高度为210mm，窄面尺寸为180mm，宽面尺寸为1200mm的矮结晶器；铸造冷却水用量为每分钟120公斤浇铸导流管的斜度为65－75度。
进一步，所述镁合金扁锭生产工艺中镁合金液样中的锌成分质量分数/%为5.8－5.9；结晶器窄面为R60度；每分钟的冷却水流量不超过150公斤；结晶器内的镁合金熔液液面不低于45mm，铸造速度不超过每分钟40mm。
进一步，所述镁合金扁锭生产工艺中向结晶器内导入镁合金熔液时，当镁合金熔液高度为10mm时，需在其液面放置一块镁合金带。
进一步，在轧制时，当ZK61M镁合金锭的规格为165×750×710mm时，轧机的第一道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的10.91%，压延方向为横向，轧速为2M/S；第二道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的12.93%，压延方向为横向，轧速为2.5M/S；第三道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的15.63%，压延方向为顺向，轧速为2.5M/S；第四道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.52%，压延方向为顺向，轧速为3M/S；第五道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.18%，压延方向为横向，轧速为3M/S；第六道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.06%，压延方向为横向，轧速为3M/S；第七道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.64%，压延方向为横向，轧速为3M/S；第八道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的20.83%，压延方向为横向，轧速为2.5M/S；第九道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的21.05%，压延方向为横向，轧速为2.5M/S。
进一步，所述的降温润滑液为400号聚乙二醇，其配比为20－35水熔液，使用温度为70－125℃。
进一步，ZK61M镁合金锭在轧制时的温度不低于340℃。
进一步，矫直后的ZK61M镁合金板需进行退火处理。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明所述的ZK61M镁合金板轧制工艺通过将生产制作过程中易出现问题的环节，如容易在铸锭时出现裂纹、偏析及加杂，在轧制过程中出现粘辊、裂纹及弯曲等问题的环节进行了规范化设计，从而不但有效的保障了工艺的整体效率，提高了ZK61M镁合金板的成品率，而且还因成品率的提高而相应的降低了ZK61M镁合金板的成本，进而达到了易于在民用市场推广和销售ZK61M镁合金板的目的。
【具体实施方式】
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例：
本发明所述的ZK61M镁合金板轧制工艺包含镁合金扁锭生产工艺和镁合金板轧制工艺；
所述的镁合金扁锭生产工艺步骤如下：
一、向被加热到150℃的熔化坩埚内加入8－10公斤二号熔剂，等二号熔剂熔化后加入Mg－ Zr中间合金、高纯镁锭、高纯锌锭，然后在温度升到710±5℃后进行搅拌，并在搅拌均匀后静置15min；所述的二号熔剂的成分质量分数/%如下：氯化镁38－46、氯化钾32－40、氯化钡5－8、氟化钙3－5、氯化钠＋无水氯化钙＜8、氧化镁＜1.5、水＜3、不熔物＜1.5，由于二号熔剂熔化后能够在镁合金液表面形成一层膜，而这层膜能够使镁合金液与空气隔开，即利用加入的二号熔剂起到灭火的作用，从而保障安全生产；
二、在熔化坩埚中取熔化的镁合金液样进行成分分析，要求镁合金液样各成分的质量分数/%符合：铝≤0.03、锌5.5－6.0，锰≤0.007、锆0.6－0.9、硅≤0.008、铁≤0.03、铜≤0.008、镍≤0.005、铍≤0.008、余量为镁；
三、通过导管将分析合格的镁合金熔液导入浇注坩埚内，并保持其温度为710±5℃，此时，向镁合金熔液内添加稀土，然后再加入10－12公斤五号熔剂进行精炼；所述的五号熔剂的成分质量分数/%如下：氯化镁25－34、氯化钾25－29、氯化钡12－15、氟化钙15－20、氟化镁15－20、氧化镁≤2、水≤2、不熔物≤1.5，加五号熔剂精炼是为了使镁合金液中的杂质充分沉淀；精炼15min后从浇注坩埚中取镁合金液样进行二次分析，要求镁合金液样各成分的质量分数/%符合：铝≤0.03、锌5.5－6.0，锰≤0.007、锆0.6－0.9、硅≤0.008、铁≤0.03、铜≤0.008、镍≤0.005、铍≤0.008、余量为镁；
四、将二次分析合格的镁合金熔液静置120min，然后通过斜度为65－75度的浇铸导流管将镁合金熔液导入结晶器，且结晶器下面设有用于接住镁合金熔液的底座；在此期间，镁合金熔液在受到结晶器外面的冷却水冷却后会慢慢形成固体；在导入时，底座以每分钟33－35mm的速度下降，而通过氮气保护液面的镁合金熔液以每分钟8.5－9Kg的流量不断流入结晶器，并直至凝固成ZK61M镁合金扁锭；在向结晶器内导入镁合金熔液时，当结晶器内的镁合金熔液高度为10mm时，需在其液面放置一块镁合金带，从而以此来达到减少镁合金扁锭出现裂纹的机率；
所述的镁合金板轧制工艺步骤如下：
一、将时效一年，即经过春、夏、秋、冬四季后的，且表面合格的ZK61M镁合金扁锭进行锯头、铣大面及铣小面处理，并进行检测分析；
二、将检测分析合格的ZK61M镁合金锭再锯成合适的尺寸装炉进行均匀化处理，要求在4h内匀速由0℃升温至150±10℃，然后保温2h，再在4h内匀速由150±10℃升温至260±10℃，然后保温2h，再在4h内匀速由260±10℃升温至390±10℃，然后在保温12h后出炉空冷；在空气中自然冷却
三、检查均匀化处理后的ZK61M镁合金锭，要求表面无裂纹，如有裂纹再加铣厚度，至裂纹铣掉为止，铣掉后不用再均匀化处理；合格的ZK61M镁合金锭存放一个月后再进行轧制；
四、将均匀化处理后的ZK61M镁合金锭编号装炉进行预热，要求在3h内匀速由室温升温至150±10℃，然后保温1h，再在3h内匀速由150±10℃升温至260±10℃，然后保温1h，再在4h内匀速由260±10℃升温至420±10℃，然后再保温4h待用；
五、先将轧机的轧辊均匀预热至160℃，然后在轧制前从预热炉里挂出一块ZK61M镁合金锭在轧机跑道上来回走几次，对跑道上的辊进行预热；开始轧制时，要求ZK61M镁合金锭的温度为385±5℃，且轧辊用力前需先确保ZK61M镁合金锭在轧辊间的高度适宜，然后即能够开始正式的轧板操作；
在轧制时，当ZK61M镁合金锭的规格为165×750×710mm时，轧机的第一道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的10.91%，压延方向为横向，轧速为2M/S；第二道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的12.93%，压延方向为横向，轧速为2.5M/S；第三道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的15.63%，压延方向为顺向，轧速为2.5M/S；第四道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.52%，压延方向为顺向，轧速为3M/S；第五道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.18%，压延方向为横向，轧速为3M/S；第六道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.06%，压延方向为横向，轧速为3M/S；第七道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.64%，压延方向为横向，轧速为3M/S；第八道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的20.83%，压延方向为横向，轧速为2.5M/S；第九道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的21.05%，压延方向为横向，轧速为2.5M/S；
在轧制期间，ZK61M镁合金锭在轧制时的温度不能低于340℃，从而以避免轧制出的ZK61M镁合金板出现裂纹；当在轧制过程中发现轧辊温度较高或镁板粘辊现象时，需在轧压间隔期间对轧辊进行喷撒降温润滑液，即每隔几道次就喷撒一次降温润滑液，从而以达到快速清理的目的；所述的降温润滑液为400号聚乙二醇，其配比为20－35水熔液，使用温度为70－125℃。
六、在温度高于150℃时对轧好的ZK61M镁合金板进行矫直，要求矫直的ZK61M镁合金板放平，并根据需要进行相应的退火处理；当矫直后的ZK61M镁合金板在冷却后需按需要进行相应的剪切、砂光和包装。
为了提高轧制出的ZK61M镁合金板的强度，所述镁合金扁锭生产工艺所采用的镁合金液样中的锆的成分质量分数/%为0.7－0.8，从而使结晶晶核数量增多，将晶粒控制在1mm内的尺度；并在熔铸镁合金扁锭时采用高度为210mm，窄面尺寸为180mm，宽面尺寸为1200mm的矮结晶器；将铸造冷却水用量设为每分钟120公斤，使镁合金熔液在结晶器内瞬间凝固，从而不给晶粒长大的时间；将浇铸导流管的斜度设为65－75度；
为了减少ZK61M镁合金扁锭出现的裂纹，相应的提高成品率，所述镁合金扁锭生产工艺所采用的镁合金液样中的锌的成分质量分数/%为5.8－5.9；结晶器窄面为R60度；每分钟的冷却水流量不超过150公斤；结晶器内的镁合金熔液液面不低于45mm，铸造速度不超过每分钟40mm。
本发明未详述部分为现有技术，故本发明未对其进行详述。
Claims (10)
1.一种ZK61M镁合金板轧制工艺，其特征是：所述的工艺包含镁合金扁锭生产工艺和镁合金板轧制工艺；
所述的镁合金扁锭生产工艺步骤如下：
一、向被加热到150℃的熔化坩埚内加入8－10公斤二号熔剂，等二号熔剂熔化后加入Mg－ Zr中间合金、高纯镁锭、高纯锌锭，然后在温度升到710±5℃后进行搅拌，并在搅拌均匀后静置15min；
二、在熔化坩埚中取熔化的镁合金液样进行成分分析，要求镁合金液样各成分的质量分数/%符合：铝≤0.03、锌5.5－6.0，锰≤0.007、锆0.6－0.9、硅≤0.008、铁≤0.03、铜≤0.008、镍≤0.005、铍≤0.008、余量为镁；
三、通过导管将分析合格的镁合金熔液导入浇注坩埚内，并保持其温度为710±5℃，此时，向镁合金熔液内添加稀土，然后再加入10－12公斤五号熔剂进行精炼；精炼15min后从浇注坩埚中取镁合金液样进行二次分析，要求镁合金液样各成分的质量分数/%符合：铝≤0.03、锌5.5－6.0，锰≤0.007、锆0.6－0.9、硅≤0.008、铁≤0.03、铜≤0.008、镍≤0.005、铍≤0.008、余量为镁；
四、将二次分析合格的镁合金熔液静置120min，然后通过浇铸导流管将镁合金熔液导入结晶器，且结晶器下面设有用于接住镁合金熔液的底座，镁合金熔液在受到结晶器外面的冷却水冷却后会慢慢形成固体，这时，底座以每分钟33－35mm的速度下降，通过氮气保护液面的镁合金熔液以每分钟8.5－9Kg的流量不断流入结晶器，并直至凝固成ZK61M镁合金扁锭；
所述的镁合金板轧制工艺步骤如下：
一、将时效一年，且表面合格的ZK61M镁合金扁锭进行锯头、铣大面及铣小面处理，并进行检测分析；
二、将检测分析合格的ZK61M镁合金锭再锯成合适的尺寸装炉进行均匀化处理，要求在4h内匀速由0℃升温至150±10℃，然后保温2h，再在4h内匀速由150±10℃升温至260±10℃，然后保温2h，再在4h内匀速由260±10℃升温至390±10℃，然后在保温12h后出炉空冷；
三、检查均匀化处理后的ZK61M镁合金锭，要求表面无裂纹，如有裂纹再加铣厚度，至裂纹铣掉为止，铣掉后不用再均匀化处理；合格的ZK61M镁合金锭存放一个月后再进行轧制；
四、将均匀化处理后的ZK61M镁合金锭编号装炉进行预热，要求在3h内匀速由室温升温至150±10℃，然后保温1h，再在3h内匀速由150±10℃升温至260±10℃，然后保温1h，再在4h内匀速由260±10℃升温至420±10℃，然后再保温4h待用；
五、先将轧机的轧辊均匀预热至160℃，然后在轧制前从预热炉里挂出一块ZK61M镁合金锭在轧机跑道上来回走几次，对跑道上的辊进行预热；开始轧制时，要求ZK61M镁合金锭的温度为385±5℃，且轧辊用力前需先确保ZK61M镁合金锭在轧辊间的高度适宜，然后即能够开始正式的轧板操作；轧板时需要在轧压间隔时给轧辊上喷撒降温润滑液；
六、在温度高于150℃时对轧好的ZK61M镁合金板进行矫直，要求矫直的ZK61M镁合金板放平，并在冷却后按需要进行相应的剪切、砂光和包装即完成所述工艺。
2.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金板轧制工艺，其特征是：所述的二号熔剂的成分质量分数/%如下：氯化镁38－46、氯化钾32－40、氯化钡5－8、氟化钙3－5、氯化钠＋无水氯化钙＜8、氧化镁＜1.5、水＜3、不熔物＜1.5。
3.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金板轧制工艺，其特征是：所述的五号熔剂的成分质量分数/%如下：氯化镁25－34、氯化钾25－29、氯化钡12－15、氟化钙15－20、氟化镁15－20、氧化镁≤2、水≤2、不熔物≤1.5。
4.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金板轧制工艺，其特征是：所述镁合金扁锭生产工艺中镁合金液样中的锆的成分质量分数/%为0.7－0.8；熔铸镁合金扁锭时能够采用高度为210mm，窄面尺寸为180mm，宽面尺寸为1200mm的矮结晶器；铸造冷却水用量为每分钟120公斤浇铸导流管的斜度为65－75度。
5.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金板轧制工艺，其特征是：所述镁合金扁锭生产工艺中镁合金液样中的锌成分质量分数/%为5.8－5.9；结晶器窄面为R60度；每分钟的冷却水流量不超过150公斤；结晶器内的镁合金熔液液面不低于45mm，铸造速度不超过每分钟40mm。
6.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金板轧制工艺，其特征是：所述镁合金扁锭生产工艺中向结晶器内导入镁合金熔液时，当结晶器内的镁合金熔液高度为10mm时，需在其液面放置一块镁合金带。
7.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金板轧制工艺，其特征是：在轧制时，当ZK61M镁合金锭的规格为165×750×710mm时，轧机的第一道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的10.91%，压延方向为横向，轧速为2M/S；第二道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的12.93%，压延方向为横向，轧速为2.5M/S；第三道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的15.63%，压延方向为顺向，轧速为2.5M/S；第四道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.52%，压延方向为顺向，轧速为3M/S；第五道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.18%，压延方向为横向，轧速为3M/S；第六道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.06%，压延方向为横向，轧速为3M/S；第七道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的18.64%，压延方向为横向，轧速为3M/S；第八道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的20.83%，压延方向为横向，轧速为2.5M/S；第九道次压下量为ZK61M镁合金锭高度的21.05%，压延方向为横向，轧速为2.5M/S。
8.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金板轧制工艺，其特征是：所述的降温润滑液为400号聚乙二醇，其配比为20－35水熔液，使用温度为70－125℃。
9.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金板轧制工艺，其特征是：ZK61M镁合金锭在轧制时的温度不得低于340℃。
10.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金板轧制工艺，其特征是：矫直后的ZK61M镁合金板需进行退火处理。
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