CN105170660B - 一种宽幅镁合金板材控边轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种宽幅镁合金板材控边轧制方法。针对镁合金板材轧制目前存在的严重边裂和各向异性突出等问题，将展宽轧制和MAS轧制进行重组和优化，并针对镁合金材料明确给出预制凸度的确定方法。通过在横轧和纵轧前对轧件预制边部凸度，提高边部金属的流动量，补偿常规轧制后轧件头尾缺陷，使这种低断裂韧性材质的轧件在轧制变形过程中边部与中部协调变形，从而减缓或消除边裂，提高宽幅镁合金板材轧制成材率，降低成本；同时，在纵—横—纵的轧制过程中实现了正交轧制，有效弱化常规轧制时的各向异性缺陷，提高材料性能。本发明可有效减缓或控制镁合金板材轧制边裂及各向异性等缺陷，继而提高成材率和材料性能、降低成本。

Description

一种宽幅镁合金板材控边轧制方法

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种宽幅镁合金板材控边轧制方法。

背景技术

丰富的镁资源和显著的轻量化效果、低能耗且易回收及其他优异的特性，成就了镁合金广阔的应用前景和在未来材料领域中毋庸置疑的地位。然而其特殊的HCP晶体结构使得低温条件下滑移系少、塑性差、断裂韧性较低，虽然在高温条件下柱面滑移及锥面滑移得以启动，塑性有所提高，但其热熔小、散热快，采用传统的全纵轧、全横轧、横-纵轧制、纵-横轧制等方法轧制镁合金时仍然极易出现边裂、各向异性突出等问题，极大的降低了成材率和力学性能，从而大幅增加了其生产成本，特别是宽幅镁合金板材轧制成型工业化生产难以实现，已成为阻碍镁合金板材产业快速发展和应用的技术瓶颈之一。也有学者专门针对镁合金提出了异步轧制、交叉轧制等方法，在晶粒细化等方面有显著的效果，但轧后的板坯仍然存在严重的边裂和各向异性突出等缺陷。

造成上述缺陷的主要原因是：轧件在轧制过程中金属流动遵循最小阻力定律，沿轧件宽度方向中间区域的金属向两侧流动的阻力较大，因此主要沿轧制方向纵向延伸；而轧件边部的金属由于向边部流动的阻力较小，因此在纵向延伸的同时也向边部横向流动，使得边部的纵向延伸小于中部，而轧件作为一个整体，边部必然受到拉应力的作用，对于塑性较好、断裂韧性较高的钢或铝合金等材质的轧件，采用上述轧制方式，仅在轧件端部出现“舌”形缺陷，而对于镁合金材质，则不仅在端部出现“舌”形缺陷，同时边部由于参与两向变形、变形量大，但塑性低、金属流动量有限，变形后的空位得不到有效补充，且镁合金材质断裂韧性低，因而在拉应力作用下还会出现边裂。

因此，开发一种能够有效减缓或控制镁合金板材轧制边裂及各向异性等缺陷的轧制方法，对提高成材率和材料性能、促进镁合金板材产业化生产和应用具有重要的意义。

发明内容

针对镁合金板材轧制目前存在的问题，本发明目的是提供一种能够有效减缓或控制镁合金板材轧制边裂及各向异性等缺陷的轧制方法，所述宽幅镁合金板材控边轧制方法，将已在轧钢领域得到应用的展宽轧制和MAS轧制进行重组和优化，并针对镁合金材料明确给出预制凸度的确定方法。通过在横轧和纵轧前对轧件预制边部凸度，提高边部金属的流动量，补偿常规轧制后轧件头尾缺陷，满足式(1)，如图1所示阴影区域，实现轧制过程中沿轧制方向金属同步流动，使这种低断裂韧性材质的轧件在轧制变形过程中边部与中部协调变形，从而减缓或消除边裂，提高宽幅镁合金板材轧制成材率，降低成本；同时，在纵—横—纵的轧制过程中实现了正交轧制，可有效弱化常规轧制时的各向异性缺陷，提高材料性能，因而为促进镁合金板材产业化生产和应用提供技术支持。

式中，Δh为预制凸度时的压下量；L_C预制凸度后坯料轧向长度；L_AB为凸度在水平方向长度；S_DEF为区域DEF的面积，针对特定合金牌号，由该条件下采用常规轧制时轧件端部缺陷经验值获得，如图1所示。

本发明包括：预制横轧边部凸度、正交控边展宽轧制及预制纵轧边部凸度、正交控边纵向精轧等三大步骤，具体发明过程如下：

(1)预制横轧边部凸度，如图2(a)所示：先将轧件进行纵向轧制，并在此轧制过程中预制端部凸度，即预制横轧边部凸度，轧前根据轧机辊面有效长度及轧件宽度、长度、厚度确定压下量及轧后端部凸度，其确定原则是：轧制前后轧件宽度近似不变，且该道次轧后轧件的长度应小于等于辊面有效长度，方可进行下一道次轧件转向90°后的横轧，为了使轧制效率最大化，取该道次轧后轧件的长度等于辊面有效长度，由式(2)可得预制横轧边部凸度及其水平长度；然后将轧件旋转90°准备进行正交控边展宽轧制。

(2)正交控边展宽轧制及预制纵轧边部凸度，如图2(b)所示：完成步骤(1)所述的轧制过程后，进行横向宽展轧制，使展宽后的轧件宽度等于成品宽度，本环节至少需要两道次轧制，且在最后一道次预制纵轧边部凸度，边部凸度及其水平长度仍然由(2)式确定。

(3)正交控边纵向精轧，如图2(c)所示：完成步骤(2)所述的预制纵轧边部凸度后，先将轧件旋转90°，然后进行纵向多道次小压下轧制，直至目标厚度，完成轧制。

式中，h_AC为预制边部凸度；L_AB为凸度在水平方向长度；L_g在预制横轧边部凸度时，为轧后轧件长度即工作辊可轧最大宽度，在预制纵轧边部凸度时，为成品宽度；Δh为预制边部凸度时的压下量；α为修正系数，与合金牌号、压下系数及常规轧制时边裂缺陷沿板宽方向深度有关，取值150～350；H、L、W依次为轧件预制凸度前的厚度、长度和宽度；h为轧件预制凸度后非凸度区域的厚度。

本发明优点及积极效果：

1.采用本发明的控边轧制方法，在适宜的轧制条件下，可有效控制镁合金板材轧制过程中的头尾缺陷继而减缓或消除边裂发生，提高成材率，从而大幅降低生产成本；同时本方法中所述的旋转轧件进行正交轧制，可有效弱化常规轧制时的各向异性缺陷，提高板材性能及生产效益。

2.采用本发明的控边轧制方法，经过前两步的轧制后，镁合金轧件的晶粒得到细化，力学性能得以提高，因此在正交控边纵向精轧阶段可实现大压下轧制，轧制效率得到提高。

3.本发明过程虽针对镁合金材质进行，但该方法适用范围广泛，可应用于钛合金、钼合金等难变形金属金材料轧制边裂的控制；

附图说明

图1凸度预制分析示意图；

图2宽幅镁合金板材控边轧制法流程图，图中实线为本发明所述控边轧制方法轧后的板型，虚线为常规轧制轧后的板型。

图2(a)预制横轧边部凸度；图2(b)正交控边展宽轧制及预制纵轧边部凸度；图2(c)正交控边纵向精轧。

具体实施方式

坯料为AZ31B镁合金铸锭，规格为：厚×宽×长＝360mm×1000mm×1500mm，轧机设备为四辊轧机，工作辊：轧后成品：厚×宽＝50mm×2000mm，则根据本发明所述方法：

首先确定预制横轧边部凸度，根据既定轧机工作辊规格，得L_g＝2000mm，针对镁合金AZ31材质及坯料规格及轧后尺寸，取α＝335，由(2)式可得：h_AC＝55mm，L_AB＝364mm，Δh＝110mm，即可按照图2(a)所示流程完成预制横轧边部凸度；然后对已90°旋转的轧件进行控边展宽轧制，共进行两道次，第一道次轧制后原坯料宽度展宽到1500mm，Δh＝70mm，第二道次进行预制纵轧边部凸度轧制，轧后原坯料宽度展宽到成品宽度，即L_g＝2000mm，取α＝335，由(2)式可得：此时h_AC＝27.5mm，L_AB＝364mm，Δh＝55mm；最后对已完成预制纵轧边部凸度的轧件转向90°，进行多道次小压下纵轧，直指目标厚度。

Claims (1)

1.一种宽幅镁合金板材控边轧制方法，其特征包括如下步骤：

(1)、预制横轧边部凸度：将轧件进行纵向轧制，并在此轧制过程中预制横轧边部凸度，轧前根据轧机工作辊辊面有效长度及轧件宽度、长度、厚度确定轧后端部凸度及其水平长度，其确定原则是：轧制前后轧件宽度近似不变，轧后轧件的长度等于辊面有效长度，确定方法为：

$\left\{\begin{array}{c}{h}_{AC}=\frac{\mathrm{\Δ}h}{2}=\frac{H-h}{2}\\ L_{AB}=\mathrm{\α}ln\left(\frac{1}{0.1+0.9e^{-\frac{L_g}{L}}}\right)\\ W\×H\×L=W\[2\frac{(H+h)\×L_{AB}}{2}+(L_g-2L_{AB})\×h\]\end{array}\right.$

式中，h_AC为预制边部凸度，L_AB为凸度在水平方向长度，L_g在预制横轧边部凸度时，为轧后轧件长度即工作辊可轧最大宽度，在预制纵轧边部凸度时，为成品宽度，Δh为预制边部凸度时的压下量，α为修正系数，与合金牌号、压下系数及常规轧制时边裂缺陷沿板宽方向深度有关，取值150～350，H、L、W依次为轧件预制凸度前的厚度、长度和宽度，h为轧件预制凸度后非凸度区域的厚度；

(2)正交控边展宽轧制及预制纵轧边部凸度：完成步骤(1)所述轧制过程后，将轧件旋转90°进行横向宽展轧制，使展宽后的轧件宽度等于成品宽度，本环节至少需要两道次轧制，且在最后一道次预制纵轧边部凸度，凸度及其水平长度仍然由步骤(1)中的方法确定；

(3)正交控边纵向精轧：完成步骤(2)所述的预制纵轧边部凸度后，先将轧件旋转90°，然后进行纵向多道次小压下轧制，直至目标厚度，完成轧制。