CN105423113B - 镁合金铸轧板制备宽幅薄板的坯料形状及尺寸的确定方法 - Google Patents

Abstract

镁合金铸轧板制备宽幅薄板的坯料形状及尺寸的确定方法，属于镁合金宽幅薄板轧制技术领域，其特征是：宽幅薄板轧制坯料横断面包括中间薄区，中间薄区两侧设置厚区，厚区与中间薄区之间采用过渡区连接，过渡区的坯料厚度从厚区到中间薄区连续减小；过渡区的过渡连接方式为圆弧过渡连接或者直线过渡连接。本发明确定的镁合金宽幅薄板坯料的形状尺寸为：中间薄区的厚度为1.0~3.0mm，坯料的宽度为：1200~2000mm。本发明为镁合金宽幅薄板后续轧制工艺，提供优良的坯料，避免轧制后边裂现象的产生，提高了镁合金宽幅薄板轧制的成品率。

Description

镁合金铸轧板制备宽幅薄板的坯料形状及尺寸的确定方法

技术领域

本发明属于由镁合金铸轧板或铸扎卷直接轧制镁合金宽幅薄板坯料技术领域，具体为镁合金铸轧板制备宽幅薄板的坯料形状及尺寸的确定方法。

背景技术

镁合金是目前工程应用中最轻的金属结构材料，已成为国防军事、航空航天、汽车、电子通信等工业领域的重要材料。随着我国高速轨道交通、电动汽车等大型工程项目的启动，对大规格镁合金产品提出了更高的要求。

镁合金宽幅薄板从厚度角度讲，按常规金属板材可分为厚板与薄板，厚度不小于6.0mm的称为厚板(plate)，厚度大于0.20mm但小于6.0mm的称薄板(sheet)。当然，对镁板材也可将厚度小于10mm的称为薄板。根据GBPT5154-2003板材(plate and sheet)是横断面呈矩形、厚度均一并大于0.20mm的轧制产品，通常边部经过剪切或锯切，并以平直状外形交货，厚度不超过宽度的1/10。镁合金薄板由镁合金锭轧制而成，通常镁合金锭的尺寸为：厚127mm～305mm，宽406mm～1041mm，长914mm～2032mm，镁合金锭宽度与厚度之比最好为4：1。目前对于镁合金由镁合金锭轧制成薄板的工艺已经十分成熟。

另一方面，镁合金宽幅薄板从宽度角度讲，韩国浦项钢铁公司(POSCO)在光阳有一个用双辊式连续铸轧镁板带的企业，称之为PoStrip。其与英国Electron Magnesium联合开发镁产品，在此领域处于世界先进水平。2008年，一座工业规模的镁合金铸轧厂在土耳其材料研究院(TUBITAKMRC)建成投产，他们采用双辊连续铸轧技术生产6mm×(800～1500)mm的AZ31镁合金板，板坯产品可以被连续卷曲或在线切割成平板。这是迄今报道生产最宽的AZ31铸轧板坯。此外，日本、加拿大等国也都在用双辊铸轧法(TRC法)生产镁合金板材。

镁合金板材的生产主要有以下三种方法：双辊铸轧法(TRC法)、挤压开坯轧制法(ER法)和铸锭热轧开坯法(HR法)。铸轧法是低成本镁合金板材生产工艺，但产品质量不如轧制法，且要实现宽幅板材的铸轧生产非常困难(宽度一般在650mm以下)；挤压开坯法主要用于生产薄板，但板材的宽度受到限制(一般在600mm以下)；铸锭热轧开坯法是传统的镁合金板材生产方法，可以生产镁合金宽幅薄板，但该方法成品率低，生产成本高。交通运输领域所使用镁合金薄板规格一般为厚度1.5～3.0mm，宽度>1600mm，长度>4000mm，受限于铸轧和挤压板材宽度不足以及铸锭热轧开坯轧制成材率低、成本过高等原因，目前镁合金板材还未在该领域规模化应用。

镁合金板带材市场需求和规模化应用的发展趋势是宽幅化和低成本化。宽幅化是镁合金板材满足汽车、列车、客车、飞机等交通运输行业轻量化需要的基本条件，这有赖于宽幅板材生产技术与装备的进步；低成本化是镁合金板材可以与其它材料竞争的重要条件。由于镁合金薄板加工时温降快，边部开裂严重，所以如何解决镁合金宽幅薄板轧制时边部开裂的问题，成为提高镁合金宽幅薄板轧制产品合格率及生产效率的关键。

发明内容

本发明的目的在于开发镁合金铸轧板制备宽幅薄板的坯料形状及尺寸的确定方法，由铸轧板或铸轧卷直接制备镁合金宽幅薄板伊始，即通过整形轧制工艺，轧制成轧板坯料中间薄、两侧厚的“狗骨”形坯料，解决镁合金宽幅薄板轧制时边部开裂的问题。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

镁合金铸轧板制备宽幅薄板的坯料形状及尺寸的确定方法，其特征是：宽幅薄板轧制坯料横断面包括中间薄区，中间薄区两侧设置厚区，厚区与中间薄区之间采用过渡区连接，过渡区的坯料厚度从厚区到中间薄区连续减小。所述过渡区的过渡连接方式为圆弧过渡连接或者直线过渡连接。

过渡区的过渡连接方式为圆弧过渡连接时，轧制坯料尺寸的确定方法包括如下步骤：

1)、来料厚度为H₀，则中间薄区厚度为：

h_b＝H₀(1-ε_b)；

2)、来料厚度为H₀，则厚区厚度为：

h_h＝H₀(1-ε_h)；

3)、为满足横向轧制后板带的平直度要求，厚区与中间薄区厚度差为：

Δh_g＝h_h-h_b＝0.1～0.5mm；

4)、为了避免板带横向轧制后边部残余应力急剧变化导致局部浪形，取过渡区宽度为：

l_g＝(100～400)Δh_g；

5)、厚区宽度在材料跟踪和剪切设备允许的范围内，尽可能取小值：

l_h＝10～15mm；

6)、所要制备的坯料总宽度为l，则中间薄区宽度为：

l_b＝l-2l_h-2l_g；

7)、过渡区曲线采用圆弧过渡，设过渡区圆弧对应的圆心角为α，则此时有：

可得过渡圆弧半径R为：

设过渡区圆弧上任一点坐标为(x，y)，其应满足：

(x-x_c)²+(y-y_c)²＝R²；

可得该点纵坐标为：

则该点对应的厚度为：

h_g(x)＝h_b+2·y；

式中，中间薄区压下率ε_b＝10～15％，厚区压下率ε_h＝5～10％，H₀为来料厚度，l为坯料总宽度，h_b为中间薄区厚度，h_h为厚区厚度，Δh_g为厚区与中间薄区厚度差，l_g为过渡区宽度，l_h为厚区宽度，l_b为中间薄区宽度，α为过渡区圆弧对应的圆心角，R为过渡圆弧半径，x_c＝0，y_c＝R。

过渡区的过渡连接方式为直线过渡连接时，轧制坯料尺寸的确定方法包括如下步骤：

1)、来料厚度为H₀，则中间薄区厚度为：

h_b＝H₀(1-ε_b)；

2)、来料厚度为H₀，则厚区厚度为：

h_h＝H₀(1-ε_h)；

3)、为满足横向轧制后板带的平直度要求，厚区与中间薄区厚度差须满足：

Δh_g＝h_h-h_b＝0.1～0.5mm；

4)、为了避免板带横向轧制后边部残余应力急剧变化导致局部浪形，取过渡区宽度为：

l_g＝(100～400)Δh_g；

5)、厚区宽度在材料跟踪和剪切设备允许的范围内，尽可能取小值：

l_h＝10～15mm；

6)、所要制备的坯料总宽度为l，则中间薄区宽度为：

l_b＝l-2l_h-2l_g；

7)、过渡区曲线采用直线过渡，所采用过渡直线的斜率为：

k＝(h_h/2-h_b/2)/l_g；

由于该直线过原点，设过渡区直线上任一点坐标为(x，y)，其应满足：

y＝k·x,x∈[0,l_g]；

则该点对应的厚度为：

h_g(x)＝h_b+2·y；

式中，中间薄区压下率ε_b＝10～15％，厚区压下率ε_h＝5～10％，H₀为来料厚度，l为坯料总宽度，h_b为中间薄区厚度，h_h为厚区厚度，Δh_g为厚区与中间薄区厚度差，l_g为过渡区宽度，l_h为厚区宽度，l_b为中间薄区宽度，k为过渡直线的斜率。

所述的镁合金铸轧板坯宽度为600～1200mm，厚度为6.0～8.0mm。

所述的镁合金宽幅薄板厚度为1.0～3.0mm，宽度为1200～2000mm。

本发明相比于现有技术具有以下有益效果。

1、过渡区的过渡曲线为圆弧过渡的优点：圆弧过渡曲线结合较小的过渡区长度，可以使过渡区与厚区衔接位置厚度变化速率较快，适用于边裂相对较严重、厚度为1.0～1.5mm之间的产品，在横向轧制时其边部承受压应力较大。

2、过渡区的过渡曲线为直线过渡的优点：直线过渡曲线结合较大的过渡区宽度，可以使整个过渡区采用相同的厚度变化速率，适用于边裂相对较轻、厚度为1.5～3.0mm之间的产品，在横向轧制时其边部承受压应力较小。

3、本发明为镁合金铸轧板直接轧制镁合金宽幅薄板提供优良的坯料，为后续横向轧制提供有力保障，减小横向轧制时的边裂比例，提高了轧制成品的成材率。

附图说明

图1为过渡区为圆弧连接时轧制坯料横断面图。

图2为为圆弧过渡连接与直线过渡连接两种过渡连接方式的轧制坯料俯视图。

图3为过渡区为直线连接时轧制坯料横断面图。

图中，Ⅰ、Ⅰ’为厚区，Ⅱ、Ⅱ’为过渡区，Ⅲ为中间薄区。

具体实施方式

通过下述实施例可以更好地理解本发明，但这实例并不用来限制本发明。

实施例一：

选取轧制品种为AZ31，来料宽度为600mm，来料厚度为6.0mm，镁合金宽幅薄板产品厚度1.5mm、宽度l为1600mm。

如图1～2所示，宽幅薄板轧制坯料横断面形状包括中间薄区，中间薄区两侧设置厚区，厚区与中间薄区之间采用过渡区连接，过渡区的坯料厚度从厚区到中间薄区连续减小。本实施例一过渡区的过渡连接方式为圆弧过渡连接。

轧制坯料的形状尺寸通过以下步骤予以确定：

本实施例坯料的中间薄区压下率ε_b为15％，则轧后中间薄区厚度为：h_b＝5.1mm；厚区压下率ε_h取10％，则轧后厚区厚度为：h_h＝5.4mm；厚区宽度为：l_h＝10mm；过渡区宽度为：l_g＝200Δh_g＝200×0.3＝60mm。

中间薄区宽度为：l_b＝l-2l_h-2l_g＝1600-2×10-2×60＝1460mm。

过渡区过渡曲线按圆弧型形式过渡，如图1～2所示，设α为过渡区过度圆弧对应的圆心角，则此时有：

可得过渡圆弧半径为：

设过渡区圆弧上任一点坐标为(x，y)，其应满足：

(x-x_c)²+(y-y_c)²＝R²；

其中，x_c＝0，y_c＝R；

可得该点纵坐标为：

则该点对应的厚度为：

h_g(x)＝h_b+2·y；

镁合金宽幅薄板轧制坯料的形状尺寸即确定。

实施例二：

选取轧制品种为AZ31，来料宽度为1000mm，来料厚度为8.0mm，镁合金宽幅薄板产品厚度1.0mm、宽度为2000mm。

如图2～3所示，宽幅薄板轧制坯料横断面形状包括中间薄区，中间薄区两侧设置厚区，厚区与中间薄区之间采用过渡区连接，过渡区的坯料厚度从厚区到中间薄区连续减小。本实施例二过渡区的过渡连接方式为直线过渡连接。

轧制坯料的形状尺寸通过以下步骤予以确定：

本实施例二坯料的中间薄区压下率ε_b为10％，则轧后中间薄区厚度为：h_b＝7.2mm；厚区压下率ε_h取7.5％，则轧后厚区厚度为：h_h＝7.4mm；厚区宽度为：l_h＝15mm；过渡区宽度为：l_g＝300Δh_g＝300×0.2＝60mm。

中间薄区宽度为l_b＝l-2l_h-2l_g＝2000-2×15-2×60＝1850mm。

如图2～3所示，过渡区过渡曲线为直线，过渡区长度l_g为60mm，厚区与中间薄区厚度差为0.2mm，则所采用过渡直线的斜率为：

k＝(h_h/2-h_b/2)/l_g＝0.1/60＝1/600；

由于该直线过原点，设过渡区直线上任一点坐标为(x，y)，其应满足：

y＝k·x＝1/600·x,x∈[0,60]；

则该点对应的厚度为：

h_g(x)＝h_b+2·y；

镁合金宽幅薄板轧制坯料的形状尺寸即确定。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.镁合金铸轧板制备宽幅薄板的坯料形状及尺寸的确定方法，其特征是：宽幅薄板轧制坯料横断面包括中间薄区，中间薄区两侧设置厚区，厚区与中间薄区之间采用过渡区连接，过渡区的坯料厚度从厚区到中间薄区连续减小；过渡区的过渡连接方式为圆弧过渡连接或者直线过渡连接；

过渡区的过渡连接方式为圆弧过渡连接时，轧制坯料尺寸的确定方法包括如下步骤：

1)、来料厚度为H₀，则中间薄区厚度为：

h_b＝H₀(1-ε_b)；

2)、来料厚度为H₀，则厚区厚度为：

h_h＝H₀(1-ε_h)；

3)、为满足横向轧制后板带的平直度要求，厚区与中间薄区厚度差为：

Δh_g＝h_h-h_b＝0.1～0.5mm；

4)、为了避免板带横向轧制后边部残余应力急剧变化导致局部浪形，取过渡区宽度为：

l_g＝(100～400)Δh_g；

5)、厚区宽度在材料跟踪和剪切设备允许的范围内，尽可能取小值：

l_h＝10～15mm；

6)、所要制备的坯料总宽度为l，则中间薄区宽度为：

l_b＝l-2l_h-2l_g；

7)、过渡区曲线采用圆弧过渡，设过渡区圆弧对应的圆心角为α，则此时有：

<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>R</mi> <mo>-</mo> <mi>R</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>h</mi> <mi>h</mi> </msub> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>R</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>sin</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>g</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>;</mo> </mrow>

可得过渡圆弧半径R为：

<mrow> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msubsup> <mi>l</mi> <mi>g</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mrow> <msub> <mi>h</mi> <mi>h</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>h</mi> <mi>h</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>h</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> <mn>4</mn> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

设圆弧过渡曲线与中间薄区切点为原点；x轴为水平轴，正方向由薄区指向该过渡区的相邻厚区；y轴为垂直轴，正方向垂直于坯料表面指向过渡圆弧的圆心；则过渡区圆弧上任一点坐标为(x，y)，其应满足：

(x-x_c)²+(y-y_c)²＝R²；

可得该点纵坐标为：

<mrow> <mi>y</mi> <mo>=</mo> <mi>R</mi> <mo>-</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>,</mo> <mi>x</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <msub> <mi>l</mi> <mi>g</mi> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>;</mo> </mrow>

则该点对应的厚度为：

h_g(x)＝h_b+2·y；

式中，中间薄区压下率ε_b＝10～15％，厚区压下率ε_h＝5～10％，H₀为来料厚度，l为坯料总宽度，h_b为中间薄区厚度，h_h为厚区厚度，Δh_g为厚区与中间薄区厚度差，l_g为过渡区宽度，l_h为厚区宽度，l_b为中间薄区宽度，α为过渡区圆弧对应的圆心角，R为过渡圆弧半径，x_c＝0，y_c＝R；

过渡区的过渡连接方式为直线过渡连接时，轧制坯料尺寸的确定方法包括如下步骤：

1)、来料厚度为H₀，则中间薄区厚度为：

h_b＝H₀(1-ε_b)；

2)、来料厚度为H₀，则厚区厚度为：

h_h＝H₀(1-ε_h)；

3)、为满足横向轧制后板带的平直度要求，厚区与中间薄区厚度差须满足：

Δh_g＝h_h-h_b＝0.1～0.5mm；

4)、为了避免板带横向轧制后边部残余应力急剧变化导致局部浪形，取过渡区宽度为：

l_g＝(100～400)Δh_g；

5)、厚区宽度在材料跟踪和剪切设备允许的范围内，尽可能取小值：

l_h＝10～15mm；

6)、所要制备的坯料总宽度为l，则中间薄区宽度为：

l_b＝l-2l_h-2l_g；

7)、过渡区曲线采用直线过渡，所采用过渡直线的斜率为：

k＝(h_h/2-h_b/2)/l_g；

设直线过渡曲线与中间薄区交点为原点，由于该直线过原点，设过渡区直线上任一点坐标为(x，y)，其应满足：

y＝k·x,x∈[0,l_g]；

则该点对应的厚度为：

h_g(x)＝h_b+2·y；

式中，中间薄区压下率ε_b＝10～15％，厚区压下率ε_h＝5～10％，H₀为来料厚度，l为坯料总宽度，h_b为中间薄区厚度，h_h为厚区厚度，Δh_g为厚区与中间薄区厚度差，l_g为过渡区宽度，l_h为厚区宽度，l_b为中间薄区宽度，k为过渡直线的斜率。

2.根据权利要求1所述的镁合金铸轧板制备宽幅薄板的坯料形状及尺寸的确定方法，其特征为：所述的镁合金铸轧板坯宽度为600～1200mm，厚度为6.0～8.0mm。

3.根据权利要求1所述的镁合金铸轧板制备宽幅薄板的坯料形状及尺寸的确定方法，其特征为：所述的镁合金宽幅薄板厚度为1.0～3.0mm，宽度为1200～2000mm。