CN105710129A

CN105710129A - 一种铝合金超厚板的轧制工艺方法

Info

Publication number: CN105710129A
Application number: CN201410737605.9A
Authority: CN
Inventors: 程磊; 黄国杰; 肖伟; 王建伟; 王立根
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-06-29

Abstract

本发明涉及一种铝合金超厚板的轧制工艺方法，属于有色金属轧制加工领域。该方法采用多道次轧制工艺，在板材的多道次轧制过程中引入错位异步轧制方式，第一道次和第二道次采用常规轧制方式，其余道次采用错位异步轧制；错位异步轧制过程中，上、下工作辊的半径或转速不同；上工作辊的线速度小于下工作辊的线速度；上工作辊的中心轴与下工作辊的中心轴沿轧制方向存在错位量。采用多道次错位异步轧制与常规轧制相比，板材的最小等效应变可以提高20％以上，等效应变的标准方差下降30％以上。

Description

一种铝合金超厚板的轧制工艺方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金超厚板的轧制工艺方法，尤其是指一种增加高强高韧铝合金超厚板芯部变形的轧制工艺，属于有色金属轧制加工领域。

背景技术

高强高韧铝合金超厚板(厚度≥150mm)是现代航空、航天、船舶制造及交通运输等领域必不可少的重要结构材料。热轧是制备高强高韧铝合金厚板工艺中最为关键的变形手段，通过热轧可实现板材的大变形，消除坯料的铸造缺陷、细化晶粒，从而增强板材的整体性能。变形量达到80％以上才能保证板材芯部变形充分、表层和芯部性能均一。

生产高强高韧铝合金超厚板的核心设备是大宽幅、大开口度的热粗轧机、辊底式淬火炉及大型拉伸机。配套设备包括大型熔炼和铸造设备、铸锭均热炉、铸锭锯床、铣床、铸锭加热等设备。专门的生产线包括辊底式淬火炉、拉伸机、水浸式超声探伤、电导率测试设备、时效炉、厚板精密锯、包装设备及特殊产品需要的表面抛光设备等。目前，高强高韧铝合金厚板的生产主要遵循以下两种主要工艺流程：一是大尺寸方坯(熔炼或半连续铸造)→均匀化热处理→热轧→强韧化热处理→预拉伸去应力→成品；二是圆坯(熔炼或半连续铸造)→均匀化热处理→热锻开坯成方坯→热轧→强韧化热处理→预拉伸去应力→成品。

按照第一种工艺流程，如果要生产最终厚度250mm以上的超厚板，为了保证板材中心变形充分最小变形量按80％计算，则大尺寸方坯的原始厚度必须达到1250mm以上。不仅现有的半连铸工艺装备无法制备如此厚的大尺寸方坯，而且仅有的大型轧机开口度也达不到上述要求。针对工艺流程一难以在有限开口度下实现增加轧板总变形量的技术难题，工程技术人员思考了许多方法，如最大限度地加大热轧中的单道次压下量，在单道次大压下量轧制时，有可能在总变形量70℅左右时即可保证厚板芯部形成充分的变形组织。但是仍然存在一些问题：首先，受材料塑性的制约，单道次压下量不可能无限制加大；其次，即使按总变形量70％考虑，大尺寸方坯的原始厚度及轧机开口度仍须达到1000mm以上，工业上实现的难度仍然很大。

采用第二种工艺流程来生产其基本思路是在热轧工序前加一道热锻开坯工序，增加坯料的总体变形程度。经过反复墩粗、拔长，制成约400～500mm厚度的方形锻件，再通过热轧制备出厚度200～250mm的板材。第二种工艺流程的优点是在铸造尺寸可接受的范围内(如半连铸的圆锭)，保证制品芯部获得了充分的变形并保证了最终板材的综合性能。但受锻造高径比的限制(一般高径比小于3：1)，锻件体积不可能太大。例如使用的铸锭，锻造前其长度不允许超过2400mm。经计算，最多能够制备3500×1400×250mm的板材，其长度不能满足某些航空部件的使用要求。因此，第二种工艺流程的应用范围具有一定的局限性。

在普通工艺路线不能满足航空工业需求的生产规格和性能的情况下，铝合金加工厂家探索了新型的轧制方法，在不增加总压下量的前提下达到提高板材总变形率的效果。如采用异步轧制工艺，使变形区内形成“搓轧区”，可达到增加芯部变形目的，但超厚板异步轧制会在出口侧出现翘曲的现象，板形很难控制，翘曲严重时会影响轧板进入下一轧制道次，甚至会损坏轧机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强高韧铝合金超厚板(厚度≥150mm)的轧制加工方法，以实现在不增加压下量的前提下，增加被轧制板材的变形量，达到增加轧板的中心变形，提高轧板变形和组织均匀性的目的。

一种铝合金超厚板的轧制工艺方法，采用多道次轧制工艺，在板材的多道次轧制过程中引入错位异步轧制方式，第一道次和第二道次采用常规轧制方式，其余道次全部采用错位异步轧制。错位异步轧制的实现方法包括：(1)上、下工作辊的半径或转速不同，即上、下工作辊半径相同，通过调整上、下工作辊转速不同实现异步；或上、下工作辊转速相同，通过调整上、下辊半径不同实现异步；(2)上工作辊的线速度小于下工作辊的线速度；(3)将上工作辊的中心轴沿轧制方向调整一个错位量，使上工作辊的中心轴与下工作辊的中心轴沿轧制方向存在错位量。

本发明的轧制工艺中，采用的轧制坯料开口厚度是300～800mm，多道次轧制过程为10～12道次轧制，轧制总压下率≥80％，其中，第一道次的压下率是5％，第二道次的压下率是10％；第一道次和第二道次轧制的速度是1.5～2m/min。

在多道次轧制过程中，第三道次至终轧道次采用错位异步轧制方法，每道次的异速比(下工作辊的线速度/上工作辊的线速度)为1.3～1.5，且每道次的异速比相同。错位异步轧制的错位量是25～45mm，且随着道次的增加，错位量逐步增加，即下一道次的错位量与上一道次的错位量相同或增加。错位异步轧制每道次的压下量是轧制坯料初始厚度的4.5％～7％，压下量随着道次的增加逐步加大，即下一道次的压下量与上一道次的压下量相同或加大。错位异步轧制每道次的轧制速度是10～15m/min，轧制速度随着道次的增加逐渐增加，即下一道次的轧制速度与上一道次的轧制速度相同或增加。

在多道次轧制过程中，第一道次轧制的咬入温度是425℃～450℃，终轧的咬入温度是400℃～410℃。

本发明的铝合金超厚板的轧制工艺，在不增加压下量的前提下，增加了被轧制板材的变形量，增加了轧板的中心变形，提高了轧板变形和组织均匀性。采用多道次错位异步轧制与常规轧制相比，板材的最小等效应变可以提高20％以上，等效应变的标准方差下降30％以上。

下面通过附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1是错位异步轧制示意图。

主要附图标记：

1坯料2上轧辊

3下轧辊

具体实施方式

本发明的铝合金超厚板的轧制工艺，对轧制坯料1进行多道次轧制，在板材的多道次过程中引入错位异步轧制方式，第一道次和第二道次采用常规轧制方式，其余道次全部采用错位异步轧制。错位异步轧制的实现方法如图1所示，上轧辊2、下轧辊3的半径d相同，通过调整上轧辊2、下轧辊3的转速w不同实现异步；或上轧辊2、下轧辊3的转速w相同，通过调整上轧辊2、下轧辊3的半径d不同实现异步；(2)上轧辊2的线速度v₁小于下轧辊3的线速度v₂；(3)将上轧辊2的中心轴沿轧制方向调整一个错位量s。

本发明采用的轧制坯料开口厚度是300～800mm，轧制过程分为10～12道次，轧制总压下率≥80％，其中，前两道次常规轧制过程中第一道次的压下率是5％，第二道次的压下率是10％。第三道次至终轧道次均采用错位异步轧制方法，其中，每道次的异速比v₂/v₁在1.3～1.5之间，且每道次均采用相同的异速比。错位异步轧制的错位量s的值是25～45mm，且随着道次的增加，错位量逐步增加。错位异步轧制的压下量随着道次的增加逐步加大，每道次的压下量是轧坯初始厚度的4.5％～7％。

第一道次轧制咬入温度是425℃～450℃，终轧咬入温度是400℃～410℃。前两道次常规轧制的速度是1.5～2m/min，错位异步轧制每道次的轧制速度是10～15m/min，随着道次的增加逐渐增加轧制速度。

实施例1

实验所用铝合金牌号为7150铝合金，轧制所采用的轧机上、下工作辊的半径相同，均为525mm；初始轧坯厚度为300mm，长度为1200mm。共采用10道次轧制，第一道次和第二道次均采用常规轧制方式，即调节上下轧辊转速相同，错位量s为零，轧坯初始加热温度为430℃，每道次的压下量均为15mm，第一道次和第二道次轧制的速度均为1.6m/min。

第3道次至第10道次采用错位异步轧制，通过调整上、下工作辊的转速和错位量来实现错位异步轧制，调节上、下工作辊的转速，使每道次的异速比均为1.32，第3道次至第10道次的错位量分别为：25mm、25mm、25mm、27mm、27mm、27mm、30mm、30mm；每道次的压下量分别为：20mm、20mm、25mm、25mm、25mm、28mm、28mm、28mm。第3道次至第5道次的轧制速度均为10m/min，第6道次至第8道次的轧制速度均为12m/min，第9道次和第10道次的轧制速度均为14m/min。终轧温度为400℃。

经过上述10道次错位异步轧制后，与常规的同步轧制相比，最终轧制所获得的板材的最小等效应变提高22.1％、平均等效应变提高5.3％、等效应变标准方差下降44.4％，通过错位异步轧制方式有效地提高厚板的芯部变形，并且显著提高了变形均匀性。

实施例2

实验所用铝合金牌号为7050铝合金，轧制所采用的轧机上、下工作辊的半径相同，均为600mm；初始轧坯厚度为400mm，长度为1200mm。共采用10道次轧制，第一道次和第二道次均采用常规轧制方式，即调节上、下轧辊转速相同，错位量s为零，轧坯初始加热温度为430℃，每道次的压下量均为20mm，第一道次和第二道次轧制的速度均为2m/min。

第3道次至第10道次采用错位异步轧制，通过调整上、下工作辊的转速和错位量来实现错位异步轧制，调节上、下工作辊的转速，使每道次的异速比均为1.4，第3道次至第10道次的错位量分别为：25mm、25mm、30mm、30mm、30mm、30mm、35mm、35mm；每道次的压下量分别为：25mm、25mm、30mm、30mm、30mm、30mm、30mm、30mm。第3道次至第5道次的轧制速度均为11.5m/min，第6道次至第8道次的轧制速度均为13m/min，第9道次和第10道次的轧制速度均为15m/min。终轧温度为400℃。

经过上述10道次错位异步轧制后，与常规的同步轧制相比，最终轧制所获得的板材的最小等效应变提高38.1％、平均等效应变提高20.7％、等效应变标准方差下降31.5％，通过错位异步轧制方式有效地提高厚板的芯部变形，并且显著提高了变形均匀性。

Claims

1.一种铝合金超厚板的轧制工艺方法，采用多道次轧制工艺，其特征在于：在板材的多道次轧制过程中引入错位异步轧制方式，第一道次和第二道次采用常规轧制方式，其余道次采用错位异步轧制；所述的错位异步轧制过程中，上、下工作辊的半径或转速不同；上工作辊的线速度小于下工作辊的线速度；上工作辊的中心轴与下工作辊的中心轴沿轧制方向存在错位量。

2.根据权利要求1所述的铝合金超厚板的轧制工艺方法，其特征在于：采用的轧制坯料开口厚度是300～800mm。

3.根据权利要求1所述的铝合金超厚板的轧制工艺方法，其特征在于：所述的多道次轧制过程为10～12道次轧制，轧制总压下率≥80％，第一道次的压下率是5％，第二道次的压下率是10％。

4.根据权利要求3所述的铝合金超厚板的轧制工艺方法，其特征在于：第一道次和第二道次轧制的速度是1.5～2m/min。

5.根据权利要求1所述的铝合金超厚板的轧制工艺方法，其特征在于：所述的多道次轧制过程中，第三道次至终轧道次采用错位异步轧制方法，每道次的异速比为1.3～1.5，且每道次的异速比相同。

6.根据权利要求1所述的铝合金超厚板的轧制工艺方法，其特征在于：所述的错位量是25～45mm，且随着道次的增加，错位量逐步增加。

7.根据权利要求1所述的铝合金超厚板的轧制工艺方法，其特征在于：所述的错位异步轧制，每道次的压下量是轧制坯料初始厚度的4.5％～7％，压下量随着道次的增加逐步加大。

8.根据权利要求1所述的铝合金超厚板的轧制工艺方法，其特征在于：第一道次轧制的咬入温度是425℃～450℃，终轧的咬入温度是400℃～410℃。

9.根据权利要求1所述的铝合金超厚板的轧制工艺方法，其特征在于：所述的错位异步轧制，每道次的轧制速度是10～15m/min，轧制速度随着道次的增加逐渐增加。