CN108311652B - 一种me20m镁合金扁锭的制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种ME20M镁合金扁锭的制备工艺，制备工艺流程步骤为：熔化炉熔化→一次分析化验→精炼炉精炼→二次分析化验→静置、半连续铸造，本发明采用的结晶器设计合理以及对导入结晶器的镁合金液的温度，流速实现了准确把握，克服了ME20M镁合金扁锭在铸造过程中容易出现漏火，以及镁合金液在结晶器内流动性差、易产生大冷隔，影响产品质量等现象，本发明中的五号溶剂能够实现ME20M镁合金在熔炼过程中防止氧化夹渣，提高金属铈的利用率，并能使其在镁合金液体表面形成与空气隔绝的保护膜，本发明中的自制精炼剂的目的在于：一是除了具有五号溶剂的功效之外；二是使镁合金液体中的杂质充分沉淀，保证所铸造的镁合金扁锭无夹渣及气孔等缺陷。

Description

一种ME20M镁合金扁锭的制备工艺

技术领域

本发明涉及镁合金的制造及延伸加工领域，尤其是一种ME20M镁合金扁锭的制备工艺。

背景技术

目前，ME20M(MB8)镁合金是变形镁合金的一种，该合金中由于金属铈的含量为(0.15％～0.35％)的存在，能细化晶粒，抑制形成孪晶，有利于屈服强度(特别是压缩屈服强度)的提高，适于加工承受纵向弯曲的负荷的结构件。此外，铈(Ce)还提高了耐热性，ME20M镁合金可在200℃以下长期使用，同时，该合金抗蚀性较高，SCC倾向小，容易焊接，是应用较多的变形镁合金。板材可制造飞机蒙皮、壁板和内部零件；模锻件可制造外形复杂的构件，管材多用于汽油和润滑油系统等要求抗蚀性的管路。

近年来，随着航空、航天等领域技术的飞速发展，ME20M镁合金的使用量越来越大，现有的生产模具(结晶器)及生产工艺已远远不能满足市场的需求；现有的生产工艺中存在以下几个问题：1、由于镁及镁合金在熔炼过程中容易氧化并烧损严重，需要大量的覆盖剂来保护熔体。因此造成加入熔剂量过大，同时因选用生产熔剂的厂家质量不可靠，使制造出来的镁合金出现氧化夹渣，熔剂夹渣和气体溶解度高的状况。2、在熔炼和精炼的过程中，由于熔剂种类的选择不同，很容易造成金属铈的流失，不能提高金属质量和合金组元的实收率。3、目前扁锭结晶器一般规格为200mm×800mm，300mm×800mm等。铸造出来的ME20M镁合金扁锭规格小，取材率低、成本高。如果加大结晶器的规格，现有铸造制备工艺比较落后，在铸造过程中经常造成ME20M镁合金液出现漏火现象，容易使事故发生，给企业及职工家庭带来不可估量的巨大损失。

鉴于上述原因，现研发出一种ME20M镁合金扁锭的制备工艺。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种ME20M镁合金扁锭的制备工艺，本发明工艺能够解决现有镁合金生产过程中容易氧化并烧损严重，二是能够解决熔炼过程中金属铈易流失，不能提高金属质量和合金组元的实收率问题，三是本发明工艺能够制造出大规格ME20M镁合金铸锭。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种ME20M镁合金扁锭的制备工艺，制备工艺流程步骤为：熔化炉熔化→一次分析化验→精炼炉精炼→二次分析化验→静置、半连续铸造。

第一步，熔化炉熔化：首先将所使用工频坩锅炉的熔化坩锅清理干净，所述熔化坩埚的规格为1000×2000mm，然后将熔化坩埚预热至200℃，加入50kg的五号溶剂，并同时加入99.9％以上的高纯镁锭1900kg，然后开始升温，当温度升至780℃时，加入电解金属锰50kg，在加入电解金属锰的同时，充氩气进行搅拌，加电解金属锰的过程需25～35min，电解金属锰加完后继续充氩气再搅拌8～12min，然后开始降温，当镁合金液温度降至750℃时加入70kg的金属铈，并充氩气继续搅拌10min，然后静置27～33min；

所述五号溶剂中各组份的组配重量百分比为：氯化镁40％，氯化钾35％，氯化钡15％，氟化钙10％，以上各组份按重量配比之和为100％。

第二步，一次分析化验：在工频坩锅炉的熔化坩锅内取样进行分析化验，要求各种化学物质成分应符合如下百分比含量，铝≤0.20，锌≤0.30，锰1.3～2.2，铈0.15～0.35，硅≤0.10，铁≤0.05，铜≤0.05，镍≤0.007，铍≤0.01，余量为镁。

第三步，精炼炉精炼：首先准备好工频精炼坩埚炉，并在工频精炼坩埚炉的坩埚内加入40kg自制精炼熔剂，并将坩锅温度升至700℃，然后将一次化验分析合格的镁合金液通过压力导管导入工频精炼坩埚炉的坩埚中，所述工频精炼坩埚炉内坩埚的规格为φ1000×2000mm，精炼镁合金1800kg，所述一次化验分析合格的镁合金液体温度为750℃，最后向工频精炼坩锅炉的坩埚内加入10kg自制精炼熔剂进行精炼，精炼时间为40min；

所述自制精炼熔剂中各组份的组配重量百分比为：氯化镁30％，氯化钾21％，氯化钡10％，氟化镁17％，氟化钙19％，氧化钡3％，以上各组份按重量配比之和为100％。

第四步，二次分析化验：在工频精炼坩锅炉的坩锅内取样进行分析化验，要求各种化学物质成分应符合如下百分比含量，铝≤0.20，锌≤0.30，锰1.3～2.2，铈0.15～0.35，硅≤0.10，铁≤0.05，铜≤0.05，镍≤0.007，铍≤0.01，余量为镁。

第五步，静置、半连续铸造：将二次分析化验合格的的镁合金液体静置不少于40min，然后通过压力导管将镁合金溶液导入结晶器进行半连续铸造，镁合金液体通过压力导管进入结晶器上方的分流漏斗，通过分流漏斗将镁合金液均匀分流，很快在结晶器内形成液体平面；当液体深度达到约250mm时，镁合金液体受到水套箱冷却水的冷却后形成固态状，此时，启动铸造机升降平台，底座随铸造平台以80mm/min的速度下行，结晶器内镁合金液面要通过SF6和CO2来进行保护，镁合金液体以11Kg/min的流量持续流入结晶器上方内的分流漏斗并分流至结晶器，170min后完成铸造，并通过铸造机的升降平台将铸造好的扁锭从铸造井内升到井外，制得ME20M镁合金扁锭；

所述制得ME20M镁合金扁锭的规格为300mm×1200mm×2960mm，镁合金扁锭产生的收缩为1～2mm。

本发明的有益效果是：本发明所述的铸造制备工艺保证能够安全的生产出合格的大规格ME20M镁合金铸锭，通过轧制工艺来获得大尺寸的ME20M镁合金板材，充分满足国内外市场的需求。本发明所使用的结晶器对铸造300mm×1200mm大规格镁合金扁锭起着很关键性的作用，该结晶器由结晶器套体、水套、底座三部分组成，其结晶器套体的规格为300mm×1200mm，R角为50°，套体材质为铝合金锻打件，厚度为10mm，宽度为350mm；水套可调整水压及流量，自动控制冷却水的用量，底座与铸造机升降平台相连接并承载扁锭。

本发明中使用五号溶剂的作用：一是防止ME20M镁合金在熔炼过程中防止镁合金燃烧损耗，防止氧化夹渣，溶剂夹渣；二是提高金属铈的利用率，三是使其在镁合金液体表面形成与空气隔绝的保护膜，防止镁合金氧化并保证熔炼过程安全。使用自制精炼剂的目的在于：一是除了具有五号溶剂的功效之外；二是使镁合金液体中的杂质充分沉淀，保证所铸造的镁合金扁锭无夹渣及气孔等缺陷；三是降低所加入的金属铈的损耗，使产品的物质化学成分完全合格。

由于该结晶器的合理设计以及对导入结晶器镁合金液的温度，流速的准确把握，克服了ME20M镁合金扁锭在铸造过程中容易出现漏火，以及镁合金液在结晶器内流动性差、易产生大冷隔，影响产品质量等现象。

具体实施方式

下面结合实施例与具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1

制备工艺流程步骤为：熔化炉熔化→一次分析化验→精炼炉精炼→二次分析化验→静置、半连续铸造。

第一步，熔化炉熔化：首先将所使用的工频坩锅炉清理干净，所述熔化坩埚的规格为1000×2000mm，然后将熔化坩埚预热至200℃，加入50kg的五号溶剂，并同时加入99.9％以上的高纯镁锭1900kg，然后开始升温，当温度升至780℃时，加入电解金属锰50kg，在加入电解金属锰的同时，充氩气进行搅拌，加锰过程需27～32min，电解金属锰加完后继续充氩气再搅拌9～10min，然后开始降温，当镁合金液温度降至750℃时加入70kg的金属铈，并充氩气继续搅拌10min，然后静置28～32min；

所述五号溶剂中各组份的组配重量百分比为：氯化镁40％，氯化钾35％，氯化钡15％，氟化钙10％，以上各组份按重量配比之和为100％。

第二步，一次分析化验：在工频坩锅炉的熔化坩锅内取样进行分析化验，要求各种化学物质成分应符合如下百分比含量，铝≤0.20，锌≤0.30，锰1.4～2.1，铈0.16～0.34，硅≤0.10，铁≤0.05，铜≤0.05，镍≤0.007，铍≤0.01，余量为镁。

第三步，精炼炉精炼：首先准备好工频精炼坩埚炉，并在工频精炼坩埚炉的坩埚内加入40kg自制精炼熔剂，并将坩锅温度升至700℃，然后将一次化验分析合格的镁合金液通过压力导管导入工频精炼坩埚炉的坩埚中，所述工频精炼坩埚炉内坩埚的规格为φ1000×2000mm，精炼镁合金1800kg，所述一次化验分析合格的镁合金液体温度为750℃，最后用工具向工频精炼坩锅炉的坩埚内加入10kg自制精炼熔剂进行精炼，精炼时间为40min；

所述自制精炼熔剂中各组份的组配重量百分比为：氯化镁30％，氯化钾21％，氯化钡10％，氟化镁17％，氟化钙19％，氧化钡3％，以上各组份按重量配比之和为100％。

第四步，二次分析化验：在工频精炼坩锅炉的坩锅内取样进行分析化验，要求各种化学物质成分应符合如下百分比含量，铝≤0.20，锌≤0.30，锰1.4～2.1，铈0.16～0.34，硅≤0.10，铁≤0.05，铜≤0.05，镍≤0.007，铍≤0.01，余量为镁。

第五步，静置、半连续铸造：将二次分析化验合格的的镁合金液体静置不少于40min，然后通过压力导管将镁合金溶液导入结晶器进行半连续铸造，镁合金液体通过压力导管进入结晶器上方的分流漏斗，通过分流漏斗将镁合金液均匀分流，很快在结晶器内形成液体平面；当液体深度达到250mm时，镁合金液体受到水套箱冷却水的冷却后形成固态状，此时，启动铸造机升降平台，底座随铸造平台以80mm/min的速度下行，结晶器内镁合金液面要通过SF6和CO2来进行保护，镁合金液体以11Kg/min的流量持续流入结晶器上方内的分流漏斗并分流至结晶器，170min后完成铸造，并通过铸造机的升降平台将铸造好的扁锭从铸造井内升到井外，制得ME20M镁合金扁锭；

所述制得ME20M镁合金扁锭的规格为300mm×1200mm×2960mm，镁合金扁锭产生的收缩为1.1～1.9mm。

实施例2

制备工艺流程步骤为：熔化炉熔化→一次分析化验→精炼炉精炼→二次分析化验→静置、半连续铸造。

第一步，熔化炉熔化：首先将所使用的工频坩锅炉清理干净，所述熔化坩埚的规格为1000×2000mm，然后将熔化坩埚预热至200℃，加入50kg的五号溶剂，并同时加入99.9％以上的高纯镁锭1900kg，然后开始升温，当温度升至780℃时，加入电解金属锰50kg，在加入电解金属锰的同时，充氩气进行搅拌，加锰过程需28～30min，电解金属锰加完后继续充氩气再搅拌9～10min，然后开始降温，当镁合金液温度降至750℃时加入70kg的金属铈，并充氩气继续搅拌10min，然后静置29～30min；

所述五号溶剂中各组份的组配重量百分比为：氯化镁40％，氯化钾35％，氯化钡15％，氟化钙10％，以上各组份按重量配比之和为100％。

第二步，一次分析化验：在工频坩锅炉的熔化坩锅内取样进行分析化验，要求各种化学物质成分应符合如下百分比含量，铝≤0.20，锌≤0.30，锰1.5～2.0，铈0.17～0.33，硅≤0.10，铁≤0.05，铜≤0.05，镍≤0.007，铍≤0.01，余量为镁。

第三步，精炼炉精炼：首先准备好工频精炼坩埚炉，并在工频精炼坩埚炉的坩埚内加入40kg自制精炼熔剂，并将坩锅温度升至700℃，然后将一次化验分析合格的镁合金液通过压力导管导入工频精炼坩埚炉的坩埚中，所述工频精炼坩埚炉内坩埚的规格为φ1000×2000mm，精炼镁合金1800kg，所述一次化验分析合格的镁合金液体温度为750℃，最后用工具向工频精炼坩锅炉的坩埚内加入10kg自制精炼熔剂进行精炼，精炼时间为40min；

所述自制精炼熔剂中各组份的组配重量百分比为：氯化镁30％，氯化钾21％，氯化钡10％，氟化镁17％，氟化钙19％，氧化钡3％，以上各组份按重量配比之和为100％。

第四步，二次分析化验：在工频精炼坩锅炉的坩锅内取样进行分析化验，要求各种化学物质成分应符合如下百分比含量，铝≤0.20，锌≤0.30，锰1.5～2.0，铈0.17～0.33，硅≤0.10，铁≤0.05，铜≤0.05，镍≤0.007，铍≤0.01，余量为镁。

第五步，静置、半连续铸造：将二次分析化验合格的的镁合金液体静置不少于40min，然后通过压力导管将镁合金溶液导入结晶器进行半连续铸造，镁合金液体通过压力导管进入结晶器上方的分流漏斗，通过分流漏斗将镁合金液均匀分流，很快在结晶器内形成液体平面；当液体深度达到250mm时，镁合金液体受到水套箱冷却水的冷却后形成固态状，此时，启动铸造机升降平台，底座随铸造平台以80mm/min的速度下行，结晶器内镁合金液面要通过SF6和CO2来进行保护，镁合金液体以11Kg/min的流量持续流入结晶器上方内的分流漏斗并分流至结晶器，170min后完成铸造，并通过铸造机的升降平台将铸造好的扁锭从铸造井内升到井外，制得ME20M镁合金扁锭；

所述制得ME20M镁合金扁锭的规格为300mm×1200mm×2960mm，镁合金扁锭产生的收缩为1.2～1.8mm。

实施例3

制备工艺流程步骤为：熔化炉熔化→一次分析化验→精炼炉精炼→二次分析化验→静置、半连续铸造。

第一步，熔化炉熔化：首先将所使用的工频坩锅炉清理干净，所述熔化坩埚的规格为1000×2000mm，然后将熔化坩埚预热至200℃，加入50kg的五号溶剂，并同时加入99.9％以上的高纯镁锭1900kg，然后开始升温，当温度升至780℃时，加入电解金属锰50kg，在加入电解金属锰的同时，充氩气进行搅拌，加锰过程需26～33min，电解金属锰加完后继续充氩气再搅拌10～11min，然后开始降温，当镁合金液温度降至750℃时加入70kg的金属铈，并充氩气继续搅拌10min，然后静置28～32min；

所述五号溶剂中各组份的组配重量百分比为：氯化镁40％，氯化钾35％，氯化钡15％，氟化钙10％，以上各组份按重量配比之和为100％。

第二步，一次分析化验：在工频坩锅炉的熔化坩锅内取样进行分析化验，要求各种化学物质成分应符合如下百分比含量，铝≤0.20，锌≤0.30，锰1.7～2.1，铈0.16～0.34，硅≤0.10，铁≤0.05，铜≤0.05，镍≤0.007，铍≤0.01，余量为镁。

第三步，精炼炉精炼：首先准备好工频精炼坩埚炉，并在工频精炼坩埚炉的坩埚内加入40kg自制精炼熔剂，并将坩锅温度升至700℃，然后将一次化验分析合格的镁合金液通过压力导管导入工频精炼坩埚炉的坩埚中，所述工频精炼坩埚炉内坩埚的规格为φ1000×2000mm，精炼镁合金1800kg，所述一次化验分析合格的镁合金液体温度为750℃，最后用工具向工频精炼坩锅炉的坩埚内加入10kg自制精炼熔剂进行精炼，精炼时间为40min；

所述自制精炼熔剂中各组份的组配重量百分比为：氯化镁30％，氯化钾21％，氯化钡10％，氟化镁17％，氟化钙19％，氧化钡3％，以上各组份按重量配比之和为100％。

第四步，二次分析化验：在工频精炼坩锅炉的坩锅内取样进行分析化验，要求各种化学物质成分应符合如下百分比含量，铝≤0.20，锌≤0.30，锰1.7～2.1，铈0.16～0.34，硅≤0.10，铁≤0.05，铜≤0.05，镍≤0.007，铍≤0.01，余量为镁。

第五步，静置、半连续铸造：将二次分析化验合格的的镁合金液体静置不少于40min，然后通过压力导管将镁合金溶液导入结晶器进行半连续铸造，镁合金液体通过压力导管进入结晶器上方的分流漏斗，通过分流漏斗将镁合金液均匀分流，很快在结晶器内形成液体平面；当液体深度达到250mm时，镁合金液体受到水套箱冷却水的冷却后形成固态状，此时，启动铸造机升降平台，底座随铸造平台以80mm/min的速度下行，结晶器内镁合金液面要通过SF6和CO2来进行保护，镁合金液体以11Kg/min的流量持续流入结晶器上方内的分流漏斗并分流至结晶器，170min后完成铸造，并通过铸造机的升降平台将铸造好的扁锭从铸造井内升到井外，制得ME20M镁合金扁锭；

所述制得ME20M镁合金扁锭的规格为300mm×1200mm×2960mm，镁合金扁锭产生的收缩为1.5～1.7mm。

Claims (1)

1.一种ME20M镁合金扁锭的制备工艺，其特征在于：制备工艺流程步骤为：熔化炉熔化→一次分析化验→精炼炉精炼→二次分析化验→静置、半连续铸造；

第一步，熔化炉熔化：首先将所使用工频坩锅炉的熔化坩锅清理干净，所述熔化坩埚的规格为1000×2000mm，然后将熔化坩埚预热至200℃，加入50kg的五号溶剂，并同时加入99.9％以上的高纯镁锭1900kg，然后开始升温，当温度升至780℃时，加入电解金属锰50kg，在加入电解金属锰的同时，充氩气进行搅拌，加电解金属锰的过程需25～35min，电解金属锰加完后继续充氩气再搅拌8～12min，然后开始降温，当镁合金液温度降至750℃时加入70kg的金属铈，并充氩气继续搅拌10min，然后静置27～33min；

所述五号溶剂中各组份的组配重量百分比为：氯化镁40％，氯化钾35％，氯化钡15％，氟化钙10％，以上各组份按重量配比之和为100％；

第二步，一次分析化验：在工频坩锅炉的熔化坩锅内取样进行分析化验，要求各种化学物质成分应符合如下百分比含量，铝≤0.20，锌≤0.30，锰1.3～2.2，铈0.15～0.35，硅≤0.10，铁≤0.05，铜≤0.05，镍≤0.007，铍≤0.01，余量为镁；

第三步，精炼炉精炼：首先准备好工频精炼坩埚炉，并在工频精炼坩埚炉的坩埚内加入40kg自制精炼熔剂，并将坩锅温度升至700℃，然后将一次化验分析合格的镁合金液通过压力导管导入工频精炼坩埚炉的坩埚中，所述工频精炼坩埚炉内坩埚的规格为φ1000×2000mm，精炼镁合金1800kg，所述一次化验分析合格的镁合金液体温度为750℃，最后向工频精炼坩锅炉的坩埚内加入10kg自制精炼熔剂进行精炼，精炼时间为40min；

所述自制精炼熔剂中各组份的组配重量百分比为：氯化镁30％，氯化钾21％，氯化钡10％，氟化镁17％，氟化钙19％，氧化钡3％，以上各组份按重量配比之和为100％；

第四步，二次分析化验：在工频精炼坩锅炉的坩锅内取样进行分析化验，要求各种化学物质成分应符合如下百分比含量，铝≤0.20，锌≤0.30，锰1.3～2.2，铈0.15～0.35，硅≤0.10，铁≤0.05，铜≤0.05，镍≤0.007，铍≤0.01，余量为镁；

第五步，静置、半连续铸造：将二次分析化验合格的的镁合金液体静置不少于40min，然后通过压力导管将镁合金溶液导入结晶器进行半连续铸造，镁合金液体通过压力导管进入结晶器上方的分流漏斗，通过分流漏斗将镁合金液均匀分流，很快在结晶器内形成液体平面；当液体深度达到约250mm时，镁合金液体受到水套箱冷却水的冷却后形成固态状，此时，启动铸造机升降平台，底座随铸造平台以80mm/min的速度下行，结晶器内镁合金液面要通过SF6和CO2来进行保护，镁合金液体以11Kg/min的流量持续流入结晶器上方内的分流漏斗并分流至结晶器，170min后完成铸造，并通过铸造机的升降平台将铸造好的扁锭从铸造井内升到井外，制得ME20M镁合金扁锭；

所述制得ME20M镁合金扁锭的规格为300mm×1200mm×2960mm，镁合金扁锭产生的收缩为1～2mm。