CN110788134A - 一种镁合金薄板带温轧-超低温冷轧生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种镁合金超薄板带温轧—超低温冷轧连续轧制生产方法，初始镁合金板带在300~400℃保温进行均匀化处理，随后在300~400℃下进行多道次可逆等温轧制，得到厚度为1~2mm的中间轧板；将热轧得到的中间轧板经液氮控冷装置送入轧机一侧的卷取装置；随后对镁合金薄板进行可逆低温冷轧，冷轧完成后，板材进入轧机出口侧冷却器中冷却，由卷板机卷曲、保温，最终得镁合金细晶超薄板带。本发明中冷却器和卷板机在轧机两侧对称布置，通过改变轧机和卷板机的转向就可以实现镁合金板材后续多道次超低温冷轧，液氮控制冷却镁合金板材晶粒细化明显，晶粒细小且均匀，可有效提高镁合金板材综合力学性能，改善其后续加工性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料加工领域，尤其涉及一种镁合金超薄板带温轧—超低温冷轧生产工艺。
背景技术
镁合金因其一系列独特的优点在航空航天、3C产品、军工以及医学等领域具有广阔的应用前景。这就要求镁合金产品具备良好的机械性能。轧制变形是镁合金主要的变形方式，镁合金板带材在轧制生产过程中，变形温度对板材性能、组织均匀性有较大影响，轧后控制冷却也直接影响到成品的质量。
由于镁合金室温成型性能差，通常采用热轧工艺对镁合金板材进行轧制，将铸态或铸轧组织转变为变形组织，从而得到镁合金薄板。但是镁合金热轧制品微观组织不够均匀，强度、延展性及组织均匀性有待进一步提高。
晶粒细化是可以同步提高材料强度和塑性的有效方法。目前有研究方法可以用来实现金属表面晶粒细化，如喷丸、表面机械研磨等，但这些方法对晶粒的细化作用只体现在合金表层，对合金内部的组织细化效果不大，而且生产效率低，成本较高，不利于大规模工业化生产应用。通过实验，本发明提出一种结合控轧与控冷技术的镁合金板材晶粒细化的轧制方法，该方法对于提高晶粒细化效率及改善板材均匀性具有重要意义。
目前，镁合金板材热轧生产线轧后冷却过程普遍采用空冷，冷却至室温后用卷曲机进行卷曲。然而轧后空冷抑制了镁合金板材性能的提高，板材边部与中心冷却速度的不同会造成板材组织不均匀，进而影响板材质量。通过控制镁合金热轧板轧后冷却工艺，细化晶粒、改善板材组织均匀性，从而提高板材性能。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是为不同厚度的镁合金薄板后续控轧提供一种镁合金超薄板带温轧—超低温冷轧生产工艺，在材料化学成分不变的前提下，提高镁合金板材的综合力学性能，拓宽镁合金板的应用范围。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：提供一种镁合金超薄板带温轧—超低温冷轧生产工艺，其针对不同厚度镁合金板材进行低温冷轧时设备布置方案为：以四辊轧机为中心，在轧机两侧对称布置液氮冷却器和卷板机，通过改变轧机和卷板机的转向实现镁合金板材的多道次冷轧过程。
本发明的镁合金板材低温冷轧提高综合力学性能方法的工艺路线包括：初始板→均匀化处理→热轧→空冷→中间板→均匀化处理→超快冷→低温冷轧→超快冷→卷曲，具体步骤如下：
（1）板带加热：初始镁合金板带在可加热卷取炉中加热，其中加热温度为300~400℃，保温时长为0.5~2h，进行退火处理以获得均匀的等轴晶组织，为等温热轧提供准备；
（2）板带可逆等温热轧：将加热后的板带在两侧的可加热卷曲炉间进行可逆往复轧制，得到厚度< 2.0mm的薄板；
（3）液氮喷淋控冷：打开液氮控冷装置，将达到厚度的薄板带经过液氮控冷装置以70~100℃/s的冷却速度冷却到-196 ~ -100℃，然后送入带有保温保冷功能的卷曲装置；
（4）板带可逆低温冷轧：利用液氮控冷装置和双边保冷卷曲装置对镁合金板材进行小变形量可逆轧制，最终得到的厚度<0.5mm的超薄板带。
（5）低温时效：液氮控冷轧后板材进入具有保温保冷功能的卷取机进行低温时效，结束轧制。
所述的高强度镁合金晶粒尺寸比中间板晶粒尺寸细化50%~79%，为均匀且细小的等轴晶。
实验验证，不同厚度的镁合金薄板最佳的冷却速率不同，可通过液氮冷却控冷装置的温度调节进而控制冷轧温度。其中，镁合金板材厚度在0.3mm ≤ d < 0.7mm范围，终冷温度为-100±10℃，冷却速率为70~80℃/s；镁合金板材厚度在0.7mm ≤ d < 1.0mm范围，终冷温度为-150±10℃，冷却速率为80~90℃/s；镁合金板材厚度在1.0mm ≤ d < 1.2mm范围，终冷温度为常压下液氮温度-196℃，冷却速率为90~100℃/s。上述方法中，冷却速度的计算是按照单位时间内试样温度下降量的平均值进行计算。
本发明所提供的工艺方法中，将卷取机和保温保冷卷取装置在轧机两侧对称布置，可在进行多道次可逆热轧后无需更换设备，打开液氮控冷装置即可继续进行液氮冷轧，直至得到所需要厚度的高强细晶镁合金超薄板，大大提高工作效率。
使用液氮作为冷却介质，冷却速度快，可有效缩短冷却区长度，减弱板材厚度方向的温度梯度，使冷却更均匀。此外，镁合金板材在多道次等温轧制过程中积累了大量的位错，且在冷轧过程中多次喷淋液氮冷却，反复承受轧制变形及激冷作用，在板材表面及内部积累了很大的应力，使得发生动态再结晶的临界应力减小，晶粒更易发生动态再结晶。
多道次轧制后得到的镁合金中间板在250~300℃再结晶温度范围内保温时，晶粒发生动态回复及动态再结晶，形成均匀的等轴晶粒。低温冷轧时，通过控制冷却速率及终冷轧制温度，在板材表面及内部积累了很大的应力，使发生动态再结晶的临界应力减小，更容易发生动态再结晶，保证板材组织均匀一致。轧制完成后板材在卷板机内保持低温状态抑制了晶粒长大、减小了晶粒尺寸。
本发明的有益效果是：在不改变镁合金板化学成分的前提下，通过控制冷却和超低温轧制方法明显提高板材的综合力学性能和强韧性，板材板面平整，综合性能良好，可实现镁合金板材的低成本、高效率、无污染生产。
附图说明
图1为本发明镁合金温轧—超低温冷轧生产工艺图；
图2为6mm厚AZ31镁合金板带原始组织显微组织示意图；
图3为6mm厚AZ31镁合金板常规往复轧制工艺得到0.5mm时的显微组织示意图；
图4为6mm厚AZ31镁合金液氮控冷控制轧制至0.5mm时的显微组织示意图；
图中：1、可加热卷取炉；2、导送辊；3、卷曲装置；4、液氮控冷装置；5、四辊精轧机；6、镁合金板带。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例
本发明实施例为基于该发明中提到的工艺针对三种不同规格镁合金板材的温轧—超低温控冷轧制。
实施例1
将6mm厚的AZ31镁合金板带在温度为300±10℃的卷曲炉中保温25min，进行均匀化处理。随后在两个加热卷取炉之间进行等温可逆轧制，得到1.7mm厚镁合金薄板带后，打开液氮控冷装置，进行超快速冷却，冷却速度为80℃/s，终冷温度为-150±10℃，将板带送入保温保冷卷取装置；将已达到冷却温度的镁合金薄板带在两个保温保冷卷取装置之间继续进行小道次的低温可逆轧制，最终得到厚度为0.5mm的薄板。冷轧后，板材晶粒细化至3.6μm，呈现均匀细小的等轴晶，板材板面平整，综合性能良好。如图2所示为6mm厚AZ31镁合金板带原始组织显微组织，平均晶粒尺寸为86.9μm；如图3所示，为经过常规板带往复轧制工艺得到0.5mm时的显微组织，晶粒尺寸为9.4μm；如图4所示，为AZ31镁合金液氮控冷控制轧制至0.5mm时的显微组织，晶粒尺寸为3.6μm。
实施例2
将热轧后得到的16mm的AZ91镁合金板带，在温度为400±10℃的卷曲炉中保温60min，进行均匀化处理。随后在两个加热卷取炉之间进行等温可逆轧制，得到1.7mm厚镁合金薄板带后，打开液氮控冷装置，进行超快速冷却，冷却速度为90℃/s，终冷温度为为液氮温度，将板带送入保温保冷卷取装置；之后将镁合金板材以3%的小压下进行多道次可逆轧制，最终得到0.47mm厚晶粒均匀且细小的镁合金薄板，板材板面平整，综合性能良好。
实施例3
采用热轧后得到的10mm的ZK60镁合金中间板，在温度为350±10℃的卷曲炉中保温35min，进行均匀化处理。随后在两个加热卷取炉之间进行等温可逆轧制，得到1.26mm厚镁合金薄板带后，打开液氮控冷装置，进行超快速冷却，以70℃/s的冷却速度将镁合金板冷却到-100℃后卷曲、保温，最终得到1.06mm厚晶粒均匀且细小的镁合金薄板，板材板面平整，综合性能良好。
本发明在不改变镁合金板化学成分的前提下，通过控制冷却和超低温轧制方法明显提高板材的综合力学性能和强韧性，板材板面平整，综合性能良好，可实现镁合金板材的低成本、高效率、无污染生产。
Claims (5)
1.一种镁合金超薄板带温轧—超低温冷轧生产工艺，工艺路线包括：板带加热→可逆等温热轧→液氮喷淋控冷→可逆低温冷轧→低温时效，其特征在于，具体按以下步骤进行：
（1）板带加热：初始镁合金板带在可加热卷取炉中加热，其中加热温度为300~400℃，保温时长为0.5~2h，进行退火处理以获得均匀的等轴晶组织，为等温热轧提供准备；
（2）板带可逆等温热轧：将加热后的板带在两侧的可加热卷曲炉间进行可逆往复轧制，得到厚度< 2.0mm的薄板；
（3）液氮喷淋控冷：打开液氮控冷装置，将达到厚度的薄板带经过液氮控冷装置以70~100℃/s的冷却速度冷却到-196 ~ -100℃，然后送入带有保温保冷功能的卷曲装置；
（4）板带可逆低温冷轧：利用液氮控冷装置和双边保冷卷曲装置对镁合金板材进行小变形量可逆轧制，最终得到的厚度<0.5mm的超薄板带；
（5）低温时效：液氮控冷轧后板材进入具有保温保冷功能的卷取机进行低温时效，结束轧制。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金超薄板带温轧—超低温冷轧生产工艺，其特征在于：生产工艺所涉及的具体设备结构，以四辊精轧机为中心，在其两侧从外到内依次分布有可加热卷取炉、两对导送辊及液氮冷控装置；且卷曲装置设置于两对导送辊之间；生产流程首先是加热卷取装置，再是保温保冷装置，之后将液氮冷却装置就近轧机的出入口处安装放置；设打开液氮控冷装置即可继续进行液氮冷轧，直至得到所需要厚度的高强细晶镁合金超薄板。
3.根据权利要求1所述的一种镁合金超薄板带温轧—超低温冷轧生产工艺，其特征在于：所述的镁合金板带在低温冷轧前厚度小于等于2mm。
4.根据权利要求1所述的一种镁合金超薄板带温轧—超低温冷轧生产工艺，其特征在于：不同规格的镁合金薄板最佳的冷却速率不同，所述液氮冷却控冷装置的调节温度与控制冷却速度的参数为：终冷温度范围为-196 ~ -100℃，冷却速率范围为70~100℃/s，具体如下：
（1）镁合金板材厚度在1mm ≤ d ≤ 1.3mm范围，终冷温度为-100±10℃，冷却速率为70~80℃/s；
（2）镁合金板材厚度在1.3mm ≤ d ≤ 1.7mm范围，终冷温度为-150±10℃，冷却速率为80~90℃/s；
（3）镁合金板材厚度在1.7mm ≤ d ≤ 2mm范围，终冷温度为常压下液氮温度-196℃，冷却速率为90~100℃/s。
5.根据权利要求1所述的一种镁合金超薄板带温轧—超低温冷轧生产工艺，其特征在于：所述的高强度镁合金晶粒尺寸比中间板晶粒尺寸细化50%~79%，为均匀且细小的等轴晶。
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