CN1274431C - 连铸板坯或带条加工方法与按此方式制得的金属板或带条 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对连铸板坯或带条执行加工的方法，在该方法中，板坯或带条被从一轧机机座的一组转动轧辊之间穿过，以便于对其进行滚轧。根据本发明，轧机机座的各轧辊具有不同的圆周速度，且圆周速度的差值至少为5%、至多为100%；且板坯或带条每次从轧辊之间经过时其厚度减薄量至多为15%。本发明还涉及利用该方法制得的金属板或带条。

Description

连铸板坯或带条加工方法 与按此方式制得的金属板或带条

技术领域

本发明涉及一种用于对连铸板坯或带条进行加工的方法，在该方法中，连铸板坯或带条被穿入到一轧机机座上一组转动着的轧辊之间，以便于对该连铸板坯或带条执行滚轧加工。

背景技术

对于使金属具有理想尺寸和特性的目的而言，滚轧工艺是一种非常普通的加工操作，例如，由于材料会受滚轧操作的影响而发生晶粒细化，所以，滚轧工艺能改善材料的微观结构。

如果要用厚的板坯(例如30cm或更厚)来制造薄板或薄带，则该制造过程将是一项非常繁重的工作，原因在于必须要很多次地反复执行滚轧操作。因而，目前已经研究出了其它的铸造工艺来直接制造薄坯或薄带。另外，为了能生产出足够量的板材，该铸造过程是连续进行的。

对于铝材的连续铸造工艺，大体上讲，目前所采用的方法可被划分成三种。第一种方法使用了一个被冷却着的轧辊，一薄层熔融铝在该轧辊上进行冷却，直到发生固化为止。以这种方式制得的带条的厚度约为1mm。出于技术上的原因，带条的厚度不能太大。第二种方法采用了两个被冷却着的轧辊，熔融铝从这两个轧辊之间通过，以便于固化成带条状。冷却性能的提高预示着这种方法所能制造的厚度通常在6mm到10mm之间；目前，该方法所能达到的最小厚度约为1mm。所制得的带条被切割成板坯或卷带，这尤其要取决于带条的厚度。在第三种方法中，熔融的铝料被引导到一输送带上，其在该输送带上发生凝固，或者，熔融铝从两输送带之间穿过，以便于发生固化。由于进行固化的路线较长，所以能散掉更多的热量，并能生产出较厚的固化带条。此厚度一般约为20mm。然后，可将按照此方式制得的厚带条切割成坯锭或卷带。在所有的这三种方法中，都可在连续铸造之后用一台或多台轧机机座对带条执行滚轧。然后再将其卷绕起来。

上述的三种方法或其它另外的方法也被用来对其它金属执行连铸，且如果条件合适的话，还可通过这些方法来制造较厚的带条。

在目前的情况下，这些方法、以及从这些方法衍生出的其它方法被统称为“连铸”，用这种方法制得的产品被称为“连铸板坯或带条”。

这些产品的一个缺陷在于：最终产品的微观结构在很大程度上仍然是铸造性的，原因在于该连铸板坯和带条几乎未被滚轧过，因此，最终产品的机械特性较为低劣，使得该最终产品的应用受到了相当大的局限，其例如被用作金属箔或制造热交换器的原材料，如此等等。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于对连铸板坯或带条进行加工的方法，该方法使其所制出产品的特性获得改善。

本发明的另一个目的是提供一种用于对连铸板坯或带条进行加工的方法，该方法能使铸造材料中的气孔闭合。

本发明的又一个目的是提供一种用于对连铸板坯或带条进行加工的方法，该方法能使其所制出的产品发生晶粒细化。

本发明的再一个目的是提供一种用于对连铸金属进行加工的方法，利用该方法，板坯或带条的表面获得了改善。

本发明还有一个目的是提供一种机械特性得到了提高的金属板或带条，优选地是，该金属板或带条是借助于上述的方法制出的。

具体实施方式

根据本发明的第一方面，通过一种方法而实现了上述目的中的一个或多个目的，该方法用于对连铸板坯或带条执行加工，其中，板坯或带条被从一轧机机座的一组转动轧辊之间穿过，以便于对其进行滚轧，在该方法中，滚轧机的各轧辊具有不同的圆周速度，且圆周速度的差值至少为5％、至多为100％，而且，在该方法中，板坯或带条每次从轧辊之间经过时其厚度减薄量至多为15％。

由于各轧辊被设置成具有不同的圆周速度，所以会在连铸板坯或带条中产生剪切作用，且已经发现：在板坯或带条的整个厚度范围内都出现了剪切效应。业已认识到：这样的效果要求速度差至少为5％。剪切作用导致连铸材料中的气孔在相当大的程度上发生了闭合。该样的设计并不要求对厚度作大的变动，厚度有至多15％的变化就足够了。在连续铸造的金属坯段或带条中，这一点是有利的，在多数情况下，坯段或带条被铸造成很薄的厚度，其中的原因在于该厚度基本上能保持不变。

此外，很重要一点是：根据本发明的滚轧方法带来了细化晶粒的效果，在所滚轧材料的整个厚度范围内，该晶粒细化现象都会出现，晶粒细化的作用对于板坯或带条的机械特性而言是有利的-尤其可以使材料的强度增加。

此剪切作用将能破碎共晶体颗粒，这将带来韧性的提高。

另外，可以预计：由于晶粒会受剪切作用而或多或少地呈现出瘤团的形状，所以，材料的疲劳裂纹扩展率将会获得改善。这将提高材料的韧性，并降低其对破坏的敏感性。

还可预计：根据本发明所进行的加工将能减小薄板经滚轧后的侧向延伸展。

还可预计：根据本发明所进行的加工将会使材料的表面层不同于用常规轧制工艺对材料进行处理时的表面层。普通的轧制工艺可形成一层晶粒极度细化的材料。在根据本发明所进行的加工中，这一材料层非常薄。预计这将提高材料的抗腐蚀能力。对于连铸铝板和条带材料在除当前情况之外的其它应用场合，这一效果将是有利的。

优选地是，板坯或带条的厚度每经一次滚轧至多减薄8％，更为优选地是每经一次滚轧至多减薄5％。由于产生剪切作用、进而带来晶粒细化的原因在于轧辊间的圆周速度存在差值，所以，不再为了获得晶粒细化效果而对材料厚度的减薄量提出要求。对材料厚度的减薄量进行要求主要是为了使轧辊能夹持住材料。这一要求只需要厚度有略微的变化即可，对于薄的连铸铝坯和条带材料，这一点是很有利的。减薄量越小，板坯或带条每次经过轧辊后的剩余厚度就越大。结果就是，可扩大连铸铝坯和条带材料的用途。

圆周速度的差值优选为至多50％，更为优选地是至多20％。如果有一大的速度差值，则轧辊和材料之间存在打滑的极大危险，这可能导致不均匀的剪切作用。

根据一种有利的实施方式，以这样的方式对滚轧机进行设计：使得轧辊具有不同的直径。这样就可以获得理想的圆周速度差。

根据另一种有利的实施方式，轧辊具有不同的转速。这同样能获得理想的圆周速度差。

还可以将上述的两方面设计措施组合起来，以此来获得所需的圆周速度差。

滚轧过程优选地是在升高温度的条件下进行的。这将使滚轧过程进行得更为顺畅。执行滚轧的温度优选为在300-500℃之间，原因在于：在该温度范围内，连铸铝坯和带条可发生变形。更为优选地是：滚轧过程是在425-475℃的温度范围进行的。铝在450℃左右最易于发生变形。

根据本发明方法一种有利的实施方式，板坯被按照5°-45°的角度送入到轧辊之间，其中的送入角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。以一定角度将板坯送入到轧辊之间将使得轧辊更易于夹住板坯，这将使得厚度的变化能尽可能地小。试验还显示：如果材料以一角度送入轧辊之间，所述材料滚轧后则具有更好的直线度。板坯优选以一介于10°-25°之间的角度、更为优选地是一介于15°-25°之间的角度被送入，因为在所述角度下，轧厂产出的材料具有一良好水平的直线度。应该注意到：所述效应也取决于材料尺寸的减小、材料和合金的类型以及温度。

优选地是：进行加工的原料是厚度至多为70mm-更为优选地是至多25mm的板坯或带条。普通的滚轧工艺会将材料的厚度轧制到约1毫米厚度或更薄，以便于获得更好的机械性能。借助于根据本发明的方法，可使板坯或带条具有更好的机械性能，进而可用更薄的材料来胜任同样的用途。由于根据本发明的方法可被用来提高相对较薄的连铸板坯的机械性能，所以可预计：机械性能获得了提高的较厚连铸板坯和条带材料也能被应用到工业生产中。

为此目的，优选地是，在执行完首次的轧制过程之后，将加工过程重复地执行一次或多次。例如，通过将根据本发明的加工过程重复地执行三次，就能获得充分良好的晶粒细化效果。但是，加工工艺的必要重复次数取决于连铸板材的厚度、轧辊的圆周速度差、以及所需的晶粒细化程度。对所述材料而言，理想地是在每次加工操作中，将材料以一介于5°-45°之间的角度送入到轧辊之间，所述角度优选地介于10°-25°之间，且更为优选地是介于15°-25°之间。

通过多次执行根据本发明的加工过程、且如果必要的话在这些加工过程之间对材料执行退火处理，则就可以获得一种超精细的晶粒结构。通常，为了使材料具有超塑性，可将加工过程重复足够多次。超塑性材料的晶粒极其细微，结果就导致：在某些条件下，其几乎可无限度地伸展而不会出现破断。对于金属材料的变形而言，这一特性是非常有利的，例如在对坯料执行深冲成型时。很显然，如果将根据本发明的加工过程重复多次，则材料就会变薄，因而希望金属(例如铝)连铸板坯的最大厚度在起始时具有尽可能大的数值。

根据一种有利的实施方式，如果要将根据本发明的加工过程重复地执行若干次，则每次将金属板坯、板或坯条送入到轧机机座中的方向是相反的。这样，在每一次轧制操作之后，金属板坯、板或带条都会改变方向，并始终经过同一台轧机机座。在此情况下，必须使轧辊在每一次操作时的方向是相反的。同样在所述情况下，对所述材料而言理想地是每次将其以一角度送入到轧辊之间。

根据另一种有利的实施方式，板坯、板或带条被依次地送入到两台或多台轧机机座中。这一方法主要适用于条带材料的情况，在此方式中，能非常迅速地完成条带材料所需的加工过程。

根据本发明的方法还可以是在某一轧制操作之前进行的，其中的轧制操作是利用一滚轧机完成的，该滚轧机的轧辊具有基本上相等的圆周速度。按照这种方式，作为举例，可使最终产品精确地达到所需厚度或光滑度。

根据一种有利的实施方式，金属板坯是由两层或多层金属组成的，优选地是，金属板坯的两层或多层是由某种金属的不同合金或不同的金属构成的。按照这种方式，例如可制出一种叠层材料，其例如是被称为覆层材料的材料，这种材料譬如是覆铜铝板。

本发明的另一方面在于提供了一种用上述方法制得的金属板或带条，其中的金属是铝、钢、不锈钢、铜、镁、钛、或这些金属中之一的合金。这些金属及它们的合金特别适于由根据本发明的方法进行制造，原因在于：这些金属在工业中获得了广泛的应用，且如果这些材料是用连铸的方法制成，则非常希望它们具有更好的机械性能。

连铸金属板的厚度优选为5到60mm，更为优选地是在5到20mm之间。很显然，该厚度取决于该金属所能被连续铸造的厚度。因而，根据本发明的加工操作甚至从相对较薄的连铸板材也能生产出具有良好机械特性的厚板，

该金属板优选为是由AA 1xxx系列或AA 3xxx系列的铝合金构成的，其中的铝合金例如为AA 1050、AA 1200、或AA 3103。

连铸金属带条的厚度优选为至多7mm，更为优选地是至多2mm。借助于根据本发明的加工过程，可获得机械性能良好的、较厚的条带材料，且由于机械性能可获得提高，当然也可以制出具有标准厚度、甚至更薄的带条。

该金属带条例如是由AA 5xxx系列的铝合金制成的，其中的铝合金优选为AA 5182。由于执行了根据本发明的加工过程，所以该材料可被用作汽车的车身板。

本发明还涉及一种改进的金属板或带条，该金属板或带条是用连续铸造工艺制得的，且优选地是借助于本发明第一方面的方法，其中，金属板或带条芯部内气孔的最大尺寸小于20μm，优选为小于10μm。由于经过了连续铸造过程，连铸板坯和条带材料内肯定会带有一些气孔，这些气孔的尺寸远大于20μm。普通的轧制操作只能略微地封闭芯部的这些气孔，或者对这些气孔根本没有任何影响。根据本发明的轧制操作能使连铸板坯和条带材料中所带的气孔更小。

本发明还涉及一种改进的金属板或带条，该金属板或带条是用连续铸造工艺制得的，且优选地是借助于本发明第一方面的方法，其中，未经过重结晶的金属板或带条的芯部出现了发生变形的晶粒结构，晶粒的平均长度比它们的厚度大2-20倍，且该长度值优选为比厚度大5到20倍。由于连铸板坯在受到常规的滚轧加工时其芯部只发生轻微的变形，所以，其芯部的金属晶粒几乎未发生任何变形。根据本发明的滚轧操作可使得连铸板坯和条带材料的晶粒产生高度的变形。结果就是：可在重结晶过程中形成非常细密的晶格结构。

本发明还涉及一种改进的金属板或带条，该金属板或带条是用连续铸造工艺制得的，且优选地是借助于本发明第一方面的方法，其中，该金属板或带条在经过重结晶之后，其整个厚度范围内的重结晶度基本上是均匀一致的。包括芯部晶粒在内的所有晶粒都受到剪切作用，这就意味着：连铸板坯和条带材料的整个厚度范围内都发生了重结晶，其中的剪切作用是由根据本发明的滚轧操作所带来的。

优选的情况，其气孔尺寸为上述数值、晶粒结构发生了变形、或重结晶达到上述程度的该金属板或带条是由铝、钢、不锈钢、铜、镁、钛、或这些金属的合金制成的，原因在于这些金属很易于被用到工业应用中。

将参照一实施例对本发明进行说明。

实验使用厚度32.5mm的铝制板坯AA7050进行。所述板坯已在一双轧辊型轧机里经过滚轧，所述轧机的上轧辊具有一165mm的直径而其下轧辊具有一135mm的直径。滚轧后，板坯具有一30.5mm的厚度。

所述板坯以介于5°-45°之间的不同角度送入。当板坯送入轧机里时其温度约为450℃。两轧辊以一5转/分钟的速度被驱动。

滚轧后，板坯具有一定的曲度，所述曲度极大地取决于送入角度。板坯滚轧后的直线度在相当大程度上由送入角度决定，在此情况下，优选送入角度将取决于板坯的减小程度、材料及合金的类型、与温度。对在所述实验里已经过滚轧的铝制板坯，一优选的送入角度约为20°。

一20°的剪切角在铝制板坯——其按照所述实验经过滚轧——里测得。利用所述测量和板坯尺寸的减小，可以根据下列公式计算一等效应变：

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{eq}}=\frac{2}{\sqrt{3}}\·\sqrt{({\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{xx}}^2+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{yy}}^2)}$

所述公式用于使得可以计算一等效应变，并且是从文献《Fundamentals of metal forming》(《金属成形技术基础》，作者：R.H.Wagoner，J.L.Chenot，John Wiley & Sons，1997)中公知的。

因此，在根据所述实验已经过滚轧的板坯里，等效应变为

在利用一普通轧机进行滚轧的情况下，剪切作用不会穿过板材的厚度发生，且因此所述等效应变仅为

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{eq}}=\frac{2}{\sqrt{3}}\·\sqrt{\mathrm{In}{\left[\frac{32.5}{30.5}\right]}^2}\≈0.07$

(在板材的整个厚度上具有一均匀应变的基础上适用)。

因此，利用根据本发明的方法的滚轧会获得一等效应变，所述等效应变比采用不存在圆周速度差的传统滚轧法高三到四倍。一高的等效应变意味着板坯里更低的气孔性、更大的重结晶度以及因而更高的晶粒细化度、和板坯里第二相颗粒(构成颗粒)的更大裂纹延展率。如果等效应变增加，所述效应是工程领域里的技术人员通常所熟知的。因此，根据本发明的滚轧意味着：由于使用根据本发明的方法，所述材料的最终特性大为提高。

Claims (26)

1.连铸板坯或带条的加工方法，在该方法中，所述板坯或带条被从一轧机机座的一组转动轧辊之间穿过，以便于对其进行滚轧，其特征在于：所述轧机机座的各轧辊具有不同的圆周速度，且圆周速度的差值至少为5％、至多为100％；而且，所述板坯或带条每经一次滚轧其厚度减薄量至多为15％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述板坯或带条的厚度每经一次滚轧至多减薄8％，或者每经一次滚轧至多减薄5％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述圆周速度的差值至多为50％，或者至多20％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：按照一定的方式对所述滚轧机进行设计，使得所述轧辊具有不同的直径。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述轧辊具有不同的转速。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：滚轧过程是在升高温度的条件下进行的，对于铝材的情况，执行滚轧的温度在300℃至550℃之间，或者在425℃至475℃之间。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述板坯被按照在一送入角度送入到所述轧辊之间，该送入角度在5°至45°之间、或者在10°到25°之间、或者15°到25°之间，其中的送入角度是相对于经过所述轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：进行加工的原料是厚度至多为70mm、或者至多为25mm的板坯或带条。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在执行完首次的轧制过程之后，将该加工过程重复地执行一次或多次。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述板坯、板片或带条每次按相反方向送入到所述轧机机座中。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述板坯、板片或带条依次地通过两台或多台轧机机座。

12.根据权利要求1或9所述的方法，其特征在于：根据权利要求1至11中任一项所述的操作过程是在某一轧制操作之前或之后进行的，该轧制操作是利用一滚轧机完成的，该滚轧机的轧辊具有相等的圆周速度。

13.根据权利要求1或9所述的方法，其特征在于：所述金属板坯是由两层或多层金属组成的。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述金属板坯的两层或多层是由某金属的不同合金或不同的金属构成的。

15.利用权利要求1至14中任一项所述方法制得的金属板或带条，其中，所述金属是铝、钢、不锈钢、铜、镁、钛、或这些金属的合金。

16.根据权利要求15所述的金属板，其特征在于：所述金属板的厚度在5mm到60mm之间，或者在5到20mm之间。

17.根据权利要求16所述的金属板，其特征在于：所述金属板是由AA 1xxx系列或AA 3xxx系列的铝合金构成的。

18.根据权利要求17所述的金属板，其特征在于：所述铝合金为AA1050、AA 1200、或AA 3103。

19.根据权利要求15所述的金属带条，其特征在于：所述金属带条的厚度至多为7mm，或者至多为2mm。

20.根据权利要求19所述的金属带条，其特征在于：所述金属带条是由AA 5xxx系列的铝合金制成的。

21.根据权利要求20所述的金属带条，其特征在于：所述铝合金优选为AA 5182。

22.根据权利要求20或21所述的铝带条在机动车上的用途，其特征在于，它用作车内的结构部件。

23.金属板或带条，其是用连续铸造工艺制得的，且借助于权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属板或带条芯部内气孔的最大尺寸小于20μm，或者小于10μm。

24.金属板或带条，其是用连续铸造工艺制得的，且借助于权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述未经过重结晶的金属板或带条在其芯部具有变形过的晶粒结构，所述晶粒的平均长度比它们的厚度大2至20倍，或者比它们的厚度大5到20倍。

25.金属板或带条，其是用连续铸造工艺制得的，且借助于权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属板或带条在经过重结晶之后，在其整个厚度范围内的重结晶度是均匀一致的。

26.根据权利要求23、24或25所述的金属板或带条，其特征在于，所述金属是铝、钢、不锈钢、铜、镁、钛、或这些金属的合金。