CN1315589C - 金属锭、板或带的加工装置及由该装置制得的产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于对金属锭、金属板或金属带进行加工的装置，该装置包括一轧机机座，该轧机机座的两个可被驱动的轧辊之间具有一定的辊隙，该轧机机座被设计成可将金属锭、金属板或金属带在轧辊之间进行滚轧。根据本发明的第一方面，装置上设置有进给装置，该进给装置被设计成以5°到45°的角度将金属锭、金属板或金属带引导到轧辊之间，其中的角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。根据本发明的第二方面，装置上设置有一个或多个后随的、并带有可被驱动轧辊的轧机机座；前导轧机机座和一个或多个后随轧机机座被按照一定的方式进行设计，以使得它们的轧辊在工作过程中具有不同的圆周速度，圆周速度的差值至少可达5%，至多可达100%。

Description

金属锭、板或带的加工装置 及由该装置制得的产品

技术领域

本发明涉及一种用于对金属锭、板或带进行加工的装置，该装置包括一轧机机座，该轧机机座上两个可被驱动的轧辊之间具有一定的辊隙，该轧机机座被设计成可将金属锭、金属板或金属带在轧辊之间执行滚轧。

背景技术

这种类型的装置是公知的，其被广泛地应用在金属工业中，用于减薄金属铸造锭、板或带的厚度，以改善金属锭、板或带的机械特性。在对厚锭和厚板执行加工的过程中，通常是在升高温度的条件下利用该装置来执行轧制。在对薄板或薄带进行滚轧的过程中，并不需要在滚轧之前将金属板或金属带的温度升高。

采用现有装置进行工作的缺点在于：在经过滚轧的产品中，主要是最外层部位的机械特性获得了改善，而产品内部的改善程度则只是很低的、甚至完全没有获得改善。对于厚的金属锭，情况尤其是这样。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于对金属锭、金属板或金属带执行加工的装置，利用该装置可改善经过加工后的产品的机械特性。

本发明的另一个目的是提供这样一种装置：其能使金属锭、金属板或金属带内部的机械特性获得改善。

本发明的又一个目的是提供这样一种装置：其能以简单的方式提高产品的机械特性。

另外，本发明的再一个目的在于：应用根据本发明的装置来生产性能改善的金属锭、金属板和金属带。

根据本发明的第一方面，借助于一种用于对金属锭、金属板或金属带进行加工的装置而实现了上述目的，该装置包括一轧机机座，该轧机机座的两个可被驱动的轧辊之间具有一定的辊隙，该轧机机座被设计成可将金属锭、金属板或金属带在轧辊之间执行滚轧，该装置上设置有进给装置，该进给装置被设计成：以5°到45°的角度将金属锭、金属板或金属带引导到轧辊之间，其中的角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。

令人惊奇的是，业已发现：通过以一定的角度将金属锭、金属板或金属带送入到轧机机座的轧辊之间，可在金属锭、板或带的整个厚度范围内产生剪切效应。此外，在整个厚度范围内，该剪切作用或多或少是恒定的。首先，这一现象将能使整个厚度范围内都发生晶粒细化。在常规的轧制过程中，只能在产品的表面处产生剪切作用—进而发生晶粒细化。其次，剪切作用可封闭金属中的气孔，例如在对铝材进行铸造的过程中，通常就会形成气孔。因而，采用根据本发明的装置能封闭整个厚度范围内的气孔。主要是对于较厚的材料而言，上述的两种效应是很重要的。剪切作用还造成了材料中的共晶体颗粒发生破裂，这将能带来韧性的提高。因而，在根据本发明的装置中增设的进给装置以简单的方式实现了其所生产的材料产品性能的改善。按照一定角度来进给金属锭、金属板或金属带还能带来这样的效果：在材料厚度不会像在常规轧制工艺中那样大幅减薄的条件下，提高了轧辊对所送入材料前部的夹持力，其中，在常规的轧制工艺中，材料以0°的角度被送入到轧辊之间。按照一定角度来执行送进还能消除或降低对金属锭的拒收率，如果轧机机座由于金属锭的厚度减薄量太高而无法将其夹握住，则就会拒收该金属锭。

除了能对单一金属或金属合金制成的金属锭、板或带执行滚轧之外，根据本发明的装置还被用于对具有两层或多层金属的金属锭、金属带或金属板执行滚轧，在此情况下，各个金属层可以是由相同的金属合金构成的，也可以是由不同的金属合金或不同的金属制成的。

优选地是，所述进给装置被设计成以10°到25°的角度将金属锭、板或带送入到轧辊之间，更为优选的角度是15°到25°，更进一步优选的角度是大体上等于20°，其中，此角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。在按照10°到25°—优选为15°到25°的角度执行进给的情况下，剪切作用相对较大，同时，进给角度也没有大到对将材料送入到辊隙中的操作造成阻碍的程度。在很多情况下，已经发现：执行进给时的最佳角度大致上等于20°。

按照该装置一种有利的实施方式，进给装置包括一进给表面或一辊道。这样的设计能容易地将材料以一定角度送入到轧辊之间。进给装置也可采用其它的设计形式。

进给装置与轧机机座之间的角度优选为可调的。这就使得该角度能根据需要而与金属锭、板或带相适应，例如，如果当材料的厚度预示着某个特定的送入角度最为理想，则就可对角度进行调节。然后，可根据需要，利用该装置以不同的角度继续执行其它的轧制工作。

为了增强剪切程度，优选地按照这样的方式对轧机机座进行设计：使得轧辊在工作过程中具有不同的圆周速度，圆周速度的差值至少可达5％，至多为100％，优选为至少5％、至多50％，更为优选地是至少5％、至多20％。圆周速度的差值在部分上是由材料的厚度确定的；此外，随着轧辊间圆周速度差值的增大，剪切作用就会增强。较强的剪切作用是有利的，原因在于其能改善晶粒细化、并能促进对气孔的封闭。但在另一方面，如果速差很大，则轧辊与材料之间发生打滑的可能性就会加大，这将导致剪切作用变得不正常。

根据一种有利的实施方式，轧辊具有不同的直径和/或受到不同的驱动转速，这样就可以获得不同的圆周速度。

优选地是，装置上设置有一个或多个后随的轧机机座，这些轧机机座带有可被驱动的轧辊，在执行轧制的方向，这些后随轧机机座位于上述轧机机座的下游位置。这就使得金属锭、金属板或金属带能不间断地受到两次或多次滚轧操作，从而，利用该装置能更快地达到理想的结果。很显然，也可以使材料两次穿过同一装置，但这样就会需要更多的时间—尤其是在对金属带执行滚轧的情况下。

根据一种有利的实施方式，装置被设计成这样：在工作过程中，以5°到45°—优选为10°到25°、更为优选地是15°到25°的角度将金属锭、板或带送入到一个或多个后随轧机机座中的至少之一中，其中的角度优选为可调的。结果就是，在这些轧机机座中，材料按照一定角度从轧辊中穿过，因而，材料的整个厚度范围内都能产生剪切效应。这种设计所能带来的结果是：材料只在装置中穿行一次就能经受相当大的剪切作用。这些后随的轧机机座同样实现了材料首先被送入的那个前导轧机机座所具有的那些优点。

优选地是，对于一个或多个后随的轧机机座，还可将其中的至少一个轧机机座设计成这样：其轧辊在工作过程中具有不同的圆周速度，在此情况下，轧辊最好具有不同的直径和/或受驱动的转速是不同的。另外，通过将后随轧机机座的轧辊设置成不同的圆周速度，可进一步增大材料穿过装置时对其施加的剪切作用。那些与材料所穿过的第一个轧机机座的辊间速差相关的叙述也同样适用于此处的情况。

根据一种优选的实施方式，一个或多个后随的轧机机座中至少之一的辊隙位于前导轧机机座辊隙对称面之外。结果就是，能很容易地使材料以一定的角度穿过所述的后随轧机机座。

优选地是，在执行轧制的方向上，将支承辊布置在后随的一个或多个轧机机座的上游位置，以便于对金属锭、板或带执行支承和/或引导。这些支承辊例如可按照所需的角度将材料向后随的轧机机座进给。

按照那种不带有后随轧机机座的装置的一优选实施方式，装置的两侧均设置有进给装置，这些装置用于以5°到45°—优选为10°到25°的角度将金属锭、板或带穿入到轧辊之间，且进给装置之间的角度可在0到45°之间进行调整，轧辊可在两个转动方向上受到驱动，其中的进给角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。借助于这种装置，可以使材料前后反复地穿过该装置，且每次材料都是以5°到45°—优选为10°到25°的角度送入到装置中的，而被从装置中引导出的角度则为0°。

根据本发明的第二方面，借助于一种用于对金属带进行加工的装置而实现了上述的一个或多个目的，该装置包括一轧机机座，该轧机机座的两个可被驱动的轧辊之间具有一定的辊隙，该轧机机座被设计成可将金属带在轧辊之间执行滚轧，所述装置上设置有带有可被驱动轧辊的、一个或多个后随的轧机机座，特征在于：前导轧机机座和一个或多个后随的轧机机座被按照一定的方式进行设计，以使得它们的轧辊在工作过程中具有不同的圆周速度，圆周速度的差值至少可达5％，至多可达100％。

因而，在该装置中，金属材料要穿过两个或多个轧机机座，在任一情况下，每一轧机机座的轧辊都具有互不相同的圆周速度。结果就是，材料没有间断地穿过两个或多个轧机机座，每一轧机机座都能向材料的整个厚度施加剪切作用。因而，采用该装置能为金属材料带来显著的剪切作用，从而可达到上述那些与此相关的优点。

根据本发明第二方面的装置除了能对由同种金属或金属合金制成的金属锭、板或带执行滚轧之外，还能对具有两个或多个金属层的金属锭、板或带进行加工，在此情况下，各个金属层可以是由同种金属合金构成的，也可以是用不同的金属合金或金属制成的。

基于与上文相同的原因，在该装置中，圆周速度的差值优选为至少5％、至多50％，更为优选地是至少5％、至多20％。

同样，在此情况下，如同对本发明第一方面所作的描述那样，优选地是：前导轧机机座和后随轧机机座的轧辊具有不同的直径和/或受到不同的驱动转速。

根据一种有利的实施方式，基于与根据本发明第一方面的装置类似的原因，在此情况下，一个或多个后随的轧机机座中的至少之一的辊隙也同样位于前导轧机机座辊隙对称面之外。

此外，在此情况下，优选地是，在执行轧制的方向上，将支承辊布置在后随的一个或多个轧机机座的上游位置，以便于对金属带执行支承和/或引导。这样进行设计的原因与上文的描述相同。

优选地是，在执行轧制的方向上，进给装置被设置在前导轧机机座的上游位置，该进给装置被设计成以5°到45°—优选为10°到25°、更为优选为15°到25°的角度将金属带引导到轧辊之间，进给装置优选地包括一进给表面或一辊道。这样的设计措施使得轧辊能对所送入的材料具有良好的夹持性。

本发明还涉及一种利用上述装置制得的金属锭、金属板或金属带，该金属锭、板或带的整个厚度范围内都具有均匀一致的剪切效果。

所述金属优选为铝、钢、不锈钢、铜、镁、钛、或这些金属中之一的合金。这是一些被用在工业中的金属，因而希望它们具有良好的机械特性。

附图说明

下文将参照附图并基于示例性的实施方式对本发明进行介绍，在附图中：

图1是一个高度简化的示意图，表示了根据本发明装置的一种示例性

实施方式。

具体实施方式

附图表示了本发明装置的一种实施方式1，其具有一个第一轧机机座11和两个后随的轧机机座12、13，图中用矩形框示意地指代轧机机座。每一轧机机座都具有各自的轧辊11a、11b-13a、13b。一进给表面10设置在第一轧机机座11的上游位置，一金属锭2—例如铝锭在该进给表面上进行输送。图中未表示出用于对金属锭2进行输送的装置、以及用于驱动轧机机座的装置，对于本领域技术人员来讲，这些装置是公知的。

在该示例性的实施方式中，按照这样的方式来对轧机机座进行布置：使得轧机机座11和13具有共同的对称面P，该对称面经过两轧机机座辊隙的中心。经过轧机机座11中轧辊11a、11b中心轴线的平面Q与对称面P垂直，经过轧机机座13中轧辊13a、13b中心轴线的平面T也与对称面P垂直。

轧机机座12的一个平面S经过其轧辊12a、12b的中心轴线，该平面同样也垂直于平面P。但是，经过轧机机座12辊隙中心的对称面R却相对于平面P向上偏移。结果就是，金属锭2按照一定角度穿过轧机机座12，然后再以一个角度穿过轧机机座13。

进给表面10相对于平面P的角度为α，α一般约为20°。该角度α是可调的，且可与材料的类型和厚度相适配。

在轧机机座11、12和13之间设置有支承辊和引导辊15a、15b-18a、18b，以便于将经过轧机机座11滚轧后的金属锭2引导向轧机机座12和13，并在该引导路径上对金属锭提供支撑。

轧辊11a和11b具有不同的直径，因而，对于相同的角速度，它们的圆周速度是不同的。轧辊12a、12b的直径也是不同的，但在此情况下，尺寸大小的差别则是与上述情况相反的。这样的设计就意味着：金属锭2在经过轧机机座11、12时所产生的剪切作用为相反的型式。在经过轧机机座11时发生了变形的材料在穿过轧机机座12的过程中会按照原样而恢复变形。

在该示例性实施方式中，轧机机座13的轧辊13a、13b具有相同的直径。该轧机机座按照常规的方式对金属锭2执行滚轧，但也可以将轧辊13a、13b设计为不同的转速，从而使它们具有不同的圆周速度。如果情况属于后者，则轧机机座13将有助于促进金属锭2中的剪切作用。

很显然，根据本发明的装置能被用来对各种金属锭、金属板和金属带执行滚轧，其中的金属例如是钢、铝、不锈钢、铜、镁或钛，该装置还可对相互叠垛着的两个或多个金属锭执行滚轧。金属锭可以是由互不相同的金属或合金组成的。如果必要的话，还可对该装置作出处于本领域技术人员常识范围内的调整。

上文描述的、并表示在图1中的装置使得金属锭、板或带按照蛇行的方式穿过该装置，并由该装置进行滚轧。很显然，也可依照其它的形式来对这些轧机机座的相对位置进行布置，还可以使用更多或更少的轧机机座，且还可使用只具有一台轧机机座11的装置。此外，可任选地将多个轧辊设计为具有不同的直径和/或受到不同的驱动转速。也可采用其它的装置来支承和/或引导金属锭、板或带。

还可利用其它的进给装置来取代进给表面10，其中的进给装置例如是辊道或为条带材料所设的单输送辊，此输送辊必须被设置成这样：使得条带材料以角度α穿入到轧机机座11的辊隙中。

在根据本发明装置的另一实施方式(图中未示出)中，去掉了进给表面10，且设置了至少两个轧机机座—例如轧机机座11和12，这些轧机机座的轧辊具有不同的圆周速度，且圆周速度的差值至少可达5％，至多可达100％。轧机机座的布置、以及其它的设计均与图1所示的情况类同，且能按照类似的方式进行改动。

下面将参照一示例性的实施方式对本发明进行解释。

采用厚度为32.5mm的AA7050号铝锭进行了试验。在一台具有两个轧辊的轧机机座中对铝锭执行了一次滚轧，在这两个轧辊中，上辊的直径为165mm，下辊的直径为135mm。在经过滚轧之后，铝锭的厚度变为30.5mm。

以5°到45°范围内不同的角度将铝锭送入到装置中。铝锭被送入到该轧制装置中时的温度约为450℃。两轧辊的受驱转动速度为5rpm。

在经过滚轧之后，铝锭具有了一定的弯度，此曲率在很大程度上取决于送入时的角度。金属锭在经过滚轧后的平直度在很大程度由送入角度决定，在此条件下，最佳的送入角度将取决于金属锭尺寸的减小量、金属材料和合金的类型、以及温度。对于在上述温度中受到滚轧的铝锭而言，最佳的送入角度约为20°。

在被根据上述试验条件进行了轧制的铝锭中，测得的剪切角为20°。可利用该测量值和铝锭尺寸的减小量、按照如下的公式计算出等效应变：

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

该公式可被用来表征在一维方向上的应变，可从John Wiley & Sons于1997年出版的、由R.H.Wagoner和J.L.Chenot所著的“Fundamentalsof metal forming”(《金属成型基础原理》)一书中找到该公式。

因而，在已被根据当前试验进行了轧制的铝锭中，等效应变为：

在利用普通的轧辊执行轧制的情况中，剪切作用并非在金属板的整个厚度范围内发生，因而，其等效应变仅为：

${\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{eq}}=\frac{2}{\sqrt{3}}\·{\sqrt{\ln \left(\frac{32.5}{30.5}\right)}}^2\≈0.07$

(上面的计算假定金属板整个厚度范围的应变都是均匀的)

因而，采用根据本发明方法所执行的轧制将使等效应变比圆周速度无任何差异的普通轧制工艺高3-4倍。等效应变较高就意味着：金属锭中的气孔更少；重结晶度更大，从而具有更好的晶粒细化作用；金属锭中更大量的次生相颗粒(成分组成颗粒)被破碎。本工程领域的金属人员一般会认识到如等效应变增大所能带来的这些效果。因而，根据本发明的技术方案执行轧制就意味着：由于采用了根据本发明的方法，材料经过加工后的机械特性获得了很大的改善。

Claims (25)

1.用于对金属锭、金属板或金属带进行加工的装置，该装置包括一轧机机座，该轧机机座的两个可被驱动的轧辊之间具有一辊隙，该轧机机座被设计成可将金属锭、金属板或金属带在轧辊之间进行滚轧，其特征在于：所述装置上设置有进给装置，该进给装置被设计成以5°到45°的角度将金属锭、金属板或金属带引导到轧辊之间，其中的角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述进给装置被设计成以10°到25°的角度将金属锭、板或带送入到轧辊之间，其中，此角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述进给装置被设计成以15°到25°的角度将金属锭、板或带送入到轧辊之间，其中，此角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述进给装置包括一进给表面或一辊道。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述进给装置与所述轧机机座之间的角度是可调的。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：按照一定的方式对所述轧机机座进行设计，使得所述轧辊在工作过程中具有不同的圆周速度，圆周速度的差值至少可达5％，至多为100％。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：按照一定的方式对所述轧机机座进行设计，使得所述轧辊在工作过程中具有不同的圆周速度，圆周速度的差值至少可达5％，至多为50％。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：按照一定的方式对所述轧机机座进行设计，使得所述轧辊在工作过程中具有不同的圆周速度，圆周速度的差值是至少5％，至多20％。

9.根据权利要求6到8中任一项所述的装置，其特征在于：所述轧辊具有不同的直径和/或能以不同的转速被驱动。

10.根据权利要求6到8中任一项所述的装置，其特征在于：所述进给装置被设计成以10°到25°的角度将金属锭、板或带送入到轧辊之间，其中，此角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。

11.根据权利要求6到8中任一项所述的装置，其特征在于：所述进给装置被设计成以15°到25°的角度将金属锭、板或带送入到轧辊之间，其中，此角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。

12.根据权利要求6到8中任一项所述的装置，其特征在于：所述进给装置包括一进给表面或一辊道。

13.根据权利要求6到8中任一项所述的装置，其特征在于：所述进给装置与所述轧机机座之间的角度是可调的。

14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置上设置有一个或多个后随的轧机机座，这些轧机机座带有可被驱动的轧辊，在执行轧制的方向，所述后随轧机机座位于所述轧机机座的下游位置。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：所述装置被设计成这样：在工作过程中，以5°到45°的角度将金属锭、板或带送入到一个或多个后随的轧机机座中的至少之一中。

16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：所述装置被设计成这样：在工作过程中，以10°到25°的角度将金属锭、板或带送入到一个或多个后随的轧机机座中的至少之一中。

17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：所述装置被设计成这样：在工作过程中，以15°到25°的角度将金属锭、板或带送入到一个或多个后随的轧机机座中的至少之一中。

18.根据权利要求15到17中任一项所述的装置，其特征在于：所述角度是可调的。

19.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：一个或多个后随轧机机座中的至少一个轧机机座被设计成这样：其轧辊在工作过程中具有不同的圆周速度，所述轧辊具有不同的直径和/或所述轧辊可能以不同的转速被驱动。

20.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：一个或多个后随轧机机座中至少之一的辊隙位于所述轧机机座的辊隙的对称面之外。

21.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：在执行轧制的方向上，支承辊被布置在一个或多个后随轧机机座的上游位置，以便于对金属锭、板或带执行支承和/或引导。

21.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置的两侧均设置有进给装置，这些进给装置用于以5°到45°的角度将金属锭、板或带穿入到轧辊之间，且所述进给装置之间的角度可在0°到45°之间进行调整，所述轧辊可在两个转动方向上受到驱动，其中的进给角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。

22.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置的两侧均设置有进给装置，这些进给装置用于以10°到25°的角度将金属锭、板或带穿入到轧辊之间，且所述进给装置之间的角度可在0°到45°之间进行调整，所述轧辊可在两个转动方向上受到驱动，其中的进给角度是相对于经过轧辊中心轴线的平面的垂线而言的。

23.利用根据权利要求1至22中任一项所述装置制得的金属锭、金属板或金属带，该金属锭、板或带的整个厚度范围内都具有均匀一致的剪切效果。

24.根据权利要求23所述的金属锭、板或带，其中的金属为铝、钢、不锈钢、铜、镁、钛、或这些金属合金之一。

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