UA79005C2 - Process for production of magnesium alloy strip by twin roll casting and strip produced by the method - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід стосується розливки між парою валків магнію і магнієвого сплаву (далі - "магнієвого сплаву"). 2 Концепція розливки металів між парою валків була відома вже за часів винаходів Г. Бесемера у середині 1800-х років. Однак, лише через 100 років почали вивчати комерційні можливості такої технології. Концепція, запропонована Бесемером, базувалась на виготовленні стрічки з використанням системи металоподачі, в якій розплавлений метал подається угору через зазор між двома паралельними рознесеними валками. Пізніші пропозиції базувались на подачі розплавленого металу до валків у напрямку вниз. Однак, дійшли висновку, що 710 найкращим варіантом є вертикальне розташування валків, а не горизонтальне, яке передбачалось у попередніх пропозиціях. При вертикальному розташуванні валків, бажано, щоб їх осі лежали у площині, нахиленій під кутом 159 до вертикалі. У такому варіанті нижній валок є зміщеним у напрямку вниз відносно верхнього валка і відносно напрямку проходження сплаву до і після зазору.

Комерційне використання розливки металів між парою валків є обмеженим. Набір сплавів, з якими її т застосовували, обмежуються алюмінієвими сплавами. Спроби застосувати цю технологію до магнієвих сплавів мали обмежений успіх.

Для того, щоб успішно застосувати розливку металів між парою валків до магнієвих сплавів, необхідно розв'язати декілька проблем. Першою з них є схильність розплавленого магнієвого сплаву окислюватись і спалахувати, а контакт з вологою з будь-якого джерела створює потенційну небезпекою вибуху. Існують 20 процедури, базовані на створенні належного потоку газу або атмосфери, що запобігає окислюванню і займанню, а вологу можна усунути. Магній і деякі магнієві сплави, які не містять або містять недостатню кількість берилію (наприклад АЇ231), мають таку високу схильність до окислення у розплавленому стані, що для реалізації розливки металів між парою валків, такий потік або атмосфера є недостатніми. Боротьба з цими проблемами настільки ускладнює процес розливки металів між парою валків, що проблемою стає сама складність. с 25 Іншою проблемою є теплоємність магнієвих сплавів, внаслідок чого ці сплави швидко застигають порівняноз (У алюмінієвими сплавами. Крім того, порівняно з алюмінієвими сплавами температури застигання деяких магнієвих сплавів (наприклад, АМбО і А7291) лежать у значно ширших межах або існує більша різниця між температурами плавлення і застигання. Ця різниця може становити 70-100 оС або вище, порівняно з цим значенням для алюмінієвих сплавів (10-202С). Така велика різниця між температурами плавлення і застигання й 30 створює поверхневі і сегрегаційні дефекти у листі, виготовленому розливкою металів між парою валків в с звичайних умовах. о

Важливою є задача зниження вартості операцій, включаючи вартість витратних матеріалів | приготувань до розливки, щоб зробити розливку металів між парою валків конкурентоздатною, більш гнучкою як для коротких (22) з (наприклад, один день), так і для тривалих періодів операцій (наприклад, тиждень), а також для розширення М області застосування. Ця проблема є загальною для технології розливки металів між парою валків, але для розливки магнієвих сплавів вона є особливо гострою внаслідок описаних вище ускладнень. Важливо також удосконалити технологію розливки між парою валків для поліпшення якості стрічки. Це взагалі важливо для такої технології, але особливо важливо для магнієвих сплавів для забезпечення високої якості поверхні і звільнення « 20 від внутрішніх сегрегаційних дефектів. -в

Винахід спрямований на створення процесу розливки між парою валків магнію і магнієвих сплавів з с вирішенням щонайменше однієї або більше з зазначених вище проблем. :з» Задачею винаходу є створення удосконаленого способу розливки між парою валків магнієвих сплавів для виготовлення стрічки з магнієвого сплаву бажаної товщини і ширини. Спосіб згідно з винаходом забезпечує 15 отримання стрічки шириною до ЗООмм і більше, наприклад, 1300мм. Товщина стрічки може лежати у межах від -1 нижче 1мм до приблизно 5мм, і становить переважно приблизно Змм.

Спосіб розливки металів між парою валків полягає в подачі розплавленого сплаву у камеру, сформовану між се) форсункою і парою суттєво паралельних валків, які обертаються у протилежних напрямках, мають внутрішнє о рідинне охолодження і розташовані один над другим з зазором між ними. Процес включає введення 5р розплавленого магнієвого сплаву через форсунку і охолодження цього сплаву шляхом відбирання з нього («в) теплової енергії охолодженими валками, завдяки чому досягається суттєво повне затвердіння магнієвого сплаву сп у камері перед проходженням цього сплаву через зазор між валками.

Ці загальні операції процесу згідно з винаходом є подібними до тих, що застосовуються для алюмінієвих сплавів. Але цим схожість процесів для магнієвих і алюмінієвих сплавів обмежується. Незважаючи на відзначену схожість, процес розливки металів між парою валків для алюмінієвих сплавів дуже мало дає для створення такого ж процесу для магнієвих сплавів. Що ж до розливки металів між парою валків для інших сплавів їх

ГФ) подібність до такої розливки для алюмінієвих сплавів також не допомагає побудові процесу для магнієвих

Ге сплавів.

Отже, згідно з винаходом, запропоновано процес виробництва стрічки з магнієвого сплаву розливкою металу во між парою валків, який включає такі операції: (а) проведення розплавленого сплаву з джерела постачання у пристрій живлення; (Б) постачання розплавленого сплаву з пристрою живлення через форсунку у камеру, сформовану між подовженим вихідним отвором форсунки і парою суттєво паралельних валків, розташованих один над одним з утворенням зазору між ними; (с) обертання зазначених валків у протилежних напрямках і протягування цим сплаву з камери через зазор 65 одночасно з постачанням згідно з (Б);

(4) проведення охолоджуючої рідини через кожний валок під час операції (с) для внутрішнього охолодження валків і охолодження цим сплаву, введеного у камеру, відбиранням з нього теплової енергії охолодженими валками, завдяки чому досягається суттєво повне затвердіння магнієвого сплаву у камері перед проходженням цього сплаву через зазор між валками і виходом з цього зазору у вигляді гарячекатаної стрічки з сплаву; причому цей процес додатково включає: - підтримання температури сплаву у його джерелі на рівні, достатньому, щоб температура сплаву у пристрої живлення забезпечувала перегрівання сплаву, перевищуючи його температуру плавлення; - підтримання контрольованого суттєво постійного рівня розплавленого сплаву у пристрої живлення таким, 7/0 що перевищує висоту центральної лінії зазору у площині, що містить осі валків: і - підтримання відбирання теплової енергії охолодженими валками при виконанні операції (а) на рівні, достатньому для забезпечення виходу стрічки сплаву з зазору при температурі нижче приблизно 4002С; завдяки чому гарячекатана стрічка з сплаву стає суттєво вільною від тріщин і має високу якість поверхні.

У процесі згідно з винаходом магнієвий сплав може постачатись до вхідного кінця форсунки для проходження 7/5 Через нього і проникнення у камеру через вихідний кінець форсунки з пристрою живлення, що є розливним жолобом, в який сплав постачається з належного джерела сплаву. Замість розливного жолоба може бути використаний резервуар з поплавковим регулятором рівня або інший пристрій. Необхідно, щоб пристрій живлення забезпечував контрольований суттєво постійний ливарний податок розплавленого магнієвого сплаву, тобто щоб рівень розплавленого сплаву у розливному жолобі, резервуарі тощо контрольовано підтримувався суттєво постійним і таким, що перевищує за висотою перетин горизонтальної центральної площини форсунки і площини, що містить осі валків. Відносно цього перетину, який, по суті, відповідає центральній лінії зазору між валками у цій площині, ливарний податок магнієвого сплаву для зазначеної вище товщини стрічки згідно з винаходом має становити, бажано, 5-22мм. Ливарний податок може становити 5-10мм для магнію і магнієвих сплавів з низькими рівнями вмісту присадок, наприклад, для комерційного чистого магнію і А731, і 7-22мм для с магнієвих сплавів з високими рівнями вмісту присадок, наприклад, для АМБбО і А291.

Вимога до ливарного податку 5-22мм згідно з винаходом дуже відрізняється від подібних вимог при розливці і) алюмінієвих сплавів між парою валків, де ливарний податок має становити приблизно 0-Тмм. Ця різниця, сама по собі важлива, є взаємопов'язаною з іншими важливими відмінностями, що розглядаються нижче.

У процесі згідно з винаходом магнієвий сплав, що подається у розливний жолоб або інший пристрій ю живлення, є перегрітим до рівня вище температури плавлення. Перегрів може становити від приблизно 159 до приблизно 602С, Взагалі нижчі межі, наприклад, від 159С до приблизно 352С, бажано, від приблизно 202 до о 2590, є більш відповідними для магнію і магнієвих сплавів з низькими вмістами присадок. Для сплавів з І ав високими вмістами присадок бажаними є вищі межі перегріву, від приблизно 35923 до приблизно 50-6020. Ф

Перегрів, необхідний для розливки магнієвого сплаву між парою валків, є таким же, як і для алюмінієвих сплавів, який становить приблизно 20-602С, звичайно приблизно 402 вище температури плавлення, що ж до і - магнієвих сплавів, перегрів становить 15-359С7 для магнієвих сплавів з низькими вмістами присадок і 35-50-602С.для сплавів з високими вмістами присадок. Незважаючи на схожість, існують важливі відмінності між цими двома типами сплавів - магнієвих і алюмінієвих. Однією з відмінностей між алюмінієвими сплавами і « магнієвими сплавами, зокрема, магнієвими сплавами з високими вмістами присадок, є різниці між З температурами зрідження і застигання. Якщо ця температурна різниця для алюмінієвих сплавів становить с приблизно 10-202С, для магнієвих сплавів з високими вмістами присадок ця різниця становить приблизно "з 70-1002С і може бути навіть значно більшою. Навіть тоді, коли температурні межі застигання для алюмінієвих сплавів і магнієвих сплавів з низькими вмістами присадок є однаковими, магнієві сплави мають значно кращу придатність до розливки, ніж алюмінієві сплави. - 15 При розливці між парою валків магнієвих сплавів з високими вмістами присадок можна досягти контрольованого повного застигання розплавленого сплаву у відносно вузькій зоні між вихідним отвором (Се) форсунки і міжвалковим зазором. З огляду на це є дивною доцільність перегрівання вище точки плавлення о сплаву. Слід відзначити, що таке перегрівання значно збільшує кількість теплової енергії, яку необхідно відібрати з розплавленого сплаву, щоб досягти його повного затвердіння. Зрозуміло, що відносно велика різниця («в) 50 між температурами плавлення і застигання у магнієвих сплавів з високим вмістом присадок також утруднює сп контроль повного затвердіння. Взагалі необхідної контрольованості можна досягти, якщо проводити розливку в умовах, що забезпечують температуру стрічки на виході з валків у потрібних межах. Зокрема, необхідно, щоб на виході з валків стрічка з магнієвого сплаву мала температуру поверхні нижче приблизно 40020. 5 При розливці між парою валків магнієвих сплавів з високими вмістами присадок має бути забезпечене повне застигання розплавленого сплаву у відносно вузькій зоні між вихідним отвором форсунки і міжвалковим зазором. (Ф) Ця зона не є такою вузькою для сплавів з низьким вмістом присадок, як для сплавів з високим вмістом присадок.

Ге Незважаючи на це і на нижчий рівень перегрівання для сплавів з низьким вмістом присадок, цей рівень є дивним, хоча й більш прийнятним з огляду на вужчі межі температури застигання. І у цьому випадку необхідного режиму бо Можна досягти, якщо проводити розливку в умовах, що забезпечують температуру стрічки на виході з валків нижче приблизно 4002. Бажано, щоб ця температура була значно нижчою 4002сС, наприклад, від приблизно 1802С до приблизно 3002 для сплавів з низьким вмістом присадок.

Як було відзначено, необхідно, щоб температура поверхні стрічки була нижче 4002С. Однак, наскільки вона має бути нижчою, залежить від вмісту присадок у сплаві. Для магнієвих сплавів з високим вмістом присадок для 65 отримання стрічки без тріщин і з високою якістю поверхні необхідно на виході з валків забезпечувати температуру стрічки приблизно 300-4002С. Для магнієвих сплавів з низьким вмістом присадок для отримання стрічки без тріщин і з високою якістю поверхні необхідно на виході з валків забезпечувати нижчу температуру стрічки, а саме, приблизно 1800-3002.

З підвищенням температури збільшується імовірність появи тріщин, поверхневих дефектів і гарячих плям.

Однак, для забезпечення потрібних температур стрічки на виході з валків необхідно відібрати значну кількість теплової енергії особливо від сплавів з низьким вмістом присадок. Зрозуміло, що причинами цього є перегрівання, теплова енергія, необхідна для перекриття різниці між температурами плавлення і затвердіння сплаву, і необхідність зниження поверхневої температури до рівня значно нижче температури затвердіння.

Температура поверхні у загальних межах 180-400 залежить від температури затвердіння сплаву. Вона може 70 бути нижчою для товщої стрічки, оскільки ці температура має відповідати температурі у центрі стрічки, нижчій за температуру затвердіння.

Зазначена верхня температурна межа 4002 для поверхні стрічки відповідає температурі, на 40-190 «С нижчій за температуру затвердіння магнієвих сплавів, призначених для розливки. Для того, щоб температура у центрі стрічки була на належному рівні, температура поверхні має бути щонайменше приблизно на 859. нижчою 75 за температуру затвердіння даного сплаву. Для алюмінієвих сплавів необхідним є лише затвердіння стрічки по усій її товщині, тобто щоб температура у центрі стрічки була нижчою за температуру затвердіння. За таких умов стрічка з алюмінієвого сплаву має міцність, достатню для гарячої прокатки. Для гарячої прокатки стрічки з магнієвого сплаву необхідно, щоб температура по суттєво всій її товщині була значно нижчою за температуру затвердіння.

Ще однією відмінністю процесу згідно з винаходом від процесу виготовлення стрічки з алюмінієвого сплаву є питоме навантаження. Питоме навантаження на валки у процесі згідно з винаходом для магнієвих сплавів становить від приблизно 2кг до приблизно 500кг на мм довжини валка. Бажані межі становлять 100-200кг/мм, але можуть бути значно меншими, а саме, від приблизно 2 до приблизно 20кг/мм, оскільки питоме навантаження у процесі згідно з винаходом може бути на порядок нижчим, ніж питомі навантаження при виготовленні стрічки з Ге! алюмінієвого сплаву розливкою між парою валків. Для алюмінієвих сплавів питоме навантаження становить (5) звичайно від приблизно 300 до приблизно 1200кг/мм. У будь-якому разі розглядається обтиснення сплаву, що проходить через міжвалковий зазор. Питомі навантаження при гарячій прокатці алюмінієвих сплавів забезпечують зменшення товщини приблизно на 20-25905. На відміну від цього питоме навантаження для процесу розливки магнієвого сплаву між парою валків згідно з винаходом дає зниження товщини приблизно на 4-9965. ІФ)

Як і у випадку вибору температури поверхні стрічки (180-4002С), вибір навантаження і відповідного йому о зменшення товщини визначається вимогою отримання стрічки з магнієвого сплаву, вільної від тріщин і з високою якістю поверхні. При вищих навантаженнях і більших зниженнях товщини важче уникнути тріщин, а імовірність (ав) появи поверхневих дефектів підвищується. Фо

Для перекриття різниці між температурами плавлення і затвердіння і для запобігання сегрегації необхідно відносно швидко відбирати теплову енергію з розплавленого сплаву, що твердіє. Температура сплаву при ї- контакті з поверхнею валків швидко падає до рівня нижче точки затвердіння, але ближче до центру стрічки охолодження є не таким швидким. Коли стрічка у процесі формування просувається до міжвалкового зазору, лінії, що відповідають температурі плавлення у повздовжньому перетині через товщину стрічки, мають М-подібну « форму, яка спрямована у напрямку просування стрічки і простягається від точок контакту сплаву з кожним з валків. Такі ж лінії, що відповідають температурі затвердіння, також мають М-подібну форму, спрямовану у тому т с ж напрямку від тих же точок контакту, але з більшим внутрішнім кутом між боками "М". Отже, температурна ч різниця між цими лініями плавлення і затвердіння сплаву зростає у напрямку руху стрічки з відстанню від » поверхні кожного валка до центра стрічки, що формується. Необхідно підтримувати цю температурну різницю мінімальною. Було виявлено, що цього можна досягти, якщо стрічка, що виходить з міжвалкового зазору, має температуру поверхні нижче приблизно 4002С, наприклад, у межах 3000-4002. - У камері між форсункою і валками площа поперечного перетину площиною, паралельною тій, що містить осі о валків, зменшується, досягаючи мінімуму у міжвалковому зазорі внаслідок кривизни поверхні валків. Відстань від вихідного отвору форсунки до цією площини називають "зоною затримки". На шляху через цю зону затримки о розплавлений магнієвий сплав, що виходить з вихідного отвору, проходить коротку початкову відстань, що о 20 відповідає затримці, перед контактом з валками, яка відбувається уздовж повздовжньої лінії кожного валка на його поверхні. Відстань від вихідного отвору до відповідної лінії контакту кожного валка залежить від ширини сл кромок вихідного отвору форсунки, близькості фітингу форсунки між валками і діаметра валків. У процесі згідно з винаходом зона затримки змінюється залежно від діаметра валків і може становити від приблизно 12мм до приблизно 17мм для валків діаметром приблизно 185мм. Зона затримки збільшується або зменшується з 29 збільшенням або зменшенням діаметра валків, наприклад, для валків з діаметром приблизно 255мм бажана

ГФ! зона затримки становить від приблизно 28мм до приблизно З5мм, наприклад, ЗОмм.

Початкова частина зони затримки, від вихідного отвору форсунки до згаданої вище лінії, де сплав контактує о з поверхнею кожного валка, залежить від діаметра валків і зони затримки. Бажана початкова зона затримки має бути такою, щоб такі фактори, як поверхневий натяг магнієвого сплаву і ливарний податок створювали опуклий 60 меніск на верхній і нижній поверхнях розплавленого металу по всій довжині початкової частини. Залежно від товщини стрічки ця початкова частина може становити до 3595, наприклад, 10-3095 зони затримки, причому затвердіння сплаву відбувається на решті цієї довжини перед досягненням міжвалкового зазору. На ділянці між лініями контакту опуклого меніску сплаву з валками повне затвердіння сплаву між верхньою і нижньою поверхнями відбувається, бажано, раніше, ніж на кінцевих 5-1595 зони затримки, що знаходяться безпосередньо бо перед міжвалковим зазором. Отже, повне затвердіння сплаву по всій товщині стрічки у процесі формування може бути необхідним на ділянці не більше приблизно 5095 зони затримки. Однак, деяке охолодження перегріву відбувається у форсунці і в початковій частині зони затримки.

Особливості розливки між парою валків магнієвого сплаву згідно з винаходом дає практичні переваги над стандартними процедурами для алюмінієвих сплавів. Ці переваги стосуються ініціювання початку циклу

ДВозливки. Процедури такого ініціювання згідно з винаходом тривають не більше декількох хвилин, наприклад, від 0,5 до 3-б5хвил. порівняно з тривалістю таких процедур для алюмінієвих сплавів, які досягають 50хвил.

При стандартній розливці між парою валків алюмінієвого сплаву сплаву використовують призупинене або твердолистове ініціювання. При призупиненому ініціюванні валки обертаються з швидкістю, що суттєво перевищує робочу, наприклад, на 4095, на початку циклу розливки. Розплавлений сплав не може заповнити /о камеру між форсункою і валками при високих швидкостях обертання. Тому у цьому режимі можна одержати лише поламаний лист, тонший за потрібний, хоча ширина його продовжує збільшуватись. Після досягнення повної ширини швидкість обертання валків поступово знижують, завдяки чому товщина листа поступово зростає.

Нарешті камера заповнюється і встановлюється стабільний робочий режим з робочою швидкістю обертання валків.

При твердолистовому ініціюванні швидкість обертання валків спочатку є нижчою за робочу, наприклад, на 4095. Знижена швидкість дозволяє заповнити камеру між форсункою і валками і швидко почати виготовлення "твердого листа" повних товщини і ширини. Швидкість обертання валків поступово збільшують до досягнення стабільного робочого режиму з робочою швидкістю обертання валків.

Обидві описані варіанти ініціювання для алюмінієвого сплаву пов'язані з тривалим періодом часу, потрібним 2о для ефективної стабілізації температурного режиму. Ініціювання робочого режиму полягає в подачі розплавленого сплаву у розливний жолоб і подачі його звідти далі до форсунки. Нагрівання розливного жолоба і форсунки сплавом, що надходить, є поступовим, і тому потрібно багато часу для досягнення урівноваження температур в усьому пристрої розливки.

Було виявлено, що можна швидко і ефективно досягти рівноважної робочої температури попереднім сч нагріванням розливного жолоба або іншого пристрою живлення і форсунки. Для цього бажано вдувати гаряче повітря у розливний жолоб і через нього і потім через форсунку до її вихідного отвору. Температура гарячого і) повітря має бути достатньою для швидкого нагрівання розливного жолоба до робочої температури і має становити від приблизно 5002С до 6552С, наприклад, від 5502С до 6002С. За короткий час форсунка нагрівається до достатньої температури приблизно 200-4002С по всій довжині. Наприклад, у місцях, де форсунка має ою внутрішні напрямні елементи для спрямовування сплаву до кожного кінця вихідного отвору і забезпечення цим однорідності потоку сплаву по довжині вихідного отвору, температура може становити приблизно 4009С на о кожному кінці вихідного отвору і, оскільки гаряче повітря затримується напрямними елементами, температура (ав) центральної частини вихідного отвору може становити приблизно 20020.

Попереднє нагрівання у процесі згідно з винаходом дозволяє досягти рівноважної температури не більш, ніж Ф за декілька хвилин, наприклад, 3-бхвил. Призупинене ініціювання пов'язане з значним ризиком того, що - розплавлений сплав не затвердіє перед проходженням через міжвалковий зазор, а при розливці магнієвого сплаву пов'язане з ризиком займання. Хоча твердолистова процедура більш надійно забезпечує повне затвердіння сплаву перед проходженням через валки, існує ризик загоряння, зумовлений можливістю витоку « розплавленого сплаву з камери між форсункою і валками. Винахід усуває необхідність у цих тривалих процедурах ініціювання при розливці алюмінієвого сплаву між парою валків, оскільки швидкість досягнення - с температурної рівноваги дозволяє виконувати процедуру ініціювання при швидкості обертання валків, близькій и до повної робочої швидкості. Отже, забезпечується швидкий перехід до виробництва листа повної товщини і є» повної ширини.

Було виявлено, що при розливці металів між парою валків згідно з винаходом можуть мати місце значні коливання температури по ширині стрічки або листа на виході з міжвалкового зазору. Внаслідок цих коливань -і центральна зона стрічки стає гарячішою за кромкові зони. Відхилення температури можуть досягати приблизно с 7090 і звичайно перевищують приблизно 2020. Ці відхилення можуть спричинити появу поверхневого дефекту, який називають гарячою лінією, /або викликати викривлення стрічки внаслідок температурних напружень. («в Подібні температурні варіації І наслідки можуть мати місце у сплавах, відмінних від магнієвих. о 20 Ми виявили, що ці температурні коливання можуть бути щонайменше знижені застосуванням форсунки модифікованої форми. Модифікована форсунка має верхню плату і донну плату з розширенням вихідного отвору сл форсунки вбік, утвореним відповідною кромкою кожної з цих плат. У центральній частині щонайменше однієї з плат ця кромка зсунута назад відносно кінцевої частини кромки. Центральна частина кромки має довжину і розташування, які відповідають центральній зоні стрічки або листа, що підлягають розливці. Хоча центральна частина кожної плати може бути зсунута назад, бажано, щоб такий зсув мала лише верхня плата. о Бажано, щоб цей зсув був суттєво однаковим у напрямку поперек центральної частини, хоча припустимим є зсув у формі увігнутої дуги. Бажаним є зсув, менший приблизно 7мм, наприклад, 2-4мм. Завдяки такому зсуву, ко суміщеному з зоною стрічки, де без такого зсуву переважала б відносно вища температура, поперечна різниця температур на стрічці може бути суттєво знижена або усунута. Таким чином, зниження або усунення гарячої лінії 60 знижує або усуває викривлення стрічки.

Як уже відзначалось, розливка між парою валків магнієвих сплавів пов'язана з декількома проблемами, які потребують вирішення. Першою з них є ризик окислювання і загоряння. Винахід не виключає необхідності процедур, базованих на використанні належних обдування і атмосфери. Однак винахід передбачає подальше зниження цього ризику. Так, ефективна процедура ініціювання згідно з винаходом суттєво знижує ризик б5 загоряння від неповного затвердіння розплавленого сплаву перед проходженням через валки або від виливання розплавленого сплаву з камери між форсункою і валками. Крім того, низьке навантаження на валки (приблизно

2-5О00кг/мм) і, відповідно, низькі обтиснення у сполученні з обмеженим перегріванням і швидким затвердінням перед проходженням через міжвалковий зазор також знижують ризик потрапляння розплавленого сплаву під дію атмосфери через тріщини і поверхневі дефекти при проходженні через міжвалковий зазор.

Як уже відзначалось, винахід не виключає використання належної атмосфери для відвернення ризику загоряння. Однак, бажане втілення винаходу передбачає удосконалення існуючих процедур. Для відвернення загоряння звичайно використовують суміш сульфургексахлориду у сухому повітрі. Така суміш не підходить для магнієвих сплавів ксахлориду у сухому повітрі. Така суміш не підходить для магнієвих сплавів з високим вмістом алюмінію, оскільки не завжди є надійною на початку і наприкінці розливки. Ми виявили, що у будь-якому 7/0 Випадку є можливим суттєве удосконалення, яке полягає у доданні до цієї суміші декількох процентів (приблизно 2-395 за об'ємом) гідрофлуоркарбону, бажано, 1,1,1,2-тетрафлуоретану, який має позначення НЕС-134а8. Можна використати і інші гази з або без ЗЕ/НЕС-134а.

У процесі розливки захисна атмосфера 5Ев/сухе повітря або інша забезпечує захист від загоряння. Якщо при розливці певного сплаву такий захист є недостатнім, використовується ця суміш з доданням гідрофлуоркарбону, бажано, НЕС-134а. Це суттєво поліпшує захист від загоряння. Однак, коли для захисту сплаву суміш 5Ер/сухе повітря є достатньо ефективною, взагалі необхідно додавати гідрофлуоркарбон протягом короткого періоду на початку і наприкінці операції розливки.

Проблема, пов'язана з передчасним застиганням суттєво вирішується швидким встановленням рівноважної робочої температури і високою швидкістю у сполученні з високою здатністю магнієвих сплавів до розливки.

Важливими факторами є описані вище перегрівання, швидке встановлення швидкості обертання валків і інших параметрів робочого режиму.

Труднощі, пов'язані з широким діапазоном температури застигання магнієвих сплавів з високим вмістом присадок, усуваються заходами згідно з винаходом, які також сприяють поліпшенню фізичних якостей стрічки, виготовленої розливкою згідно з винаходом. Є декілька таких взаємопов'язаних заходів. сч

При розливці алюмінієвих сплавів швидке затвердіння забезпечується хорошим контактом між розплавленим сплавом і поверхнями валків, зумовленим значним обтиснення прокатки, яке досягає приблизно 20-25905. При і) розливці магнієвих сплавів такі обтиснення є неможливими, оскільки вони сприяють утворенню таких поверхневих дефектів, як розтріскування поверхні. Однак, створення опуклого меніску оптимізує контакт розплавленого магнієвого сплаву з валками і створює однорідний фронт затвердіння, що сприяє швидкому ю зо затвердінню. Утворення опуклого меніску забезпечується значним ливарним податком, передбаченим винаходом, завдяки чому контакт між сплавом і валками поліпшується при незначних обтисненнях, необхідних о для відвернення таких поверхневих дефектів, як тріщини. У випадку алюмінієвих сплавів високі обтиснення о прокатки і незначний ливарний податок (якщо він взагалі є) виключають утворення опуклого меніску і створюють увігнуті меніски або такі, що коливаються між опуклістю і увігнутістю. ме)

Було виявлено, що швидке затвердіння, яке забезпечується винаходом при розливці магнієвих сплавів, дає ча ряд практичних переваг. Наприклад, стрічка може мати мікроструктуру, в якій відстань між дендритними осями первинного магнію потоншується до приблизно 5-15мкм порівняно з 25-100мкм для мікроструктур магнієвих сплавів, одержаних розлив-кою існуючими способами. Це потоншення сприяє однорідному розподіленню міжметалевих вторинних фаз, сприяючи цим поліпшенню механічних якостей холодною обробкою стрічки. Крім « того, швидке затвердіння зменшує розмір часток міжметалевих вторинних фаз до приблизно Імкм, порівняно з 7) с 25-50мкм для мікроструктур магнієвих сплавів, одержаних розливкою існуючими способами. Це зменшення

Й мінімізує початок утворення тріщин навколо цих часток, додатково сприяючи цим поліпшенню механічних и?» якостей холодною обробкою стрічки.

Швидкого затвердіння можна досягти забезпеченням рівноосного росту дендритів альфа-магнію по товщині стрічки у процесі формування, змінюючи швидкість охолодження від початкової до кінцевої у середині товщини -І стрічки. Це разом з такою обробкою розплаву, як потоншення зерен, знижує шкідливу сегрегацію на центральній лінії, зберігаючи цілісність одержаної розливкою стрічки з магнієвого сплаву. Цього не трапляється в ік алюмінієвих сплавах, оскільки тут дендрити альфа-алюмінію мають стовпчасту структуру і проблеми, пов'язані з о сегрегацією, не виникають.

Крім того, стрічку з магнієвого сплаву легко обробляти для формування мікроструктури і якостей. Отже, о гарячою прокаткою і кінцевою тепловою обробкою можна обробляти виготовлену розливкою стрічку для сп потоншення мікроструктури і поліпшення механічних якостей кінцевого продукту. Типові вимоги застосувань зумовлюють необхідність зменшення розміру первинних зерен магнію і суттєвого зрівнювання якостей у повздовжньому і поперечному напрямках. Ми виявили, що один-два пропуски холодної прокатки з подальшою дв тепловою обробкою можуть зменшити первинні зерна магнію рекристалізацією. Після цих пропусків прикладення поперечного напруження і належна теплова обробка також зменшують первинні зерна магнію і зрівнюють

Ф) механічні якості у повздовжньому і поперечному напрямках. ка Велике значення для зниження виробничих витрат мають стабільне затвердіння і можливість початку виробництва протягом декількох хвилин. У зв'язку з цим важливим є також встановлення стабільного теплового бо розподілення. Надійний захист магнієвого розплаву протягом виготовлення стрічки скорочує підготовчий час між операціями і дозволяє здійснювати економічно ефективні операції з малими і середніми партіями.

Далі наведено детальний опис винаходу з посиланнями на креслення, в яких:

Фіг.1 - схематичне зображення установки для розливки металів між парою валків згідно з винаходом,

Фіг.2, З - вигляди збоку і згори перетинів, відповідно, розливного жолоба і форсунки установки Фіг.1, 65 Фіг.4, 5 - вигляди збоку і частковий вигляд згори, відповідно, вузла форсунки/валків установки Фіг.1,

Фіг.6-8 - варіант модульного вузла форсунки для установки Фіг.1,

Фіг.9 - збільшені зображення деталей, що стосуються затвердіння магнієвого сплаву, для установки Фіг.1,

Фіг.10 - форма удосконаленої форсунки згідно з винаходом,

Фіг.11 - перетин по лінії ХІ-ХІ Фіг.10 і

Фіг.12 - форма іншого варіанту форсунки.

Установка 10 (Фіг.1) має піч 12, яка є джерелом розплавленого магнієвого сплаву, і кожух 14 розливного жолоба. Сплав може контрольовано текти від печі 12 у кожух розливного жолоба 14 через постачальну трубу 16 таким чином, щоб забезпечити суттєво постійний ливарний податок у кожусі 14. Перелив сплаву через трубу 18 перетікає з кожуха 14 у резервуар 20. Піч 10, кожух 14, резервуар 20 і труба 16 мають відповідні вхідні 7/о з'єднання 22, через які від відповідного джерела (не показаного) надходить газ, що створює захисну атмосферу.

Піч 10 і резервуар 20 мають вихідні з'єднання 24, через які газ виходить у збірний резервуар (не показаний).

Фіг.2, З ілюструють форму розливного жолоба 26 для кожуха 14. Жолоб 26 має передню і задню стінки 26а, 2660, бічні стінки 2бс і основу 26бй, які утворюють камеру 28. Розливний жолоб 26 також має кришку (не показану) і перегородку ЗО між стінками 2бс, нижня кромка якої віднесена від основи 264. Перегородка 30 ділить камеру 28 на задню і передню частини 28а, 286.

Установка 10 має також форсунку 30 і вузол 32 валків. Форсунка ЗО простягається вперед від стінки 2ба розливного жолоба до зазору між верхнім і нижнім валками 32а, 325 вузла 32. Валки 32а, 325 розташовані горизонтально і рознесені у вертикальному напрямку, утворюючи зазор 32. Вузол 32 має також вихідний стіл або конвеєр 35 на боці валків 32а, 326, протилежному форсунці 30.

Вузли Фіг.2, З і Фіг.3, 4 є варіантами форми форсунки 30. Відповідні частини мають однакові позначення. У кожному випадку форсунка 30 має горизонтальне розташування, вертикально рознесені верхню і нижню плати

Зб, 37 і протилежні плати 38, які утворюють порожнину 39 для сплаву, яка проходить через форсунку 30. Сплав у розливному жолобі 26 може текти у форсунку 30 через отвір 40 у передній стінці 2б6а жолоба 26 і може виходити між валками З32а, 326 з подовженого вихідного отвору 42 уздовж плат 36, 37 на відстані від жолоба 26. Плати сч 36, 37 і бічна плата 38 є звуженими для наближення до валків 32а, 3205. Вихідний отвір 42 зсунутий назад від площини Р, що містить осі валків 32а, 320, таким чином, що утворює камеру 44 між форсункою З0 і валками З2а, і) 326.

Розливний жолоб 26 і форсунку 30 на початку процесу підігрівають до температури, вказаної вище. Для цього в отвір 48 у задній стінці 265 розливного жолоба 26 може бути введений патрубок подачі гарячого повітря ю зо (Фіг.2, З). Після досягнення бажаної температури отвір 48 закривають, після чого спрямовують потік розплавленого сплаву з печі 12 через трубу 16 у розливний жолоб 26. Сплав у розливному жолобі 26 о підтримують на бажаному рівні, показаному лінією ГІ. на Фіг.1, 2 вище горизонтальної площини М, що проходить о через центр вихідного отвору 42 форсунки, і через зазор між валками 32а, 3205. Розплавлений сплав захищає належна атмосфера, описана вище, яку створює газ, що надходить до з'єднань 22. Тиск цієї атмосфери трохи ме) з5 перевищує атмосферний, а надлишок газу виходить Через з'єднання 24. ча

З розливного жолоба газ з контрольованою витратою тече через отвір 40 у порожнину 39 форсунки 30, і звідти виходить уздовж вихідного отвору 42 у камеру 44 і потім через зазор між валками 32а, 32р. Валки З32а, 325 мають внутрішнє водяне охолодження і синхронно обертаються у відповідних напрямках (стрілка Х).

Розплавлений сплав поступово твердіє у камері 44 під охолоджуючою дією валків 32а, 326 з утворенням стрічки « 50 з магнієвого сплаву (Фіг.9), яка проходить уздовж стола 35. Стіл 35 (Фіг4, 5) може мати отвори З5а, з с суміжні з кромкою, ближчою до валків 32а, 320, через які можна подавати під тиском газ на нижню поверхню стрічки 50 для подальшого охолодження і сприяння Її руху на стіл З5. ;» Фіг.7 ілюструють інші варіанти, в яких плати 36, 37 форсунки 30 мають два однакові модулі Зба, ЗО.

Кожний модуль може приймати розплавлений сплав від розливного жлоба 26, який приймає для обох сплав від печі 12 через спільну трубу 16 (Фіг.б) або відповідну трубу 16 (Фіг.7). -І Фіг.8 є подібною до Фіг.б, але замість одної пари модулів, що приймають сплав через спільну трубу 16, тут зображено дві пари модулів, кожна з яких має спільну трубу 16. ік На Фіг.9 зображено площини Р і М. Проміжок З між площиною Р і площиною М, паралельною площині Р, який о простягається поперек вихідного отвору 42 форсунки 30, визначає горизонтальну протяжність камери 44. Цей 5р проміжок названо зоною затримки, а висота лінії І. (Фіг.1, 2) над плоциною М є ливарним податком. Як уже о відзначалось, зону затримки, ливарний податок, швидкість обертання валків 32а, 325 і навантаження на сплав сп від валків 32а, 3205 контролюють таким чином, щоб забезпечити таку витрату у потоці сплаву, яка відповідає даному діаметру валків. Ці параметри і швидкість відбирання теплової енергії з сплаву контролюють таким чином, щоб між вихідним отвором і відповідним контактом 52а, 5260 сплаву з валками 32а, 325 розплавлений ов сплав утворював опуклий меніск 54. Внаслідок контакту з кожним з валків 32а, 325 по лініях 52а, 52р досягається повне затвердіння поверхні сплаву. Однак, вище за течією ліній 5ба, 560 сплав є повністю (Ф) розплавленим, а нижче ліній 58а, 586 сплав є повністю затверділим, а між цими парами ліній сплав є ка затверділим лише частково. Відносні швидкості, з якими лінії кожної лише частково. Відносні швидкості, з якими лінії кожної пари сходяться у напрямку О руху сплаву/стрічки, визначають швидкість твердіння сплаву, бо починаючи з поверхні, що контактує з валками 32а, 320, до площини М. Точка сходження ліній 5ва, 580 приблизно у площині М відповідає суттєво повному затвердінню і, як уже відзначалось, цього треба досягти до досягнення сплавом зазору 34 (тобто площини Р).

Фіг.11,12 ілюструють форсунку 130, яка має верхню плату 136, донну плату 137 і бічні плати 138. Своїми передніми кромками плати утворюють вихідний отвір 142 форсунки. Передня кромка 137а нижньої плати 137 65 проходить лінійно між платами 138. У нормальному вузлі верхня плата 136 має відповідну кромку, але стрічка, виготовлена розливкою з таким нормальним вузлом, матиме центральну зону, гарячішу за зони кромок. Для запобігання цьому верхня плата 136 має кромку, центральна частина 13ба якої вигнута назад відносно Її відповідних частин 1360. Цей захід, як було відзначено, знижує температурну різницю на ширині стрічки і відвертає шкідливі наслідки такої різниці.

Опис для Фіг.10, 11 стосується також Фіг.12. У цьому випадку передня кромка верхньої плати 136 зсунута назад у двох центральних частинах 13ба між кромками 1365 з утворенням середньої частини 13бс між частинами 13ба. Така геометрія є ефективною у випадках, коли внутрішніми розпорами між платами 136, 137 створюються більш складні температурні відхилення. На Фіг.11 зображено дві центральні розпори, які можуть створювати дві центральні гарячі зони, розділені середньою зоною з проміжною температурою між гарячими і 7/0 більш холодними зонами.

Припустимими є різні зміни, модифікації і/або варіанти конструкцій і вузлів, описаних вище, у межах об'єму і концепцій винаходу.

Claims (27)

Формула винаходу

1. Спосіб виробництва стрічки з магнієвого сплаву розливанням між парою валків у якому: (а) подають розплавлений сплав з джерела постачання у пристрій живлення; (Б) подають розплавлений сплав з пристрою живлення через форсунку у камеру, сформовану між ор подовженим вихідним отвором форсунки і парою суттєво паралельних валків, розташованих один над одним з утворенням зазору між ними; (с) обертають зазначені валки у протилежних напрямках і протягують таким чином сплав з камери через зазор між валками одночасно з подачею згідно з (Б); (4) подають охолоджуючу рідину через кожний валок під час операції (с) для внутрішнього охолодження сч валків і охолодження таким чином сплаву, введеного у камеру, відбиранням з нього теплової енергії охолодженими валками, досягаючи суттєво повного затвердіння магнієвого сплаву у камері перед (о) проходженням цього сплаву через зазор між валками і виходом з цього зазору у вигляді гарячекатаної стрічки з сплаву; при цьому додатково: ю зо підтримують температуру сплаву у його джерелі на рівні, достатньому, щоб температурою сплаву у пристрої живлення забезпечувалось перегрівання сплаву вище його температури плавлення; о підтримують контрольований суттєво постійний рівень розплавленого сплаву у пристрої живлення таким, що о перевищує висоту центральної лінії зазору у площині, що відповідає осі валків; і підтримують відбирання теплової енергії охолодженими валками при виконанні операції (с) на рівні, (є) з5 достатньому для забезпечення виходу стрічки сплаву з зазору при температурі нижче приблизно 400 ес, їч- забезпечуючи високу якість поверхні гарячекатаної стрічки з сплаву суттєво вільною від тріщин.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що сплав у джерелі має температуру, достатню для підтримання температури сплаву у пристрої живлення на рівні, що перевищує температуру зрідження сплаву на значенні від приблизно 15 С до приблизно 60 20. «

З. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що кількість теплової енергії, що відбирають протягом шщ с операції охолодження (с), є достатньою для підтримання зазначеної температури поверхні суттєво нижче 400 об.

ц 4. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що кількість теплової енергії, що відбирають при виконанні "» операції охолодження (с), є достатньою для підтримання зазначеної температури поверхні на рівні від приблизно 180 «С до приблизно 300 20.

5. Спосіб за п. З або 4, який відрізняється тим, що зазначена температура поверхні є нижчою за температуру - І твердіння сплаву не менше, ніж приблизно на 85 20.

с

6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що зазначеними валками створюють на затверділий сплав, що проходить через зазор, питоме навантаження від приблизно 2 кг до приблизно 500 кг на мм довжини («в) валка. о 50

7. Спосіб за п. б, який відрізняється тим, що питоме навантаження становить від приблизно 100 кг до приблизно 500 кг на мм довжини валка. сл

8. Спосіб за п. 6 або 7, який відрізняється тим, що у процесі пропускання сплаву через валки прикладеним питомим навантаженням знижують товщину стрічки приблизно на 4 - 9965.

9. Спосіб за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що в утвореній між вихідним отвором форсунки і площиною, що відповідає осі валків, початковій частині зони затримки досягають утворення сплавом о відповідного опуклого меніску між вихідним отвором форсунки і поверхнею кожного з валків.

10. Спосіб за п. 9, який відрізняється тим, що кожний меніск має протяжність від вихідного отвору форсунки іме) на відстань, яка становить приблизно 35 95 зазначеної зони затримки.

11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що кожний меніск має протяжність від вихідного отвору форсунки 60 на відстань, яка становить 10 - 35 9о зазначеної зони затримки.

12. Спосіб за будь-яким з пп. 1-11, який відрізняється тим, що повне затвердіння між верхньою і нижньою поверхнями сплаву досягають перед кінцевими 5 -15 96 зони затримки від вихідного отвору форсунки до зазначеної площини, що відповідає осі валків.

13. Спосіб за будь-яким з пп. 1-12, який відрізняється тим, що пристрій живлення і форсунку піддають 65 попередньому підігріванню до температури, близької до робочої.

14. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що попереднє підігрівання здійснюють продуванням гарячого повітря через пристрій живлення і форсунку.

15. Спосіб за п. 13 або 14, який відрізняється тим, що пристрій живлення піддають попередньому підігріванню до температури від приблизно 500 «С до приблизно 655 С, а форсунку піддають попередньому Підігріванню до температури приблизно 200 - 400 б.

16. Спосіб за будь-яким з пп. 1-15, який відрізняється тим, що при виконанні операції (Б) сплав проводять з центральної частини вихідного отвору форсунки, розташованої на невелику відстань вище за потоком сплаву відносно бічних зовнішніх частин цього отвору, забезпечуючи зниження або суттєве усунення коливання температури по ширині гарячекатаної стрічки.

17. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що зазначена невелика відстань є меншою 7 мм.

18. Спосіб за будь-яким з пп. 1-17, який відрізняється тим, що над розплавленим сплавом для захисту від окислення і від ризику загоряння створюють захисну атмосферу, яка має незначний вміст придатного гідрофлуоркарбону.

19. Спосіб за п. 18, який відрізняється тим, що гідрофлуоркарбоном є 1,1,1,2- тетрафлуоретан.

20. Спосіб за п. 18 або 19, який відрізняється тим, що вміст гідрофлуоркарбону в атмосфері становить від приблизно 2 95 до 6 95 за об'ємом.

21. Спосіб за будь-яким з пп. 18-20, який відрізняється тим, що атмосфера, яка містить гідрофлуоркарбон, включає суміш ЗЕв/сухе повітря.

22. Спосіб за будь-яким з пп. 1-21, який відрізняється тим, що зазначеною операцією підтримання рівня розплавленого сплаву у пристрої живлення утримують суттєво постійну висоту розплавленого сплаву над центральною лінією, причому ця висота становить від приблизно 5 мм до приблизно 22 мм.

23. Спосіб за п. 22, який відрізняється тим, що зазначений сплав має низький вміст присадок, а зазначена суттєво постійна висота становить 5-10 мм.

24. Спосіб за п. 22, який відрізняється тим, що зазначений сплав має високий вміст присадок, а зазначена су суттєво постійна висота становить 7-22 мм. о

25. Стрічка з магнієвого сплаву, виготовлена у спосіб за будь-яким з пп. 1-24, яка після виготовлення розливанням має мікроструктуру, в якій відстань між дендритними осями первинного магнію становить приблизно 5-15 мкм, і має однорідне розподілення міжметалевих вторинних фаз.

26. Стрічка за п. 25, яка відрізняється тим, що частки зазначених міжхметалевих вторинних фаз мають розмір. юю приблизно 1 мкм. о

27. Стрічка за п. 25 або п. 26, яка відрізняється тим, що її мікроструктура має рівноосні дендрити альфа-магнію по всій товщині стрічки. о (о) -

- . и? -і се) («в) («в) сл іме) 60 б5