[发明专利]镁合金板卷的控温轧制工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种板卷轧制生产工艺技术领域，特别涉及一种成卷镁合金薄带和极薄带的控温轧制生产工艺。

背景技术

航空航天、汽车和轨交等领域轻量化技术的发展对传统钢铁之外的金属材料，特别是铝合金、钛合金、镁合金、高硅钢等金属材料的薄带和极薄带的需求在不断加大。然而这些材料由于其本身组织和晶体结构的特性，板卷生产所需要的轧制工艺和设备与传统的钢铁材料有很大的差异。

镁合金材料由于其密排六方结构，与传统的钢铁材料不同，其变形温度一般在200℃以上、550℃以下，介于钢铁的室温冷轧和热轧之间；其开卷、轧制和卷取所要求的温度区间较窄，必须进行“温轧”，否则就容易开裂。同时，变形镁合金的组织对变形温度比较敏感，当变形温度波动较大时，镁合金的再结晶晶粒尺寸和分布、第二相的种类-尺寸-密度、基面织构的种类和强弱等显微组织的差异巨大，导致变形后镁合金的各种性能波动也较大。获得优良性能的金属镁板卷的关键是精确控制轧制变形区的温度以及开卷和卷取的温度，因此主要涉及如何精确控制轧制变形区的温度和镁板卷曲成卷过程中的温度这两方面的工艺技术。

镁板温轧的轧板加热及控温技术。常用的镁合金板带材温轧工艺是先将轧件离线加热，再快速送往轧机进行轧制。然而由于板带材一般较薄，热容量较小，轧制过程中其散热速度较快，特别是镁合金的导热系数比一般的钢铁材料还高（例如高强钢（B510L）的室温导热系数为42W/mK，而纯镁室温下的导热系数约为157W/m*K，商业镁合金Mg-3Al-1Zn（AZ31）的室温导热系数约为78W/m*K（Magnesium，Magnesium Alloys，and Magnesium Composites，by Manoj Gupta and Nai Mui Ling，Sharon)），因此在镁合金轧件和轧辊之间的热传导将使得变形温度难以控制，镁合金板带材的温度分布难以保证，导致在轧制过程中，板材变形不均匀，容易开裂，特别是边裂，因此无法获得质量好的板材。这也是工业生产时镁合金板带材成品率较低、价格昂贵且无法获得宽幅镁合金薄板的一个重要原因，严重限制了镁合金板带材的大规模工业化应用。

针对上述问题，某单位提出了一种单张直拉式轧制模拟实验机，将金属板带当成电阻，对碳钢轧件的在线加热，能比较精确的控制轧件温度，但是轧辊未考虑加热功能，板材在接触轧辊后的实际温度已发生变化，并不能实现真正的控温轧制；另外，由于镁合金的导电性能好，其电阻与通电铜排非常接近，采用该种电加热方式导致变压器输出的大部分功率实际上加热了导线，造成了极大能源浪费的同时，也降低了设备的使用寿命，因此该工艺技术并不适合于镁合金板带材的轧制，特别是无法实现成卷镁材的连续生产，有很大的局限性。

轧辊加热及控温技术。简单的提升轧辊表面的温度有两种方法：第一种方法是通过燃烧热源对轧辊表面进行直接加热，当加热到一定温度时撤掉燃烧装置，然后进行温轧。这种工艺方法的缺点是：能源利用率低，不能保证在轧制过程中对轧辊的持续控温；效率低，每隔一段时间就要停止轧制以对轧辊表面进行再次加热；很难均匀控制轧辊表面的宽度方向上的温度分布。另外，由于镁合金等材料的燃点较低（特别是镁合金的碎屑极易燃烧），这种燃烧加热法在实际工业应用中存在着一定的危险性。另一种办法是先轧制几块其它的高温金属材料，把辊道和轧辊表面烫热，再进行镁合金轧制，这种方法的缺点与前一种方法一样，同样无法实现控温轧制，难于满足精细化控温生产的要求。上述两种轧辊加热的工艺方法由于都无法实现轧辊温度的精确控制，因此都不是真正意义上的控温轧制。

中国专利2011100661204.1公开了一种金属板带材的热辊温轧装置及方法，以及与其近似的中国专利201110349952.0公开了一种热辊温轧金属薄带和极薄带的装置及方法，该专利提出了一种在轧辊的圆周方向包裹金属管架并通电，以感应加热的方式实现轧辊在线加热的方法，但该方法未考虑轧辊辊面沿板宽方向上的温度均匀性和温度梯度控制；该方法中轧件也不预加热，只是通过接受轧辊的传热来实现温轧，因为轧件的预热温度无法控制，因此也无法实现真正的控温轧制工艺。