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镁板热轧机的作用现状与设计

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来源: 作者: 2019-04-05 23:38:45

镁板热轧机的作用主要是针对生产工艺需求进行镁合金铸锭热轧开坯和中厚板成品轧制,进而生产出合格的中间板坯和终究成品板材。热轧机的工艺设计理念、机组部件配置、控制精度等装机水平直接决定着镁板产品的力学性能、尺寸公差和表面质量。

镁板的热轧工艺及控制是常规结构金属材料中难度最大的,生产工艺和热轧机等装备的设计计算没法采取轧钢、轧铜、轧铝的常规计算公式(金属晶体种别不同)。因而,通过对镁板热轧工艺的分析进而有针对性的设计热轧机就显得尤其重要。

镁板热轧技术难点

致使镁板生产难度大的因素很多,但最主要还是镁的滑移系少,室温塑性变形能力差,只有温度升高到220℃以上时,镁板才能取得较好的变形能力。镁板轧制进程中易产生裂纹、产品存在各向异性、生产效力低、成品率低等。镁板热轧技术难点包括:镁的晶体结构为密排六方,力学性能出现出显着的各向异性,常温下唯一三个滑移面(基面、棱锥面、棱柱面)和一个滑移方向,生产过程中变形抗力高,因而镁板轧制变形难度大;镁在常温或湿润状态下容易和空气和水蒸汽产生化学反应,尤其是温度超过400℃时与氧气的反应剧烈,其氧化膜变为多孔状、较厚且向基体内部快速生长;镁板的轧制温度要求严格而且温度范围窄、金属温降快,应变抗力大、加工硬化显着。另外,如果轧制时的道次压下率过大或轧制速度过高,不仅热轧坯料咬入困难,而且还容易出现轧制开裂、产品表面质量差、坯料与轧辊出现粘结等现象。

由于以上问题的存在,就要求镁板的热轧工艺技术和轧制装备必须针对其加工特性进行专门的开发与设计。

国内镁板热轧机配置特点

国内镁板生产企业规模都不大、布局分散、企业综合实力不强,一些国有大型企业对镁板的生产也以辅助性加工为主。在生产工艺设备方面,大多使用钢铁、铝、铜或钛板的轧制装备,或是一些二人转轧机,甚至是60年代设计制造并濒临报废的装备,而专业化的镁板生产装备较少。热轧生产过程中的矫直、剪切等精整工序多为离线进行。

在2000年之前,国内只有中铝洛铜铝镁板带分厂一家生产企业进行镁板的轧制,其热轧生产线的产能约300吨/年,但由于当时市场需求量不高,因此其实际年产量仅为几十吨,产品主要用于兵工行业。

截至到目前,除中铝洛铜铝镁板带分厂外,国内利用钢、钛、铜铝等加工装备辅助性进行热轧镁板的企业近10家,生产线总产能超过1.5万吨/年,实际热轧产量为500~700吨/年。

国内生产企业热轧镁板所使用的轧机情况及配置特点以下:

1. 中铝洛铜:1600mm二重热轧机,老式轧机。1600mm二重热轧机主要由主机架、立辊轧机、机架辊道、中间辊道、回转辊道、导尺、运输辊道、二重换辊装置等部件组成,来料铸锭最大厚度200mm,热轧成品板材最小厚度6mm,工作辊直径750mm,最大轧制力12000kN,最高轧制速度180m/min;

2. 宝鸡钛业:3300mm二辊热轧机,主要进行钛板热轧,辅助性生产镁板,最大轧制力44000kN(其板材热轧进程中的最大实际轧制力约10000kN);

3. 西部材料:2800mm四辊热轧机,主要进行钛、钢板热轧,辅助性生产镁板。2800mm四辊热轧机主要由主机架、立辊、运输辊道、导尺、11辊热矫直机、液压剪、补热炉等部件组成,来料最大厚度380mm,热轧成品板材最小厚度4mm,最大轧制力50000kN;

4. 营口银河:1725mm四辊热轧机,原设计用于钢板轧制,设计改造后专业用于镁板的热轧及工业化生产。1725mm四辊热轧机主要由主机架、运输辊道、中频炉及补热炉、旋转台、对中导尺、液压剪等部件组成,来料铸锭最大厚度350mm,热轧成品板材最小厚度5mm,工作辊直径800mm,支持辊直径1500mm,最大轧制力30000kN,最高轧制速度120m/min;

5. 重庆奥博:1500mm四辊热轧机,主要进行铝板热轧,辅助性生产镁板;

6. 中色科技:1600mm四辊热轧机,原设计为铜、铝、镁、钛产业化加工装备,设计改造后专业用于镁板的热轧。1600mm四辊热轧机主要由主机架、运输辊道、机架辊道、补热炉、转料辊道、对中导尺、热矫直机、液压重剪、成品定尺剪、下料及堆垛装置等部件组成,来料铸锭最大厚度320mm,成品板材最小厚度4mm,工作辊直径550mm,支撑辊直径900mm,最大轧制力20000kN,最高轧制速度180m/min;

6. 其它:目前,洛阳镁鑫公司、山西闻喜银光公司等镁板生产企业也正在实施幅宽为1500~1700mm的热轧机组。

国外镁板热轧机情况

国外采取热轧机进行铸锭轧制开坯生产的镁板产品主要是中厚板(厚度在4~6mm以上),产品主要运用在航空航天和军事装备领域(如美国和俄罗斯以热轧开坯法生产的镁合金板材均用于兵工生产)。相比于国内镁板在航空航天、军事装备领域主要运用在导弹和火箭的仪表舱壁板、肋板和隔板、导弹和飞机的尾翼、战斗机副油箱及衬板等简单的、非受力或次承力的结构件上,国外在大型、复杂、承力等结构件上也开始使用了镁板。

国外最早进行镁板热温轧制的国家是前苏联,在1930年采用铝板轧机进行镁板轧制,而且其并不是铸锭开坯轧制,而是对挤压后的坯料加热后进行中轧,最薄产品厚度为1mm。

国外生产企业热轧镁板所使用的轧机情况以下:

1. 1946年,英国伊利科创镁铝公司在带有立辊的2100mm2辊可逆钢板热轧机上进行AZ31铸锭的开坯热轧,铸锭最大厚度为356mm,热轧成品最小厚度为6mm,产品最大宽度1829mm,产品最大长度6090mm,最高轧制速度379m/min;

2. 1950年,美国道屋化学公司在Madison建立了世界上第一台按镁合金要求设计的2133mm4辊可逆热轧机,工作辊和支承辊的直径分别为686mm、1346mm;

3. 1950年,前苏联轻合金研究院采取2800mm四辊热轧机进行镁板热轧试验和生产,铸锭最大厚度为250mm,热轧成品最小厚度为6mm,产品最大宽度2500mm;

4. 美国Brooks and Perkins公司底特律镁板轧制厂有一条1+3式的热连轧生产线,以往主要用于镁板的热轧,后来以热轧铝板为主;

5. 2002年,德国第二大钢铁公司即萨尔茨吉特公司组建了萨尔茨吉特镁板技术公司,2003年该公司现代化的热轧机投产,可生产的镁板最大宽度为1860mm;

6. 法塔亨特公司2010年设计制造了一套类似于钢铁行业使用的炉卷热轧机中试生产线,该公司和橡树岭国家实验室、英国伊利可创镁业公司进行合作对镁板带进行热温轧卷式法生产,并实现了来料厚度12.7mm以下、宽度250mm以下的料卷的试验性轧制。目前,该公司正在商业化推行可实现板带材最大宽度2000mm、最大卷径为2000mm的工业化生产镁板带热轧生产线。

热轧流程及参数分析

厚度为6mm~100mm热轧镁板的生产工艺全流程为:配料-熔炼-铸造-均匀化-锯切-铣面-合格铸锭-加热-热轧-(补热)-(二次热轧)-热矫直-(热处理)-酸洗/砂光/修磨-成品锯切-涂油-包装。

国内某镁板企业生产厚度为6mm的板材时,采取的铸锭规格为180mm850mm1050mm,经过11个道次的轧制后(其中换向轧制3个道次),一次热轧板坯厚度为10.5mm,然后再进行酸洗和加热后进行二次热轧,经过3个道次的二次热轧后终究成品厚度为6mm。

镁合金铸锭的加热参数需根据相应合金的高温塑性图进行肯定,一般合金如AZ31B的加热温度在450℃~490℃。部分特殊合金如ZK61M由于含锌量高,合金的高温抗拉强度低、塑性差,同时由于该合金的轧制热效应大,高温轧制时的变形热可使锭坯的温度超过合金的塑性温度范围,进而下降合金的热塑性,因此根据其塑性图肯定的加热温度为410℃。同时,必须注意,高微合金化的镁合金不适合热轧,主要是由于2相粒子多会进一步加重其热轧开裂性,如含Al量超过5%的镁合金AZ91D等就不适合进行热轧生产。

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