CN102649124A - 一种镁或镁合金箔的轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种镁或镁合金箔的轧制方法，先将把镁或镁合金薄板轧成0.3mm厚的薄板做箔坯。将箔坯剪切成尺寸一致的片，清理干净并每张双面涂聚乙烯溶液，多张箔坯叠合，以铝板包覆成叠轧包。按镁合金块式温轧、冷轧的方法对叠轧包多道次交叉轧制，达到预计的厚度后，剪去包覆边，将箔分开。所生产的镁或镁合金箔，厚度比较一致，例如0.05mm的纯镁箔满足某种扬声器振膜的要求。镁或镁合金叠轧包以块式轧制方法的特点是安排生产灵活，适用于产量较小、品种规格多变的板带材生产；该法的生产率和成材率较高，成本低、设备简单、投资少。

Description

一种镁或镁合金箔的轧制方法

技术领域

本发明涉及一种镁或镁合金箔生产方法，尤其涉及镁或镁合金箔的累积叠轧生产方法。

技术背景

镁合金的密度约是钢的1/4，铝的2/3，与塑料相近，具有比强度和比刚度高、热传导性好、阻尼减震性佳、机加工性能优良、零件尺寸稳定和易回收等优点，具有优异的价值和广阔的应用前景，被誉为“21世纪最具发展前途的绿色工程材料”。镁合金现在已被广泛地应用于汽车、航空、航天、冶金、化工、通信、电子和体育用品等行业中。特别是自二十世纪九十年代初以来，日益紧迫的能源和环境问题极大地刺激了镁合金的发展，全球范围内对镁合金的需求呈现强劲、持续的增长趋势。尤其是作电子产品和家用电器的壳体、汽车覆盖件、车内面板等零部件，市场需求巨大。

镁或镁合金的功能应用在一些领域正在显现出优势。镁合金优异的电磁屏蔽性能预计在装修或复合板夹层板应用会逐步推广，在电子和通信领域，如手机，电脑，电子仪器和家电产品等，其电磁场屏蔽好和轻量是十分主要应用特种。镁合金也是很好的电池负极材料，在军用、民用镁电池、矿工用矿灯、电动自行车、电动汽车、手机、笔记本电脑、摄像机、照相机、游戏机、MP3、MP4随身听播放机等电池的阴极用镁或镁合金板箔。镁或镁合金箔的较之传统的扬声器振动膜具有重量轻、比刚度高、振动衰减性能高，比铝合金和钛振动膜优越4～5倍之多，使音响品质有明显改善。镁或镁合金箔制造扬声器所获得的音质要好得多，使之在音响领域应用潜力巨大。

镁属于六方晶体结构、塑性较差、变形抗力高，室温轧制困难，此外，镁的热容量小，对温度特别敏感，轧辊必须预热。镁合金的轧制工艺很复杂，包括铸坯的生产，铸坯铣面，铸坯加热是组织均匀化，然后是热轧、粗轧、中轧、精轧、叠轧，之间需要不断的剪切、酸洗、板坯再次加热。锭板坯加热进行粗轧，大坯的厚度从10毫米轧到5.5毫米，板坯再次加热，二次粗轧，由5.5毫米轧到3.0毫米。热轧温度一般在350-500℃，加工率分别在28-60％。热轧品的组织和性能也不够均匀、尺寸不精确、表面光洁度和尺寸偏差较大，一般多作为继续进行轧制生产的坯料。粗轧品剪切、酸洗、板坯再次加热，进行中轧。轧制道次一般为20-40道次，最多可达50-60道次。道次加工率一般为5％，最大不超过10％。叠轧可以轧制更薄的板材，适用于对表面质量要求不高产品。叠轧板不宜超过两张，厚度一般不低于0.3毫米。镁合金板材轧制过程中，采用多道次、小压下量工艺进行轧制，道次问进行中间退火，工艺相对落后、生产成本高昂。尽管短流程的镁合金铸轧技术已经初步实验成功，但总体上仍然处于板块式的间歇轧制水平。

镁合金薄板材和镁或镁合金箔的加工是镁发展中的瓶颈课题，箔材轧制尚处于初始阶段，镁箔价格昂贵、用途十分有限。相比之下，铝箔轧制发展快、技术先进、生产工艺成熟。早期用6个道轧制双零铝箔就需要22至23台轧机。现在都用二辊或四辊不可逆式轧机。工作辊直径在230-310mm范围内，支承辊直径是工作辊的2.4-2.8倍。采用直流电机拖动，轧制速度为600-1500m/min。铝箔轧机用液压调节辊缝和工作辊的正负弯辊。现在的铝箔生产方式操作和管理趋向复杂，铝箔轧制中任何一轧制废品轧制中各因素控制不当将产生各种废品，单个因素的变化都将引起轧制力的变化，从而导致轧件品，如断带、厚度超差、人字纹、开缝、串层、波浪、轧出厚度的变化。铝箔轧制由于轧制速度高，靠手工控制已不可能，故现代铝箔轧机上都装有厚度和板形的自动控制和显示***。因此，不仅铝的轧制性能好，轧制技术基础好、实践经验丰富，而且轧制设备条件要求很高，铝箔轧制的技术很难直接移植到镁合金箔生产。

目前一些领域需要厚度在0.2毫米到0.01毫米、质量好、价格较低的镁或镁合金箔。因此镁产业界急需开发一种镁和镁合金箔材轧制方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种镁或镁合金箔的累积轧制轧制方法。

本发明是这样实现目的的，将诸如铸轧、轧制、挤压等生产的镁或镁合金板材温轧到更薄的厚度，做为轧制箔的坯料。将箔坯切成适当的尺寸，表面涂润滑剂并多张叠合成包芯。将性能与箔相近、尺寸稍大的铝板四周折弯并将包芯包覆，对铝板周边焊接，使固定成一体形成轧制包，在包的边部均匀钻小孔作为包加热和轧制时的排气孔。将轧制包加热到约350℃的温度后，用工作辊加热到约150℃的轧机，以镁合金块式轧制的工艺将叠轧包进行多道次轧制。轧制过程允许进行中间软化退火，以利于继续轧制。反复轧到规定的厚度，结束轧制，待冷却到室温后，切去轧制包的包边，取出包芯，将叠轧的包芯分开成单张。最后将箔精整成为镁或镁合金箔制品。

常规轧制箔材时，由于轧件厚度很小，轧机常处于无辊缝或负辊缝轧制状态，轧辊给箔的压力对其厚度的影响减弱。显然金属箔量较小时，采用累积叠轧的方法生产更合理，即将二层或多层箔坯叠合后按块轧的方法叠轧，不仅可以减少轧辊的压力，提高生产率，也能轧制更薄的产品。多张箔坯叠后，以块式轧制方法在传统轧机上按镁合金轧制工艺轧制，设备简单，技术要求不高，安排生产灵活，适用于产量较小，品种规格多变的箔材生产。同时累积叠轧能轧制出单张轧制不能生产的极薄箔，还可以减少断带次数，提高劳动生产率。因此，本发明认为，基于现阶段镁或镁合金箔市场较小，叠轧是镁合金箔合理的轧制方法。

镁合金轧制虽然可以在淬火软化态实施单道次冷轧，但是镁合金的低温变形抗力大，更适合在较高的温度下轧制。镁大于200℃温度变形，第一角锥面产生滑移；大于225℃，第二角锥面产生滑移，同时棱柱面被激活，延伸率大大提高。因此，大于225℃的温度对镁叠轧有利。如果坯料起始厚度小于1毫米，在轧辊的表面温度在150℃以上的轧机上也能多道次冷轧或在轧制过程中间退火后继续冷轧。由此本发明人认为，镁叠轧可以根据不同的工艺需要，灵活采用热轧、温轧或冷轧。

在本发明研发的起始阶段，曾尝试用成卷轧制的方法生产镁或镁合金箔。先把两张0.3毫米的薄板带叠合成卷。在合卷时，各张箔的张力很难保持一致，轧制过程中两张箔坯受力不均，张力不等，容易断带或板型不良。将合卷坯料卷在四辊轧机上进行不可逆轧制，开卷和卷取操作很困难，中间退火很麻烦，而且，随累积叠轧进行，轧件的厚度变薄，操作变得越来越困难，最后还发现两张箔坯有焊合现象。初步实验表明，以合卷形式叠轧不论从设备或工艺都存在极大的难度，尤其是在没有完善的设备情况下，镁箔成卷轧制几乎不可能实施。

基于可行性实验的结果，又将AZ31B铸轧坯温轧至小于1.0毫米厚度，切成1.0×100×1000的片，两片叠层，用细铁丝固定，在300℃保温30分钟，然后升温到400℃保温10分钟。轧制时轧辊不加热、不使用润滑剂，1道次变形率为20％；然后400℃加热并保温5分钟，以线速度0.34m/s叠轧，轧后空冷。首道次叠轧的试样强度从219MPa提高到283MPa，延伸率从12.8％提高到18.4％。2道次叠轧后大部分晶粒为1-2微米，随道次增加，变得越来越均匀。为了对比，又使用表面温度在150℃轧辊进行多道次冷轧，中间只经2次退火，经过5道次累积叠轧获得厚度0.2毫米的箔，板箔的抗拉强度为305MPa，延伸率为22.6％。多张叠合后累积叠轧，在轧制的后期，操作容易引起损伤箔叠，同样发现箔层间有焊合现象；另外多张叠合后累积叠轧，处于叠层中间的箔变形大，两边的越靠近边部，变形量越小，即各张箔变形不一致，不一致现象随叠层张数增加变得越来越严重。

分析认为镁合金常规轧制时，轧材的表面发生大剪切变形，在厚度方向摩擦力分布不均匀。叠轧不润滑轧制，轧材的摩擦力表面大，由表及里渐次降低，多道次叠轧后，进入中心。此时的变形是平面应变和剪切应变共同作用，而剪切变形并不改变板材的厚度。将2张叠层轧制工艺扩大到多张叠轧，如果摩擦力梯度分布，轧制不均匀变形、焊合的可能性增加。其原因是此时的轧制变形属于平面应变和剪切应变共同作用，而剪切变形是造成变形不均匀的基本因素，同时剪切应变不改变板材的厚度，无益于叠层轧制。轧制的剪切应变是由于表面摩擦和层间摩擦造成的。层间增涂润滑剂是解决变形焊合和变形不均问题的途径。润滑剂应该能形成一层高润滑性能的膜，具有足够的流动性，能迅速分布均匀，在强大的压力下也不破坏，具有稳定性和耐热性，不腐蚀镁合金。以煤油为基体的轧制油，包括煤油溶解的聚乙烯、硬脂酸镁或羊毛脂等基本满足镁轧制生产的要求，肥皂也可以作为镁润滑剂。在轧制过程中，当镁或镁合金板箔厚度超出正负偏差时，可改变润滑剂的用量来调整轧出厚度。在实际操作中，若发现镁或镁合金箔太厚时，可将润滑剂量减少，则轧出厚度立即变薄；若镁或镁合金箔太薄，则加较多的润滑剂，可使镁或镁合金箔增厚。

在叠轧包芯上包覆外壳能起到保护轧箔以避免损伤和便于操作的作用。包覆叠轧时，包覆板和芯材镁板箔以相近的变形方式经受轧制变形是非常主要的，否则镁板箔可能出现板型缺陷。避免包覆板和芯材在变形时干涉，必须使二者同时以相同变形性能，需要选择包覆材料性能接近于镁芯的性能。与纯镁或镁合金箔材性能相近的是5xxx系铝合金，该合金系不能被热处理强化，材料的屈服强度不随状态突变。由于5xxx系铝合金基本满足多种牌号适宜于轧制镁或镁合金箔的镁合金牌号，例如可以选择5154铝合金板作为包覆材料。上下铝板边部弯折、***间隙与芯叠层相当，打包后折边中间部位打许多小孔，小孔直径为1-2毫米、小孔的总面积约等于叠层横截面的1/4-1/3，小孔的作用是加热和轧制是排气。包好后，将铝包边焊接固定。

冷轧工艺可以通过控制变形量和退火完成，冷轧得到尺寸精度高且性能好的薄板并是工艺简化。冷轧通常在固溶热处理软化后进行。单道次冷轧压下率一般在5％-10％范围变化，轧制速度允许在很宽的范围内调整。冷轧箔坯同样极大的简化薄板的生产流程。箔轧制时，轧制变形区的温度升高，在一些条件下可以上升到150℃以上，相当于进行了回复热处理造成轧材的软化。实验也证明，延伸率在第一道次下降明显，以后继续轧制延伸率变化变得不明显和轧制排热有关。

累积叠轧箔虽然适合于热辊冷轧，但热辊冷轧也存在一定的加工硬化，尤其是回复和动态再结晶进行不充分时，致使加工硬化对继续压制有较大的影响。因此，累积叠轧必要时需软化退火，但是叠轧过程的中间退火存在组织粗化现象。例如一种镁薄板6道次叠轧过程，250℃保温1小时的中间退火，造成平均50微米晶粒组织粗化到100微米以上。为了防止中间退火时晶粒粗化，以较高的温度、更短的保温时间退火，例如300℃保温10分钟，不仅达到软化的效果，晶粒粗化也不明显。轧制速度对包覆叠轧变形的影响显著，轧制速度越高，轧制箔材厚度更容易减薄。例如轧前厚度为0.3mm的箔坯，当轧制速度由10m/min提高到30m/min时，经过3道次轧制，厚度最多能减小至0.05mm。因此轧制速度为调节压下量的有效手段。按普通单向轧制的方法进行镁或镁合金箔累积叠轧，变形不均匀，而且板箔常具有较强的基面织构，各向异性强。为使板材各方向性能均匀，按交叉轧制的轧制方法，减轻了材料的各向异性，改善箔材的变形均匀性。交叉轧制在轧制过程中将改变轧制方向(改变90°)。轧制中可以每道次后都改变轧向，也可以保持一个方向轧制多道次后再变向轧制。通过研究发现，交叉轧制材料的伸长率有所提高。镁箔轧制缺陷出现很多类型，包括针孔、变形不均、气道等，主要缺陷是针孔。在叠轧坯料中，轧辊上，轧制油中的渣滓尺寸达到较大时进入辊缝均会引起针孔。针孔数目愈来愈依赖于坯料的冶金质量，含气量、夹杂、化合物及成分偏析都可能是真空的起源。箔坯料除要求化学成分符合规定外，其含氢量、非金属夹杂、晶粒度、力学性能、厚度偏差及板型都有严格要求。采取有效的镁液精炼、过滤、晶粒细化均有助于减少箔的缺陷。

总而言之，本申请涉及一种镁或镁合金箔的轧制方法，包括以下步骤：将镁或镁合金薄板压制成0.3mm厚的薄板做箔坯；将箔坯剪切成所需尺寸的大小一致的片，清理干净并在每张双面涂任意浓度的煤油溶解的聚乙烯溶液；将所需层数的处理过的箔坯片整齐叠合，以两块尺寸比箔坯大、厚度为0.5毫米的铝板作为包覆板，铝板边部弯折、两片铝板形成的间隙与芯叠层相当，将铝板包边焊接固定；打包后铝板折边中间部位打孔，根据所需的厚度进行轧制；剪去包覆边，将箔分开；得到所需厚度的镁或镁合金箔片。

箔坯片的长×宽×高为500mm×500mm×500mm，叠放的层数为1-30层，所用的铝板包边为5154铝合金板。打孔为小孔直径为1-2毫米、小孔的总面积为叠层横截面的1/4-1/3。最终得到厚度在0.2毫米到0.01毫米范围内的镁或镁合金箔。

对采用本发明的方法生产的箔材品质进行了测试，包括箔的晶粒度、缺陷和力学性能等，所轧制的镁或镁合金箔材能满足指定用途的需要。

具体实施例：0.05mm厚的镁或镁合金箔材的轧制

把1毫米铸轧板，加热到450℃并保温5小时进行均匀化热处理软化，在两辊轧机上温轧。轧辊表面预热到约150℃，多道次温轧，中间在350℃温度保温15分钟以消除变形硬化，直到将铸轧板成0.3mm厚的箔坯。将箔坯剪切成500mm×500mm×500mm片，对每一片分别清理干净，在双面均匀涂煤油溶解的聚乙烯液。将5层涂过润滑剂的箔坯整齐叠合，以两块尺寸比箔坯略大、厚度为0.5毫米的5154铝板作为包覆板。铝板边部弯折、两片铝板形成的间隙与芯叠层相当，打包后在边部直径为1毫米的小孔、小孔与小孔之间以2毫米等距布置。包覆铝板将芯层包好后，将铝板包边焊接固定。将叠轧板在电炉中225℃预热30分钟，在两辊轧机上温轧，轧辊表面预热到约150℃后，6道次交叉温轧、轧制速度为25m/min。在轧制过程中交替将改变轧制方向(改变90°)。道次压下按名义压下率(由辊缝算出的相对压下量)约为10％-25％范围，温轧的压下率比冷轧的压下率大，最后道次也采用小的压下率，达到预计的厚度后，结束轧制。用剪切机将轧制包边部剪去，揭掉外面的***，将箔一张一张分开，叠轧芯箔张与张之间基本都能分离。部分箔存在少量的缺陷，包括针孔、皱褶、开缝等。箔的厚度比较一致，大致分布在0.05±0.01mm范围，虽然偏差较大，但基本满足某种扬声器振膜的要求。

本发明也生产了厚度在0.2毫米到0.06毫米范围内的不同种类的镁或镁合金箔，箔的质量达到用户要求。

Claims (5)

1.一种镁或镁合金箔的轧制方法，包括以下步骤：

(1)将镁或镁合金薄板压制成0.3mm厚的薄板做箔坯；

(2)将箔坯剪切成所需尺寸的大小一致的片，清理干净并在每张双面涂任意浓度的煤油溶解的聚乙烯溶液；

(3)将所需层数的涂过步骤(2)处理过的箔坯片整齐叠合，以两块尺寸比箔坯大、厚度为0.5毫米的铝板作为包覆板，铝板边部弯折、两片铝板形成的间隙与芯叠层相当，将铝板包边焊接固定；打包后铝板折边中间部位打孔，根据所需的厚度进行轧制；

(4)剪去包覆边，将箔分开；得到所需厚度的镁或镁合金箔片。

2.如权利要求1所述的镁或镁合金箔的轧制方法，其特征在于步骤(2)中所述的片的长×宽×高为500mm×500mm×500mm。

3.如权利要求1所述的镁或镁合金箔的轧制方法，其特征在于步骤(2)中所述的层数为1-30层，所用的铝板包边为5154铝合金板。

4.如权利要求1所述的镁或镁合金箔的轧制方法，其特征在于步骤(3)中的打孔为小孔直径为1-2毫米、小孔的总面积为叠层横截面的1/4-1/3。

5.如权利要求1所述的镁或镁合金箔的轧制方法，其特征在于的步骤(4)中得到的为厚度在0.2毫米到0.01毫米范围内的镁或镁合金箔。