CN104889160B - 一种宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法 - Google Patents
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Abstract
一种宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法，采用在板材宽度和厚度方向同步施加压应力的协调轧制方法。该设备由四辊轧机、轧制入口侧的立辊和斜辊组合装置、轧制出口侧的斜辊和立辊组合装置组成。其轧制方法分为三个步骤：①沿镁板长度方向进行边部预变形往复轧制；②镁板旋转90°，进行展宽往复轧制；③轧件再次旋转90°，进行展长及边部多向压缩变形组合轧制至最终厚度。在轧制过程中，根据工艺控制模型进行立辊和斜辊压下量、斜辊侧压角的分配。该宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法与装置，通过对镁板边部施加多辊多向的压力变形，能够限制轧制过程中镁板宽展，获得良好板形，减小边部裂纹产生及扩展，提高镁合金板材的成材率。
Description
技术领域
本发明属于宽幅镁合金厚板制备技术领域，具体涉及一种针对宽幅镁合金厚板边部多向预变形的新轧制方法。
背景技术
采用轧制的加工工艺生产的变形镁合金板材产品具有较好的组织结构和力学性能，可以在很大程度上替代钢和铝合金等板材，在航空、交通、建筑等领域具有十分广阔的应用前景。
镁合金由于其密排六方结构，室温下塑性成形能力很差，为能够激活镁合金组织中的非基面滑移系，提高其塑性成形性能，现有技术多采用热轧的生产方法制备镁合金板材。
镁合金厚板铸坯在多道次热轧制过程中，板坯边部受到厚度方向压应力、长度方向拉应力的多向应力作用。随着道次增加，镁板厚度逐渐减薄，会形成较强的基面板织构，存在较严重的各向异性现象，导致镁板边部金属流动不均匀。边部轧制变形区的不均匀受力及金属的不均匀流动削弱了金属内部组织的结合能力，因此镁板边部极易出现裂纹。
镁合金热加工范围较窄，同时在轧制过程中由于辐射换热、空气对流换热、轧辊接触传热等原因导致镁板温降严重；且边部与空气接触面积相对较大，温降也相对较快，导致边部金属材料的延伸率、塑性明显降低，与镁板中部金属流动产生较大差异，促使了裂纹的产生。
在镁合金厚板热轧制过程中，板坯边部较中部存在更为严重的宽展现象，边部沿厚度方向通常形成“U”形缺陷；同时由于镁合金中心层流动滞后，镁板内部金属变形不协调，边部金属受到内部金属的附加拉应力作用，加剧了裂纹的产生及扩展。
由于以上等诸多原因，在宽幅镁合金厚板的热轧制生产过程中，板材常常出现边裂甚至表面裂纹的严重缺陷，导致成材率仅为30％～40％，镁板价格居高不下。
本发明提供了一种新的宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法，能够有效克服现有技术的瓶颈，解决现有问题。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种新的宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法，目的在于通过对镁板边部施加多辊多向的压力变形，进而采用在板材宽度和厚度方向同步施加压应力的协调轧制方法，来减少镁板表面和边部裂纹的产生及扩展，提高轧制成材率。
图1中的(a)和(b)为宽幅镁合金厚板边部多向预变形可逆轧制设备布置示意图。如图1中(a)和(b)所示，该多向预变形轧制设备由四辊轧机轧制入口侧的立辊和斜辊组合装置、轧制出口侧的斜辊和立辊组合装置组成。立辊和斜辊组合成预变形设备，位于水平四辊轧机的入口和出口轨座上，四辊轧机、立辊和斜辊轧制设备均装有伺服油缸，可根据工艺模型对平辊压下量、立辊侧压量、斜辊侧压量及侧压角进行自动调节。
本发明的边部多向预变形轧制装置可进行多道次可逆轧制。布置在四辊轧机轧制前后的立辊与斜辊组合装置在每道次工序中作用不同。轧制入口侧的立辊和斜辊组合装置为主侧压预变形装置，控制平辊轧制时板材因宽展不均导致的“U”形缺陷，改善边部应力分布状态，细化边部组织。轧制出口侧的斜辊与立辊组合装置通过较小的多向侧压量能够修整边部形状，提高板形质量，防止平轧后板材边角部的裂纹扩展。
图1中的(c)为立辊侧压成形原理示意图。如图1中(c)所示，立辊为孔形辊，辊身设计为圆弧形状，增加了镁板边部厚度方向与立辊的接触面积，能够有效减小立辊轧后狗骨形状凸起峰处厚度值hb，有利于提高板材边部压缩变形的均匀性。每对立辊既能夹送轧件也能对厚板边部进行宽度方向的压缩变形。板坯经板形在线检测后，综合考虑镁板的宽度Bh、宽厚比Bh/h、四辊轧机压下量Δh、四辊轧机压下率ε和轧制道次量n等因素，根据工艺控制模型进行立辊侧压量ΔBe分配。
图1中的(d)为斜辊多向侧压成形原理示意图。如图1中(d)所示，四个斜辊分别布置在镁板厚度断面四个角端部位，斜辊与轧件宽度方向夹角α的可调整范围为10°～35°。斜辊为孔形辊，辊身设计为圆弧形状，增加了镁板立辊轧制后狗骨形状凸起峰处与斜辊辊身的接触面积，减小了斜辊轧制时镁板边部变形区的峰值应力，从而有利于改善边部应力集中现象，提高板材边部压缩变形的均匀性，进而有效减小四辊轧机轧后边部“U”形缺陷程度，减缓了裂纹的扩展和分布。在轧制过程中，板坯经板形在线检测后，综合考虑板坯立辊侧压前厚度h、立辊侧压量ΔBe和立辊轧制后产生的狗骨形状凸起峰处板坯厚度hb等因素，根据工艺控制模型进行斜辊侧压量ΔBs分配，能够改善立辊轧制后镁板边部的不规则变形。
本发明的宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法主要分为以下三个工艺顺序：
工艺顺序一：边部预变形轧制，整体工艺流程及板形演变过程如图2所示，沿板坯长度方向，利用前后立辊和斜辊对镁板边部进行2～4道次组合往复轧制。每道次轧制工艺为：①进入四辊轧机之前，宽幅镁合金厚板坯经在线宽度和厚度测量后，调整入口侧立辊侧压量，进行边部侧压变形轧制，根据不同板坯尺寸和材质属性调整立辊侧压量：Bh为轧件宽度，h为轧件厚度，n为道次量；再根据测得的边部狗骨形状参数调整斜辊侧压角和侧压量进行压缩变形，每个斜辊压下量为：ΔBs1＝(30％～75％)ΔBe1；②四辊轧机无压下量，夹送板坯；③四辊轧机夹送后，由斜辊和立辊组合装置进行边部形状修整，斜辊压下量为：ΔBs2＝(30％～40％)ΔBs1；一对立辊的侧压量为：ΔBe2＝(25％～35％)ΔBe1。工序一通过采用厚度方向无压下量，沿板坯长度方向进行边部多向预变形的往复轧制方法，细化边部组织，避免后续轧制时边部裂纹的产生及扩展。
工艺顺序二：展宽轧制，整体工艺流程及板形演变过程如图3所示，工序一完成后，将镁板旋转90°，进行2～4道次展宽轧制。在此过程中，每道次的轧制工艺为：①进入四辊轧机之前，立辊侧压量为：Δh为四辊轧机压下量；斜辊压下量为：ΔBs1＝(30％～75％)ΔBe1；②四辊轧机进行展宽轧制；③四辊轧机轧后由斜辊和立辊组合装置进行边部形状修整，每个斜辊压下量为：ΔBs2＝(30％～40％)ΔBs1；一对立辊侧压变形量为：ΔBe2＝(25％～35％)ΔBe1。该工序中的立辊和斜辊组合轧制能够修整镁合金成品板材的头尾舌形和裂纹缺陷，降低头尾切损量，提高成材率。
工艺顺序三：轧长及边部多向压缩变形组合轧制，整体工艺流程及板形演变过程如图4所示，工序二完成后，轧件再次旋转90°，经平辊及前后立辊、斜辊往复轧制至最终厚度。在此后的轧制过程中，每对立辊间的距离保持成品宽度值不变。每道次轧制工艺为：①平辊轧制前，一对立辊无侧压变形量；每个斜辊的侧压变形量为：ε为压下率；②板坯进入四辊轧机进行轧长轧制；③轧后由斜辊和立辊组合进行边部形状修整，细化边部晶粒，斜辊压下量为：ΔBs2＝(50％～75％)ΔBs1。工序三通过四辊轧机轧长轧制及边部多向限宽压缩变形，能够获得较好板形。
宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法与装置，能够限制轧制过程中镁合金板材宽展，改善边部应力分布状态及各向异性，细化边部组织，减小边部裂纹的产生及扩展，通过获得良好板形，提高镁合金板材的成材率。
本发明的特点及积极效果为：
(1)本发明的宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制设备，立辊为孔形辊，辊身设计为圆弧形状，增加了镁板边部厚度方向与立辊的接触面积，有利于提高边部压缩变形的均匀性。采用的四个斜辊分别布置在镁板厚度断面四个角端部位，均为孔形辊，辊型曲线为圆弧形状，改善了立辊轧制后板宽方向狗骨形状的形成，避免了斜辊轧制镁板边部时的应力集中缺陷。
(2)本发明采用轧制入口侧的立辊和斜辊组合+平辊+轧制出口侧的斜辊和立辊组合同步轧制技术，对宽幅镁合金板材进行了宽度和厚度方向上的多向压缩变形。轧制入口侧立辊和斜辊组合预变形装置能够控制平辊轧制时的板材宽展，斜辊轧制能更好地改善板材上下表面宽展量，和因受立辊侧压约束时***的狗骨形状的形成。轧制出口侧的斜辊和立辊组合装置通过较小的多向侧压量能够修整镁合金板材边部形状，细化边部晶粒，防止四辊轧机平轧后板材边角部裂纹的产生和扩展，提高板形质量。
(3)本发明确定了立辊和平辊组合轧制成形时各工艺参数的调整范围，在整个轧制过程中，有板形参数在线追踪检测，可根据工艺控制模型确定各工艺参数的调整范围，进行多向压下量的调整和控制。
附图说明
图1是宽幅镁合金厚板专用边部多向预变形可逆轧制设备布置示意图
其中，(a)为整体装置主视图：1、5—立辊，2、4—斜辊，3—四辊轧机；(b)为整体装置俯视图；(c)为立辊侧压成型原理示意图；(d)为斜辊多向侧压成型原理示意图。
图2是工序一宽幅镁合金厚板边部预变形轧制工艺示意图
其中，(a)为整体工艺流程示意图；(b)为镁板宽度方向厚度断面演变示意图；(c)为镁板长度方向侧压变形区示意图。
图3是工序二宽幅镁合金厚板展宽轧制工艺示意图
其中，(a)为整体工艺流程示意图；(b)为镁板长度方向厚度断面演变示意图；(c)为镁板宽度方向侧压变形区示意图。
图4是工序三轧长及边部多向压缩变形组合轧制工艺示意图
其中，(a)为整体工艺流程示意图；(b)为镁板宽度方向厚度断面演变示意图；(c)为镁板长度方向侧压变形区示意图。
具体实施方式
以下，基于附图详细地说明本发明的实施例。
实施例1：
本实施例的宽幅镁合金厚板板坯尺寸为：1500mm×1000mm×300mm，制备宽度为2300mm、厚度为50mm的宽幅镁合金板材。其轧制方式包括以下三个工艺顺序：
工艺顺序一：边部预变形轧制，前后立辊和斜辊组合往复轧制4道次：每道次的工艺参数设置如下表所示：
工艺顺序二：展宽轧制，将镁板旋转90°，经3道次四辊轧机横轧，每道次压下量为：20％、30％、30％，轧至规定宽度2300mm，每道次的工艺参数设置如下表所示：
工艺顺序三：展长及边部多向压缩变形组合轧制，轧件再次旋转90°，每对立辊间的距离为2300mm，不再进行调整，经立辊、斜辊、平辊多向往复轧制4道次至最终厚度50mm，每道次的工艺参数设置如下表所示：
实施例2：
本实施例的宽幅镁合金厚板板坯尺寸为：2000mm×1500mm×200mm，制备宽度为2000mm、厚度为60mm的宽幅镁合金板材。其轧制方式包括以下三个工艺顺序：
工艺顺序一：平辊轧制前后的立辊和斜辊组合往复轧制5道次：每道次的工艺参数设置如下表所示：
工艺顺序二：将镁板旋转90°，经2道次四辊轧机横轧，每道次压下量为15％、17％，轧至规定宽度2000mm，每道次的工艺参数设置如下表所示：
工艺顺序三：轧件再次旋转90°，每对立辊间的距离为2000mm，不再进行调整，经立辊、斜辊、平辊多向往复轧制5道次至最终厚度，每道次的工艺参数设置如下表所示：
Claims (2)
1.一种宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法，该轧制方法实施的装置为由一架四辊轧机、前后两台立辊和斜辊组合装置组合而成；前立辊与斜辊组合装置、后立辊与斜辊组合装置分别位于水平四辊轧机的入口和出口轨座上，四辊轧机、前后两台立辊和斜辊组合装置均安装有伺服油缸，可根据工艺模型进行四辊轧机压下量、立辊侧压量、斜辊侧压量及侧压角自动调节和控制；其中轧制入口侧的前立辊与斜辊组合装置为主侧压预变形装置，能够控制四辊轧机平辊轧制时的宽展，轧制出口侧的后立辊与斜辊组合装置通过较小的侧压量能够修整边部形状，细化边部晶粒，防止四辊轧机平辊轧制后板材边角部裂纹的产生和扩展，提高板形质量；其中镁合金厚板边部轧制的立辊辊身设计为圆弧形状，增加了板材边部厚度方向与立辊的接触面积；斜辊也为圆弧形状孔形辊，分别布置在板材厚度断面四个角端部位，与板材宽度方向夹角的可调整范围为10°～35°，增加了立辊轧制后板材狗骨形状凸起峰处与斜辊的接触面积，降低了板材边部与斜辊接触部分的峰值应力，改善了边部应力集中，减缓了裂纹扩展。
2.如权利要求1所述的宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法，其特征在于，采用了前立辊与斜辊组合装置+四辊轧机平辊+后立辊与斜辊组合装置的同步轧制技术，在板材宽度和厚度方向同步施加压应力的协调轧制方法，其轧制方法分为以下三个步骤：
(1)沿板坯长度方向，进行边部多向预变形往复轧制，细化边部组织，改善后续轧制时边部裂纹的产生及扩展：①进入四辊轧机前，立辊侧压量为：Bh为板材宽度，h为板材厚度，n为道次量，斜辊侧压量为：ΔBs1＝(30％～75％)ΔBe1；②四辊轧机无压下量，夹送板材；③四辊轧机夹送后，由所述的立辊和斜辊组合装置进行边部形状修整，斜辊侧压量为：ΔBs2＝(30％～40％)ΔBs1，立辊侧压量为：ΔBe2＝(25％～35％)ΔBe1；
(2)将板材旋转90°，进行展宽往复轧制，修整头尾舌形和裂纹缺陷，降低头尾切损量：①进入四辊轧机前，立辊侧压量为：Δh为四辊轧机压下量，斜辊侧压量为：ΔBs1＝(30％～75％)ΔBe1；ε为压下率；②四辊轧机进行展宽轧制；③进入四辊轧机后，斜辊侧压量为：ΔBs2＝ (30％～40％)ΔBs1，立辊侧压量为：ΔBe2＝(25％～35％)ΔBe1；
(3)将轧板材再次旋转90°，进行轧长及边部多向压缩变形组合往复轧制至最终厚度，每对立辊间距离保持成品宽度值不变：①四辊轧机轧制前，一对立辊无侧压量，斜辊侧压量为：Δh为四辊轧机压下量，ε为压下率；②四辊轧机进行轧长轧制；③轧后斜辊的侧压量为：ΔBs2＝(50％～75％)ΔBs1。
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