[发明专利]一种镁合金板坯超声铸轧方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属加工领域，具体涉及一种镁合金板坯超声铸轧方法。

背景技术

镁合金具有密度轻、比强度和比刚度高、电磁屏蔽和阻尼性能好等优点，在军事与民用领域都具有良好的应用前景，高性能镁合金板材日益受到制造领域的重视。然而，镁合金为密排六方晶体结构，其对称性低，室温下可启动的滑移系少，变形加工困难，传统镁合金板材制备工艺较复杂，加工成本居高不下。双辊铸轧技术具有短流程、低能耗和高效率的优势，可显著降低镁合金板材加工成本，在镁合金板材加工领域具有良好的应用前景。

近年来，研发人员发现镁合金铸轧过程中α-Mg枝晶在生长的同时向邻近液相排出Al、Zn等溶质元素，造成溶质在枝晶间未凝固的液相中富集，在枝晶间形成初晶α-Mg和不规则的块状Mg₁₇(Al，Zn)₁₂相组成的离异共晶，铸坯组织沿着传热方向形成发达胞状晶。此外，熔体凝固过程中溶质元素排挤至铸坯中心部位，极易形成中心线偏析，不利于后续轧制。镁合金铸轧板坯存在的组织粗大和成分偏析等问题，必然会限制镁合金铸轧板坯后续加工性能。

超声外场对金属凝固组织有显著的有益影响，在镁合金铸轧过程中施加超声外场，可利用声空化和声流效益，促进形核细化晶粒，并改善溶质分布均匀性，提高镁合金铸轧板坯组织与成分均匀性。目前镁合金超声铸轧制备方法中，超声施加位置多放置于前箱与铸嘴熔体流经位置，距离合金熔化液凝固前沿有还有一段距离，超声波到达凝固前沿时，已经大幅衰减，难以充分发挥超声外场对镁合金铸轧板坯凝固组织改善的功效。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种镁合金板坯超声铸轧方法，改变传统超声铸轧中超声探头施加位置，将其直接施加在铸轧区凝固前沿位置，有效利用超声外场声空化和声流效益，显著改善镁合金铸轧板坯组织结构与成分分布，改善板坯冶金质量，并提高成品镁合金板材的力学性能。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

镁合金板坯超声铸轧方法，其包括如下步骤：合金熔炼、熔体输送、铸轧立板、超声振动和板坯卷取，其特征在于：铸轧过程中采用空心轧辊，将超声探头设置在轧辊内，并且位于轧辊靠近熔体输送侧，以在熔体凝固前沿施加超声外场。

进一步的，超声探头施加在轧辊内壁，轧辊为环状轧辊。

进一步的，超声波发生装置功率范围在2-8kW，频率25±0.5kHZ。

进一步的，超声探头数量根据轧辊直径与铸轧速度进行匹配设置，超声探头数量范围为2-6个，上下轧辊对称设置。

进一步的，轧辊直径范围300-800mm，铸轧速度范围1-3m/min。

进一步的，在铸轧时应匹配铸轧速度，随时开启进入铸轧区凝固前沿范围内的两个超声波探头，输入超声波；在超声探头随轧辊旋转远离铸轧区凝固前沿范围时，及时切除超声波输入。

进一步的，轧辊采用热风预热与冷风冷却方式，将高压气体介质直接喷吹在轧辊表面实现轧辊温度控制。

进一步的，铸轧板坯之前轧辊表面温度预热至150～300℃，铸轧过程中轧辊表面温度冷却至250～350℃范围内。

进一步的，预热气体由火焰燃烧提供热源，冷却气体采用高压氩气、氮气或二氧化碳作为冷却轧辊风冷系统的气源。

进一步的，该铸轧方法能够制备厚度3-8mm、宽度200-2000mm的镁合金铸坯。

通过上述技术手段，本发明具有以下积极效果：

(1)功率超声施加位置在轧辊内壁，声流与声空化效应可直接作用于铸轧凝固前沿，大大减少原有超声铸轧作用在前箱或铸嘴位置而产生的声波衰减；

(2)本发明功率超声施加方式，可根据工艺调整超声探头施加位置和施加数量，以匹配镁合金铸轧多种合金牌号和铸坯规格变化需求；

(3)超声波探头施加在铸轧凝固前沿位置，可大幅减少超声波传播距离，充分发挥功率声空化和声流效益，达到细化晶粒、均匀成分分布的目的，提高铸坯冶金质量；

(4)采用轧辊气体预热和冷却系统，替代原轧辊预热和冷却装置，可消除铸轧过程中辊套破裂漏水而引起镁合金熔体剧烈爆炸的隐患，提高工业生产安全性；此外风冷装置冷却强度相对水冷系统更低，镁合金的密度低、比热容小且凝固潜热小，铸坯凝固需要的冷却强度远低于其它合金，风冷系统的冷却强度可与镁合金材料热物理性能良好匹配；

(5)轧辊去掉轧辊辊芯装置，可减少轧辊预热时无效热量散失，在预热时可提高预热效率、高精度控制轧辊预热温度；同时铸轧轧辊重量显著降低，能够降低工业铸轧过程中的无效功率消耗，节约成本。