镁合金铸轧区温度场仿真及组织研究
作者姓名:?吴迪
指导教师：?崔建忠教授
单位名称:?材料与冶金学院
专业名称: 材料成型与控制工程
东北大学
200６年6月
Ｎumeｒicａl ＳimulatｉoｎoｎTｅmperatureＦieｌｄａnd tｈeＳtｕｄy o ｎＭicｒoｓtructure oｆCast－roｌｌinｇZｏｎe of Ｍagｎeｓium Ａlｌoy
by Ｗu Di
Supervｉsｏｒ：Pｒofessor Cui ＪiaｎZhong
Northeastｅｒn Uｎiversity
Jｕnｅ2006
一、铸轧产品的板形控制 1 常见铸轧板形 2 评价铸轧坯料板形的主要指标 两边厚差：每块样板距两边部50mm所测厚度的差值，即h1-h2； 中凸度：（中间厚度减去两边厚度的平均值/中点厚度）×100％，即[h0-(h1+h2)/2]/h0×100% 其中： h0为板样中部的厚度值； h1、h2分别为距带材两边50mm处的厚度值。 例如：WS侧边部厚度值为7.206mm，DS侧边部厚度值为7.234mm，中部厚度值为7.258mm，则根据公式，计算其中凸度为0.52% 纵向厚差：在一个轧辊周长沿长度方向上测得的任意两点厚度的最大差值，即沿板材轧制线方向，板材厚度的最大值减去最小值。 同板差：沿宽度方向对称两点差值的最大值的绝对值/中间点厚度值×100%；例如，某板样测量值如下7.206、7.208、7.228、7.236、7.248、7.258、7.246、7.242、7.240、7.238、7.234，则其同板差为（7.238-7.208）/7.258×100%=0.41% 3 板形的测量方法 每块板样从中点向两侧每隔100mm取一点，距两边部50mm各取一点作为测量点，边部第一、二点之间距离小于100mm。
4 板形调整 调整方法如下： 1、在线调整两侧预载力，适合于微调（<0.03mm），大约10T=0.01mm左右； 2、调整楔块：适合于两边厚差>0.03mm的调整。调整前适当降低预载力（不能太低，否则漏铝），然后调整牌坊架两侧的楔块摇杆，每调摇杆一个行程厚度变化约0.01 mm，辊缝减小可使板厚减小，板的中凸度增大；反之可增大板的厚度及减小中凸度。 3、调整铸轧区长度：铸嘴后撤加大铸轧区长度，铸轧区长度加大，中凸度增大；反之中凸度减小。操作时需防止铸嘴与辊的间隙太大造成漏铝。 4、调整速度：速度增大，中凸度减小，同时板的厚度减小；调整速度应点动（提速时，应略提高前箱液面；降速时，应略降低前箱液面），防止粘辊或热带的产生。
2018年第18期广东化工 第45卷总第380期https://www.doczj.com/doc/e84842533.html, ·127 ·镁合金双辊铸轧板带技术论述 王永昌 (青海盐湖工业股份有限公司，青海格尔木816000) Technique of Magnesium Alloy Sheet Twin Roll Casting Wang Yongchang (Qinghai Salt Lake Industrial Co., Ltd, Qinghai, Golmud 816000, China) Abstract: This paper is summarized the process of twin roll casting to produce magnesium alloys sheets (strip). It was analyzed that the developing trend of the process and existing problems and challenges. Keywords: Magnesium Alloys；Magnesium alloys sheets；Twin Roll Casting 1 镁合金板材的应用 镁合金是目前工业上应用最轻的金属材料，由于它具有较强的比强性、比刚性、减震性和电磁屏蔽性及易切削性等综合性能而成为电子通讯、现代汽车、印刷影印、轨道交通、航空航天及军工武器等行业的重要新型材料，尤其是人类对能源和环境非常关注的今天，镁合金产品受到日益重视，具有广阔的市场开发应用前景。 镁板是目前镁业深加工领域最具发展潜力的产品，由于镁合金晶体结构是密排六方结构，滑移系数小、低温塑性变形能力差，过去的十多年中在镁板轧制工艺没有取得长足的发展、成品率低、成本高，市场难以接受。近年来，随着原镁价格的下降和高温耐热、高强耐蚀、塑性变形能力强等新型镁合金的出现，镁板轧制工艺的改进，生产成本逐渐下降，产品越来越被市场接受，使国内外越来越多的企业和研发机构进入该领域，生产和研制不同用途的各类镁板。 目前镁板的生产和市场处境，正像十多年前的铝板市场一样，那时，几乎铝板市场是一片空白，但随着这十年来的发展，铝板市场增长速度有目共睹，应用领域也在不断扩大，最早建立铝板生产线的厂家现在大都成为行业龙头，享受市场高速增长的红利。镁板的应用范围和前景同样十分广阔，铝板可以涉足的领域镁板大多也可涉足。使用镁板生产的冲压件，比起现在普遍采用镁压铸工艺生产的压铸件，具有成品率高、生产率高、产品强度高的优点。因此未来一部分镁压铸产品将会被镁板冲压产品取代。而且利用镁的材料特性，镁板将会被大规模用于制造汽车前后盖板、汽车门板、动车外壳、动车底座及床铺、以及飞机和火箭等航空航天器上。目前的镁板市场就像一片蓝海，发展潜力巨大。 2 镁板材生产工艺 镁板生产工艺一般分为两大类：即传统的轧制工艺和双辊铸轧工艺。 2.1 传统轧制工艺 将镁合金锭进行预热、熔炼、净化，铸造成一般为0.3 m×1 m×2 m的扁坯，将扁坯在480 ℃下进行几个小时的初次均质化处理，然后进行多次、往返、连续的热轧、温轧，形成5-6 mm厚的板材，再将板材在340 ℃下进行退火、精加工后生产出成品。该工艺成本高(扁坯成本大约为5万/吨，加工成本大约为9万/吨)、耗时多、成品率低(一般在20-40 %之间)、如果生产薄板，成品率更低，每批次的产品质量不稳定、不能连续生产，产量受限，无法支持大规模、工业化生产，只能小规模为军工企业生产中厚板，每年产量大约在1000吨左右，产品厚度和宽度均满足不了当前汽车制造和电子产品市场的需求. 2.2 双辊铸轧工艺 第二类是近年来在国内外开发的双辊铸轧工艺，该工艺将熔融后的镁合金液体直接用泵咀均匀地喷射到双辊轧机辊面之间，用轧辊内的冷水冷固，通过辊缝一次性、连续铸轧成3-3.5 mm板带，然后进行2-5次的连续温轧、平整、热处理等精加工后生产出0.5-1.5 mm厚，600-1800 mm宽的镁卷材成品，成品率均在93 %以上，直接应用于电子产品制造上。该工艺极大地提高了产品的成品率，省去了传统工艺多次压轧过程，生产率高、生产成本低、工艺成熟、产品质量稳定，可规模化、商业化生产，是目前生产低成本、高性能镁合金板材的现代工艺。 2.3 工艺流程 传统轧制工艺流程：坯锭预热→熔炼→净化→铸锭→均匀化→洗面→加热→热轧(多次加热)→温轧(多次退火)→冷轧→成品退火→板材分剪→成品堆扎 双辊铸轧工艺流程：镁锭预热→熔炼→镁液净化→双辊铸轧→少量温轧→成品退火→板材分剪→成品堆扎。 3 镁合金板材生产现状 随着各国经济的发展，镁板材消费结构有了较大的变化，尤其是近几年，随着镁材价格的降低和高温耐热、高强耐蚀等新型镁合金的发展，使各国研发机构和商业公司对镁板的开发和生产颇感兴趣，镁板的生产技术日趋成熟。 CSIRO—澳大利亚联邦科学与工业研究组织，该组织经过长达十多年的研究，在镁合金及镁合金板材生产方面取得了可喜的成果。CSIRO已开发出了具有专利权的镁合金板材双辊铸轧技术，将熔融AZ31镁液喷射至双辊之间进行铸轧、冷却，即轧制出厚度为3-3.5 mm、宽幅为600 mm的镁合金铸态卷板，再将铸态卷板进行少量的温轧及精加工后，即可生产出3C产品所需的宽幅600 mm，厚度0.5-1.5 mm的成品镁板，工艺成熟，技术处于世界领先。CSIRO的技术独特在于它能有效地优化显微组织，最小化缺陷，最大化镁板强度和成型性。CSIRO生产的镁合金板样品已在日本和美国分别进行了制造3C产品零部件和汽车部件的精加工检验，被确定性能先进，符合生产3C产品和汽车零部件的要求。目前CSIRO正在致力于将宽幅为600 mm镁板材技术进行商业化应用，。 CSIRO更期望将本项技术应用于汽车行业的镁板材生产上，但宽幅600 mm的板材显然不能满足汽车工业的要求，目前汽车工业对镁合金板材的宽幅要求一般在1800毫米以上，为此，CSIRO正在进行该技术的进一步开发和产品尺寸的提升，使600 mm的宽幅扩大至1800-2000 mm。 德国的GKSS镁技术工程中心对双辊铸轧镁合金板材技术也进行了多年的研究，尤其是在镁合金的铸造、压轧、表面防腐等方面在材料晶相控制和加工工艺上都有很多研究和前期技术储备，后段精加工方面也取得了新的进展。德国亥姆霍兹联合会是德国最大的国家级科研机构，新型镁合金的研发及其在工业领域的应用，是吉斯达赫材料研究中心研究的主要对象，该中心研发并建成的双辊铸轧和温轧示范厂，使板材连续的变薄。目前，这种优化后的宽幅为650 mm，最小厚度为4 mm的AZ31镁合金铸轧板材各项参数符合批量生产工业用材的要求，并能吸引投资伙伴，进行合作生产或技术转让。 2011年初，韩国浦项钢铁公司(POSCO)在韩国全罗南道的顺川建设镁板材项目，开发和生产宽幅镁合金板材，该项目年设计能力为1万吨镁合金板材，宽幅1800-2000 mm，产品定位于汽车行业，于2012年10月投产并实现商业化生产，现已成功生产出汽车前后盖板及门板产品，并与韩国现代、韩国起亚和日本丰田等汽车厂家签订意向供货协议。早在2007年，浦项在此就有一生产能力为3000吨/年，宽幅为600 mm的镁板厂在运营，产品用于 [收稿日期] 2018-06-22 [作者简介] 王永昌(1963-)，男，西宁人，大专，主要研究方向为金属镁合金及镁合金产品开发。
铸钢的金相组织及检验 一、铸造碳钢的金相组织及检验 （一）铸造碳钢的显微组织 1．铸态组织为铁素体＋珠光体＋魏氏组织。如图8-1、图8-2。 图8-1 ZG230-450铸钢铸态组织(100×) 图8-2 ZG310-570铸钢铸态组织(100×) 铸态组织的形貌和组成相的含量与钢的碳含量有关。碳含量越低的铸钢，铁素体含量越多，魏氏组织的针状越明显、越发达，数量也多。随铸钢碳含量的增加，珠光体量增多，魏氏组织中的针状和三角形的铁素体量减少，针齿变短，量也减少，而块状和晶界上的网状铁素体粗化，含量也增多。若存在严重的魏氏组织，或存在大量低熔点非金属夹杂物沿晶界呈断续网状分布，将使铸钢的脆性显著增加。 2．退火组织为铁素体＋珠光体。铁素体呈细等轴晶。珠光体分布形态随钢的碳含量增加而变化。随钢的碳含量增加，珠光体呈断续网状分布→网状分布→珠光体与铁素体均匀分布，其含量也不断增多。若退火组织中存在残留的铸态组织或组织粗化均属于不正常组织。 3．正火组织为铁素体＋珠光体，分布较均匀，如图8-3。与退火组织相比较，正火组织的组成相更细、更均匀，珠光体含量稍多。若存在残留铸态组织或组织粗化均属不正常组织。 4．调质组织 ZG270-500以上牌号的铸造碳钢可进行调质处理，组织为回火索氏体，见图8-4。若出现未溶铁素体或粗大的回火索氏体属不正常组织。 图8-3 ZG230-450 铸钢正火组织(100 ×) 图8-4 ZG35CrMo铸钢调质组织(650×) 5．几种常用铸造碳钢的组织见表8-1, 表8-1 常用铸造碳钢的组织 铸造碳钢 ZG200-400 ZG230-450 ZG270-500 ZG310-570 ZG340-640 显 微 组 织铸态魏氏组织+块状铁素体+珠光体珠光体+魏氏组织+铁素体珠光体+铁素体 部分铁素体呈网状分布铁素体呈网状分布 退火铁素体+珠光体珠光体+铁素体 珠光体呈断续网状分布珠光体呈网状分布 正火铁素体+珠光体珠光体+铁素体 调质回火索氏体 （二）铸造碳钢的质量检验 铸造碳钢多数用于一般工程，金相检验按照GB/T 8493-1987《一般工程用铸造碳钢金相》标准进行。主要是在金相显微镜下进行显微组织鉴别及晶粒度和非金属夹杂物级别的测定。标准规定金相试样从力学性能试块或试样上切取，特殊情况由供需双方协商决定。 1．显微组织检验试样用2~4％硝酸酒精溶液侵蚀后，在显微镜下按大多数视场确定其组织。对铸态、退火、正火态组织放大100倍观察，对调质态组织在500倍下鉴别。 GB/T 8493-1987标准对ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500, ZG310-577、ZG340-640五种铸钢分别按铸态、退火、正火及调质状态下的正常和非正常组织的特征列表作了文字说明，并列出了标准组织照片，供对照评定。 2．晶粒度测定奥氏体晶粒度和铁素体晶粒度的测定方法，按 GB/T 8493-1987标准的规定执行。被测试样在放大100倍下与标准晶粒度图对照进行评级。若放大倍数为非100倍时，按YB/T 5148标准规定的方
镁合金铸态和挤压态组 织观察实验指导书 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
镁合金铸态和挤压态组织观察的操作及组织观察 一、实验目的 1掌握镁合金组织金相制作的方法 2了解镁合金的显微组织特征 二、概述 镁合金的密度是钢的23％，铝的67％，塑料的170％，是金属结构材料中最轻的金属，镁合金的屈服强度与铝合金大体相当，只稍低于碳钢，是塑料的4~5倍，其弹性模量更远远高于塑料，是它的二十多倍，因此在相同的强度和刚度情况下，用镁合金做结构件可以大大减轻零件重量，这点对航空工业，汽车工业，手提电子器材均有重要意义。 镁合金是以金属镁为基，通过添加一些合金元素形成的合金系，通常可分为二元、三元及多组元系合金。二元系如Mg-Al，Mg-Zn，Mg-Mn，Mg-RE，Mg-Zr等；三元系如Mg-Al-Zn，Mg-Al-Si，Mg-Al-RE等；多元系如Mg-Th-Zn-Zr，Mg-Ag-Th-RE-Zr等。因为大多数合金含有不止一种合金元素，所以实际上为了分析问题方便，也为了简化和突出合金中最主要的合金元素，习惯上依据镁与其中的一个主要合金元素，将其划分为二元合金系。 对于AZ31镁合金的腐蚀，早期的研究主要集中在合金元素对腐蚀性能的影响上。近几年来随着加工及表面处理技术的进步，合金耐蚀性的研究越来越集中在通过新型的加工技术（如快速凝固技术、半固态成型技术等）和表面处理技术（如化学转化、阳极氧化、微弧氧化等）来直接或间接的提高AZ31镁合金的耐蚀性能。总而言之提高合金耐蚀性的途径主要从以下几个方面入手：减少镁合金杂质含量，提高镁合金的纯度；采用快速凝固、热处理与合金化改性等方法细化合金组织，使成分均匀化。
第一章总则 ￠820ⅹ1600倾斜式双驱动轧机试车大纲适用于机列的空负荷式运转以及带负荷式生产空负荷式运转目的在于对新安装的设备在设计制造和安装方面的性能和质量作一次全面的检查和考验使设备操作手能更好的了解设备的性能确保设备的运转安全可靠使之达到预定指标带负荷试生产目的在于使设备在带负荷的条件下对设备的设计安装和综合性能进行一次综合考验使设备操作手能更好的了解设备的性能满足生产工艺的要求 第二章 一试运转前的准备工作 1 试车前所有参加人员必须对￠820ⅹ1600倾斜式双驱动轧机操作维护说明 书以及有关的机械电气液压图纸和铸轧工艺操作规程进行熟悉了解铸轧机构造和各部分的性能掌握操作程序和方法 2 确认机械液压电气部分安装全部完成无任何漏装现象 3 检查各齿轮箱液压系统油箱以及各执行件是否进行了加油 4 检查操作台各个操作手柄按钮是否搬动灵活控制部位是否正确控制度 是可靠 5 检查冷却系统的水压0.4—0.6Mpa 水温10——32° 6 检查供压缩空气的风压0.3-0.6mpa 7 检查电源是否已经通电 8 检查各部分装配零部件是否完好无损各连接部件是否紧固各种计量仪器 是否经过简练合格 二空负荷单体运转 铸轧机的空负荷试车步骤应遵循先单机后联机先无负荷后有负荷先辅机后主机的原则 1主机传动 要求达到轧辊升降速度平稳两辊的线速度要一致正反转切换顺利无明 显异常噪音电机冷却风机风量以及风向正常运转时间为4小时电机转 速为基速 2轧辊上下移动畅通无卡阻现象单侧压力调节方便无明显漏油保持时间为30分钟此次数为2次 3换辊系统 要求轧辊移动到位无卡组现象主传动座于轧辊付锁正常次数2次4火焰喷涂 上下喷枪运行平稳单双动可调速工作时间为连续运转30分钟次数2次5导出辊 运转灵活无卡组现象 6液压平动剪 剪刃向上移动到位自动复位正常平移灵活无卡组 7导板 导板抬起不得超过卷取机钳口落下不得触及地面连续动作5次8推料板
5．4镁合金板材轧制变形镁合金板材在电子、通汛、交通、航空航天等领域有着卜分J‘泛的血用前景，但目前镁合金板材的应用仍然受到很大限制．其产量和用量均远不及钢铁及铝．铜等有色金属。制约镁合金板材发展的因素主要有两个：①大部分镁合金的室温塑性变形能力较差，且轧制板材中存在严重的各向异性；②镁合金板材制备工艺不够成熟，力学性能尚需进一步提高。镁合金板材一般采用轧制方法生产．因此了解镁合金轧制工艺流程、阐明轧制过程中组织性能的变化规律，对促进镁合金板材轧制技术的发展是十分必要的，5．4．1镁合金轧制工艺流程·i””＼，．镁合金板材的生产工艺流程如图5—76所示。轧制设备与铝合金相似，根据乍产规模可采用2，3或4辊轧机(批量较小时可采用2辊轧机，大批量生产时则常用3辊或4辊轧机)。镁合金轧制用的坯料可以是铸坯、挤压坯或锻坯，锭坯在轧制前需进行铣面，以除掉表面缺陷。塑性加工性能较好的镁合金如镁—锰(Mn<2．5％)和镁—锌—锆合金可直接用铸锭进行轧制，但铸锭轧制前一般应在高温下进行长时间的均匀化处理。对含铝量较高的镁—铝—锌系镁合金，用常规方法生产的铸锭轧制性能较差，因此常采用挤压坯进行轧制。际tl堉焯铸造扁锭锯切铣面。图。令。图。令。抖。图次bU热二次0U 热—二次热轧啊训-：次加热次坤轧寸轧酞f；《枯轧6《川，蓟川退火汁漆闹／t：处煅检古包装运输图5~76镁合金板材轧制工艺流程·：239 陈振华主编.变形镁合金.化学工业出版社,2005年06月. 常用的镁合金为密排六方晶格结构，塑性加工性能较差，因此不能像铝合金、铜合金等立方晶格结构金属那样以很大的道次变形率(可达50％一60％)进行轧制。镁合金在室温附近轧制时，一般应将道次变形率控制在10％一15％左右。道次变形率过大时易发生严重的裂边，甚至表面开裂而使轧制过程无法继续进行。在再结晶温度以上轧制时，镁合金的塑性因棱柱面及锥面等潜在滑移系的启动而大幅度提高，因而大部分镁合金板材生产均采用热轧的方式，且在热轧过程中应进行反复加热。在Mg—以合金中，当锂含量为5％一10％(质量)时可形成。十p相(密排六方与体心立方的混合相)，因此塑性加工性能变好；当合金中锂含量大于11％(质量)时，全部转化为体心立方相，可使镁合金轧制性能得到大幅度改善。5．4．1．1
镁合金铸态和挤压态组织观察的操作及组织观察 一、实验目的 1掌握镁合金组织金相制作的方法 2了解镁合金的显微组织特征 二、概述 镁合金的密度是钢的23％，铝的67％，塑料的170％，是金属结构材料中最轻的金属，镁合金的屈服强度与铝合金大体相当，只稍低于碳钢，是塑料的4~5倍，其弹性模量更远远高于塑料，是它的二十多倍，因此在相同的强度和刚度情况下，用镁合金做结构件可以大大减轻零件重量，这点对航空工业，汽车工业，手提电子器材均有重要意义。 镁合金是以金属镁为基，通过添加一些合金元素形成的合金系，通常可分为二元、三元及多组元系合金。二元系如Mg-Al，Mg-Zn，Mg-Mn，Mg-RE，Mg-Zr等；三元系如Mg-Al-Zn，Mg-Al-Si，Mg-Al-RE 等；多元系如Mg-Th-Zn-Zr，Mg-Ag-Th-RE-Zr等。因为大多数合金含有不止一种合金元素，所以实际上为了分析问题方便，也为了简化和突出合金中最主要的合金元素，习惯上依据镁与其中的一个主要合金元素，将其划分为二元合金系。 对于AZ31镁合金的腐蚀，早期的研究主要集中在合金元素对腐蚀性能的影响上。近几年来随着加工及表面处理技术的进步，合金耐蚀性的研究越来越集中在通过新型的加工技术（如快速凝固技术、半固态成型技术等）和表面处理技术（如化学转化、阳极氧化、微弧氧化等）来直接或间接的提高AZ31镁合金的耐蚀性能。总而言之提高合金耐蚀性的途径主要从以下几个方面入手：减少镁合金杂质含量，提高镁合金的纯度；采用快速凝固、热处理与合金化改性等方法细化合金组织，使成分均匀化。 因此，了解镁合金组织，对于提高镁合金质量、防止镁合金腐蚀有重要的意义。 三、铸态镁合金的组织 AZ31镁合金属于典型的亚共晶合金，其凝固区间约为60℃，铸造过程中凝固时间短，冷却速度快，因此无论采用何种方式，其凝固收缩均难以补偿，加之Al元素在镁合金中的扩散速度极慢，凝固过程十分复杂，而镁合金组成相的含量、分布、形态、成分等因素与合金的腐蚀性能密切相关。 图1为AZ31镁合金铸态XRD谱图。结合相图（图2）可得，AZ31镁合金相组成为α-Mg固溶体和β-Mg17Al12析出相。 图1 AZ31镁合金铸态XRD谱图 图2 镁铝合金二元平衡相图 图3(a)和 (b)为AZ31镁合金铸态经Acetic-picral浸蚀后的金相照片，可以看出，铸态组织内部晶粒大小不一，平均晶粒尺寸为90μm；在其晶界处某些部位能够观测到黑色的团聚物。经SEM观察发现，这些团聚物是由一些气孔和缩松构成。 a b (a) 铸态组织 (b) 晶界处黑色团聚物 图3 AZ31镁合金铸态组织； 四、挤压态镁合金的组织 对铸态组织进行热挤压处理，既能通过晶粒的充分细化来提高组织的成分均匀性，又能在挤压过程中消除组织的铸造缺陷，通过后续的热处理工艺还可以进一步抑制第二相的析出并使其弥散分布。 图4为棒材横向与纵向剖面示意图。图5(a)和5(b)为AZ31镁合金铸态在Acetic-picral浸蚀液
连续铸轧技术综述 摘要：本文简述了连续铸轧技术基本原理、双辊式薄带连续铸轧工艺特点，并讨论了一些工艺参数对铸轧坯料质量的影响。介绍了连续铸轧技术当前国内外发展应用现状，在此基础上展望了连续铸轧技术的难点及未来研究方向。 1.前言 19 世纪中叶，Henry Bessemer 发明了双辊铸轧薄带技术，并将此技术进行专利申请，之后各国科研人员便开始对这项技术进行研究。随着这些年来其他相关领域的技术的持续发展，这一设想才变为现实。双辊式薄带铸轧技术是目前最热门、最有潜力的技术，近几十年这一技术在实验室才得以实现。一些发达国家对双辊铸轧技术的研究处于领先地位，已经率先实现工业化生产。相对于发达国家来说，我国的发展速度较为缓慢，对该技术的研究仍处于实验室生产阶段。双辊式连续铸轧薄带是以液态金属为原料，将其倒入旋转方向相反的两个铸轧辊之间，并以铸轧辊为结晶器，用液态金属直接生产金属薄带的一个完整的生产过程。其工艺特点是将铸造和轧制这两道工序在同一台设备上实现合二为一，与传统热轧工艺相比减少了工序，简化了生产设备，降低了生产成本，节约了能源。因此，这一项技术的研究在工业合金板材生产中十分重要。 2.双辊式薄带铸轧技术的发展概况 2.1 国内铸轧技术的发展 从 20 世纪 50 年代至今，我国的科研人员就一直对薄带铸轧技术进行研究工作。在经历了几十年的科研努力后，我国已经将双辊薄带连铸技术实现了实验室内的生产，目前正在向其工业化生产进行努力。我国国内的洛阳铜业有限公司，首次实现了双辊薄带铸轧技术的商业化开发[1]，并于 2005 年试验性地轧制出了变形镁合金薄带。 1960 年前后，经过东北大学与其他研究机构的努力合作，在长春建立了双辊式薄带铸轧生产试验线，并且成功地铸轧出了碳素钢、硅钢和高速钢板带，在这些实验中，高速钢的成果比较理想。 我国前两台双辊式异径铸机都是由东北大学在上世纪 80 年代设立完毕，且东北大学的研究者分别用此设备成功的铸出了能加工出合格工具的高速钢薄带原材料。在之后几年时间里，同时也在国家政策的扶持下，东北大学又建立了两条不同的试验线，分别是一条异径双辊连铸薄带试验线以及一条等径双辊薄带铸轧试验线，这两条试验线同时也分别成功地铸出了 W6 高速钢薄带以及厚度为1mm-5mm
第一章铸轧技术概况 双辊铸轧是一种用双辊的表面来冷却液态钢水并使之凝固以生产薄带钢的方法，其工艺特点是液体金属在结晶凝固的同时承受压力加工和塑性变形，在很短的时间内完成从液体金属到固态薄带的全过程]1[。 双辊铸轧的平均冷却速度接近100℃/s，因此，其凝固速度要比常规工艺大约快1000倍左右，并能够铸轧出厚度约为常规铸坯1/100的薄带，取消了热轧过程，由于双辊式铸轧冷却速度快，因此，用这种方法有可能生产具有特殊性能的产品。 1.1我国铝连铸连轧机列开发和发展动向 铝连铸连轧是把铝的熔炼至热轧六道完全不同的工艺合并为两道的新的铝加工工艺技术，使铝液结晶并产生一定的变形率，从而实现铝及铝合金熔融液态的金属铸轧成6mm～10mm铸轧板材，形成铸轧卷带材的工艺过程。20世纪60年代，随着这种新的铝加工工艺技术在美国、前苏联等国家先后研制成功，与之匹配的生产设备 --铝连铸连轧机列开始在世界上许多国家进行装备，用这种机列生产铝卷带材，为冷轧薄板和铝箔提供坯料。由于这种加工工艺的简化，带来了生产设备的大大简化。用连铸连轧机列生产铝卷带材，具有投资少、见效快、操作简便等一系列优点。对中小企业，特别是对轻工、民用材极为适用。正是由于铝连铸连轧工艺及其设备具有上述突出的特点和优势，在今天蓬勃发展的铝加工技术中，特别是在“ 1＋3”、“1＋4”铝热连轧技术不断应用于工业生产的情况下，连铸连轧工艺依然具有旺盛的生命力，其工艺革新和设备优化具有广阔的空间。涿神公司作为中国铝加工专用设备的开发研制基地，在20世纪80年代通过与日本株式会社神户制钢所、神钢商事株式会社的合资，积极引进日本神户制钢的先进技术和先进管理经验，成功研制的从Φ650mm到Φ1023m m、辊身长度从1350mm到1900mm的系列连续铸轧机，基本上涵盖了国内铝加工行业所有的规格类型。公司在1 995年开发研制成功的Φ960 ×1550mm超型连续铸轧机的性能、技术指标都达到甚至超过国际同类设备的水平。特别是2000年，随着国家“产业化前期关键技术与成套装备研制开发项目--Φ1050×1600mm超薄快速铸轧”的研制成功并投入生产运
技术开发 铝带坯连续铸轧技术新发展 ——○四○辊○式○连○续○铸○轧○机 50年代初,由美国亨特公司研制的双辊式铝连续铸轧技术投入工业应用。由于该技术具有带坯生产流程短,投资少(仅为热轧法的1 3),节能(能耗仅为传统热轧法的40%)等突出特点,因此,一直受到世界各国的重视。特别是70年代的能源危机使该技术更倍受青睐。目前世界上铝连续铸轧设备发展到230多台套,它已成为铝板带箔材生产的重要供坯方法。 我国从70年代初研制成功铝连续铸轧技术以来,也有了很大的发展。目前,我国铝连续铸轧机发展到48台套(包括引进),其供带坯量已占我国铝板带箔材产量的一半左右,已成为我国铝板带箔材生产的主要供坯方法。但由于该技术的单机产能低,铸轧材料的品种少(目前主要铸轧纯铝)以及存在一定的产品质量问题,影响该技术与传统的热轧开坯技术的竞争。因此,世界各国都在致力于该技术的新发展或突破。最近英国的戴维(D aV y)公司研制开发的四辊式铝簿带坯快速连续铸轧技术,就是这些新突破的例证之一。 这台四辊连续铸轧机于1996年末安装在卢森堡的Eu rofo il厂。这台铸轧机的设计是在经过牛津大学的研究试验并结合瑞典的格兰斯(Granges)公司的F in spong厂的连续铸轧机的发展经验基础上提出的。他们的研究和经验认为,随着铝的连续铸轧带坯加宽和变薄,连续铸轧的材料向合金方向发展和铸轧速度增加,铸轧机的单位受载力可达1. 25～1.35t mm带宽。这样高的单位载荷带来如下问题: 1.为了铸轧出合格带坯,铸轧辊的辊径要超过1200mm,铸轧辊的总装重量达40t。这将给铸轧机的安装和起动带来不便,同时使制造费和装运费提高。铸轧辊属于消费件,这样大的消费件,会给生产成本带来影响。 2.高的单位载荷会使铸轧辊的挠曲和压扁增加,结果造成铸轧带坯的板型变坏和带坯的厚度偏差增大。为了解决这一问题,往往要给铸轧辊磨成一定的凸度,但是,一定凸度只能适应生产一定的正常板型的带坯。因此,这就使铸轧机的铸轧范围变窄和适应性差。 3.用增大铸轧辊辊凸度办法可以补偿高载荷带来的影响,但这又很难保证铸轧机起动时所需要的辊缝平行均匀的形状,因此,给铸轧机起动带来困难。 戴维公司针对上述问题研究试验认为,采用四辊连续式铸轧机有利于解决这些问题。首先,高单位载荷带来的影响由大直径的支撑辊来承担,这样就可以减小铸轧辊(工作辊)的辊径和重量,从而可以消除大的铸轧辊的重量所带来的影响,降低铸轧辊以及其轴承的生产成本。 — 1 3 — 1997年第10期世界有色金属技术开发
报告提纲 1薄带铸轧研发历程薄带铸轧技术产业化现状及宝钢发展水平23薄带铸轧技术特征 4宝钢薄带铸轧产品拓展及市场应用5 薄带铸轧产业化存在问题及未来发展方向
薄带铸轧，钢铁人一直的梦想 160年前，英国冶金学 家 H.Bessemer提出设 想：直接把钢水浇铸成 带钢。 直接浇铸1.4-2.5mm 一道次轧制0.7-2.0mm 薄带连铸连轧工艺示意图
薄带铸轧，前赴后继，不断成长 D S C H i k a r i N S C J A P A N Henry Bessmer C H I N A E u r o p e A m e r i c a M H I W a s e d a u n i v e r s i t y N K K H i t a c h i Z o s e n N M S H i t a c h i P a c i f i c m e t a l N i s h i n s t e e l N i p p o n s t a i n l e s s s t e e l N i p p o n m e t a l s N i p p o n y a k i n S M I G e n e r a l e l e c t r i c w e s t i n g h o u s e A l l e g h e n y B a t e l l e i n l a n d M I T A r m c o W e i r t o n s t e e l B e h t l e h e m s t e e l I n l a n d s t e e l P r o j e c t B e s s e m e r C a s t r i p B H P I H I K o r e a MEFOS British steel Danieli MDH D a v y CLECIM RUSSIE VNIMETMAC H IRSID USINOR THYSSEN CSM VAI Krupp INNSE S H S R I R A L C Q U B a o s t e e l B a o s t r i p E 2 s t r i p P O S C O P o s t r i p MPI IRSID Aachen Myosotis TKS Eurostrip KTN N U C O R P r o j e c t M MAIN SMS 1856-2016 40-50 TEAMS ＄4000-5000M
第六节金属铸锭的工宏观组织与缺陷 金属的铸态组织包括： 铸态组织包括晶粒的大小、形状和取向，合金元素和杂质的分布以及铸锭中的缺陷如缩孔、气孔等等。 因此应该了解铸锭或铸件的组织及其形成规律,并设法改善铸锭或铸件的组织 对铸件来说，铸态组织直接影响到它的机械性能和使用寿命；对铸锭来说，铸态组织不但影响到它的压力加工性能，而且还影响到压力加工后的金属制品的组织及性能。 一，铸锭三晶区的形成 纯金属铸锭的宏观组织通常由三个晶区所组成 即外表层的细品区，中间的柱状晶区和心部的等轴晶区，如图2-33所示。 根据浇注条件的不同铸锭中晶区的数目及其相对厚度可以改变 ()一表层细晶区 表层细晶区或激冷层的形成： 当高温的金属液体倒入铸型后，结晶首先从型壁处开始。这是由于温度较低的模壁有强烈地吸热和散热作用，使靠近型壁的一薄层液体产生极大地过冷，加上模壁可以作为非均匀形核的基底，因此在此一薄层液体中立即产生大量的晶核，并同时向各个方向生长。由于晶核数目很多，故邻近的晶粒很快彼此相遇，不能继续生长，这样便在靠近模壁处形成一很细的薄层等轴晶粒区。又称为激冷区 表层细晶区的形核率和厚度决定于下列因素： 1.模壁的形核能力以及模壁处所能达到的过冷度大小，后者主要依赖于铸型的表面温 度、铸型的热传导能力和浇注温度等因素。 2.如果铸型的表面温度低，热传导能力好，以及浇注温度较低的话，便可以获得较大
的过冷度，从而使形核率增加，细晶区的厚度即可増大。 3.相反，如果浇注温度髙，铸锭模的散热能力小而使其温度很快升高的活，就可大大 降低晶核数目，细品区的厚度也要减小。 表层细晶区性能厚度及其他： 1.细晶区的晶粒十分细小，组织致密，力学性能很好。 2.但由于细晶区的厚度一般都很薄，有的只有几个毫米厚，因此没有多大的实际意义。()二柱状晶区： 柱状晶区由垂直于模壁的粗大的柱状晶所构成 上述种种原因均使液态金属冷却减慢温度梯度变得平缓： 在表层细晶区形成的同时，一方面模壁的温度由于被液态金属加热而迅速升高，另一方面由于金属凝固后的收缩，使细晶区和型壁脱离，形成一空气层，给液态金属的继续散热造成困难。此外，细品区的形成还释放出了大量的结晶潜热，也使型壁的温度升离，上述种种原因均使液态金属冷却减慢，温度梯度变得平缓，这时开始形成柱状晶区。 这时开始形成柱状晶区这是因为： ●尽管在结晶前沿液体中有适当的过冷度,这一过冷度很小，使之不能生成新的晶核， 但它有利于细晶区靠近液相的某些小晶粒的继续长大，而离柱状品前沿稍远处的液态金属尚处于过热之中，无法另行生核，因此结晶主要靠晶粒的继续长大来进行。 ●垂直于型壁方向散热最快，因而晶体沿其相反方向择优生长成柱状晶。晶体的长大 速度是各向异性的，一次轴方向长大速度最大,但是由于散热条件的影响，因此只有那些一次晶轴垂直于型壁的晶粒长大速度最快，迅速地优先长入液体中，如图2-35所示。
第28卷第2期2006年6月 湘潭师范学院学报(自然科学版)Journal of Xiangtan Normal U niversity(N atural Science Edition) Vol.28N o.2 June.2006 可锻铸铁铸态组织形态控制的研究 1 马跃新1,邓俊彦1,邓芬燕2,邹安全2 (1.中山火炬职业技术学院机械系,广东中山528436;2.湖南科技大学资源工程学院,湖南湘潭411201)摘 要:研究了可锻铸铁白口铸坯凝固组织的差异与控制。通过对白口铸铁态组织中的各种共晶碳化物的形态、数量,白口组织晶粒大小,铸态珠光体组织形态的控制以改善白口组织;并探讨了铸态石墨形态、数量、大小与可锻铸铁铸态组织形态的关系以及对可锻铸铁石墨化退火的影响。 关键词:可锻铸铁;白口组织;共晶碳化物;石墨化 中图分类号:TG14 文献标识码:A 文章编号:1671-0231(2006)02-0044-03 如何获得白口铸态组织是生产可锻铸铁的前提。可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火而得到的。白口组织的特征对石墨化过程及最终组织和性能有很大的影响。由于可锻铸铁原铁水中所含碳硅量较低,凝固时冷却速度较快,含有不同微量元素等,使铸件在结晶过程中形成白口能力是有差别的;同时采用不同的铸型铸造及选用不同的孕育剂,不同的孕育方法处理铁水,也会改变铸态组织。因此对可锻铸铁铸态组织的研究是十分重要的。作者就可锻铸铁中共晶碳化物、白口组织形态、铸态珠光体及铸态石墨进行讨论。1 各种形态的共晶碳化物 可锻铸铁固态石墨化的主要目的之一就是分解共晶碳化物,这类碳化物是不平衡结晶的产物,一般称为共晶渗碳体。可锻铸铁属亚共晶成份,其结晶过程既有奥氏体又有共晶产物,不平衡结晶非常复杂,最典型的铸态组织中渗碳体的形态是蜂窝状莱氏体共晶和板条状渗碳体的组合,如图1 所示。 图1 典型的蜂窝状莱氏体共晶和板条状渗碳体的组合 莱氏体本身是高硬度的,莱氏体含量越多铸铁的硬度也越高[1],莱氏体组织的结晶过程是共晶反应物渗碳体与奥氏体的共同成长,奥氏体形成一个个长园形芯子位于连续渗碳体之中,共析转变时这些园形的奥氏体与枝晶奥氏体一起转变为珠光体,具有片状结构,所以莱氏体组织在室温时是由共晶渗碳体与片状珠光体组成。板条渗碳体共晶组织在结晶过程中渗碳体奥氏体不完全是共同生长而往往是离异共晶生长。结晶的结果渗碳体形成单独的晶粒或很薄的奥氏体层片相间形成类似平行的一些杆状渗碳体。除这两种典型的形态外,铸态白口组织中还有羽毛状渗碳体,长杆状渗碳体,块状渗碳体及针状渗碳体,如图 2、图3所示。44 1收稿日期:2006-01-21 作者简介:马跃新(1958-),男,湖南益阳人,工程师,研究方向:金属材料。
铝板带连续铸轧 铝博士网站https://www.doczj.com/doc/e84842533.html, 液体铝连续通过旋转的结晶器制成毛坯同时轧制成为板带的一种金属铸轧方法（见连续铸轧）。轻合金连续铸造的工业性试验是20世纪30年代进行的。1955年美国制成第一台铝带坯连续铸轧机。后来出现了多种其他类型的连续铸轧机。与传统的铸锭热轧- 冷轧方法相比，连续铸轧法的主要优点是:能源消耗少、一般可节省40%左右，设备投资小，生产周期短，有利于回收废料，运输费用少等，使生产成本低得很多。缺点是产品的力学性能较差，质量不如传统方法生产的产品；铸轧品种少；每台机组产量小等。连续铸轧的产品主要用于食品、建筑、汽车等民用工业。连续铸轧大多使用工业纯铝和含镁量低的铝镁合金为原料,生产带坯厚度一般为6～10毫米，再经冷轧生产出成品板带及箔材。 连续铸轧工艺有多种类型。主要差别在于结晶方法不同和结晶器的构造不同，因此，辅助工序和设备结构也就不同。连续铸轧工艺是指液态金属在辊式结晶器中凝固并进行塑性加工（轧制）；而连铸连轧工艺则是金属在结晶器中凝固后，在后续的轧机上进行轧制。但一般并不严格区分这两个名词，时有混同。典型的双辊倾斜侧注式工艺流程见图1[ 双辊倾斜侧注式连续铸轧工艺流程示意] 。液体金属由静止炉通过流槽进入可控制液面高度的前箱中。前箱底部设有联通横浇道，使液体金属经过分配器进入铸嘴，并使金属均匀分布成所要求的宽度。液体金属由铸嘴流出即与铸轧机冷却的辊面接触。开始结晶，同时发生15％左右变形，随后经过矫直，卷取成卷。图2[ 二辊铸轧金属铸轧区示意] 是二辊铸轧金属铸轧区示意图。铸轧时两辊之间有一个近似梯形的区间。在此区间要瞬时完成铸和轧两个过程，因此必须严格控制铸轧区长度、浇铸温度、冷却和铸造速度、结晶瞬间液体金属的供给量和液体金属的膨胀压力等工艺因
板带生产工艺 1 概论 1.1 板带产品特点、分类及技术要求 1.1.1 板带产品的外形特点：扁平,宽厚比大，单位体积的表面积也很大； 1.1.2 板带材的使用特点： (1)表面积大，故包容覆盖能力强，在化工、容器、建筑、金属制品、金属结构等方面都得到广泛应用； （2）、可任意剪裁、弯曲、冲压、焊接、制成各种制品构件，使用灵活方便，在汽车、航空、造船及拖拉机制造等部门占有极其重要的地位； （3）、可弯曲、焊接成各类复杂断面的型钢、钢管、大型工字钢等结构件，故称为“万能钢材”。 1.1.3 板带材的生产特点： （1）板带材是用平辊轧出，故改变产品规格较简单容易，调整操作方便，易于实现全面计算机控制的自动化生产； （2)带钢的形状简单，可成卷生产，且在国民经济中用量最大，故必须而能够实现高速度的连轧生产； （3）由于宽厚比和表面积都很大，故生产中轧制压力很大，可达数百万至数千万牛顿，不仅使轧机设备复杂庞大，而且使产品厚、宽尺寸精度和板形控制技术及表面质量控制技术变得十分困难和复杂。1.2 板带材的分类及技术要求
1.2.1 板带材产品分类 板带：一般将单张供应的板材和成卷供应的带材总称。 分类： （1）、按材料种类分：钢板钢带、铜板铜带和铝板铝带等； （2）、按产品尺寸规格一般可分为厚板（包括中板和特厚板)、薄板和极薄带材（箔材)三类； 厚板：中板： 4~20mm 厚板： 20~60mm 特厚板： >60mm以上,最后可达500mm 薄板：4.0~0.2mm（热轧薄至1.2mm） 极薄带材（箔材）：<0.2mm,目前箔材最薄可达0.001mm 日本:规定3~6mm为中板，6mm以上为厚板 （3）、板带钢按用途又可分为造船板、锅炉板、桥梁板、压力容器板、汽车板、镀层板（镀锡、镀锌板等)、电工钢板、屋面板、深冲板、焊管坯、复合板及不锈、耐酸耐热等特殊用途钢板等 有关品种规格可参看国家标准 1.2.2板带材产品的技术要求 对板带材的技术要求具体体现为产品的标准，板带材的产品标准一般包括有品种(规格）标准、技术条件、试验标准及交货标准等。 根据板带材用途的不同，对其提出的技术要求也各不一样，基于其相似的外形特点和使用条件，其技术要求仍有共同达到方面，归纳起来“尺寸精确板型好，表面光洁性能高”。