镁合金双辊铸轧工艺

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1、2010年第5期镁合金双辊铸轧工艺目前，双辊铸轧技术己广泛用于制备轻型镁合金板材，这类板材对于对重量敏感的应用领域具有很大吸引力。本文综述了镁合金的双辊铸轧工艺现状，主要内容集中在与镁合金带材的固化行为有紧密关系的问题。另外，也涉及到在这种先进的铸轧工艺的帮助下利用冶金的优势开发新的镁合金的问题。引言、镁合金是广泛应用的具有超强度和硬度的轻型结构合金，镁合金具有优良的可铸造性、机械加工性、阻尼容量、屏蔽能力并可再生循环利用，所有这些特性都优于其他有竞争性的金属材料如钢和铝合金等。尽管人们已对铸造镁合金工艺进行了大量的研发工作，但对锻造

2、镁合金工艺的研发工作相对少一些。目前的状况是缺乏有竞争能力的镁合金板材产品，而对于重量敏感的应用领域例如汽车车体对这类产品却有很大的需求。由于镁合金的热容低和可加工性差，造成了镁合金板材热轧过程中需进行频繁地再加热，工艺的复杂性是导致其缺乏竞争能力的主要原因。因此，用直接冷铸(directchill，DC)法的铸锭来制备镁合金板材的成本要高于钢和铝合金，影响了镁合金板材产品在汽车领域的应用。目前，利用双辊铸轧工艺(TRC)，也被称为双辊带材铸轧工艺，能够有效地生产镁合金板材，用这种工艺生产的产品与用常规的镁合金铸锭工艺生产的产品具有同

3、等强度。由于TRC工艺能够生产厚度小于lOmm的较薄的产品，而常规的铸锭工艺只能生产厚度大于300ram的厚板，所以TRCI艺的优点是可以省去后续的轧制，具有经济方面的优势。双辊铸轧工艺可以提供比常规的固化速度(1~50K／s)更快的固化速度(1o2～103K／s)，TRCZK艺的较快的固化速度对产生微细结构有利，例如减小偏析、进一步细化精细结构以及增加固溶度等。镁合金双辊铸轧工艺TRC的原始设计思想由Bessemer于1846年提出。遗憾的是，由于在铸造的带材中会生成缺陷，所以工业化应用一直未能实现。从那时起，人们为改善TRC工艺进

4、行了大量的尝试，最终开发出Hazelett的双带铸轧机和Hunter铸轧机。在Bessemer的设备中，熔化的金属被送入下方轧辊之间的V形穴中，与Bessemer的设备不同的是，Hunter铸轧机采纳的是上方金属进料系统，其开发者宣称熔融金属的进料更容易控制。TRC工艺已被全世界接受，被公认是生产各种铝合金产品的有成本效益的方法，并将开发在钢铁工业领域的应用。Dow化学公司在20世纪8O年代初对镁合金的TRC法进行了第一次尝试。具有知识产权的最早用于生产铝合金的熔融镁处理系统~HHunter铸轧机曾用于生产厚度为6~Tmm的卷带材，后

5、来出于工业化的考虑而被搁置。2O世纪早到中期，韩国、澳大利亚、德国、日本、土耳其和中国开始了实验室和小型生产线规模的镁带材生产工艺研究。目前全世界许多研究所和公司正在竞争研发用TRC法生产镁合金板材的技术(表1)。工艺和主要影响因素曾有文章指出，镁合金的TRC工艺伴随着多项挑战，必须克服这些困难才能使n实现工业化。首先，众所周知，镁在熔融状态下的高氧化电位需要适当的保护和控制。与铝合金2010年笫5期相比，镁熔融体凝固得较快，这是由于镁的热力学性质致使其比热远低于铝的比热(Mg和Al00比热分别为647和1044J／Cm3)和熔融潜伏

6、热(Mg*nAl~熔融潜伏热分别为1．8和2．4J／cm3·K)，这就给整个带材的均匀固化造成了困难。镁合金的凝固温度范围超过~'50K，这么宽的凝固范围也给TRCI艺的进行造成了困难。要克服TRC工艺用于工业生产的这些障碍，生产大量的镁合金带材，调整工艺过程中的以下的关键参数是非常重要的。表1MgTRCI艺的研发现状国家公司厮究所铸造带材尺寸(W×I，ram)韩国POSCO(RIST)600x4．5日本Mi~ubishiAluminum250x5GondaMetM400~2．6中国洛阳铜600x7银光镁业有限公司600~2．8澳大利

7、亚CSIRO600x2．3．5德国MgF700~4．7挪威HydroAluminum700x4．5土耳其TUBI11500~4．5．6．5熔融金属进料和控制轧辊排列方式的不同会形成不同的熔融金属进料方法。在立式Ⅱ中，一个浸在熔体池中的喷嘴把熔融金属从保温炉或漏斗送入进料系统。为防止熔体泄露，这种进料方式要求用陶瓷制成的侧封，它的设计和材料质量是至关重要的因素。在卧式n中，熔融金属从保温炉被倾入进料系统，进料系统由前箱和横贯轧辊的进料嘴组成。要使横贯轧辊宽度的熔体流均匀一致，使用由难熔材料制成的狭缝式喷嘴做进料嘴最为理想。在卧式TRC中

8、，由于固化的前沿的形状受进料嘴出口处的速度场和温度分布的制约，所以进料嘴的设计极为重要。应该注意选择不与镁发生反应的材料如含有二氧化硅的材料做熔融炉、侧封和喷嘴。在对熔体的保护不充分或喷嘴的温度较低时，镁熔体与氧的反应会