雙輥鑄造鎂合金帶的工藝和鎂合金帶制造技術

一種利用雙輥鑄造生產鎂合金帶的工藝，包括如下步驟：將熔融合金從供應源供應到輸送裝置；將熔融合金從輸送裝置輸送到噴嘴長出口和一對基本平行輥，這對輥彼此分開，在二者之間形成咬入區；旋轉所述輥，由此將合金從腔室經過咬入區拉出；以及使冷卻液體流過每個輥，從而利用冷卻的輥吸收熱量將腔室中接收的合金冷卻，由此合金在經過咬入區成為熱軋合金帶之前在腔室中達到合金基本完全凝固。合金在供應源保持在足夠高的溫度，用以使合金在輸送裝置中保持在過熱溫度；熔融合金深度在含有輥軸線的平面中高出咬入區中心線約５ｍｍ到約２２ｍｍ；以及保持冷卻輥吸收熱能處于足夠水平，用以使咬入區出來的合金帶表面溫度低于約４００℃；由此熱軋合金帶基本沒有裂紋并具有好的表面質量。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及鎂及鎂合金(以下一般統稱為“鎂合金”)的雙輥鑄造。
技術介紹
雙輥鑄造金屬概念的提出比較早，可以至少追溯到HenryBessemer在1900年中期的專利技術。但是，其后不到100年，就引起人們對可以商用的雙輥鑄造開始研究。Bessemer提出的概念是基于使用金屬輸送系統的帶材生產，其中熔融金屬向上輸送經過兩個橫向分開的平行輥之間形成的咬入區。最近的方案是基于熔融金屬向下輸送到輥上。但是，人們逐漸認可的優選結構是輥垂直分開而不是那些早期方案中的水平分開，從而使合金輸送基本沿水平方向。雖然輥是垂直分開的，但其軸線優選地處于一個平面中，此平面與垂直方向傾斜一個小的角度，約為15°。具有這種傾斜，下輥相對于上輥朝下游位移，即朝向合金輸送到并離開咬入區的方向。雖然已經有一些商用的雙輥鑄造，但局限在一定范圍內。并且其所應用的合金范圍也受到局限，因為其應用基本上限制在適合的鋁合金上。迄今，在建立鎂合金雙輥鑄造的適合工藝方面進展有限。為了成功地實現鎂合金雙輥鑄造的實用工藝，例如達到基本上連續或半連續生產，尚需要解決幾個問題。第一個問題是鎂合金熔體容易氧化和著火，同時任何來源的水分都存在爆炸的潛在危險。使用適合的熔渣或適合的氣氛建立的工藝可以防止氧化和著火的危險，同時也能隔離水分。并且，鎂以及不含或僅含有少量鈹的一些鎂合金，如AZ31，在熔化狀態具有高的氧化趨勢，使傳統熔渣或氣氛控制在雙輥鑄造作業期間不充分。但是，克服這些問題增大了雙輥鑄造工藝復雜性，使復雜性成為一個問題。另一個問題是，與鋁合金相比，鎂合金的熱容使其趨于快速凝固。而且，與鋁合金相比，一些鎂合金，如AM60和AZ91，在固相線和液相線溫度之間具有相當寬的凝固范圍或溫度區間。鎂合金的此范圍或區間為約70到100℃或更大，而很多鋁合金為約10到20℃。大的凝固范圍或區間造成鑄造狀態下雙輥鑄造板的表面缺陷和內部偏析缺陷。重要的是持續不斷地需要減小操作成本的問題，包括消耗材料和鑄造操作的成本，從而使雙輥鑄造比其它技術更具有競爭性，使其更靈活地應用于短操作周期(例如，一天)和長操作周期(例如，數周)，并使其應用范圍拓展。這是雙輥鑄造的普遍問題，但考慮到上述的其它問題，這對于鎂合金的鑄造更為嚴重。在擴展雙輥鑄造技術達到增強所生產帶材的物理性能時也存在問題。雖然這也是該技術一個一般問題，但對于鎂合金特別嚴重，因為在生產表面質量好以及基本無內部偏析缺陷的基本無裂紋帶材方面存在問題。
技術實現思路
本專利技術提供了一種用于鎂和鎂合金的雙輥鑄造工藝，至少在優選方式下，至少可以改進上述問題中的一個或者多個。本專利技術旨在提供一種雙輥鑄造鎂合金的改進工藝，用于生產所需厚度和寬度的鎂合金帶材。本專利技術的工藝使帶材的寬度根據需要達到并超過約300mm，例如達到約1800mm。一般地，帶材的厚度從約1mm或小于1mm，直到約15mm，但優選的厚度是約3mm到8mm。本專利技術工藝用于鑄造鎂合金，它是通過將熔融合金供應到噴嘴與一對輥之間形成的腔室中，該對輥是反向旋轉并基本平行，其內部流體冷卻，并且基本彼此上下分開，從而在二者之間形成咬入區。所述工藝包括通過噴嘴輸入熔融鎂合金，通過冷卻輥吸收熱量使鎂合金冷卻，從而在鎂合金通過輥之間形成的咬入區之前，鎂合金在此腔室中達到基本完全凝固。本專利技術工藝的這些基本特征與鋁合金雙輥鑄造所需的相同。但是，這基本上就是鎂合金與鋁合金的各自工藝之間相似的內容。實際上除了上述相似之處，鋁合金鑄造工藝對適合于鎂合金的工藝幾乎不提供任何指導。而且，在某種程度上雙輥鑄造已經試圖用于其它合金，但發現這些合金所需的工藝與鋁合金使用的工藝相似，也對適合于鎂合金的工藝幾乎不提供任何指導。因此，根據本專利技術，提供一種利用雙輥鑄造制造鎂合金的工藝，其特征在于所述工藝包括如下步驟(a)將熔融合金從供應源供應到輸送裝置；(b)將熔融合金從輸送裝置經過噴嘴輸送到噴嘴長出口與一對基本平行輥之間形成的腔室，這對輥上下彼此分開，在二者之間形成咬入區；(c)沿相反方向旋轉所述輥，由此將合金從腔室經過咬入區拉出，同時執行步驟(b)的輸送；以及(d)在旋轉步驟(c)過程中使冷卻液體流過每個輥，提供輥的內部冷卻，從而利用冷卻的輥吸收熱量將腔室中接收的合金冷卻，由此合金經過輥之間形成的咬入區之前在腔室中達到鎂合金基本完全凝固，并由此以熱軋合金帶的形式輸出；并且所述工藝還包括使合金在供應源保持在足夠高的溫度，用以使合金在輸送裝置中保持在合金液相線溫度以上的過熱溫度；使輸送裝置中的熔融合金深度保持在受控的、基本穩定的高度，此高度在含有輥軸線的平面中高出咬入區中心線約5mm到約22mm；以及在步驟(c)中保持冷卻輥吸收熱能處于足夠水平，用以使從咬入區出來的合金帶表面溫度低于約400℃；從而熱軋的合金帶基本沒有裂紋并且具有好的表面質量。在本專利技術的工藝中，從適合的熔融合金源向中間包供應鎂合金，鎂合金可以從包括中間包的輸送裝置供應到噴嘴入口端，從噴嘴中流過并經過噴嘴出口端進入腔室。但是，也可以使用浮箱或其它可利用形式的輸送裝置替代中間包。并需要輸送裝置提供受控的、基本穩定的熔融鎂合金熔體落差。即，在中間包、浮箱或類似裝置中的熔融合金需要保持在一定深度，從而其中的熔融合金表面處于受控的、基本穩定的高度(或熔體落差)，此高度處于噴嘴水平延伸中心面與含有輥軸線的平面相交處以上。相交處基本對應于該平面中輥的咬入區中心線，相對于此相交處，本專利技術提供的鑄造上述帶厚度的鎂合金的熔體落差優選的是5mm到22mm。對于鎂和合金元素含量低的鎂合金，例如市售純鎂和AZ31，熔體落差可以是5mm到10mm；對于合金元素含量高的合金，例如AM60和AZ91，是7mm到22mm。本專利技術需要的熔體落差5到22mm與鋁合金雙輥鑄造所需的落差有較大差異。在后種情況中，熔體落差一般保持在約0到1mm的最小值。這個本身很明顯的差異，與很多其它重要差異相關，這將從下面描述中變得清楚。在本專利技術工藝中，供應到中間包或其它輸送裝置的鎂合金是過熱的，在其液相線溫度以上。過熱的程度可以是液相結溫度以上約15℃到約60℃。一般地，這個范圍的低端，例如從15℃到約35℃，優選地從約20℃到25℃，比較適合于鎂以及合金元素含量較低的鎂合金。對于合金元素含量較高的合金，比較適合這個范圍的高端，一般是從約35℃到約50℃和60℃。鎂合金的雙輥鑄造所需的過熱程度與鋁合金所需的相似。對于鋁合金的雙輥鑄造，過熱程度為合金液相線以上約20℃到60℃，通常是約40℃，而本專利技術中添加元素含量低的鎂合金為15℃到35℃，添加元素含量高的鎂合金為35℃到50℃和60℃。盡管存在這種相似性，但兩個明顯不同類型的鋁合金和鎂合金之間的重要不同之處，特別是合金元素含量較高的鎂合金，在于液相線與固相線溫度之間的各自溫度范圍。因此，雖然鋁合金的通常液相/固相溫度范圍為約10℃到20℃，但至少是合金元素含量較高的鎂合金的較常見范圍是約70℃到100℃，完全超出鋁合金的范圍。即使鋁合金和鎂合金的凝固范圍相似，例如合金元素含量較低的鎂合金，這些鎂合金也具有遠比鋁合金好的鑄造性。在合金元素含量較高的鎂合金的雙輥鑄造中，熔融合金的完全凝固必須控制在噴嘴出口與輥咬入區之間的較窄區域內。考慮到這點，令人意本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種通過雙輥鑄造生產鎂合金帶的工藝，其特征在于所述工藝包括如下步驟：（ａ）將熔融合金從供應源供應到輸送裝置；（ｂ）將熔融合金從輸送裝置經過噴嘴輸送到噴嘴長出口與一對基本平行輥之間形成的腔室，這對輥上下彼此分開，在二者之間形成 咬入區；（ｃ）沿相反方向旋轉所述輥，由此將合金從腔室經過咬入區拉出，同時執行步驟（ｂ）的輸送；以及（ｄ）在旋轉步驟（ｃ）過程中使冷卻液體流過每個輥，用于提供輥的內部冷卻，從而利用冷卻的輥吸收熱量將腔室中接收的合金冷卻，由此在 合金經過輥之間形成的咬入區之前在腔室中獲得鎂合金基本完全凝固，并由此以熱軋合金帶的形式輸出；并且所述工藝還包括：使合金在供應源保持在足夠高的溫度，用以使合金在輸送裝置中保持在合金液相線溫度以上的過熱溫度；使輸送裝置中 的熔融合金深度保持在受控的、基本穩定的高度，此高度在含有輥軸線的平面中高出咬入區中心線５ｍｍ到２２ｍｍ；以及在步驟（ｃ）中保持冷卻輥吸收熱能處于足夠水平，用以使咬入區出來的合金帶表面溫度低于約４００℃；由此熱軋合金帶基本沒有 裂紋并具有好的表面質量。...

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：DD梁，W博百德格，DR伊斯特，RV艾倫，
申請(專利權)人：聯邦科學和工業研究組織，
類型：發明
國別省市：AU[澳大利亞]