專利名稱：鎂合金薄帶坯的連鑄工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于有色金屬近終形鑄造領域，特別涉及一種生產效率高，鑄出的薄帶坯表面質量良好，內部組織結構均勻，有利于后續軋制加工的用等徑立式雙輥連鑄機鑄出鎂合金薄帶的工藝。
背景技術：
鎂合金是一種新型輕金屬材料，是目前工業應用中最輕的金屬結構材料，具有較高的比強度、比剛度以及良好的減震降噪和切削加工、電磁屏蔽能力等優點，在航空航天、交通工具和3C產品等領域有廣泛的應用前景。目前，鎂及鎂合金的需求量以每年20％以上的速率增長，已逐漸發展為繼鋼鐵和鋁合金之后的第三大金屬材料。
中國對于各行各業推行的強制認證制度，所涉及產品越來越多，特別是計算機、移動通信、移動電子、筆記本電腦、手機、小家電等3C產品要求有質量輕、便攜的優點，需要大量的鎂合金薄帶材作為基本的加工材料。因此，鎂合金薄帶材的發展面臨極大的機遇。傳統的鎂合金薄帶材生產的工藝流程為熔煉→鑄錠→均勻化→銑面→加熱→熱軋(多次加熱)→溫軋(多次退火)→冷軋→成品退火，中間還需要進行多次的保溫退火，直至達到要求的帶厚為止。因此，工藝流程復雜，中間道次多，工藝成本較高，生產效率較低。
中國專利CN1603020A、CN1473676A、CN1473675A和CN1456404A公開了一種鎂合金板帶材的雙輥鑄造系統和生產線，中國專利CN1537969A公開了一種高塑性鎂合金帶材的制造方法。這些公開的專利均采用水平式雙輥鑄機連續鑄造鎂合金板帶材。水平式雙輥鑄機示意圖如圖1所示，水平式雙輥鑄機的兩個鑄輥3是上下放置的，通過鑄嘴1將鎂合金液2送入上下布置的旋轉鑄輥3之間，進入冷凝區4，鑄軋得到板坯5。由于水平式雙輥鑄機是通過鑄嘴將鎂合金液送入上下布置的旋轉鑄輥之間，因此合金液與鑄輥的接觸區較短，一般為15～40mm；液面高度較低，一般為20mm；鑄造速度較慢，一般在0.8～1.5m/min之間，雖然這種工藝容易控制，并能節省傳統的鎂合金薄帶材生產工藝流程，實現近終形加工制備鎂合金板帶坯，但存在以下的缺點短的接觸區使凝固坯殼的形成需要較長的冷卻時間；水平雙輥法強調鑄輥的軋制作用，要求有一定的軋制變形量；上下輥的冷卻效果不一致，冷凝區上下表面液膜的表面形態不一致，導致鑄帶上下表面質量以及內部組織不均勻。因此，生產效率低，鎂合金薄帶坯的冷卻速度較慢，薄帶組織不均勻，使用性能不佳，不利于直接進行后續軋制加工。

發明內容
本發明的目的，是提供一種鎂合金薄帶坯的鑄造工藝。它能直接從液態鎂合金生產出鎂合金薄帶坯，生產效率高，鑄出的薄帶坯表面質量良好，內部組織結構均勻，有利于后續軋制加工。本發明還有工藝流程短，成本低的優點。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是將鎂合金坯于100～300℃預熱10～30分鐘，然后在熔劑保護下，放入感應熔化爐或電阻熔化爐內進行熔煉。熔體溫度為650～680℃時，在熔劑保護下，轉入中間包保溫靜置15～30分鐘。
澆鑄前側封系統預熱到400～450℃，側封系統的預熱采用電加熱或火焰加熱的方式。側封系統的材質選用其與鎂合金熔體具有良好物理化學相容性的、保溫性能良好的、耐磨性良好的材料，本發明側封系統的材質采用重慶石棉制品廠生產的石棉板。
通過液壓系統使兩個鑄輥輥面接觸，使鑄輥預留輥縫接近0mm。然后在保護氣體作用下，將靜置后的鎂合金熔體通過布流裝置進入等徑立式雙輥連鑄機，通過控制熔體流量，保持熔池高度為100～350mm。用潛入方式澆鑄，布流裝置的出水口低于熔池液面，可使熔池液面平穩。鑄軋時鑄機的鑄造速度為20～100m/min，薄帶坯離開鑄輥后在保護氣體作用下進入夾送輥，鑄出的鎂合金薄帶厚度為1.0～3.5mm。
布流裝置的作用是使熔體在熔池內的流場和溫度場均勻，材質是與鎂合金熔體具有良好物理化學相容性的、保溫性能良好的材料，本發明布流裝置材質采用重慶石棉制品廠生產的高鋁鑄嘴。
用調節液壓系統的鎖緊力控制鎂合金薄帶的厚度。其方法是首先預置液壓系統鎖緊力，在澆鑄開始后分離力逐漸增大，直到與鎖緊力平衡。此時，鑄帶厚度不變。預置鎖緊力增大，鑄帶厚度減小；預置鎖緊力減小，鑄帶厚度增大。將鑄輥設置為0輥縫，在起鑄過程中，熔體可以很快充滿熔池，旋轉的鑄輥順利地將鎂合金薄帶送出，使起鑄順利。
夾送輥的作用是為了防止鎂合金薄帶坯在剛離開鑄輥時因強度較低而容易斷帶。
本發明鑄輥直徑為250～1000mm，寬度為150～1000mm。其中安裝有冷卻循環水，使鑄輥的冷卻效果良好，鑄輥材料為不銹鋼或銅合金，可以保證薄帶的冷卻速度達到200-300℃/s。
本發明連鑄過程中熔體用CO2+SF6混合氣體保護，其中SF6氣體的體積分數為0.1～1％。混合氣體中的SF6在高溫下分解，與鎂反應形成致密薄膜，附著熔體表面，有隔離空氣和阻燃的作用。
采用本發明所述工藝條件，使液態鎂合金在鑄輥之間形成的熔池高度為100～350mm，有利于熔池內的鎂合金熔體的均勻混合。
本發明與水平式雙輥連鑄工藝的區別在于鑄輥的放置方式不同。本發明的兩個鑄輥3水平放置(如圖2所示)，熔體通過布流裝置1形成熔池2，熔體與鑄輥3接觸形成冷凝區4，得到板坯5。本發明采用的立式雙輥連鑄工藝，熔池液面較高，當鑄輥直徑為300mm時，其液面高度可達120mm。此時，由于立式雙輥熔池的形成，使合金液與鑄輥的接觸區較長，合金液與鑄輥的接觸區在200mm左右，因此鑄輥對合金液的有效冷卻距離較長，改善了鑄輥對熔體的傳熱效果。較長的冷卻距離有助于獲得快速凝固組織，從而改善鑄帶性能。
由于立式雙輥連鑄機的兩個鑄輥水平放置，兩個鑄輥對鎂合金液體的冷卻均勻對稱，冷凝區液膜的表面形態一致，因此形成的鑄帶坯組織均勻，對后續加工有利。較高的熔池有利于熔池內熔體的混合，提高了溫度分布的均勻性。
本發明工藝能很好地細化晶粒和改善合金的組織，在立式雙輥連鑄鎂合金凝固過程中，由于冷卻速率高，過冷度增大，形核率增加使晶粒變小。過冷度增加使凝固過程中原子擴散受到抑制，晶粒不能完全長大。快速凝固通過以上兩方面使晶粒明顯細化，經測定，傳統凝固組織(圖3a)的晶粒平均弦長為快速凝固組織(圖3b)的4.4倍，因此本發明方法得到的鎂合金綜合力學性能高。
本發明利用立式雙輥連鑄工藝的快速凝固的特點，可增加熔體凝固過程中的過冷度，增加凝固時熔體的形核率，降低凝固時金屬晶粒的長大速度，使金屬組織細化。同時，快速凝固的較大的過冷度還可擴展溶質元素在基體中的最大固溶度，使更多的合金元素固溶于鎂基體中，減少合金元素的偏析，改善合金組織。
采用立式雙輥法連鑄工藝生產鎂合金薄帶坯，可提高鎂合金薄帶坯的澆鑄速度，生產效率高，鑄出的薄帶坯表面質量良好，內部組織結構均勻，有利于后續軋制加工。能獲得具有快速凝固效應的組織，鑄帶具有良好的性能。
本發明利用立式雙輥連鑄工藝，可以省略傳統的鎂合金薄帶材生產的工藝流程中的鑄錠→均勻化→銑面→加熱→熱軋(多次加熱)→溫軋(多次退火)→冷軋等中間過程，得到接近最終使用形狀的產品，可節約加工成本和原材料，實現產品的近終形成形加工，使鎂合金由液態直接成形為薄帶坯，因此工藝流程短，成本低。
本發明可應用于直接進行在線小變形量熱軋或經適當熱處理后進行熱軋工藝，軋制后的帶材為性能優良的板帶材。
下面結合實施例對本發明做進一步的說明。


圖1為水平式雙輥連鑄示意圖；圖2為立式雙輥連鑄示意圖；圖3a為AZ31B鎂合金鑄錠金相組織照片；圖3b為立式雙輥鑄造AZ31B鎂合金薄帶金相組織照片；圖4為本發明的工藝流程圖。
圖中1為前箱；2為熔體；3為鑄輥；4為冷凝區；5為薄帶坯；6為布流裝置。
具體實施例方式
本發明熔煉所用熔劑是洛陽市興隆化工有限責任公司生產銷售的二號熔劑。
實施例1
鎂合金的原料為AZ31B，其化學成分如表1所示。
表1

參見圖4。首先將鎂合金坯于200℃預熱15分鐘，在電阻熔化坩堝爐內加入少量熔煉熔劑，待坩堝內壁紅亮時，將經過預熱的鎂合金坯放入坩堝內，熔化后用鎂合金冶煉的通常方法進行拔渣，鎂合金坯熔化后靜置10分鐘。然后將熔體轉入中間包保溫靜置15分鐘，溫度為650℃時開始澆鑄。澆鑄前側封系統預熱溫度為400℃，澆鑄時熔體通過布流裝置進入等徑立式雙輥連鑄機，用潛入方式澆鑄，保持熔池高度為100mm，其鑄造速度為20m/min。帶厚通過調節液壓系統的鎖緊力來控制。當薄帶坯離開鑄輥后進入夾送輥，得到厚度為3.5mm，寬度為150mm的表面質量良好、內部組織均勻細小的鎂合金薄帶坯。
等徑立式雙輥鑄機的鑄輥直徑為300mm，鑄輥寬度為150mm。澆鑄過程中采用CO2+SF6混合氣體保護。
實施例2鎂合金原料、熔煉方法以及鑄輥尺寸與實施例1相同。
將鎂合金熔體轉入中間包保溫靜置15分鐘，溫度為660℃時開始澆鑄，澆鑄前側封系統預熱溫度為400℃，澆鑄時熔體通過布流裝置進入等徑立式雙輥連鑄機，用潛入方式澆鑄，保持熔池高度為100mm，其鑄造速度為40m/min。當薄帶坯離開鑄輥后進入夾送輥，得到厚度為2.5mm，寬度為150mm的表面質量良好、內部組織均勻細小的鎂合金薄帶坯。澆鑄過程中采用CO2+SF6混合氣體保護。
實施例3鎂合金原料、熔煉方法以及鑄輥尺寸與實施例1相同。
將鎂合金熔體轉入中間包靜置20分鐘，溫度為670℃時開始澆鑄，澆鑄前側封系統預熱溫度為430℃，澆鑄時熔體通過熔體分配裝置進入等徑立式雙輥連鑄機，用潛入方式澆鑄，保持熔池高度為100mm，其鑄造速度為50m/min。當薄帶坯離開鑄輥后進入夾送輥，得到厚度為2.0mm，寬度為150mm的表面質量良好、內部組織均勻細小的鎂合金薄帶坯。澆鑄過程中采用CO2+SF6混合氣體保護。
實施例4
鎂合金原料、熔煉方法以及鑄輥尺寸與實施例1相同。
將鎂合金熔體轉入中間包靜置25分鐘，溫度為680℃時開始澆鑄，澆鑄前側封系統預熱溫度為450℃，澆鑄時熔體通過熔體分配裝置進入等徑立式雙輥連鑄機，用潛入方式澆鑄，保持熔池高度為100mm，其鑄造速度為60m/min。當薄帶坯離開鑄輥后進入夾送輥，得到厚度為2.0mm，寬度為150mm的表面質量良好、內部組織均勻細小的鎂合金薄帶坯。澆鑄過程中采用CO2+SF6混合氣體保護。
實施例5鎂合金原料、熔煉方法以及鑄輥尺寸與實施例1相同。
將鎂合金熔體轉入中間包靜置30分鐘，溫度為680℃時開始澆鑄，澆鑄前側封系統預熱溫度為430℃，澆鑄時熔體通過熔體分配裝置進入等徑立式雙輥連鑄機，用潛入方式澆鑄，保持熔池高度為120mm，其鑄造速度為100m/min。當薄帶坯離開鑄輥后進入夾送輥，得到厚度為1.0mm，寬度為150mm的表面質量良好、內部組織均勻細小的鎂合金薄帶坯。澆鑄過程中采用CO2+SF6混合氣體保護。
采用本發明方法，可以將熔融的鎂合金直接鑄成可以得到厚度為1.0～3.5mm，寬度為150mm邊緣整齊的鎂合金帶，帶坯的晶粒為常規凝固組織的1/4-1/5。AZ31鎂合金薄帶組織主要為α-Mg+Mg的過飽和固溶體和少量共晶組織。
圖3為立式雙輥鑄造AZ31B鎂合金薄帶與鑄錠組織的對比(采用苦味酸浸蝕)。如圖3a所示，立式雙輥連鑄AZ31B鎂合金的晶粒大小約為20um；如圖3b所示，鑄錠的晶粒大小約為90um。因此，采用本發明工藝方法所制備的AZ31B鎂合金薄帶的組織細小，晶粒大小約為傳統方法制備的鑄錠的晶粒大小的22.7％。
用本發明生產工藝，鑄出的其它牌號鎂合金的薄帶，同樣具有帶坯表面質量良好，內部組織結構均勻，有利于后續軋制加工的性能。
權利要求
1.一種鎂合金薄帶坯的連鑄工藝，其特征在于包括以下步驟(1)將鎂合金坯預熱后，在熔劑保護下，放入熔化爐內進行熔煉；(2)澆鑄前側封系統預熱到400～450℃；(3)熔體溫度于650～680℃時，在熔劑保護下，轉入中間包保溫靜置15～30分鐘，然后在保護氣體作用下，通過布流裝置進入等徑立式雙輥連鑄機，鑄輥預留輥縫為0mm，保持熔池高度為100～350mm，潛入方式澆鑄；(4)鑄軋時鑄機的鑄造速度為20～100m/min，(5)薄帶坯離開鑄輥后，在保護氣體作用下，進入夾送輥，鑄出的鎂合金薄帶厚度為1.0～3.5mm。
2.根據權利要求1所述的鎂合金薄帶坯的連鑄工藝，其特征在于帶厚通過調節液壓系統的鎖緊力來控制。
3.根據權利要求1所述的鎂合金薄帶坯的連鑄工藝，其特征在于所述連鑄過程中熔體及薄帶坯用CO2+SF6混合氣體為保護氣體，其中SF6氣體的體積分數為0.1～1％。
全文摘要
本發明公開了一種鎂合金薄帶坯的連鑄工藝，其特征在于包括以下步驟將合金坯預熱后，在熔劑作用下在熔化爐內進行熔煉；澆鑄前側封系統預熱到400～450℃，熔體溫度在650～680℃下，轉入中間包在熔劑作用下保溫靜置15～30分鐘，然后在保護氣體作用下通過熔體布流裝置進入等徑立式雙輥連鑄機，鑄輥預留輥縫為0mm，保持熔池高度為100～350mm，潛入方式澆鑄；鑄軋時鑄機的鑄造速度為20～100m/min，薄帶坯離開鑄輥后在保護氣體作用下進入夾送輥，鑄出的鎂合金薄帶厚度為1.0～3.5mm。本發明能直接從液態鎂合金生產出鎂合金薄帶坯，鑄出的薄帶坯表面質量良好，內部組織結構均勻，有利于后續軋制加工，有工藝流程短，成本低的優點。
文檔編號B22D11/16GK1748907SQ20051005733
公開日2006年3月22日 申請日期2005年10月21日 優先權日2005年10月21日
發明者丁培道, 潘復生, 楊春楣, 蔣斌, 王健 申請人:重慶大學