本发明涉及金属轧制加工领域，尤其涉及一种纠正板坯宽向厚度不均，减少后续轧制加工的不均匀变形程度，提高板形质量，扩大坯料应用范围的一种改善金属板坯厚度分布的轧制方法及其装置。
背景技术：
液态金属凝固成锭坯后，可采用锻造、轧制、挤压等方法把金属锭制备成金属板坯。锻造、挤压方法适合于塑性差的金属，轧制方法效率最高，制成的板坯尺寸精确。在采用挤压方法制备板坯时，由于挤压模具在板宽方向磨损不同，变形程度不同，温度不均匀等原因，容易造成挤压板坯在宽向的厚度不均匀。当厚度分布不均匀是简单曲线分布时，如图1-1所示，例如线性、二次函数或对称分布不均时，轧制时可以通过各种板型控制手段得到平整的板材，如图1-2所示，例如采用CVC、弯辊、窜辊等方法。但当板坯的厚度不均匀分布为不对称的复杂函数时，例如5、6、7次函数或无规则的厚度不均匀分布，如图2-1所示，且厚度不均匀程度超过一定限度时，如果再进行后续的轧制加工，这种由于坯料厚度复杂不均分布会使轧制工序无法进行板型控制，轧制不出板型良好的板材。轧制厚度不均分布复杂的坯料时，在厚度大的位置的局部延伸系数也大，但由于轧件是一个整体，坯料厚度大的位置的多余延伸部分会以波浪的形式表现在板型中，如图2-2所示。当板坯厚度较大时，轧制压下的金属可以有较大的横向流动（宽展），此时这种宽向厚度不均匀对成品板型影响不大；但在坯料较薄时，其对成品质量影响大，轧制时容易引起板带材的波浪，甚至造成轧废。例如在金属加工领域，有些产品采用近终形制坯，如薄带铸轧等工艺，其铸坯厚度在2~10mm左右，挤压方法生产的坯料厚度可达到1~2mm左右，此时如果坯料厚度在板宽方向上不均匀，将会对后续轧制产生较大影响，甚至不能进行轧制，使挤压或铸轧出的坯料只能作为成品使用。减小这种复杂的厚度不均匀可采用磨削或切削的方法，例如采用辊铣或砂带抛光的方法，把坯料厚的部位减薄使沿板坯横向厚度均匀，但这种方法属于有屑加工，效率低、消耗大、环境不友好。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种改善金属板坯厚度分布的轧制方法及其装置，克服现有技术的不足，通过强迫宽展轧制改善板坯宽向的厚度不均，减少板坯宽向的厚度差，使后续轧制加工不均匀变形程度减少，达到改善板型质量的目的，使那些正常无法进行轧制的板坯处理后可以采用常规的正常轧制程序进行后续处理。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样的：
本发明目的之一：一种改善金属板坯厚度分布的轧制方法，其特征在于，使用带有一定宽度的局部凸出辊环的工作辊对金属板坯横向厚度不均匀的厚点位置进行小压下量变形，而其它部分的金属不变形，轧制时金属板坯压下部位产生强迫宽展，并且不会产生波浪，其具体操作步骤如下：1）首先测量出板坯厚度偏差在宽度方向上的分布以及最小厚度和平均厚度，确定与最小厚度偏差在5%以上的是需要按本方法轧制的区域；2）在该区域采用多道次小压下量轧制操作，所述道次为2~30次，所述小压下率为板坯平均厚度厚的1-10%；3）当板坯厚度波动小于3%时，轧制结束。
所述工作辊适用于可逆二辊轧机或连轧机组。
所述工作辊能根据坯料厚点位置相对板坯移动。
所述局部凸出辊环的宽度占板坯幅宽的0.1-20%。
所述局部凸出辊环的表面形状是平的或曲面的。
所述板坯经本方法轧制后，经再结晶退火后，即可进行常规轧制，得到所需要厚度的板材。
所述板坯材质为镁合金、铝合金或钛合金中的一种。
本发明目的之二：一种改善金属板坯厚度分布的轧制装置，其为可逆二辊轧机，包括上工作辊、下工作辊和牌坊，其特征在于，所述上工作辊和/或下工作辊上设有一个局部凸出辊环；所述牌坊设置在带导轨的底座上，所述局部凸出辊环在轧制中与板坯做相对移动。
本发明目的之三：一种改善金属板坯厚度分布的轧制装置，其为连轧机组，包括放卷机、导向辊一、侧导向辊、轧机、出口板厚测量仪、导向辊二和收卷机依次设置，所述导向辊一和侧导向辊之间设有板厚测量装置，其特征在于，所述轧机包括上工作辊、下工作辊和牌坊，所述上工作辊和/或下工作辊上设有一个局部凸出辊环；所述牌坊设置在带导轨的底座上，所述局部凸出辊环在轧制中与板坯做相对移动。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过使用带有局部凸出辊环的工作辊对金属板坯横向厚度不均匀的厚点位置进行小压下量变形，而其它部分的金属不变形，轧制时金属板坯压下部分将产生强迫宽展，压下的金属流向板坯宽向的增多，而流向长度方向的金属减少，因此板坯在平整处不会出现局部波浪。经多道次轧制后，板坯宽向厚度不均得到改善，再经过再结晶退火以消除板坯由于轧制变形产生的内应力，从而使原来板厚不均的板坯可以后序进行正常的轧制。本发明处理后的板带厚度偏差小于3%，减少后续轧制加工的不均匀变形程度，提高了板形质量，同时也扩大了坯料的应用范围。本发明适用于镁合金、铝合金或钛合金材质的板坯加工。
附图说明
图1是现有技术中金属坯料简单板厚分布及轧后板型示意图。
图2是现有技术中金属坯料复杂板厚分布及轧后板型示意图。
图3是本发明不同轧制宽度变形区金属流动示意图。
图4 是本发明工作辊局部凸出辊环对金属板坯作用示意图。
图5是本发明金属板坯轧制装置实施例结构示意图。
图1中：1-放卷机，2-导向辊，3-板厚测量装置，4-板坯，5-侧导向辊，6-底座，7-导轨，8-轧机，9-工作辊，10-出口板厚测量仪，11-收卷机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
见图3，是本发明不同轧制宽度变形区金属流动示意图，根据塑性变形时体积不变原理，板坯4在上工作辊9-1和下工作辊9-2的轧制下，如图3-1所示，轧制变形在厚度方向压下的金属向长度方向流动产生延伸，向宽度方向流动产生宽展，如图3-2所示。向长度方向流动的金属多，则向宽度方向流动的金属就少；反之，向宽度方向流动的金属多，则向长度方向流动的金属就少。金属向宽向流动和长度方向流动的比例与轧制变形区形状、坯料厚度、坯料宽度和变形金属占整个金属的比例有关，如图3-3所示。
另外，根据不均匀变形原理，当金属坯料进行变形时，如果变形金属占总体金属的比例较小，则该部分变形的金属将产生强迫宽展，即金属容易向宽度方向流动，这将导致变形金属向长度方向流动的金属减少。为了减小轧制金属向长度方向流动而增加其宽度方向的流动，本方法采用对板坯厚度大的位置进行小范围、小压下量轧制，此时压下的金属产生表面变形，由于被轧制板坯所占整个板坯的比例较小，减小了金属宽向流动的阻力，增大了宽向流动，相应地减小了长度方向的延伸。这种轧制方法可减少板坯的宽向厚度不均，使原来不能轧制的板坯变成可以进行正常轧制的板坯，拓宽了产品规格和应用范围。
见图4，是本发明工作辊局部凸出辊环对金属板坯作用示意图，具有复杂变形的板坯4的特点是有三个凸出的部位（a、b、c三处），分别位于板坯的两边和中间部分，这种类型的板型用常规板型控制手段不能得到平直的板材，一直是业内解决不了的难题。板坯4位于上工作辊9-1和下工作辊9-2之间，图4-1中，上工作辊9-1带有局部凸出辊环91，下工作辊9-2为平辊。图4-2中，上工作辊9-1带有局部凸出辊环91，下工作辊9-2’带有局部凸出辊环92。局部凸出辊环有针对性地对板坯4上的厚点位置做多道次小压下量变形，而其他部位不产生变形。
取三块挤压板坯，分别标记为C1、C2、C3，其宽度为150mm，名义厚度为1.4mm。原始挤压板每隔5mm测量厚度，其厚度分布如表1所示，厚度波动如表2所示。由于坯料为热挤压坯，板坯厚度分布十分复杂，且最大厚度偏差达到±5%，如果不经过平整轧制而直接轧制，得到的成品板型不好，其中C1板产生单边浪，C2板产生双边浪，C3板产生中浪。
见图5，是本发明金属板坯轧制装置实施例结构示意图，这是一套连轧机组。厚度不均匀的板坯4在放卷机1上，先后经过导向辊2和侧导向辊5进入轧机8。板厚测量装置3设于导向辊2和侧导向辊5之间，板厚测量装置3通过横向激光扫描测量出板厚分布情况，并确定出需要轧制的位置。轧机8的牌坊放置在带导轨7的底座6上，可以沿板宽方向移动，轧机8包括上工作辊、下工作辊和牌坊，上工作辊和/或下工作辊上设有一个局部凸出辊环；牌坊设置在带导轨7的底座6上，局部凸出辊环在轧制中与板坯4做相对移动。并对准需要平整的板坯高点位置并进行小压下量轧制。经过轧制后，板坯4经出口板厚测量仪10、导向辊2进入收卷机11。如果轧制后的板厚偏差没有达到设定的范围内时，调整局部凸出辊环的位置，再进行下一次的可逆轧制，直到板坯厚度波动范围在设定的范围（例如≤3%）内为止。轧制时也可以轧机位置不动，而移动板坯的位置，达到平整板坯厚点位置的目的。经过轧制的板坯，由于不均匀变形，其内部有较大的残余应力，因此为了保证后续轧制顺利进行，需要进行再结晶退火，再结晶退火是把经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的热处理工艺。退火温度根据材料不同，设置不同的退火温度和退火时间，目的是使金属发生再结晶。经轧制和再结晶退火的板坯即可以进行常规轧制方法进行轧制了。
实施例1：当采用两辊可逆轧机进行本发明方法的轧制时，挤压板坯的材质为镁合金，板材度宽150mm，图4-1中，上工作辊9-1带有局部凸出辊环91，下工作辊9-2为平辊，其中两辊轧机的工作辊局部凸出辊环直径D为150mm，宽度H为15mm，为板坯宽度的10%，工作辊辊身其它部分的直径d为149mm，这样可以保证只有直径为150mm，宽为15mm的局部凸出辊环处有轧制压下，辊身其它部位不参与轧制。
图4-3中，可逆二辊轧机中的牌坊93设置在带导轨77的底座66上，控制牌坊93沿导轨77移动，使上工作辊9-1上的局部凸出辊环91在轧制中与板坯4做相对移动。
实施例1共轧制6道次，根据厚度波动情况，每道次压下量0.03~0.04mm。经过轧制后其厚度分布和厚度波动如表3、表4所示。经本发明方法轧制后，C1挤压板的厚度偏差由轧制前的2.48%减少到了2.08%，C2、C3挤压板厚度偏差由轧制前的4.5%以上减少到了2.5%以下。轧制后的板材经过320℃，2小时的再结晶退火，然后即可进行常规轧制，即可得到板型良好的产品。实施例1中从1.4mm轧制到0.8mm板厚的厚度分布见表5，板厚波动见表6，再轧制的板材厚度分布已经变为常规板型厚度分布模式，即简单厚度分布模式。
如不采用本发明方法预先轧制处理改善金属板坯厚度分布，而直接进行常规轧制，则这些板材容易出现中浪、边浪等表面质量缺陷，甚至报废。
实施例2：采用多机架二辊连轧机组对板坯进行轧制，见图5-1、图5-2。轧制过程中，板坯的位置保持不变，而每架轧机的位置根据板坯的高点位置而移动。其中二辊轧机的工作辊局部凸出辊环直径D为300mm，辊环宽度H为20mm，为板材宽度5%，辊身其它部分的直径d小于300mm，保证轧制时只有直径为300mm宽为20mm的辊环处有轧制压下量，辊身其它部位不参与轧制。连轧机组共3架，每机架压下量0.04-0.05mm。按本发明方法轧制后，板坯厚度偏差减少到了±3%以内。轧制的板坯经过再结晶退火后进行常规轧制，其再结晶退火参数同实施例1。实施例2中从1.4mm的挤压板坯轧制到0.8mm厚的板材，其板厚偏差小于3%，其板厚分布为常规的简单对称二次曲线板型。
以上实施例仅是为详细说明本发明的目的、技术方案和有益效果而选取的具体实例，但不应该限制本发明的保护范围，凡在不违背本发明的精神和原则的前提下，所作的种种修改、等同替换以及改进，均应落入本发明的保护范围之内。