一种镁合金连挤控温连轧生产方法和系统与流程

本发明涉及一种生产方法，尤其涉及一种镁合金生产方法。

背景技术

随着全球城市化、工业化的发展，交通工具及飞行器保有量快速上升。然而，这带来了能源消耗和低碳发展的巨大挑战。轻量化是减小交通工具能耗、减小碳排放的有效手段。镁合金是轻金属结构材料，纯镁的密度是1.74g/cm³，仅为钢的1/4，铝的2/3，因此采用镁合金制造零部件减重效果明显，可显著降低能耗。

近年来，航空航天、汽车和轨交等领域对镁合金板材的需求不断加大。镁合金的热挤塑性好，挤压是生产中厚镁板经济有效的方法，目前中厚镁板主要通过热挤压生产。此外，若将挤压镁板进一步加工成薄镁片或薄镁卷，能极大地提高镁材的应用范围，扩大轻质合金的市场，广泛实现各行业的轻量化减重需求。目前部分3c产品外壳、汽车座椅坐盆、汽车内衬板等都是采用镁合金薄板制备。板带或板卷采用轧制工艺生产，即将厚板进行多道次轧制，逐步减小板材厚度，最终得到所需的薄板。与常用的钢铁、铝合金等易于轧制成型的材料不同，镁合金轧制时易产生裂纹缺陷。其原因是镁的晶体结构是密排六方结构(hcp)，滑移系少，室温下塑性差；而钢铁、铝的晶体结构分别为体心立方(bcc)和面心立方(fcc)结构，在室温下滑移系多，塑性好。因此，通常需要将镁合金加热到200℃以上，才能顺利进行轧制。但是镁合金加热温度也不能过高，否则晶粒会严重粗化，力学性能大幅度下降。

此外，除了加热温度外，张力也是影响镁合金轧制板材质量的重要因素。因为在轧制时镁板温度高，其强度低，若不对板材施加张力，板材极易弯曲，因此需要在轧制变形过程中对镁板或镁带施加张力。但是由于镁板材强度较低，若施加的张力过大，板材会被拉变形、甚至被拉断。

公告号为cn101821025a，公告日为2010年9月1日，名称为“镁热轧方法及镁热轧装置”的中国专利文献公开了一种将镁板送入单机架轧机进行往复无张力轧制，最后卷取的镁板热轧方法及装置。在该专利文献所公开的技术方案中，采用的单机架多道次反复咬入的往复无张力轧制方式存在如下缺点：①反复咬入方式将不可避免地导致厚度方向的尺寸精度低，板材的厚度不均；②无张力轧制的结果是板形不良，板材不平整、易翘曲、有波浪；③用这种单机架反复轧制的方式，由于板带越轧越薄，因此其需要的产线就很长；④反复咬入，轧机频繁启停导致生产效率低。此外，在该专利文献所公开的技术方案中没有涉及如何获得镁板来料的问题。

公告号为cn102773255a，公告日为2012年11月14日，名称为“一种镁合金薄板带卷连续异步轧制装置”的中国专利文献公开了一种由镁卷控温异步轧制生产镁卷的装置，即一种“卷→卷”的生产过程。但是，在该专利文献所公开的技术方案中，只是在前端对镁带进行加热，在异步轧制过程中没有针对镁合金材料需要较窄的温度范围才能施加塑性变形的特点对轧辊和进轧辊前的轧件进行控温，也就是没有对轧制变形区进行温度控制，因此该技术方案不易成材。此外，该专利文献所公开的技术方案并未提及如何控温生成镁卷(即镁卷的来料的问题)。

公告号为cn103639199a，公告日为2014年3月19日，名称为“镁合金热轧装置”的中国专利文献提供了一种镁合金热轧装置(100)，在轧机(3)的入口侧和出口侧两端设置有能够对各卷材状态的镁合金片材(s)进行加热和保温的卷取机(1、2)，通过多个反转轧制依次对镁合金片材进行厚度压下，轧机(3)具备表面温度能够加热并升温到某一定温度的工作辊(3a)和支承轧辊(3b)。然而，该专利文献并未公开如何控温生成金属卷。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种镁合金连挤控温连轧生产方法，该方法采用连续挤压和在线控温控轧相结合的轧制方法，通过对镁合金坯料的挤压和轧制工艺的自适应控制，实现镁合金坯料连续挤压和控温控轧工艺的高效连续运行，并与实时的板带状态相匹配，有利于提高轧制工艺的顺行和产品质量的稳定。此外，该方法还具有挤压节奏和轧制节奏的自适应匹配，易于实现自动化生产的优点。

为了实现上述目的，本发明提出了一种镁合金连挤控温连轧生产方法，包括步骤：

(1)挤压：镁合金坯料被挤压成镁合金板带；

(2)测量镁合金板带的初始温度和初始厚度，根据测得的初始厚度和初始温度得到并输出预设的方案，所述方案至少包括各轧制道次的预加热方案和轧制方案，所述轧制方案至少包括轧制道次和各轧制道次的预压下量；

(3)轧制：其中，在进入轧机前按照预加热方案对镁合金板带进行预加热，实时测量镁合金板带的轧前温度，若轧前温度满足预加热方案中设定的目标温度，则进入轧机按照轧制方案进行轧制，若轧前温度不满足预加热方案中设定的目标温度，则取消该道次的轧制而直接通过轧机；在镁合金板带从当前道次的轧机输出后，对镁合金板带的厚度进行测量，若测得的镁合金板带实际厚度大于轧制方案中的该道次的预设厚度且与该道次的预设厚度的差值大于阈值，则根据实际厚度重新计算方案，并根据该重新计算的方案执行下一道次的轧制，若测得的镁合金板带实际厚度大于轧制方案中的该道次的预设厚度且与该道次的预设厚度的差值小于等于阈值，则按照原方案执行下一道次的轧制，若测得的镁合金板带实际厚度小于轧制方案中的该道次的预设厚度，则镁合金板带不经过轧制而直接通过下一道次的轧机；

(4)轧制完成。

在本发明所述的技术方案中，通过将镁合金坯料的挤压形成镁合金板带，提高了生产效率。而镁合金板带的轧制通过采用测量镁合金板带的厚度和温度，尤其是实时检测镁合金板带的轧前厚度和温度，从而实现轧制工艺的自动预设和投入机组的预选择，并可根据实际的镁合金板带状态自适应实时调整，从而有利于轧制工艺的顺行。该方法既能够使得加热温度控制在预设定的目标温度中，使得整个轧制过程的镁合金板带温度精度可控，有利于对于提高镁合金板带的连续生产效率，简化操作，在生产应用中，人工干预少，易于实现自动化生产。

此外，由于镁合金板带由镁合金坯料挤压形成，使得所获得的镁合金板带的宽度及厚度可通过控制挤压进行控制，从而既有利于提高生产效率，又有利于对所获得镁合金板带的质量进行提高。

进一步地，在本发明所述的镁合金连挤控温连轧生产方法中，在开始轧制前和各轧制道次之间采用感应加热的方式对镁合金板带进行加热。

在本发明所述的技术方案中，采用感应加热的方式进行加热，是因为感应加热具有加热速度快、加热精度高，适应较宽范围的生产节奏，拓宽了轧制机组的工艺适应性的特点。

此外，轧制道次的选择可根据各实施方式中的板带轧制工艺要求和实际轧制效果，选择增加或减少轧制道次。

进一步地，在本发明所述的镁合金连挤控温连轧生产方法中，在所述步骤(1)后还具有步骤(1a)：对挤压出的镁合金板带进行同步焊接，以形成连续的镁合金板带。

进一步地，在本发明所述的镁合金连挤控温连轧生产方法中，控制镁合金板带的挤出速度与轧制速度比值控制在0.1-0.9之间，该速度比值的控制出于如下两方面考虑：其一是轧制速度应高于挤出速度，形成轧机与挤压机节奏匹配；其二是多道次轧机的轧制速度呈递增关系，保持轧制过程各轧制道次区间的板带张力维持在适合镁材张应力特性的区间，综合上述考虑，因而，将镁合金板带的挤出速度与轧制速度比值控制在0.1～0.9。

进一步地，在本发明所述的镁合金连挤控温连轧生产方法中，控制镁合金板带的挤出速度为0.1-400mm/s。

需要说明的是，在本发明所述的镁合金连挤控温连轧生产方法中，挤压镁合金坯料的装置可设置为若干台挤压机，也就是说，可一台挤压机与轧机产线相匹配设置，或若干台挤压机与轧机产线相匹配设置。

更进一步地，在本发明所述的镁合金连挤控温连轧生产方法中，控制镁合金板带的挤出速度为0.1-20mm/s。

由于本发明所述的技术方案对于板带的初始长度、初始厚度的限定不高，因而，本发明所述的方法可兼容长度方向厚度不均的板带轧制，既可以采用连续板带也可以采用单张板带，由此可见，本发明所述的技术方案轧机适应性较好。

相应地，本发明的另一目的还在于提供一种镁合金连挤控温连轧的系统，包括：

挤压机，其将镁合金坯料挤压成镁合金板带；

第一测温仪，其测量镁合金板带的初始温度；

第二测温仪，其对应设置在各道次轧机前，以对镁合金板带进入各道次轧机前的温度进行实时测量；

第一测厚仪，其测量镁合金板带的初始厚度；

第二测厚仪，其对应设置在各道次轧机后，以对从各道次轧机输出后的镁合金板带的厚度进行实时测量；

加热装置，其对应设于各道次轧机前，以对进入各道次轧机前的镁合金板带进行加热；

处理单元，其与第一测温仪、第二测温仪、第一测厚仪、第二测厚仪、加热装置、挤压机和轧机分别连接，所述处理单元实时比较镁合金板带的挤出速度和轧制速度，以将挤出速度和轧制速度的比值控制在0.1-0.9；所述处理单元根据第一测温仪和第一测厚仪测得的镁合金板带的初始温度和初始厚度得到预设的方案，所述方案至少包括各轧制道次的预加热方案和轧制方案，所述轧制方案至少包括轧制道次和各轧制道次的预压下量；所述处理单元控制加热装置按照预加热方案对镁合金板带进行预加热，所述处理单元判断第二测温仪测得的镁合金板带的轧前温度是否满足预加热方案中设定的目标温度，若轧前温度满足所述目标温度，则镁合金板带进入轧机按照轧制方案进行轧制，若轧前温度不满足所述目标温度，则镁合金板带取消该道次的轧制而直接通过轧机；在镁合金板带从当前道次的轧机输出后，所述处理单元判断第二测厚仪测得的镁合金板带的厚度是否满足轧制方案中的该道次的预设厚度，若测得的镁合金板带实际厚度大于所述预设厚度且与所述预设厚度的差值大于阈值，则根据实际厚度重新计算方案，并根据该重新计算的方案执行下一道次的轧制，若测得的镁合金板带实际厚度大于所述预设厚度且与该预设厚度的差值小于等于阈值，则按照原方案执行下一道次的轧制，若测得的镁合金板带实际厚度小于所述预设厚度，则镁合金板带不经过轧制而直接通过下一道次的轧机。

进一步地，在本发明所述的系统中，还包括第三测温仪，其对应设置在各道次轧机后，以对各道次轧机后的镁合金板带温度进行实时测量；所述处理单元与第三测温仪连接，以根据第三测温仪测得的温度控制下一道次的加热装置的加热功率。

进一步地，在本发明所述的系统中，所述加热装置为感应加热装置。

进一步地，在本发明所述的系统中，还包括轧辊加热装置，其对轧机的轧辊进行加热，所述轧辊加热装置与处理单元连接。

进一步地，在本发明所述的系统中，所述轧辊加热装置为感应加热装置。

进一步地，在本发明所述的系统中，所述轧机被设置为1-6台。

需要说明的是，在一些实施方式中，第一测温仪、第二测温仪以及第三测温仪的至少其中之一设置为红外测温装置。

本发明所述的镁合金连挤控温连轧生产方法在通过对镁合金坯料的挤压形成镁合金板带，使得所获得的镁合金板带的宽度及厚度可通过控制挤压进行控制，从而既有利于提高生产效率，又有利于提高所获得镁合金板带的质量。在镁合金板带的连续轧制过程中采用实时检测轧前厚度和温度，实现轧制工艺的自动预设和投入机组的预选择，并根据实际的镁合金板带状态自适应实时调整，从而有利于轧制工艺的顺行。

另外，本发明所述的镁合金连挤控温连轧生产方法操作方法简单，人工干预较少，易于应用于产线和实现自动化生产。并且本发明所述的方法还可提高板带的连续生产效率、提升板带质量，有利于镁合金新产品的开发。

本发明所述的镁合金连挤控温连轧的系统也具有上述优点。

附图说明

图1为本发明所述的镁合金连挤控温连轧生产方法在一种实施方式下的的工艺流程图。

图2为本发明所述的镁合金连挤控温连轧的系统在一种实施方式下的示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的镁合金连挤控温连轧生产方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1为本发明所述的镁合金连挤控温连轧生产方法在一种实施方式下的的工艺流程图。

如图1所示，将镁合金坯料挤压成镁合金板带，随后镁合金板带进入轧制辊道后开始测量镁合金板带初始温度和初始厚度，根据初始温度和初始厚度制定预设方案，将预设方案输出。该预设方案包括各轧制道次的预加热方案和轧制方案，其中，轧制方案包括了轧制道次和各轧制道次的预压下量。此外，方案还设定了参数包括目标温度、预设厚度以及厚度差阈值。

镁合金板带开始轧制时，检测镁合金板带的轧前温度是否满足预设方案中的目标温度。当轧前温度不满足目标温度，则镁合金板带不进行轧机轧制。此时，镁合金板带轧制结束，即取消该道次的轧制而直接通过轧机，进入下一道工序。

而当轧前温度满足目标温度后，则镁合金板带进入轧机轧制，对经轧机轧制后的镁合金板带进行厚度测试。当测试所得的实际厚度小于或等于方案中的预设厚度时，镁合金板带轧制完成。此时，镁合金板带进入后续工艺，例如将所获得的镁合金板带进一步加工获得镁合金产品包括纵切卷取后获得的镁合金卷材或纵切横切后获得的镁合金片材。

而当测试所得的实际厚度大于预设方案中的预设厚度时，通过计算实际厚度与预设厚度的厚度差值，并将该厚度差值与预设方案中的厚度差阈值进行比较。当厚度差小于或等于厚度差阈值时，则镁合金板带进入下一道次的轧机轧制，不重新制定预设方案；而当厚度差大于厚度差阈值时，则重新制定预设方案，尤其是对轧制方案中轧制道次和各轧制道次的预压下量的参数进行修改，镁合金板带按照重新修订的新预设方案进入下一道次的轧机轧制。

通过该方法，镁合金板带根据板带状态自适应实时调整，完成多道次轧制，并根据实际轧制效果，对轧制道次进行修整。由此可见，所述的镁合金连挤控温连轧生产方法操作简单，人工干预少，有效提高了连续生产效率，易于实现自动化生产。

图2为本发明所述的镁合金连挤控温连轧的系统在一种实施方式下的示意图。

如图2所示，镁合金坯料经过挤压机1挤压后形成初步镁合金板带，初步镁合金板带，通过对中夹送辊2进行板形矫正，由于初步镁合金板带的头部和尾部板形难以通过对中夹送辊2进行矫正，因而，剪切机3对难以矫正的部位进行切除，并通过同步焊接装置4将相邻的初步镁合金板带焊接形成可连续轧制的镁合金板带5。

镁合金板带5通过辊道传送装置6传送至轧机机组进行轧制，轧制后的镁合金板带5传送至纵切装置13进行后续加工，制备成生产所需的镁合金产品。

在本实施方式中的镁合金连挤控温连轧的系统包括：挤压机1、第一测温仪71、第一测厚仪81、第二测温仪72、第二测厚仪82、感应加热装置9、第三测温仪73以及处理单元。其中，处理单元采用plc，其与第一测温仪71、第二测温仪72、第三测温仪73、第一测厚仪81、第二测厚仪82、感应加热装置9、轧机机组以及挤压机1分别连接。在本实施方式中，轧机机组包括五台轧机11，每台轧机11包括轧辊12以及设于轧辊12上的轧辊感应加热装置10。

此外，在纵切装置上游设置有纵切装置测温仪712，以测试进入纵切装置13前的镁合金板带5的温度。

由图2可知，每台轧机11都设置有相对应的感应加热装置9、轧辊感应加热装置10、第二测温仪72、第三测温仪73以及第二测厚仪82，此外，每台轧机11都分别与相对应的设置的感应加热装置9、第二测温仪72、第三测温仪73以及第二测厚仪82连接。工作时，感应加热装置9以及轧辊感应加热装置10通过处理单元根据第二测温仪72以及第三测温仪73实时测量的温度进行调整，采用感应加热的方式对镁合金板带5进行加热。

需要说明的是，在其他实施方式中，根据生产需要和轧制工艺效果，轧机机组设置的轧机11数量可以为一至六台。

结合图2，进一步说明轧制过程中所述的镁合金连挤控温连轧的系统的工作原理：

挤压时，设置挤压速度从而控制挤压出的初步镁合金板带的宽度和厚度，同时实时记录挤压速度发送至处理单元。控制镁合合金板带的挤压速度与轧制速度的比值在0.1-0.9内，并设置挤出速度，挤出速度根据工艺条件的情况可以控制在0.1-20mm/s。需要说明的是，在其他实施方式中，当挤压机为若干台时，挤压速度可控制在0.1-400mm/s。

在此过程中，处理单元实时计算挤出速度与轧制速度比值是否在0.1-0.9，当挤出速度大于轧制速度时，处理单元计算出合理的挤压速度，并发送指令至挤压机的控制系统，在挤压机的控制系统输出处理单元的执行指令，降低挤压机的挤压速度，使其保持与轧制速度匹配；当挤压速度小于轧制速度且导致板带张力大于允许的临界值(即挤出速度与轧制速度的比值不满足0.1-0.9时)时，处理单元实时计算出各轧制道次的合理轧制速度分布，发送指令至轧机控制系统，轧机控制系统输出处理单元的执行指令，降低轧机的轧制速度。从而保证挤压速度和轧制速度的合理匹配。

而当镁合金板带5由辊道传送装置6传送至轧机机组时，通过镁合金第一测温仪71和第一测厚仪81测量镁合金板带5的初始温度和初始厚度，处理单元根据第一测温仪71和第一测厚仪81测得的初始温度和初始厚度得到预设的方案。该方案包括各轧制道次的预加热方案和轧制方案，其中，轧制方案包括轧制道次、各轧制道次的预压下量、各轧制道次的轧制温度以及轧制速度。在本实施方式中，轧制方案根据温度、镁合金材质和轧制工艺进行设置：轧制温度控制在200～500℃，轧制压下率控制在10～90％。此外，方案还设定了参数包括预加热温度、加热功率、目标温度、预设厚度以及厚度差值阈值，并且根据不同镁合金材质，目标厚度设置在0.5～4mm之间。

随后，处理单元控制感应加热装置9按照预加热方案对镁合金板带1进行预加热。预加热后，处理单元判断第二测温仪72测得的镁合金板带的轧前温度是否满足方案中设定的目标温度，若轧前温度不满足所述目标温度，则镁合金板带取消该道次的轧制而直接通过轧机，进入下一个轧机的感应加热装置9进行预加热，通过处理单元计算镁合金板带加热至目标温度所需的功率后在下一道次的感应加热装置预加热后，处理单元再次判断在下一道次的第二测温仪72测得的镁合金板带的轧前温度是否满足方案中设定的目标温度。

若轧前温度满足所述目标温度，则镁合金板带5进入轧机按照轧制方案进行轧制，在镁合金板带从当前道次的轧机输出后，处理单元判断第二测厚仪82测得的镁合金板带5的实际厚度是否满足轧制方案中的该道次的预设厚度，若测得的镁合金板带5实际厚度大于所述预设厚度且与所述预设厚度的差值大于阈值，则根据实际厚度重新计算方案，并根据该重新计算的方案执行下一道次的轧机的轧制，若测得的镁合金板带实际厚度大于所述预设厚度且与该预设厚度的差值小于等于阈值，则按照原方案执行下一道次的轧制，若测得的镁合金板带实际厚度小于所述预设厚度，则镁合金板带不经过轧制而直接通过下一道次的轧机。

第三测温仪73对各道次轧机轧制后的镁合金板带温度进行实时测量，处理单元根据第三测温仪测得的温度控制下一道次的感应加热装置9和轧辊感应加热装置10的加热功率。在镁合金板带5通过轧机机组后，由纵切装置测温仪712测量轧制完成后的镁合金板带温度，随后进入纵切装置13进行后续加工。

在本实施方式中，第一测温仪71、第二测温仪72、第三测温仪73以及纵切装置测温仪712采用红外测温装置。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。