一种宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于宽幅镁合金厚板制备技术领域，具体涉及一种针对宽幅镁合金厚板边 部多向预变形的新轧制方法与装置。
【背景技术】
[0002] 采用轧制的加工工艺生产的变形镁合金板材产品具有较好的组织结构和力学性 能，可以在很大程度上替代钢和铝合金等板材，在航空、交通、建筑等领域具有十分广阔的 应用前景。
[0003] 镁合金由于其密排六方结构，室温下塑性成形能力很差，为能够激活镁合金组织 中的非基面滑移系，提高其塑性成形性能，现有技术多采用热轧的生产方法制备镁合金板 材。
[0004] 镁合金厚板铸坯在多道次热轧制过程中，板坯边部受到厚度方向压应力、长度方 向拉应力的多向应力作用。随着道次增加，镁板厚度逐渐减薄，会形成较强的基面板织构， 存在较严重的各向异性现象，导致镁板边部金属流动不均匀。边部轧制变形区的不均匀受 力及金属的不均匀流动削弱了金属内部组织的结合能力，因此镁板边部极易出现裂纹。
[0005] 镁合金热加工范围较窄，同时在轧制过程中由于辐射换热、空气对流换热、乳辊接 触传热等原因导致镁板温降严重；且边部与空气接触面积相对较大，温降也相对较快，导致 边部金属材料的延伸率、塑性明显降低，与镁板中部金属流动产生较大差异，促使了裂纹的 产生。
[0006] 在镁合金厚板热轧制过程中，板坯边部较中部存在更为严重的宽展现象，边部沿 厚度方向通常形成"U"形缺陷；同时由于镁合金中心层流动滞后，镁板内部金属变形不协 调，边部金属受到内部金属的附加拉应力作用，加剧了裂纹的产生及扩展。
[0007] 由于以上等诸多原因，在宽幅镁合金厚板的热轧制生产过程中，板材常常出现边 裂甚至表面裂纹的严重缺陷，导致成材率仅为30°/『40%，镁板价格居高不下。
[0008] 本发明提供了一种新的宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法与装置，能够有 效克服现有技术的瓶颈，解决现有问题。
【发明内容】
[0009] 本发明针对上述问题，提出一种新的宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法与 装置，目的在于通过对镁板边部施加多辊多向的压力变形，进而采用在板材宽度和厚度方 向同步施加压应力的协调轧制方法，来减少镁板表面和边部裂纹的产生及扩展，提高轧制 成材率。
[0010] 图1中的（a)和（b)为宽幅镁合金厚板边部多向预变形可逆轧制设备布置示意 图。如图1中（a)和（b)所示，该多向预变形轧制设备由四辊轧机、乳前立辊/斜辊组合装 置、乳后斜辊/立辊组合装置组成。立辊和斜辊组合成预变形设备，位于水平四辊轧机的入 口和出口轨座上，四辊轧机、立辊和斜辊轧制设备均装有伺服油缸，可根据工艺模型对平辊 压下量、立棍侧压量、斜棍侧压量及侧压角进行自动调节。
[0011] 本发明的边部多向预变形轧制装置可进行多道次可逆轧制。布置在四辊轧机轧制 前后的立辊与斜辊组合装置在每道次工序中作用不同。轧制入口侧的立辊/斜辊组合装置 为主侧压预变形装置，控制平辊轧制时板材因宽展不均导致的"U"形缺陷，改善边部应力分 布状态，细化边部组织。轧制出口侧的斜辊与立辊组合装置通过较小的多向侧压量能够修 整边部形状，提高板形质量，防止平轧后板材边角部的裂纹扩展。
[0012] 图1中的（C)为立辊侧压成形原理示意图。如图1中（C)所示，立辊为孔形辊，辊 身设计为圆弧形状，增加了镁板边部厚度方向与立辊的接触面积，能够有效减小立辊轧后 狗骨形状凸起峰处厚度值4,有利于提高板材边部压缩变形的均匀性。每对立辊既能夹送 轧件也能对厚板边部进行宽度方向的压缩变形。板坯经板形在线检测后，综合考虑镁板的 宽度尽、宽厚比尾/A、四辊轧机压下量ΛΑ、四辊轧机压下率f和轧制道次量/7等因素，根 据工艺控制模型进行立辊侧压量Λ尾分配。
[0013] 图1中的（d)为斜辊多向侧压成形原理示意图。如图1中（d)所示，四个斜辊 分别布置在镁板厚度断面四个角端部位，斜辊与轧件宽度方向夹角〃的可调整范围为 10° ~35°。斜辊为孔形辊，辊身设计为圆弧形状，增加了镁板立辊轧制后狗骨形状凸起峰 处与斜辊辊身的接触面积，减小了斜辊轧制时镁板边部变形区的峰值应力，从而有利于改 善边部应力集中现象，提高板材边部压缩变形的均匀性，进而有效减小四辊轧机轧后边部 "U"形缺陷程度，减缓了裂纹的扩展和分布。在轧制过程中，板坯经板形在线检测后，综合考 虑板坯立辊侧压前厚度A、立辊侧压量△尾和立辊轧制后产生的狗骨形状凸起峰处板坯厚 度4等因素，根据工艺控制模型进行斜辊侧压量△尾分配，能够改善立辊轧制后镁板边部 的不规则变形。
[0014] 本发明的宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法主要分为以下三个工艺顺 序： 工艺顺序一：边部预变形轧制，整体工艺流程及板形演变过程如图2所示，沿板坯长度 方向，利用前后立辊和斜辊对镁板边部进行2~4道次往复组合轧制。每道次轧制工艺为： ①进入四辊轧机之前，宽幅镁合金厚板坯经在线宽度和厚度测量后，调整入口侧立辊侧压 量，进行边部侧压预变形轧制，根据不同宽幅镁合金厚板板坯尺寸和材质属性调整立辊侧 压量：
尽为轧件宽度，A为轧件厚度，/7为道次量；再根 据边部狗骨形状参数调整斜辊侧压角和侧压量进行压缩变形，每个斜辊压下量为： (30。/『75%) Λ&;②四辊轧机无压下量，夹送板坯；③四辊轧机夹送后，由斜辊/立辊组合装 置进行边部形状修整，斜辊压下量为：Δ &= (30%~40%) Δ尾1;一对立辊的侧压变形量为： Λ &= (25%~35%) Λ&。工序一通过采用厚度方向无压下量，沿板坯长度方向进行边部多向 预变形的往复轧制方法，细化边部组织，避免后续轧制时边部裂纹的产生及扩展。
[0015] 工艺顺序二：展宽轧制，整体工艺流程及板形演变过程如图3所示，工序一完成 后，将镁板旋转90°，进行2~4道次展宽轧制。在此过程中，每道次的轧制工艺为：①进入 四辊轧机之前，立辊侧压量为：
，△ A为四辊轧机压下量；斜 辊压下量为：△ ^1= (30%~75%) △尾1;②四辊轧机进行展宽轧制；③四辊轧机轧后由斜辊/ 立辊组合装置进行边部形状修整，每个斜辊压下量为：Δ &= (30%~40%) Λ馬;一对立辊侧 压变形量为：Δ Se2= (25%~35%) Λ &。该工序中的立辊和斜辊组合轧制能够修整镁合金成 品板材的头尾舌形和裂纹缺陷，降低头尾切损量，提高成材率。
[0016] 工艺顺序三：乳长及边部多向压缩变形组合轧制，整体工艺流程及板形演变过 程如图4所示，工序二完成后，乳件再次旋转90°，经平辊及前后立辊、斜辊往复轧制至 最终厚度。在此后的轧制过程中，每对立辊间的距离保持成品宽度值不变。每道次轧 制工艺为：①四辊轧机轧制前，一对立辊间无侧压变形量；每个斜辊的侧压变形量为：
，f为压下率；②板坯进入四辊轧机进行轧长轧制；③四 辊轧机轧制后，由斜辊/立辊组合进行边部形状修整，细化边部晶粒，斜辊压下量为：Δ &= (50%~75%) Λ &。工序三通过四辊轧机轧长轧制及边部多向限宽压缩变形，能够获得较好板 形。
[0017] 宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制方法与装置，能够限制轧制过程中镁合金板 材宽展，改善边部应力分布状态及各向异性，细化边部组织，减小边部裂纹的产生及扩展， 通过获得良好板形，提高镁合金板材的成材率。
[0018] 本发明的特点及积极效果为： (1)本发明的宽幅镁合金厚板边部多向预变形轧制设备，立辊为孔形辊，辊身设计为圆 弧形状，增加了镁板边部厚度方向与立辊的接触面积，有利