Способ получения горячекатаной магниевой ленты

Способ получения горячекатаной магниевой ленты

Реферат

Изобретение относится к способу получения горячекатаной ленты из магниевых деформируемых сплавов. Магний представляет собой металл с наименьшей плотностью, его прочностные свойства аналогичны прочностным свойствам алюминия, и он может заменять последний в качестве материала для облегченных конструкций. Правда, необходимым условием для широкого применения магния в качестве материала для облегченных конструкций является наличие дешевых листовых материалов. В настоящее время магниевые листы имеются на рынке лишь в незначительных объемах и по высоким ценам. Это объясняется большими затратами, связанными с горячей прокаткой листов или лент из деформируемых магниевых сплавов при современном уровне техники. Последний подробно описан в Справочнике по магнию (изд-во "Aluminium-Verlag", г. Дюссельдорф, 2000 г., 1-е издание, стр.425-429). Основная трудность при горячей прокатке листов из деформируемых магниевых сплавов заключается в том, что широко применяемый исходный материал, получаемый разливкой в слитки или непрерывной разливкой, затвердевает с образованием крупных зерен и пор и содержит многочисленные ликвации и крупные выделения. Литые слитки часто подвергают гомогенизирующему отжигу с последующей горячей прокаткой в интервале температур 200-450°С. При таких мероприятиях в большинстве случаев приходится неоднократно нагревать прокатываемый материал, так как в противном случае образуется брак вследствие растрескивания.

Предприняты были попытки улучшить деформируемость и свойства горячекатаного магниевого листа за счет получения соответствующих исходных материалов, из которых затем получают горячей прокаткой ленту. Такой способ известен, например, из US 5316598. В этом известном способе проводят быстрое затвердевание магниевого порошка, спрессованного при температуре от 150 до 275°С. Посредством экструзии или ковки из такого слитка получают полуфабрикат, который затем прокатывают в лист толщиной по меньшей мере 0,5 мм. Температура прокатки составляет при этом 200-300°С. Полученная таким образом горячекатаная магниевая лента характеризуется сверхпластичными свойствами и обладает при комнатной температуре высоким пределом прочности и хорошей вязкостью в направлении прокатки.

Однако недостатком известного способа является то, что для получения полуфабриката сначала готовят магниевый порошок, который необходимо спрессовать и затем быстро охладить. Связанные с этим расходы на персонал и оборудование вызывают большие издержки производства. Кроме того, обнаружилось, что деформирование полуфабриката при горячей прокатке, несмотря на трудоемкость его получения, остается трудно управляемым.

Наряду с приведенным и описанным выше уровнем техники из JP 06293944 А известен способ получения магниевого листа, в котором сначала проводят отливку сляба из расплава, содержащего 0,5-1,5% редкоземельных металлов, 0,1-0,6% циркония, 2,0-4,0% цинка и остальное магний. Затем такой сляб подвергают горячей прокатке в два этапа, причем на втором этапе горячей прокатки температура прокатки составляет 180-230°С, предпочтительно 180-200°С, а общая деформация - 40-70%, предпочтительно 40-60%. Полученная при этом лента обладает хорошей деформируемостью. Однако горячая прокатка в два этапа делает процесс прокатки и необходимый при этом температурный режим трудоемкими и трудно управляемыми. Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и назначению является способ получения горячекатаной магниевой ленты, известный из публикации Альтман М.Б. и др.. Магниевые сплавы. Справочник, т.2, Москва, Металлургия, 1978, с.149-156.

Известный способ получения горячекатаной магниевой ленты включает получение полосовой заготовки непрерывной разливкой из расплава магниевого сплава, горячую прокатку полосовой заготовки, которую ведут непосредственно после разливки за несколько проходов с получением горячекатаной ленты. Однако вышеописанному известному способу присущи недостатки известного уровня техники, поскольку магний относится к металлам с гексагональной кристаллической решеткой, что обуславливает его пониженную пластичность, приводящую к растрескиванию прокатываемого материала и, следовательно, к браку. С учетом описанного выше уровня техники в основу изобретения была положена задача создания способа, позволяющего при более низких затратах производства получать магниевые листы с улучшенной деформируемостью.

Указанная задача решается тем, что в способе получения горячекатаной магниевой ленты, включающем получение полосовой заготовки непрерывной разливкой из расплава магниевого сплава, горячую прокатку полосовой заготовки, которую ведут непосредственно после разливки за несколько проходов с получением горячекатаной ленты, согласно изобретению, получают полосовую заготовку толщиной не более 50 мм, горячую прокатку ведут при начальной температуре не менее 250°С и не более 500°С до конечной толщины не более 4 мм, при этом на первом проходе при горячей прокатке обжатие составляет по меньшей мере 15%.

Согласно изобретению полосовую заготовку отливают толщиной до 50 мм, которая благодаря своей незначительной толщине быстро охлаждается и в результате этого приобретает улучшенную, мелкозернистую и малопористую структуру. Микро- и макроликвации сведены в таком состоянии к минимуму. Также и первичные, обязательно присутствующие выделения имеют тонкую, равномерно распределенную форму, что дополнительно способствует формированию тонкой катаной структуры. Полученная таким образом особо мелкозернистая структура способствует деформируемости в процессе последующей горячей прокатки и облегчает оптимальное для последующего деформирования разупрочнение. Кроме того, образованию тонкой структуры способствует и обжатие по меньшей мере на 15% на первом проходе при горячей прокатке. Благодаря уже присутствующей в отлитом состоянии и улучшаемой в последующем процессе прокатки структуре получают в итоге магниевый лист, технологические свойства которого значительно лучше по сравнению с традиционно производимыми листами.

Еще одним преимуществом применяемой, согласно изобретению, непрерывной отливки полосовых заготовок из магниевого сплава с последующей, проводимой после разливки прокаткой является то, что применявшаяся ранее для получения магниевых листов доля скрапа существенно снизилась. Кроме того, благодаря применению соответствующей плавильно-литейной техники обеспечивается значительная свобода в использовании исходных материалов. При этом минимизируется потребление энергии при пользовании литейно-прокатной техникой, согласно изобретению, и обеспечивается большая гибкость в отношении сортамента производимой продукции.

Особо экономично применение способа, согласно изобретению, в том случае, когда полосовая заготовка подвергается горячей прокатке непосредственно после разливки. В зависимости от свойств подвергаемого обработке сплава и применяемого оборудования также может оказаться целесообразным перед горячей прокаткой для выравнивания температуры в полосовой заготовке ее довести до температуры начала горячей прокатки.

При таком выравнивании температур достигается равномерное распределение температуры в полосовой заготовке и дополнительная гомогенизация структуры.

Окисление поверхности ленты и образование нежелательных оксидов внутри структуры может быть надежно исключено в результате разливки сплава в организованном соответствующим образом рекристаллизаторе в атмосфере защитного газа.

Формированию структуры можно дополнительно содействовать в результате того, что на первом проходе при горячей прокатке обжатие составляет по меньшей мере 20%.

В целях обеспечения деформируемости ленты при горячей прокатке начальная температура прокатки должна составлять по меньшей мере 250°С.

Хорошая деформируемость полученной, согласно изобретению, полосовой заготовки позволяет прокатывать горячекатаную ленту после первого прохода непрерывно в несколько проходов до конечной толщины. Подогрев между отдельными проходами прокатки не требуется благодаря теплу, образующемуся в процессе деформирования.

В случае отсутствия линии для чистовой горячей прокатки ленты горячекатаную магниевую ленту можно получать, согласно изобретению, путем реверсивной горячей прокатки в несколько проходов.

Если при горячей прокатке требуется компенсировать простои, во время которых невозможно продолжать непрерывный процесс прокатки, целесообразно намотать горячекатаную ленту по меньшей мере после первого прохода на горячую моталку и выдерживать ее при соответствующей температуре прокатки. Предпочтительно, чтобы при реверсивной горячей прокатке горячекатаная лента после каждого прохода наматывалась на горячую моталку и выдерживалась при соответствующей температуре прокатки. Температура прокатки, при которой горячекатаная лента выдерживается на моталке, составляет, предпочтительно, по меньшей мере 300°С.

С учетом свойств деформируемости и требуемой толщины ленты после чистовой прокатки суммарное обжатие при горячей прокатке должна составлять по меньшей мере 60%.

Способ, согласно изобретению, предпочтительно применять для магниевого деформируемого сплава, содержащего до 10% алюминия, до 10% лития, до 2% цинка и до 2% марганца. Для образования мелких зерен в структуре после затвердевания можно проводить легирование цирконием или церием в количестве до 1%.

Ниже изобретение поясняется подробнее с помощью примеров осуществления. На чертеже в схематичном виде показана установка 1 бесслитковой прокатки для получения слябов толщиной менее 25 мм, вид сверху.

Установка 1 бесслитковой прокатки включает в себя последовательно расположенные в направлении F подачи плавильную печь 2, кристаллизатор 3, первое задающее устройство 4, ножницы 5, второе задающее устройство 6, печь 7 для гомогенизации, первое наматывающее устройство 8, третье задающее устройство 9, реверсивную прокатную клеть 10, четвертое задающее устройство 11, четвертое наматывающее устройство 12 и рольганг 13.

Наматывающее устройство 12 и рольганг 13 установлены на платформе 14, расположенной с возможностью перемещения поперечно к направлению F подачи таким образом, что в первом рабочем положении наматывающее устройство 12 и во втором рабочем положении рольганг 13 расположен в конце пути 15 перемещения магниевой ленты, полученной в установке 1 бесслитковой прокатки. Аналогично печь 7 для гомогенизации и наматывающее устройство 8 расположены на платформе 16, в результате чего одно из этих устройств в первом рабочем положении расположено около пути 15 перемещения и во втором рабочем положении - на пути перемещения получаемой магниевой ленты. В начале изготовления горячекатаной магниевой ленты печь 7 для гомогенизации и наматывающее устройство 12 в виде моталки расположены на пути 15 перемещения, а наматывающее устройство 8 в виде моталки 8 и рольганг 13 - около пути 15 перемещения.

Наматывающие устройства 8 и 12 снабжены не показанными подогревателями, с помощью которых лента, намотанная на также не показанные моталки, может находиться при соответствующей температуре деформации до следующего прохода прокатки.

Внутри кристаллизатора 3 расплав непрерывно разливают в атмосфере защитного газа при отсутствии доступа кислорода с получением полосовой заготовки. Типичные сплавы, содержащиеся в расплаве, представлены на нижеследующей таблице 1:

Таблица 1
	Химический состав, массовый %
Сплав	А1	Mn	Zn	Si	Сu	Ni	Fe	∑ остальное
AZ31	2,5	0,35	0,85	0,02	0,002	0,018	0,003	<0,02
AZ61	5,91	0,22	0,84	0,022	0,005	0,001	0,002	<0,02
АМ20	2,0	0,4	0,15	0,04	0,05	<0,001	0,003	<0,02
АМ50	4,8	0,35	0,18	0,08	0,06	<0,002	0,003	<0,02

Особо эффективно применение высокочистых магниевых сплавов. В таких сплавах содержится, например, менее 10 промиллей Ni, менее 40 промиллей Fe и менее 150 промиллей Сu.

Выходящая из кристаллизатора 3 полосовая заготовка обрезается ножницами 5 и направляется задающими устройствами 4 и 6 по пути 15 перемещения в печь 7 для гомогенизации. В последней происходит выравнивание температуры, при котором получается равномерно распределенная по сечению полосовой заготовки начальная температура прокатки в диапазоне от 250 до 500°С.

Полосовая заготовка с заданным температурным режимом подается затем задающим устройством 9 в реверсивную прокатную клеть 10, в которой происходит ее первый проход. При этом обжатие составляет по меньшей мере 15%. Выходящая из прокатной клети горячекатаная лента наматывается на наматывающее устройство 12 и выдерживается при температуре прокатки, оптимальной для следующего деформирующего прохода.

После первого прохода платформу 16 приводят в рабочее положение, в котором наматывающее устройство 8 расположено на пути 15 перемещения. После этого горячекатаную ленту прокатывают в несколько проходов до ее конечной толщины, составляющей менее 4 мм, причем ее попеременно наматывают на наматывающие устройства 8 и 12 и выдерживают при соответствующей температуре прокатки. Последняя составляет более 250°С.

Перед последним проходом при прокатке платформа 14 приводится в то рабочее положение, в котором рольганг 13 расположен в конце пути 15 перемещения. Выходящая из реверсивной прокатной клети 10 после последнего прохода, окончательно прокатанная горячекатаная магниевая лента подается на дальнейшую обработку по рольгангу 13.

Типичные свойства магниевых горячекатаных лент при комнатной температуре, получаемых описанным способом в установке 1 бесслитковой прокатки из приведенных в таблице 1 сплавов, указаны в таблице 2. Толщина листа составляла соответственно 1,2-1,5 мм.

Таблица 2
	Механические свойства при комнатной температуре
Сплав	Rр02,МПа	Rm,МПа	Ag,%	A5,%	rm	Δr	n*)
AZ31	155	250	18	25	1,7	0,3	0,22
AZ61	165	270	15	20	1,5	0,1	0,2
АМ20	115	190	14	18	1,4	0,1
АМ50	130	205	12	16	1,4	0,1
*) Определяли в диапазоне от 2% до процентного содержания Ag.

Видно, что получаемые согласно изобретению ленты характеризуются мелкозернистой структурой и, благодаря этому, превосходной деформируемостью. В частности, установлено, что свойства полученных согласно изобретению листов по меньшей мере на 20% превосходят те же свойства полученных традиционным способом листов.

Перечень позиций

F направление подачи

1 установка бесслитковой прокатки

2 плавильная печь

3 кристаллизатор

4 задающее устройство

5 ножницы

6 задающее устройство

7 печь для гомогенизации

8 наматывающее устройство

9 задающее устройство

10 реверсивная прокатная клеть

12 задающее устройство

13 рольганг

14 платформа

15 путь перемещения

16 платформа

1. Способ получения горячекатаной магниевой ленты, включающий получение полосовой заготовки непрерывной разливкой из расплава магниевого сплава, горячую прокатку полосовой заготовки, которую ведут непосредственно после разливки за несколько проходов с получением горячекатаной ленты, отличающийся тем, что получают заготовку толщиной не более 50 мм, горячую прокатку ведут при начальной температуре не менее 250°С и не более 500°С до конечной толщины ленты не более 4 мм, при этом на первом проходе при горячей прокатке обжатие составляет по меньшей мере 15%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полосовую заготовку получают в атмосфере защитного газа.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед горячей прокаткой для выравнивания температуры в полосовой заготовке ее доводят до температуры начала горячей прокатки.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что обжатие на первом проходе при горячей прокатке составляет по меньшей мере 20%.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что после первого прохода горячей прокатки полученную ленту прокатывают за несколько проходов до конечной толщины.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что горячую прокатку проводят реверсивно в несколько проходов.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что, по меньшей мере, после первого прохода горячей прокатки ленту наматывают на горячую моталку и выдерживают при температуре прокатки.

8. Способ по п.6 или 7, отличающийся тем, что полученную реверсивной горячей прокаткой горячекатаную ленту наматывают после каждого прохода на горячую моталку.

9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что температура выдержки горячекатаной ленты на моталке составляет более 300°С.

10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что суммарное обжатие при горячей прокатке составляет по меньшей мере 60%.

11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что в качестве магниевого сплава используют деформируемый магниевый сплав, содержащий до 10% алюминия, до 10% лития, до 2% цинка, до 2% марганца, до 1% циркония и до 1% церия.