镁合金板带生产介绍

镁合金板带高效低成本生产技术介绍开发单位：中国重型机械研究院有限公司惠世民张路漫朱盛林2011.07主要生产工艺1、镁合金锭经铸轧生产成5~10mm的成卷板坯。2、铸轧板坯经过年温轧生产出0.2~6mm的成卷板带。3、根据最终产品的用途进行相应的表面处理或精整。一、项目概述1、镁合金板带材的特点：镁合金板带由于具有较高的比强度、比刚度、减振性、导热性、电磁屏蔽性以及易切削性等良好的综合性能，成为地面交通、航空航天、电子通讯等行业的重要新型材料。在能源问题、资源问题、环保问题日趋严峻的今天，镁又具有可回收的特点，所以镁合金被誉为继钢铁、铝合金之后最佳替代产品，是“21世纪绿色工程结构材料”。据统计在全球范围内，镁合金的用量，10年来连续递增率保持大于20%的增长记录，其中镁合金板带具有很大的增长比例，目前，在金属材料研究与应用方面，镁合金板带是最活跃的技术领域之一。今后，随着镁合金性能的不断开发，镁合金板带用途将有更大的拓展。2、中国的镁含量及镁合金板材情况：我国是世界上镁含量最丰富的国家之一，但是镁合金的出口仅限于镁锭等低附加值产品的出口。随着资源的开发利用，国家逐步限制低端产品的出口而鼓励高附加值产品的加工生产和出口。由于目前镁板带材加工成材率低，造成其成本昂贵，因而其应用领域限制在航空、航天、军工产品上。随着全世界提倡低碳经济，国家节能减排政策的出台，列车（尤其是高铁）、节能汽车的发展，镁合金板材将会因其强度高而比重轻的特殊性能得到大量的应用。但是镁合金板材要用在车辆板材上，急需解决的问题是生产出成本低的1500mm以上宽幅镁合金板材。二、镁合金板带的市场需求情况1、国际市场：由于受国际范围内生产高性能镁合金板材企业为数不多，而且产能较低的影响，目前国际市场上镁合金板材出现的供不应求状况，据中国镁业协会统计显示，2008年国际市场上镁合金板材的需求量是6万吨，但实际供应量仅在4000吨左右，供需缺口非常之大。2010年国际市场镁合金板材的需求量将达到15万吨，但实际供应能力估计在3至5年内不会有太大的增加，最高也不会突破5万吨，因此，这种供不应求的情况必然会给镁合金生产企业提供大好的商机和可靠的市场保障。镁合金板材有着巨大的发展潜力和广阔的市场前景。2、国内市场：1）目前市场：适用于IT关联产品，音响制品，医疗仪器等，主流型号为AZ31，厚度0.1-2.5mm，宽度310mm以下，该产品在日本主要提供给：松下（笔记本电脑），卡西欧（手机，数码照相机）等，而3C产品的外壳用镁合金板：厚度0.5～2.5，宽度310mm以下。我国在压铸镁合金电脑笔记本外壳方面,已经可以成批量规模生产,但是,在用镁合金板冲压成形电脑笔记本外壳方面,尚未取得工业化的规模生产技术。这其中有两方面的技术难点。一是可用于冲压成形的具有良好塑性加工性能的镁合金板材,在国内还没有达到工业化规模生产的水平;二是对镁合金板的冲压成形技术本身也没有达到工业化规模生产的水平。首先是板材问题,目前处于研发阶段的镁合金板材的制造方法很多,比如;连铸连轧,多道次温轧,挤压开坯+精轧等。其中后两种成形的镁板,冲压性能相对好些。特别是采用挤压开坯+精轧的方法来制造镁合金板,即可以减少粗轧热轧道次,从而大大降低加工成本,又可以通过最后的精轧,使镁板达到冲压加工所要求的塑性。这是一种很有市场前景的镁合金板材加工的工艺路线。2）、正在发展的市场：对于汽车外板，一般都是用普碳冷轧钢板或镀锌板，厚度为0.7～１.2mm,随着汽车工业的快速发展，我国已经成为世界第一的汽车生产和销售大国．据中汽协发布的信息，2009年中国汽车产销分别完成1379.10万辆和1364.48万辆，同比增长48.30和46.15％。2010年中国汽车工业仍将呈现较好的发展态势，预计全年汽车产销增长10％左右，有望达到1500万辆。汽车的仪表盘、车门内衬板、后备箱盖板、汽车外板等逐步可使用镁合金板，因此对于开发汽车用板材具有比较广阔的市场潜力。3）潜在市场飞机蒙皮板，目前在航空航天上除了大量使用的飞机蒙皮板为铝合金板２～５，但是利用变形镁合金板材作为飞机蒙皮板和壁板的技术已经开发并得到应用，所以镁合金板材在飞机制造领域也具有可观的使用量。此外镁合金厚板在制造卫星和登月飞船底座，中板则用来制造战斗机副油箱和衬板等其它结构件，目前年消费量在300吨以上。由于镁合金轧制板材具有较好的致密性和优良的综合性能，在高速列车、城市轻轨列车车厢内壁、集装箱内层隔板等产品上，在轻轨车厢地板上大量采用镁合金蜂窝板，不仅可减轻车厢的重量，而且可以提高隔音效果和减振性。例如德国镁合金蜂窝板的上下面板：1.45×1450×4500。交通运输装备轻量化研究所的研究结果证明了以上镁合金蜂窝板的特殊性能，其面板厚度为1～2mm。交通运输装备轻量化研究所的所长明确指出：“目前我国正在加大轨道交通建设，近10年内的目标是实现“四纵四横”的格局，这一计划完成后大城市就能争取当天去当天回；城际高速列车铁路线全国规划建设超过20条，……，所以从总体需求来看，轨道建设投资很大，这些都向我们展示了镁合金在机车轻量化应用的前景。”三、市场定位根据以上分析：市场定位方向以1.5~5mm厚度范围产品需求为主导。使用领域如城市轻轨列车车厢内壁、镁合金蜂窝板的面板。发展1.2mm的高档汽车面板市场。兼顾少量0.2～1.0mm用于IT关联产品，音响制品，医疗仪器等.（一台笔记本电脑1mm镁合金板用量最多0.4Kg）。开发飞机蒙皮等航天市场。所以最终产品厚度范围：0.2~5.0mm。五、镁合金板带材料选择由于目前的镁合金材料中适合轧制的是变形镁合金AZ31B、ZK60A，因此本次板带工程的产品中主要以典型的变形镁合金AZ31B为主，兼顾ZK60A为代表的其它镁合金板带产品的生产，并且在以后的生产中可根据市场需求和新的镁合金材料的研制成功，逐步试制其它牌号的镁合金板带产品。质量分数表示（%）牌号MgAlZnZrSiCaCu其它====≤≤≤≤AZ31B余量3.01.0_0.080.040.010.30ZK60A余量_5.5≥0.45___0.30Mg-Mn系合金中添加RE能够显著细化合金晶粒，生成高硬耐热的含稀土相，改善此类变形镁合金强度偏低的弱势，扩大其应用范围合金抗拉强度MPaσb屈服强度MPaσ0.2疲劳极限MPa硬度HBS冲击韧性×104J伸长率δ%MB1210100754564MB825017085551219-24合金抗拉强度屈服强度100℃150℃200℃250℃150℃MB1180130806045MB820016014012060AZ91-REMax150ºCMg-Al-REMax200ºCMg-Y-RE-Zr250ºCMg-Y-RE-Zn＞250ºCMg-Zn-RE-Zr常温Mg-Gd-RE300ºC含稀土合金系温度(a)镁板生产的神舟6号上电器箱(b)无人机侦察平台用电器箱钇是提高镁合金力学性能的优良添加剂，因此在稀土镁合金的开发过程中，钇备受人们关注合金UTS(MPa)YS(MPa)ε(%)室温250℃室温250℃室温250℃Mg-6Y-10Gd(T6)30232427026036Mg-7Y-4Ho(T6)284232200168919Mg-6Y-1.5Ce(T6)280223158141817Mg-6Y-1.5La(T6)2512101401291226净化作用稀土在镁合金中具有除氢、除氧、除硫、除铁、除夹杂物的作用，达到除气精炼、净化熔体活化作用稀土是镁合金的表面活性元素，可以降低合金液的表面张力，提高镁合金的铸造性能，特别是流动性，此外还能改善镁合金焊接性能，减少疏松和热裂倾向细化作用稀土在固液界面前沿富集引起成分过冷，形成新的形核带，生成细化等轴晶。此外，稀土在固液前沿的富集使其起到阻碍α－Mg晶粒长大的作用，进一步促进了晶粒的细化合金化/微合金化作用稀土能与镁及其它合金化元素形成金属间化合物，这些含稀土的金属间化合物一般具有高熔点、高热稳定性等特点，它们呈细小化合物粒子弥散分布于晶界和晶内，能改变镁合金中化合物的相组成、形态、大小、分布、和数量，减慢晶界滑移和晶内位错运动RE在镁合金中的作用与强化效果固溶强化大部分稀土元素在镁中具有较高的固溶度；稀土原子溶入镁基体中，增强原子间的结合力，使基体产生晶格畸变；固溶强化的作用主要是减慢原子的扩散速率，降低位错的攀移速率，从而强化基体，提高合金的高温蠕变性能弥散强化稀土与镁或其它合金化元素在合金凝固过程中形成稳定的第二相粒子，由于第二相粒子具有高熔点、高热稳定性、高硬度等特点，因此在高温下可以钉扎晶界，抑制晶界滑移；阻止位错运动，强化合金基体时效沉淀强化稀土在镁中所具有的较高固溶度随温度降低而降低，当处于高温下的单相固溶体快速冷却时，形成不稳定的过饱和固溶体，经过长时间的时效，则形成细小而弥散的析出沉淀相。析出相与位错之间交互作用，提高合金的强度细晶强化稀土元素对镁合金组织具有细化作用，组织的细化可以提高合金的力学性能目前我国第一条镁合金板材铸轧生产线，也是世界第三条生产线镁板照片板带四辊轧机组照片注：√表示该工序存在2、镁合金的连续铸轧，其冷却速度是模铸的50-300倍，快速冷却大大细化其晶粒结构，使溶质元素在固溶体中的过饱和程度大大提高，使铸轧板坯的抗拉强度和屈服强度各提高10%-20%，使其再结晶温度提高近100℃，即镁合金板的使用温度提高近100℃，大大提高镁合金板的使用性能。3、镁合金的铸与轧的结合，提高了金属组织的致密性，大大减少其缩孔、疏松、偏析等材料缺陷，省去了切头切尾的材料消耗，可提高成材率15%左右。熔炼铸锭铣面加热挤压粗轧铸轧温轧1铸锭热轧法√√√√√80-902012铸锭挤压法√√√√√201.53铸轧成型法√√30600.44铸轧温轧法√√√80-90700.5序号名称加工工序成本比备注压下率(%)成材率(%)六、镁板带生产工艺方法的选择1、四种镁合金板带加工方法技术分析对比七、工艺路线及流程根据六中镁合金板带生产工艺方法的对比，确定的生产工艺路线及流程见下图：1、工艺路线研究线路2、工艺流程镁合金铸锭预热熔炼铸轧分切卸卷卷取运输装置切头/切边加热补温保温温轧行车吊运上卷开卷卷取卸卷打捆退火入成品库卷材称重3、工艺路线的确定根据以上工艺方法，确定两条工艺路线：1、铸轧+四辊温轧主要生产0.5~2X1000mm产品；2、铸轧+六辊温轧主要生产0.5~5X1600mm产品；八、产品规格及年产量1、产品品种及规格：1）镁合金板带铸轧成卷产品：厚度：5～10mm宽度：500～1000～1700mm卷重：7t2)镁合金板带温轧成卷产品：厚度：0.5～2.0mm宽度：500～1000～1600mm卷重：5t3）供货状态：O、H2、年产量1）一条铸轧线产品大纲及年产量：宽度厚度合计百分比5678910100019.647.054.862.770.539.2293.88%110043.1103.4120.6137.9155.186.2646.318%130050.9122.2142.6162.9183.3101.8763.821%150052.9126.9148.1169.2190.4105.8793.222%160050.1127.8140.4160.4191.8100.3770.821%170026.663.974.685.295.953.3399.511%合计243.2591.3681.1778.3886.9486.53667.3100%2）一条温轧机组的产品大纲及年产量厚度宽度合计百分比800—10001000—12001200—14001400—16000.5—1.0304055752006%1.0—2.09012016522560020%2.0—3.012016022030080027%3.0—4.013018024035090030%4.0—5.075100137.5187.550017%合计445600817.