供稿|韓晨，孫付濤/ HAN Chen, SUN Fu-tao

鎂合金板帶的應(yīng)用與生產(chǎn)

Application and Production of Magnesium Alloy Sheet and Strip

供稿|韓晨，孫付濤/ HAN Chen, SUN Fu-tao

作者單位：洛陽(yáng)有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院，河南 洛陽(yáng) 471039

內(nèi)容導(dǎo)讀

鎂合金板帶材目前成為國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)研制、開(kāi)發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)的熱點(diǎn)。文章對(duì)鎂合金板帶力學(xué)性能、產(chǎn)品規(guī)格及合金品種、市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用特點(diǎn)、生產(chǎn)工藝技術(shù)、加工企業(yè)及裝備進(jìn)行了描述和總結(jié)。同時(shí)，結(jié)合鎂合金板帶生產(chǎn)工藝技術(shù)和市場(chǎng)推廣應(yīng)用難點(diǎn)的分析，重點(diǎn)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外卷式法、連續(xù)化、低成本生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備進(jìn)行了總結(jié)和分析。

鎂合金板帶具有密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能好、無(wú)磁性、屏蔽性好和無(wú)毒的特點(diǎn)，同時(shí)也具有易于回收、可再生利用和環(huán)境友好等優(yōu)異性能，因而在國(guó)防軍工、航空航天、交通工具、機(jī)械電子及3C電子產(chǎn)品等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。

隨著生產(chǎn)技術(shù)與加工設(shè)備的快速發(fā)展，以及市場(chǎng)需求量的提高，目前國(guó)內(nèi)鎂合金板帶材的生產(chǎn)能力和實(shí)際產(chǎn)量相比以前都有了很大的提高。10年前，國(guó)內(nèi)惟一的鎂合金板帶材生產(chǎn)企業(yè)只有洛銅集團(tuán)一家，其生產(chǎn)線產(chǎn)能僅有360 t/a，實(shí)際產(chǎn)能約20 t/a。而到2014年底，國(guó)內(nèi)鎂合金板帶專業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)企業(yè)已超過(guò)了10家，生產(chǎn)線總產(chǎn)能也超過(guò)了10000 t/a，實(shí)際產(chǎn)能已突破了1500 t/a。

但與常用的鋼鐵、銅、鋁等金屬板帶材相比，鎂合金板帶在合金品種開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)工藝技術(shù)、市場(chǎng)化推廣和應(yīng)用等方面都存在較大的差距，還處于規(guī)模開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)應(yīng)用的初級(jí)階段。

鎂合金板帶規(guī)格與合金品種

鎂合金板帶的規(guī)格

鎂合金的板帶規(guī)格主要分為厚板、薄板、薄帶、圓片等。鎂合金厚板的范圍為11~70 mm，薄板一般在0.2~10 mm。有的國(guó)家或企業(yè)將鎂合金板材分為厚板、中板和薄板，厚板：22~70 mm；中板：6.0~22 mm；薄板：0.2~6.0 mm。

根據(jù)鎂及鎂合金板帶的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5154—2010)，板材定義為厚度大于0.20 mm的軋制產(chǎn)品，帶材定義為厚度不大于0.20 mm的軋制產(chǎn)品。

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)已能夠工業(yè)化生產(chǎn)出厚度超過(guò)100 mm的鎂合金板材，最大寬度超過(guò)2500 mm，長(zhǎng)度達(dá)到了10000 mm，主要應(yīng)用在國(guó)防軍工、航空航天等領(lǐng)域。工業(yè)化生產(chǎn)最薄規(guī)格的鎂及鎂合金板帶材厚度為0.2 mm，主要用于電子產(chǎn)品外殼和科研教學(xué)等領(lǐng)域。

鎂合金板帶材的尺寸規(guī)格發(fā)展趨勢(shì)是寬幅、薄板卷。例如，在國(guó)家科技部新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃及2013年有色金屬行業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)品目錄中均將幅寬超過(guò)1500 mm的鎂合金板帶材做為重點(diǎn)研制開(kāi)發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)的目標(biāo)產(chǎn)品。

鎂板帶的合金品種

由于純鎂Mg99.5、Mg99.0具有質(zhì)軟、力學(xué)性能較低的特點(diǎn)，因而一般不能作為結(jié)構(gòu)材料使用，主要應(yīng)用在科研教學(xué)領(lǐng)域。

通過(guò)在純鎂中添加合金元素，可以有效提高金屬的強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能。目前，鎂合金板帶材合金品種以鎂-鋁-鋅系為主，同時(shí)還有鎂-錳系、鎂-鋅-鋯系。其中，鎂-鋁-鋅系中的AZ31(AZ31B， AZ31C)由于具有焊接性能好、強(qiáng)度高、加工性能好、軋制溫度范圍較寬等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電子信息、電池工業(yè)等領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)對(duì)鎂合金板帶材的生產(chǎn)也主要集中在AZ31B鎂合金上。例如：以AZ31B鎂合金熱軋板材為坯料，通過(guò)冷軋可以獲得厚度為0.2~10 mm的冷軋板帶材，再經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)耐嘶穑纯色@得具有均勻細(xì)小等軸晶的薄規(guī)格產(chǎn)品，具有非常好的綜合力學(xué)性能。

另外，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)也在進(jìn)行稀土鎂合金、耐腐蝕鎂合金、耐高溫鎂合金、高強(qiáng)鎂合金板帶材的研制和開(kāi)發(fā)。

板帶材使用的變形鎂及鎂合金的合金系列、牌號(hào)、性能及用途見(jiàn)表1。

表1　板帶用變形鎂及鎂合金品種及性能

鎂合金板帶材的應(yīng)用

市場(chǎng)對(duì)鎂合金板帶的應(yīng)用主要是基于其具有密度小、剛性大、加工性能好、綜合利用率高、減震和電磁屏蔽性能優(yōu)良的特點(diǎn)。

2014年，國(guó)內(nèi)鎂合金板帶生產(chǎn)線總產(chǎn)能超過(guò)了10000 t，實(shí)際產(chǎn)能突破了1500 t。在1500 t鎂及鎂合金板帶材產(chǎn)品中，應(yīng)用在軍事、航空航天、國(guó)防事業(yè)的中厚板(厚度大于3~6 mm)產(chǎn)品占到了70%以上。

具體的厚度范圍等尺寸規(guī)格及其應(yīng)用領(lǐng)域、實(shí)際用途如下所述：

(1) 航空航天及軍事領(lǐng)域：6~100 mm厚度的板材主要用于制造衛(wèi)星和登月飛船底座、導(dǎo)彈和火箭的儀表艙壁板、導(dǎo)彈和飛機(jī)的尾翼、戰(zhàn)斗機(jī)副油箱及襯板以及其它結(jié)構(gòu)零部件；3~6 mm厚度的中板可用于生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、減速器、箱體等部件的外殼或箱蓋，以及支架、門殼體、助推系統(tǒng)等飛機(jī)機(jī)身零部件。

(2) 汽車行業(yè)：厚度規(guī)格主要集中在1.5~10 mm。1.2~1.5 mm厚度的板材主要用于生產(chǎn)方向盤系統(tǒng)、儀表面板、離合器片；1.5~3.0 mm厚度的板材主要用于生產(chǎn)汽車傳動(dòng)零件、車門內(nèi)襯板、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板、氣門室罩蓋、變速器蓋、離合器殼；3.0~5.0 mm厚度的板材主要用于生產(chǎn)橫梁、底盤零件、四輪驅(qū)動(dòng)變速器殼體和變速器蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)合缸體；5.0~7.0 mm厚度的板材主要用于生產(chǎn)轉(zhuǎn)向盤骨架、轉(zhuǎn)向管柱支架、前端支架、座椅骨架等。

(3) 軌道交通：用于列車地板的鎂合金蜂窩板蜂窩芯的厚度為0.1~0.3 mm，其面板厚度為0.6~3.5 mm；列車車窗框使用的板材厚度為2.0~3.0 mm；列車內(nèi)襯板，物品架使用的鎂合金板材厚度為3.0~5.0 mm；列車裙板、座椅、臥鋪板使用的鎂合金板材厚度為5.0~7.0 mm；列車內(nèi)部的受力件使用的鎂合金板厚度多在4.0~12 mm。

(4) 其他交通工具：1.0~7.0 mm的鎂合金板材可廣泛用于制造童車和自行車的腳踏板、制動(dòng)器、手把、框架等，以及摩托車的搖臂、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、離合器邊蓋、凸輪箱蓋、搖桿箱蓋、引擎后蓋、調(diào)速觀察蓋板和內(nèi)氣缸蓋等。

(5) 3C等電子行業(yè)：主要以AZ31B鎂合金薄板為代表，厚度多在1.0 mm以下。在具體厚度規(guī)格上，0.1~0.3 mm厚度的薄板用于生產(chǎn)電子版路、蓄電池、音響音膜、光學(xué)眼鏡連接；0.4~0.6 mm厚度的板材用于生產(chǎn)MP3外殼、U盤外殼、移動(dòng)硬盤外殼等；0.5~0.8 mm厚度的板材用于生產(chǎn)手機(jī)外殼、筆記本電腦外殼、數(shù)碼相機(jī)外殼、攝像機(jī)外殼；0.9~1.2 mm厚度的板材用于生產(chǎn)電視機(jī)、冰箱、洗衣機(jī)等大件家電外殼。

(6) 其他行業(yè)：印刷版一般使用的鎂合金板材厚度為1.0~7.0 mm；運(yùn)動(dòng)器材及保護(hù)件使用的板材厚度為1.0~3.0 mm；醫(yī)療工具上使用的板材厚度為3.0~ 5.0 mm；一些手動(dòng)工具使用的板材厚度5.0~7.0 mm；干電池行業(yè)使用板材厚度為0.25~0.5 mm。

目前，有市場(chǎng)需求或相對(duì)容易進(jìn)行市場(chǎng)推廣的典型鎂合金板帶材產(chǎn)品及其規(guī)格如下：

(1) 汽車前后蓋板與門板：(1~3)mm×(1200~ 1800)mm×L mm。按照實(shí)際統(tǒng)計(jì)，如果國(guó)內(nèi)客車行李箱蓋板全部使用鎂合金板材，其年需求量在3000 t左右。

(2) 蝕刻板：厚度規(guī)格：1，1.5，2，3，7 mm；兩種幅面規(guī)格：610 mm×914 mm，500 mm×1000 mm；目前國(guó)外消費(fèi)量為1300 t/a；國(guó)內(nèi)蝕刻板仍以銅、鋅板為主，以鎂合金板代替后其消費(fèi)量約1500 t/a。

(3) 雕刻板厚度規(guī)格：2，3，7，10 mm；兩種幅面規(guī)格：500 mm×650 mm，820 mm× 1100 mm。

(4) 蜂窩板：上下面層規(guī)格為(0.6~3.5)mm× (450~1200)mm×(600~1250)mm；蜂窩芯的用材規(guī)格為(0.1~0.3)mm×(6~38)mm×L mm。

(5) 地坪花紋板、泥瓦工工具板、建筑模板：(3~20)mm×1830 mm×5500mm。

圖1所示為利用鎂合金板帶制成的蝕刻板、座椅背板和蜂窩地板。

圖1　鎂合金板帶材制品

鎂合金板帶的生產(chǎn)

工藝流程及特點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鎂合金板帶的研發(fā)和生產(chǎn)遠(yuǎn)不及鋼鐵、銅鋁等有色金屬板帶材。相對(duì)于金屬鎂的性質(zhì)和資源來(lái)說(shuō)，這與其地位不相對(duì)應(yīng)。

制約鎂合金板帶材發(fā)展的因素很多，但最主要還是鎂的滑移系少、室溫塑性變形能力不高，只有溫度升高到220 ℃以上時(shí)，鎂合金才能獲得較好的變形能力。因此，鎂合金熱加工過(guò)程中往往需要進(jìn)行多次加熱。與擠壓件和鍛件生產(chǎn)相比，鎂合金板帶的軋制難度更大，主要體現(xiàn)在軋制過(guò)程中板材易產(chǎn)生裂紋、道次壓下量小、生產(chǎn)效率低、成品率低等方面[3]。

鎂合金板帶材雖然生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，但技術(shù)含量和附加值高，而且也是鎂合金大量應(yīng)用的重要方向和標(biāo)志。

目前，鎂合金板帶材的生產(chǎn)主要有以下三種方法：擠壓開(kāi)坯法、雙輥鑄軋法和熱軋開(kāi)坯法。擠壓開(kāi)坯法主要用于生產(chǎn)薄板，但板材的寬度受到限制。雙輥鑄軋法是低成本鎂合金板帶材生產(chǎn)工藝，但比鋁鑄軋難度要大得多，主要原因是分流困難，氧化夾雜難以控制，同時(shí)存在合金元素偏析等問(wèn)題，質(zhì)量不如軋制產(chǎn)品。鑄錠熱軋開(kāi)坯法是傳統(tǒng)的鎂合金板材生產(chǎn)方法，優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)的規(guī)格多，不僅可以生產(chǎn)鎂合金厚板，也可以進(jìn)一步軋制成薄板，并且可以生產(chǎn)寬幅板材，而寬幅板材是鎂合金應(yīng)用最具戰(zhàn)略意義的標(biāo)志。但熱軋開(kāi)坯法軋制成品率低，生產(chǎn)成本高，價(jià)格因素成為限制該工藝所生產(chǎn)鎂板帶應(yīng)用的瓶頸之一。

鎂合金板帶材3種生產(chǎn)工藝流程的主要工序如下：

(1) 擠壓開(kāi)坯法：錠坯→擠壓→溫冷軋制→退火→精整→表面處理→成品包裝。

(2) 雙輥鑄軋法：熔煉→合金化→凈化→鑄軋→剪切下料→溫冷軋制→退火→精整→表面處理→成品包裝。

(3) 熱軋開(kāi)坯法：熔煉→鑄造→銑面→均勻化→加熱→熱軋→補(bǔ)熱→溫冷軋→退火→精整→表面處理→成品包裝。

鎂合金板帶材的開(kāi)坯方式及其優(yōu)缺點(diǎn)、相應(yīng)的典型生產(chǎn)企業(yè)見(jiàn)表2。

表2　鎂合金板帶材的生產(chǎn)工藝及特點(diǎn)

生產(chǎn)企業(yè)及裝備

過(guò)去的10年間，國(guó)內(nèi)鎂合金板帶生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模都不大、布局分散、企業(yè)綜合實(shí)力不強(qiáng)，一些國(guó)有大型企業(yè)對(duì)于鎂合金板帶的生產(chǎn)也以輔助性生產(chǎn)為主。在生產(chǎn)工藝設(shè)備方面，大多使用鋼鐵、鋁、銅或鈦板帶的加工設(shè)備，或者是一些“二人轉(zhuǎn)”軋機(jī)，甚至是幾十年前設(shè)計(jì)制造并瀕臨報(bào)廢的設(shè)備，而專業(yè)化的鎂板帶軋機(jī)較少。生產(chǎn)過(guò)程中的矯直、切頭尾、切邊、產(chǎn)品定尺等工序多為離線進(jìn)行。除個(gè)別大型國(guó)有企業(yè)外，很多民營(yíng)企業(yè)基本沒(méi)有專業(yè)化的表面清洗、精整、熱處理、表面防腐等設(shè)備。

近年來(lái)，隨著鎂合金板帶材在市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用、工藝技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)以及專用加工裝備的研制成功，國(guó)內(nèi)鎂合金板帶生產(chǎn)企業(yè)不斷向大型化、專業(yè)化發(fā)展。生產(chǎn)設(shè)備也在向?qū)挿?、高精度、高自?dòng)化程度發(fā)展。尤其是熱軋機(jī)、溫冷軋機(jī)通過(guò)設(shè)置在線快速補(bǔ)熱裝置、軋輥內(nèi)外預(yù)熱系統(tǒng)、清輥器裝置、在線輥道加熱爐、坯料旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，有效的提高了鎂合金板帶的產(chǎn)品質(zhì)量。后續(xù)的精整設(shè)備配置也逐步專業(yè)化和完善化，例如利用退火余熱在精整機(jī)組上對(duì)鎂合金板帶進(jìn)行連續(xù)化的矯直、切邊、定尺剪。為了提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量，利用砂光機(jī)、修磨機(jī)等對(duì)鎂合金板表面進(jìn)行處理。對(duì)于無(wú)法利用矯直機(jī)進(jìn)行精整的較厚板材(厚度＞40 mm)，利用熱矯平蠕變爐進(jìn)行處理。

最近，正在規(guī)劃或建設(shè)中的鎂合金板帶生產(chǎn)線包括陜西綏德臻夢(mèng)鎂公司年產(chǎn)15000 t寬幅鎂合金板帶及制品項(xiàng)目、湖南澧縣鎂產(chǎn)業(yè)工業(yè)園一期年產(chǎn)3000 t鎂板帶項(xiàng)目、陜鎂集團(tuán)榆林鎂合金循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)基地年產(chǎn)100000 t鎂板帶項(xiàng)目、山西聞喜銀光寬幅鎂合金汽車板連鑄連軋項(xiàng)目、鶴壁市鎂合金板帶項(xiàng)目、江西上饒中鎂輕合金公司鎂合金板帶項(xiàng)目、唐山中國(guó)鎂合金國(guó)際產(chǎn)業(yè)園鎂合金板帶熱溫連軋項(xiàng)目等。

國(guó)內(nèi)鎂合金板帶主要生產(chǎn)企業(yè)及其加工設(shè)備、生產(chǎn)線特點(diǎn)見(jiàn)表3。

生產(chǎn)技術(shù)難點(diǎn)

鎂合金板帶材的生產(chǎn)目前主要以塊式法進(jìn)行，生產(chǎn)連續(xù)化程度低、消耗能源、生產(chǎn)成本高并且成品率低，使得鎂合金板帶材的市場(chǎng)售價(jià)過(guò)高，產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用存在困難。

表3　國(guó)內(nèi)鎂合金板帶主要生產(chǎn)企業(yè)情況

以熱軋開(kāi)坯為例，根據(jù)鑄錠和產(chǎn)品厚度的不同，鎂合金板坯一般需要進(jìn)行1~7次補(bǔ)熱和軋程、剪切下料。剪切廢料多、氧化缺陷多導(dǎo)致其成品率低。生產(chǎn)工序多、能源及人工成本消耗大導(dǎo)致其生產(chǎn)成本較高。同時(shí)，塊式法生產(chǎn)的技術(shù)裝備及鎂合金自身的性能還往往導(dǎo)致軋制失敗、組織性能不和表面質(zhì)量不高、尺寸公差和板型不合格、軋制裂邊等問(wèn)題的出現(xiàn)，這進(jìn)一步降低了成品率并提高了生產(chǎn)成本。部分廠家以熱軋開(kāi)坯進(jìn)行塊式法生產(chǎn)的成本近10萬(wàn)元/t，這遠(yuǎn)達(dá)不到鎂合金板帶產(chǎn)品市場(chǎng)售價(jià)只有在不超過(guò)同規(guī)格鋁及鋁合金板帶材的2~3倍(甚至是1.5~1.8倍)時(shí)才能被市場(chǎng)接受的市場(chǎng)反饋和專家預(yù)測(cè)觀點(diǎn)。

例如，某企業(yè)在利用200 mm厚度的坯料生產(chǎn)1.5 mm厚度的鎂合金板材時(shí)，其工序如下：半連續(xù)鑄造200 mm厚鑄錠→鑄錠均熱爐內(nèi)均熱→鋸切→鑄錠雙面銑削后厚度170 mm→熱軋機(jī)往復(fù)軋制11~15道次軋至10 mm厚→在線精整→剪切下料→坯料加熱→多道次溫軋至5.5 mm厚→酸洗→坯料加熱→多道次溫軋至3 mm厚→坯料加熱→多道次溫軋至2.2 mm厚→坯料加熱→多道次溫軋至1.7 mm厚→坯料加熱→多道次溫軋至1.5 mm厚→成品退火→精整剪切→表面處理→涂油→包裝入庫(kù)。

由以上工序可知，其總軋制道次超過(guò)了30次，熱軋開(kāi)坯后的坯料進(jìn)爐補(bǔ)熱為5次，再加上多次剪切下料，其生產(chǎn)成本和成品率可想而知。如果是鑄錠厚度規(guī)格增加到350 mm，成品規(guī)格降低到0.5 mm左右，以塊式法生產(chǎn)鎂合金板材的生產(chǎn)成本將進(jìn)一步增加，綜合成品率會(huì)降至30%以下甚至更低。

除上述熱軋開(kāi)坯外，利用雙輥鑄軋、擠壓開(kāi)坯等工藝來(lái)生產(chǎn)薄規(guī)格產(chǎn)品都需面對(duì)后續(xù)減薄軋制的多次補(bǔ)熱、軋程、剪切下料所帶來(lái)的問(wèn)題。因而，如何通過(guò)改進(jìn)和提高生產(chǎn)工藝技術(shù)來(lái)生產(chǎn)低成本鎂合金板帶材就顯得非常重要。

鎂合金板帶生產(chǎn)新技術(shù)

在鎂板帶應(yīng)用尚未取得跨越式發(fā)展的前提下，目前以塊式法熱溫軋、鑄軋、擠壓生產(chǎn)等方式小批量、“小打小鬧”的生產(chǎn)都顯得非常經(jīng)濟(jì)和實(shí)惠，但這顯然非長(zhǎng)久之計(jì)。研制開(kāi)發(fā)切實(shí)可行的鎂板帶工業(yè)化連續(xù)式生產(chǎn)技術(shù)與裝備是所有鎂行業(yè)及冶金設(shè)備工作者共同追求的目標(biāo)。借鑒鋼鐵和銅鋁等有色金屬板帶材的生產(chǎn)工藝、技術(shù)裝備，結(jié)合鎂合金板帶的生產(chǎn)特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外研制開(kāi)發(fā)了多種鎂合金板帶低成本連續(xù)化生產(chǎn)新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備。

雙輥鑄軋生產(chǎn)寬幅薄板卷

以雙輥鑄軋方式可以低成本生產(chǎn)鎂合金板帶材。國(guó)外雙輥鑄軋生產(chǎn)線主要集中在韓國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、英國(guó)和日本等國(guó)家，其鑄軋最薄規(guī)格產(chǎn)品為1.5 mm。韓國(guó)浦項(xiàng)公司以雙輥鑄軋方式可以生產(chǎn)出最大規(guī)格為4.5 mm×1800 mm的鎂合金寬幅帶坯[4]。

國(guó)內(nèi)洛銅宜陽(yáng)產(chǎn)業(yè)園鎂板帶項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)寬幅鎂合金鑄軋生產(chǎn)線，目標(biāo)是生產(chǎn)出幅寬超過(guò)2000 mm的鎂合金薄規(guī)格卷板。

總體來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)以雙輥鑄軋方式生產(chǎn)鎂合金帶坯需突破的技術(shù)難題為：

(1) 需突破鎂合金帶坯的寬度限制，寬度應(yīng)達(dá)到1200~1500 mm以上；

(2)需突破鎂合金帶坯的厚度限制，厚度應(yīng)能達(dá)到2 mm以下，以及10 mm以上；

(3) 需突破后續(xù)溫冷軋及精整工序目前仍以塊式法生產(chǎn)的模式，能夠?qū)崿F(xiàn)以卷式法進(jìn)行工業(yè)化穩(wěn)定生產(chǎn)。

哈茲雷特生產(chǎn)工藝

國(guó)內(nèi)外有色金屬加工及設(shè)備研制相關(guān)專家和技術(shù)人員目前考慮采用在鋁、銅、鋅等有色金屬板帶生產(chǎn)領(lǐng)域使用的哈茲雷特生產(chǎn)工藝和裝備進(jìn)行鎂合金薄板帶的生產(chǎn)[5]。

據(jù)了解，聞喜銀光鎂業(yè)、哈茲雷特公司、法塔亨特公司等幾家單位進(jìn)行合作，計(jì)劃開(kāi)發(fā)商業(yè)化鎂合金板帶生產(chǎn)技術(shù)裝備，用于建設(shè)聞喜銀光寬幅(＞1700 mm)鎂合金汽車板項(xiàng)目。

擠壓開(kāi)坯成卷技術(shù)

鎂合金板帶以塊式法進(jìn)行后續(xù)溫冷軋存在生產(chǎn)成本高、成品率和利用率低等問(wèn)題。一些生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)將擠壓后的板帶坯進(jìn)行卷取成卷(包括焊接引帶后成卷)后進(jìn)行后續(xù)溫冷軋及精整加工，或者是直接成卷銷售(用戶用多少剪切多少，可提高產(chǎn)品利用率)。

例如洛陽(yáng)華凌鎂業(yè)公司通過(guò)大型擠壓機(jī)將鎂合金板坯擠壓到2~4 mm厚，寬度為300~620 mm，然后將其卷取成卷，卷徑范圍為φ500~1000 mm。

熱溫軋制成卷技術(shù)

以卷式法或帶式法生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，例如可高速生產(chǎn)、連續(xù)化程度強(qiáng)、產(chǎn)品尺寸公差波動(dòng)小、表面質(zhì)量高、成品率高、生產(chǎn)成本低，以及可進(jìn)行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等。

1970—1974年，前蘇聯(lián)輕合金研究院曾研究了軋制鎂合金帶卷的可能性。250 mm×850 mm×L mm的大規(guī)格鑄錠在2800 mm四輥熱軋機(jī)上經(jīng)過(guò)11~15道次軋至6.0~7.5 mm厚，然后在1200 mm四輥溫冷軋機(jī)上進(jìn)行了帶卷軋制試驗(yàn)。帶卷加熱到380~400 ℃，將一些低合金化的鎂合金帶卷軋制到2.0 mm的厚度，甚至軋制到1.2 mm[6]。

美國(guó)法塔亨特公司2010年設(shè)計(jì)制造了一套類似于鋼鐵行業(yè)使用的爐卷軋機(jī)中試生產(chǎn)線，該公司和橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、英國(guó)伊利可創(chuàng)鎂業(yè)公司進(jìn)行合作對(duì)鎂合金板帶進(jìn)行熱溫軋卷式法生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)了來(lái)料厚度12.7 mm、寬度250 mm鑄軋卷的試驗(yàn)性軋制[7]。

營(yíng)口銀河鎂鋁公司將1725 mm四輥可逆熱軋機(jī)、1650 mm六輥可逆溫冷軋機(jī)進(jìn)行串聯(lián)，組成類似于“1+1”連軋或“熱粗軋+溫冷精軋”的生產(chǎn)線模式。通過(guò)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的大規(guī)格鑄錠、側(cè)壓預(yù)變形、交叉換向軋制、低溫大壓下熱溫軋制等新技術(shù)，將350 mm厚度的大規(guī)格鑄錠經(jīng)過(guò)熱軋、溫冷軋后生產(chǎn)出幅寬達(dá)1500 mm、厚度為1.5~3 mm的卷材。

重慶市應(yīng)用技術(shù)有限公司利用f300/f650 mm× 800 mm規(guī)格的四輥不可逆簡(jiǎn)易爐卷軋機(jī)進(jìn)行熱溫軋制生產(chǎn)鎂合金薄板卷。山西聞喜銀光鎂業(yè)集團(tuán)利用在傳統(tǒng)冷軋機(jī)組左右卷取機(jī)上加保溫罩的方式對(duì)該公司生產(chǎn)的600 mm寬度以下的鑄軋帶坯進(jìn)行加熱減薄軋制。

另外，中色科技股份有限公司(原洛陽(yáng)有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院)研制開(kāi)發(fā)了多功能式的f400/ f900 mm×1600 mm爐卷軋機(jī)，以期突破鎂合金板帶熱溫軋卷式法生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。為實(shí)現(xiàn)不同厚度規(guī)格產(chǎn)品的試驗(yàn)需求并有效降低成本，軋機(jī)輥系為2套。當(dāng)熱軋開(kāi)坯時(shí)，只使用f900 mm規(guī)格的支承輥?zhàn)鳛楣ぷ鬏佭M(jìn)行兩輥軋制。當(dāng)進(jìn)行溫軋薄規(guī)格鎂合金板帶時(shí)，利用f400 mm的工作輥和f900 mm的支承輥進(jìn)行四輥輥系的軋制[8]。

目前，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)關(guān)于以爐卷軋機(jī)或類似爐卷軋機(jī)進(jìn)行鎂合金板帶材卷式法生產(chǎn)的實(shí)踐和想法非常多，這也主要體現(xiàn)在有關(guān)專利方面。在這些專利中，對(duì)板帶材溫度的控制是其關(guān)鍵點(diǎn)，生產(chǎn)線的設(shè)備部件布置也都圍繞著這一關(guān)鍵點(diǎn)展開(kāi)。

北京科技大學(xué)“一種用于鎂合金中厚板及帶卷坯生產(chǎn)的軋制裝置”專利[9]，其主要特點(diǎn)是鎂合金板材和帶材的生產(chǎn)均完全在加熱爐或補(bǔ)熱爐內(nèi)完成，為實(shí)現(xiàn)輥道爐的全面覆蓋，其卷取加熱爐位于地面以下。

北京科技大學(xué)“一種制備高強(qiáng)韌高成形性鎂合金薄板帶卷用的軋制裝置”專利[10]，其主要特點(diǎn)是在鎂合金板帶生產(chǎn)過(guò)程中帶材展開(kāi)進(jìn)行在線加熱、補(bǔ)熱，并在線進(jìn)行拉彎矯直等精整工序。

鎂合金板帶熱溫連軋技術(shù)

在美國(guó)Brooks and Perkins 公司底特律鎂板軋制廠有一條“1+3”式的熱連軋生產(chǎn)線，最初該生產(chǎn)線僅用于軋制鎂板帶坯，因?yàn)橛唵尾欢?，目前主要生產(chǎn)鋁板帶。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)鎂合金開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)試驗(yàn)及實(shí)踐，得出了以多機(jī)架熱連軋、多機(jī)架溫連軋、冷精連軋的生產(chǎn)工藝流程較為適合鎂合金板帶材生產(chǎn)的結(jié)論。同時(shí)，通過(guò)其研制開(kāi)發(fā)的“鎂合金塑性加工新技術(shù)”和相關(guān)公司進(jìn)行合作，計(jì)劃在唐山建設(shè)“中國(guó)鎂合金國(guó)際產(chǎn)業(yè)園”，并將其打造成鎂合金板帶塑性加工示范基地。其生產(chǎn)線依托的主要軋制裝備包括熱粗軋機(jī)、4機(jī)架熱連軋機(jī)組、4機(jī)架溫連軋機(jī)組、冷精連軋機(jī)組等。

結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)鎂合金板帶的產(chǎn)品、性能、應(yīng)用特點(diǎn)、工藝技術(shù)、加工企業(yè)和生產(chǎn)裝備進(jìn)行了論述。同時(shí)，結(jié)合鎂合金板帶的生產(chǎn)技術(shù)難點(diǎn)和市場(chǎng)推廣應(yīng)用難點(diǎn)的分析，重點(diǎn)對(duì)目前國(guó)內(nèi)外鎂合金板帶的連續(xù)化、卷式法、低成本生產(chǎn)等新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備進(jìn)行了總結(jié)和分析。這些新技術(shù)新工藝主要包括以雙輥鑄軋或哈茲雷特工藝生產(chǎn)寬幅鎂合金板帶、爐卷軋機(jī)或熱溫連軋機(jī)組生產(chǎn)鎂合金板帶等。

以上內(nèi)容的論述和總結(jié)、分析和探討，無(wú)論是對(duì)鎂板帶的市場(chǎng)推廣應(yīng)用、工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)、還是其生產(chǎn)線的建設(shè)等方面，都具有一定參考的意義。

參考文獻(xiàn)

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[7] 王祝堂．鎂合金薄帶材軋制新進(jìn)展．有色金屬加工，2014，43(2): 21

[8] 曾安明，廖繼昌．1600 mm爐卷軋機(jī)試驗(yàn)裝備機(jī)組配置特點(diǎn)．有色金屬加工, 2014, 43(4): 55

[9] 北京科技大學(xué)．一種用于鎂合金中厚板及帶卷坯生產(chǎn)的軋制裝置. 中國(guó)專利：201030377，2008-03-05

[10] 北京科技大學(xué)．一種制備高強(qiáng)韌高成形性鎂合金薄板帶卷用的軋制裝置．中國(guó)專利：102240676A，2011-11-16

作者簡(jiǎn)介：韓晨(1982—)，男，工程師，碩士，2009年畢業(yè)于北京科技大學(xué)材料加工專業(yè)，主要從事金屬壓力加工工藝研究及其工程設(shè)計(jì)。

DOI:10.3969/j.issn.1000－6826.2015.04.04