[發明專利]一種金屬薄板近終形成形裝置及其成形方法

有效

• 申請號: 201310436252.4
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103464702A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 周成;謝建新;王德;徐國進;方永;羅登超;羅俊杰;姚舜;張志豪;付華棟
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22D11/06
• 分類號: B22D11/06
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明涉及一種金屬薄板近終形成形方法，屬于金屬薄板的生產技術領域。

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背景技術

常規材料加工工藝的短流程化和高效化，是金屬材料加工技術的發展方向。打破傳統的材料成形與加工模式，縮短生產工藝流程，簡化工藝環節，實現近終形、短流程的連續化生產，可以大大提高生產效率。

眾所周知，早期的金屬薄板生產過程中，鑄錠和軋制是兩個獨立的工序。金屬薄板的連續和近終形成形，一直是人們追求的目標。

最早提出金屬薄板近終形成形概念的是轉爐煉鋼發明者貝塞麥，他在1846年提出，將熔融金屬從上方注入一對反向旋轉的水冷輥之間，實現熔融金屬的凝固與軋制。由于問題的復雜性和技術條件限制，貝塞麥的設想在當時未能實現。經過多年探索和研究，目前，金屬薄板的近終形成形已經在鋁、鎂合金薄板和薄鋼板的生產領域實現了工業化。

眾所周知，鋁合金雙輥鑄軋技術是通過供料嘴將鋁液從側面送入一對垂直布置（或略有傾斜，15o）、反向旋轉的水冷輥之間，鋁液在雙輥之間完成凝固與軋制。軋制可以抑制中心偏析，減少后續冷軋的工作量。由于鋁液與冷卻輥的接觸距離比較短，鑄軋速度速度受到限制，通常為1m/min左右，鋁合金薄板的品種也受到限制（通常可鑄軋鋁合金的固液兩相區溫度范圍小于50℃）。

人們一直致力于提高鋁合金鑄軋速度，擴大可鑄軋鋁合金的品種范圍。例如，參考文獻1提出一種鋁合金板帶連續鑄軋生產設備，可實現厚度為1.5-6mm鋁熱帶連續鑄軋，鑄軋速度為2-14m/min。從提高生產效率的角度看，期望能進一步提高鑄軋速度。

鋁合金雙輥鑄軋也可以用于鎂合金薄板的生產。參考文獻2提出一種鎂合金薄帶材超高速連鑄機，雖然其成形速度可達20-100m/min，但是其成形壓力比傳統雙輥鑄軋的鑄軋力小100倍左右，顯然不能實現軋制變形，影響了其近終形成形程度。

眾所周知，鋼鐵生產領域的雙輥薄帶連鑄技術，其速度大于鋁合金雙輥鑄軋速度，它是將鋼水由上方注入一對反向旋轉的鑄軋輥與固定側封板之間形成熔池，鋼水與鑄軋輥接觸后逐漸凝固，在輥縫出口處壓合成帶坯。鋼水從上方注入熔池后，其流動不夠均勻，導致凝固不夠均勻，容易出現表面質量問題。為了防止出現表面裂紋，雙輥薄帶連鑄不允許有軋制變形，影響了其近終形成形程度。為了提高尺寸精度和改善組織性能，只能設置在線軋機進一步進行軋制變形（例如參考文獻3）。

本發明者提出一種新型金屬薄板近終形成形技術，它能進一步提高金屬薄板的近終形成形程度。

參考文獻1：CN?1133512C?2004.1.7

參考文獻2：CN?1325197C?2007.7.11

參考文獻3：CN?1046446C?1999.11.17

發明內容

分析上述背景技術，本發明通過試驗發現，金屬薄板近終形成形技術的近終形成形程度，主要與兩個因素有關，一是熔融金屬與鑄軋輥的接觸時間，它與鑄軋輥的速度及接觸長度有關，二是熔融金屬在鑄軋輥輥面上的均勻凝固程度，它取決于熔融金屬在熔池內的均勻流動程度。

通過試驗進一步發現，將熔融金屬以一定的速度均勻平鋪在一個快速（60m/min左右）旋轉的冷卻輥輥面上，可以實現熔融金屬與冷卻輥輥面的較長時間接觸及其在冷卻輥輥面上的均勻流動，制備毫米級厚度的金屬薄板。但是其上表面為自由凝固，表面不平整，當然也沒有軋制變形。

進一步地，可以該冷卻輥側上方再設置一個冷卻輥，將熔融金屬平鋪在旋轉的下冷卻輥輥面上、使之隨著該冷卻輥的旋轉而被預冷，經過一定的時間之后，在兩個冷卻輥輥面之間形成熔池，由兩個冷卻輥共同完成熔融金屬的凝固與軋制變形，此時的冷卻輥即為鑄軋輥。

進一步地，調整冷卻輥速度和輥縫等參數，可以調整金屬薄板的厚度、調整軋制變形量。

進一步地，調整熔融金屬與下冷卻輥輥面的接觸時間，可以適應不同兩相區溫度范圍的金屬（合金）的成形。

根據上述研究結果提出本發明，上述參數的設置在本發明中具有重要意義。