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　　編者按：近些年，鎂合金板帶材已經(jīng)成為國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)研制、開發(fā)和工業(yè)化生產(chǎn)的熱點(diǎn)。鎂板熱軋機(jī)主要用于鎂合金鑄錠的開坯軋制和中厚板產(chǎn)品的成品軋制，因而其機(jī)組配置和裝機(jī)水平對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起到非常重要的作用。本文作者中色科技股份有限公司韓晨通過對(duì)目前國內(nèi)外鎂板熱軋機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀、機(jī)組組成、工藝特點(diǎn)和設(shè)備參數(shù)的介紹和分析，針對(duì)鎂板熱軋工藝需求重點(diǎn)對(duì)專業(yè)化的熱軋機(jī)設(shè)計(jì)選型和機(jī)組配置進(jìn)行了分析和建議，對(duì)鎂板熱軋生產(chǎn)和軋機(jī)的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。
　　鎂板熱軋機(jī)的作用主要是針對(duì)生產(chǎn)工藝需求進(jìn)行鎂合金鑄錠熱軋開坯和中厚板成品軋制，進(jìn)而生產(chǎn)出合格的中間板坯和最終成品板材。熱軋機(jī)的工藝設(shè)計(jì)理念、機(jī)組部件配置、控制精度等裝機(jī)水平直接決定著鎂板產(chǎn)品的力學(xué)性能、尺寸公差和表面質(zhì)量。
　　鎂板的熱軋工藝及控制是常規(guī)結(jié)構(gòu)金屬材料中難度最大的，生產(chǎn)工藝和熱軋機(jī)等設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算無法采用軋鋼、軋銅、軋鋁的常規(guī)計(jì)算公式（金屬晶體類別不同）。因而，通過對(duì)鎂板熱軋工藝的分析進(jìn)而有針對(duì)性的設(shè)計(jì)熱軋機(jī)就顯得尤為重要。
　　鎂板熱軋技術(shù)難點(diǎn)
　　導(dǎo)致鎂板生產(chǎn)難度大的因素很多，但最主要還是鎂的滑移系少，室溫塑性變形能力差，只有溫度升高到220℃以上時(shí)，鎂板才能獲得較好的變形能力。鎂板軋制過程中易產(chǎn)生裂紋、產(chǎn)品存在各向異性、生產(chǎn)效率低、成品率低等。鎂板熱軋技術(shù)難點(diǎn)包括：鎂的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方，力學(xué)性能呈現(xiàn)出顯著的各向異性，常溫下僅有三個(gè)滑移面（基面、棱錐面、棱柱面）和一個(gè)滑移方向，生產(chǎn)過程中變形抗力高，因而鎂板軋制變形難度大；鎂在常溫或潮濕狀態(tài)下容易和空氣和水蒸汽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，尤其是溫度超過400℃時(shí)與氧氣的反應(yīng)劇烈，其氧化膜變?yōu)槎嗫谞睢⑤^厚且向基體內(nèi)部快速生長；鎂板的軋制溫度要求嚴(yán)格而且溫度范圍窄、金屬溫降快，應(yīng)變抗力大、加工硬化顯著。另外，如果軋制時(shí)的道次壓下率過大或軋制速度過高，不僅熱軋坯料咬入困難，而且還容易出現(xiàn)軋制開裂、產(chǎn)品表面質(zhì)量差、坯料與軋輥出現(xiàn)粘結(jié)等現(xiàn)象。
　　由于以上問題的存在，就要求鎂板的熱軋工藝技術(shù)和軋制設(shè)備必須針對(duì)其加工特性進(jìn)行專門的開發(fā)與設(shè)計(jì)。
　　國內(nèi)鎂板熱軋機(jī)配置特點(diǎn)
　　國內(nèi)鎂板生產(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)，一些國有大型企業(yè)對(duì)于鎂板的生產(chǎn)也以輔助性加工為主。在生產(chǎn)工藝設(shè)備方面，大多使用鋼鐵、鋁、銅或鈦板的軋制設(shè)備，或者是一些“二人轉(zhuǎn)”軋機(jī)，甚至是60年代設(shè)計(jì)制造并瀕臨報(bào)廢的設(shè)備，而專業(yè)化的鎂板生產(chǎn)設(shè)備較少。熱軋生產(chǎn)過程中的矯直、剪切等精整工序多為離線進(jìn)行。
　　在2000年以前，國內(nèi)只有中鋁洛銅鋁鎂板帶分廠一家生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行鎂板的軋制，其熱軋生產(chǎn)線的產(chǎn)能約300噸/年，但由于當(dāng)時(shí)市場(chǎng)需求量不高，因而其實(shí)際年產(chǎn)量僅為幾十噸，產(chǎn)品主要用于軍工行業(yè)。
　　截至到目前，除了中鋁洛銅鋁鎂板帶分廠外，國內(nèi)利用鋼、鈦、銅鋁等加工設(shè)備輔助性進(jìn)行熱軋鎂板的企業(yè)近10家，生產(chǎn)線總產(chǎn)能超過1.5萬噸/年，實(shí)際熱軋產(chǎn)量為500~700噸/年。
　　國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)熱軋鎂板所使用的軋機(jī)情況及配置特點(diǎn)如下：
　　1. 中鋁洛銅：1600mm二重?zé)彳垯C(jī)，老式軋機(jī)。1600mm二重?zé)彳垯C(jī)主要由主機(jī)架、立輥軋機(jī)、機(jī)架輥道、中間輥道、回轉(zhuǎn)輥道、導(dǎo)尺、運(yùn)輸輥道、二重?fù)Q輥裝置等部件組成，來料鑄錠最大厚度200mm，熱軋成品板材最小厚度6mm，工作輥直徑Φ750mm，最大軋制力12000kN，最高軋制速度180m/min；
　　2. 寶雞鈦業(yè)：3300mm二輥熱軋機(jī)，主要進(jìn)行鈦板熱軋，輔助性生產(chǎn)鎂板，最大軋制力44000kN（其板材熱軋過程中的最大實(shí)際軋制力約10000kN）；
　　3. 西部材料：2800mm四輥熱軋機(jī)，主要進(jìn)行鈦、鋼板熱軋，輔助性生產(chǎn)鎂板。2800mm四輥熱軋機(jī)主要由主機(jī)架、立輥、運(yùn)輸輥道、導(dǎo)尺、十一輥熱矯直機(jī)、液壓剪、在線補(bǔ)熱爐等部件組成，來料最大厚度380mm，熱軋成品板材最小厚度4mm，最大軋制力50000kN；
　　4. 營口銀河：1725mm四輥熱軋機(jī)，原設(shè)計(jì)用于鋼板軋制，設(shè)計(jì)改造后專業(yè)用于鎂板的熱軋及工業(yè)化生產(chǎn)。1725mm四輥熱軋機(jī)主要由主機(jī)架、運(yùn)輸輥道、在線中頻爐及補(bǔ)熱爐、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、對(duì)中導(dǎo)尺、液壓剪等部件組成，來料鑄錠最大厚度350mm，熱軋成品板材最小厚度5mm，工作輥直徑Φ800mm，支撐輥直徑Φ1500mm，最大軋制力30000kN，最高軋制速度120m/min；
　　5. 重慶奧博：1500mm四輥熱軋機(jī)，主要進(jìn)行鋁板熱軋，輔助性生產(chǎn)鎂板；
　　6. 中色科技：1600mm四輥熱軋機(jī)，原設(shè)計(jì)為銅、鋁、鎂、鈦產(chǎn)業(yè)化加工設(shè)備，設(shè)計(jì)改造后專業(yè)用于鎂板的熱軋。1600mm四輥熱軋機(jī)主要由主機(jī)架、運(yùn)輸輥道、機(jī)架輥道、在線補(bǔ)熱爐、轉(zhuǎn)料輥道、對(duì)中導(dǎo)尺、在線熱矯直機(jī)、液壓重剪、成品定尺剪、下料及堆垛裝置等部件組成，來料鑄錠最大厚度320mm，成品板材最小厚度4mm，工作輥直徑Φ550mm，支撐輥直徑Φ900mm，最大軋制力20000kN，最高軋制速度180m/min；
　　6. 其它：目前，洛陽鎂鑫公司、山西聞喜銀光公司等鎂板生產(chǎn)企業(yè)也正在實(shí)施幅寬為1500~1700mm的熱軋機(jī)組。
　　國外鎂板熱軋機(jī)情況
　　國外采用熱軋機(jī)進(jìn)行鑄錠軋制開坯生產(chǎn)的鎂板產(chǎn)品主要是中厚板（厚度在4~6mm以上），產(chǎn)品主要應(yīng)用在航空航天和軍事裝備領(lǐng)域（如美國和俄羅斯以熱軋開坯法生產(chǎn)的鎂合金板材均用于軍工生產(chǎn)）。相比于國內(nèi)鎂板在航空航天、軍事裝備領(lǐng)域主要應(yīng)用在導(dǎo)彈和火箭的儀表艙壁板、肋板和隔板、導(dǎo)彈和飛機(jī)的尾翼、戰(zhàn)斗機(jī)副油箱及襯板等簡(jiǎn)單的、非受力或次承力的結(jié)構(gòu)件上，國外在大型、復(fù)雜、承力等結(jié)構(gòu)件上也開始使用了鎂板。
　　國外最早進(jìn)行鎂板熱溫軋制的國家是前蘇聯(lián)，在1930年采用鋁板軋機(jī)進(jìn)行鎂板軋制，而且其并非鑄錠開坯軋制，而是對(duì)擠壓后的坯料加熱后進(jìn)行中軋，最薄產(chǎn)品厚度為1mm。
　　國外生產(chǎn)企業(yè)熱軋鎂板所使用的軋機(jī)情況如下：
　　1. 1946年，英國伊利科創(chuàng)鎂鋁公司在帶有立輥的2100mm二輥可逆鋼板熱軋機(jī)上進(jìn)行AZ31鑄錠的開坯熱軋，鑄錠最大厚度為356mm，熱軋成品最小厚度為6mm，產(chǎn)品最大寬度1829mm，產(chǎn)品最大長度6090mm，最高軋制速度379m/min；
　　2. 1950年，美國道屋化學(xué)公司在Madison建立了世界上第一臺(tái)按鎂合金要求設(shè)計(jì)的2133mm四輥可逆熱軋機(jī)，工作輥和支承輥的直徑分別為Φ686mm、Φ1346mm；
　　3. 1950年，前蘇聯(lián)輕合金研究院采用2800mm四輥熱軋機(jī)進(jìn)行鎂板熱軋?jiān)囼?yàn)和生產(chǎn)，鑄錠最大厚度為250mm，熱軋成品最小厚度為6mm，產(chǎn)品最大寬度2500mm；
　　4. 美國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，以往主要用于鎂板的熱軋，后來以熱軋鋁板為主；
　　5. 2002年，德國第二大鋼鐵公司即薩爾茨吉特公司組建了薩爾茨吉特鎂板技術(shù)公司，2003年該公司現(xiàn)代化的熱軋機(jī)投產(chǎn)，可生產(chǎn)的鎂板最大寬度為1860mm；
　　6. 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)使用的爐卷熱軋機(jī)中試生產(chǎn)線，該公司和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、英國伊利可創(chuàng)鎂業(yè)公司進(jìn)行合作對(duì)鎂板帶進(jìn)行熱溫軋卷式法生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)了來料厚度12.7mm以下、寬度250mm以下的料卷的試驗(yàn)性軋制。目前，該公司正在商業(yè)化推廣可實(shí)現(xiàn)板帶材最大寬度2000mm、最大卷徑為Φ2000mm的工業(yè)化生產(chǎn)鎂板帶熱軋生產(chǎn)線。
　　熱軋流程及參數(shù)分析
　　厚度為6mm~100mm熱軋鎂板的生產(chǎn)工藝全流程為：配料-熔煉-鑄造-均勻化-鋸切-銑面-合格鑄錠-加熱-熱軋-（補(bǔ)熱）-（二次熱軋）-熱矯直-（熱處理）-酸洗/砂光/修磨-成品鋸切-涂油-包裝。
　　國內(nèi)某鎂板企業(yè)生產(chǎn)厚度為6mm的板材時(shí)，采用的鑄錠規(guī)格為180mm×850mm×1050mm，經(jīng)過11個(gè)道次的軋制后（其中換向軋制3個(gè)道次），一次熱軋板坯厚度為10.5mm，然后再進(jìn)行酸洗和加熱后進(jìn)行二次熱軋，經(jīng)過3個(gè)道次的二次熱軋后最終成品厚度為6mm。
　　鎂合金鑄錠的加熱參數(shù)需根據(jù)相應(yīng)合金的高溫塑性圖進(jìn)行確定，一般合金如AZ31B的加熱溫度在450℃~490℃。部分特殊合金如ZK61M由于含鋅量高，合金的高溫抗拉強(qiáng)度低、塑性差，同時(shí)由于該合金的軋制熱效應(yīng)大，高溫軋制時(shí)的變形熱可使錠坯的溫度超過合金的塑性溫度范圍，進(jìn)而降低合金的熱塑性，因而根據(jù)其塑性圖確定的加熱溫度為410℃。同時(shí)，必須注意，高微合金化的鎂合金不適合熱軋，主要是因?yàn)槎嗔Ｗ佣鄷?huì)進(jìn)一步加劇其熱軋開裂性，如含Al量超過5%的鎂合金AZ91D等就不適合進(jìn)行熱軋生產(chǎn)。