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　　編者按：近些年，鎂合金板帶材已經成為國內外科研機構和生產企業(yè)研制、開發(fā)和工業(yè)化生產的熱點。鎂板熱軋機主要用于鎂合金鑄錠的開坯軋制和中厚板產品的成品軋制，因而其機組配置和裝機水平對產品的質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目前國內外鎂板熱軋機應用現狀、機組組成、工藝特點和設備參數的介紹和分析，針對鎂板熱軋工藝需求重點對專業(yè)化的熱軋機設計選型和機組配置進行了分析和建議，對鎂板熱軋生產和軋機的設計具有一定的參考意義。
　　鎂板熱軋機的作用主要是針對生產工藝需求進行鎂合金鑄錠熱軋開坯和中厚板成品軋制，進而生產出合格的中間板坯和最終成品板材。熱軋機的工藝設計理念、機組部件配置、控制精度等裝機水平直接決定著鎂板產品的力學性能、尺寸公差和表面質量。
　　鎂板的熱軋工藝及控制是常規(guī)結構金屬材料中難度最大的，生產工藝和熱軋機等設備的設計計算無法采用軋鋼、軋銅、軋鋁的常規(guī)計算公式（金屬晶體類別不同）。因而，通過對鎂板熱軋工藝的分析進而有針對性的設計熱軋機就顯得尤為重要。
　　鎂板熱軋技術難點
　　導致鎂板生產難度大的因素很多，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，鎂板才能獲得較好的變形能力。鎂板軋制過程中易產生裂紋、產品存在各向異性、生產效率低、成品率低等。鎂板熱軋技術難點包括：鎂的晶體結構為密排六方，力學性能呈現出顯著的各向異性，常溫下僅有三個滑移面（基面、棱錐面、棱柱面）和一個滑移方向，生產過程中變形抗力高，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)生化學反應，尤其是溫度超過400℃時與氧氣的反應劇烈，其氧化膜變?yōu)槎嗫谞?、較厚且向基體內部快速生長；鎂板的軋制溫度要求嚴格而且溫度范圍窄、金屬溫降快，應變抗力大、加工硬化顯著。另外，如果軋制時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，而且還容易出現軋制開裂、產品表面質量差、坯料與軋輥出現粘結等現象。
　　由于以上問題的存在，就要求鎂板的熱軋工藝技術和軋制設備必須針對其加工特性進行專門的開發(fā)與設計。
　　國內鎂板熱軋機配置特點
　　國內鎂板生產企業(yè)規(guī)模都不大、布局分散、企業(yè)綜合實力不強，一些國有大型企業(yè)對于鎂板的生產也以輔助性加工為主。在生產工藝設備方面，大多使用鋼鐵、鋁、銅或鈦板的軋制設備，或者是一些“二人轉”軋機，甚至是60年代設計制造并瀕臨報廢的設備，而專業(yè)化的鎂板生產設備較少。熱軋生產過程中的矯直、剪切等精整工序多為離線進行。
　　在2000年以前，國內只有中鋁洛銅鋁鎂板帶分廠一家生產企業(yè)進行鎂板的軋制，其熱軋生產線的產能約300噸/年，但由于當時市場需求量不高，因而其實際年產量僅為幾十噸，產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，國內利用鋼、鈦、銅鋁等加工設備輔助性進行熱軋鎂板的企業(yè)近10家，生產線總產能超過1.5萬噸/年，實際熱軋產量為500~700噸/年。
　　國內生產企業(yè)熱軋鎂板所使用的軋機情況及配置特點如下：
　　1. 中鋁洛銅：1600mm二重熱軋機，老式軋機。1600mm二重熱軋機主要由主機架、立輥軋機、機架輥道、中間輥道、回轉輥道、導尺、運輸輥道、二重換輥裝置等部件組成，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，主要進行鈦板熱軋，輔助性生產鎂板，最大軋制力44000kN（其板材熱軋過程中的最大實際軋制力約10000kN）；
　　3. 西部材料：2800mm四輥熱軋機，主要進行鈦、鋼板熱軋，輔助性生產鎂板。2800mm四輥熱軋機主要由主機架、立輥、運輸輥道、導尺、十一輥熱矯直機、液壓剪、在線補熱爐等部件組成，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，原設計用于鋼板軋制，設計改造后專業(yè)用于鎂板的熱軋及工業(yè)化生產。1725mm四輥熱軋機主要由主機架、運輸輥道、在線中頻爐及補熱爐、旋轉臺、對中導尺、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，主要進行鋁板熱軋，輔助性生產鎂板；
　　6. 中色科技：1600mm四輥熱軋機，原設計為銅、鋁、鎂、鈦產業(yè)化加工設備，設計改造后專業(yè)用于鎂板的熱軋。1600mm四輥熱軋機主要由主機架、運輸輥道、機架輥道、在線補熱爐、轉料輥道、對中導尺、在線熱矯直機、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企業(yè)也正在實施幅寬為1500~1700mm的熱軋機組。
　　國外鎂板熱軋機情況
　　國外采用熱軋機進行鑄錠軋制開坯生產的鎂板產品主要是中厚板（厚度在4~6mm以上），產品主要應用在航空航天和軍事裝備領域（如美國和俄羅斯以熱軋開坯法生產的鎂合金板材均用于軍工生產）。相比于國內鎂板在航空航天、軍事裝備領域主要應用在導彈和火箭的儀表艙壁板、肋板和隔板、導彈和飛機的尾翼、戰(zhàn)斗機副油箱及襯板等簡單的、非受力或次承力的結構件上，國外在大型、復雜、承力等結構件上也開始使用了鎂板。
　　國外最早進行鎂板熱溫軋制的國家是前蘇聯(lián)，在1930年采用鋁板軋機進行鎂板軋制，而且其并非鑄錠開坯軋制，而是對擠壓后的坯料加熱后進行中軋，最薄產品厚度為1mm。
　　國外生產企業(yè)熱軋鎂板所使用的軋機情況如下：
　　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上進行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，產品最大寬度1829mm，產品最大長度6090mm，最高軋制速度379m/min；
　　2. 1950年，美國道屋化學公司在Madison建立了世界上第一臺按鎂合金要求設計的2133mm四輥可逆熱軋機，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四輥熱軋機進行鎂板熱軋試驗和生產，鑄錠最大厚度為250mm，熱軋成品最小厚度為6mm，產品最大寬度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公司，2003年該公司現代化的熱軋機投產，可生產的鎂板最大寬度為1860mm；
　　6. 法塔亨特公司2010年設計制造了一套類似于鋼鐵行業(yè)使用的爐卷熱軋機中試生產線，該公司和橡樹嶺國家實驗室、英國伊利可創(chuàng)鎂業(yè)公司進行合作對鎂板帶進行熱溫軋卷式法生產，并實現了來料厚度12.7mm以下、寬度250mm以下的料卷的試驗性軋制。目前，該公司正在商業(yè)化推廣可實現板帶材最大寬度2000mm、最大卷徑為Φ2000mm的工業(yè)化生產鎂板帶熱軋生產線。
　　熱軋流程及參數分析
　　厚度為6mm~100mm熱軋鎂板的生產工藝全流程為：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。
　　國內某鎂板企業(yè)生產厚度為6mm的板材時，采用的鑄錠規(guī)格為180mm×850mm×1050mm，經過11個道次的軋制后（其中換向軋制3個道次），一次熱軋板坯厚度為10.5mm，然后再進行酸洗和加熱后進行二次熱軋，經過3個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需根據相應合金的高溫塑性圖進行確定，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，合金的高溫抗拉強度低、塑性差，同時由于該合金的軋制熱效應大，高溫軋制時的變形熱可使錠坯的溫度超過合金的塑性溫度范圍，進而降低合金的熱塑性，因而根據其塑性圖確定的加熱溫度為410℃。同時，必須注意，高微合金化的鎂合金不適合熱軋，主要是因為二相粒子多會進一步加劇其熱軋開裂性，如含Al量超過5%的鎂合金AZ91D等就不適合進行熱軋生產。