双辊铸轧宽幅镁合金薄板温度场与铸轧力研究

摘要

比起传统的镁合金薄板生产方法(主要是通过挤压和轧制)，双辊法铸轧生产镁合金薄板具有投资少、能耗低和劳动生产率高等优势。但由于双辊铸轧薄板过程完成时间短且是一个同时存在凝固和轧制的复杂过程，当铸轧工艺参数控制不当时则会对铸轧工艺的顺利进行及薄板质量造成重要影响；尤其是在铸轧宽幅薄板时，工艺参数沿板宽方向上均匀性控制的重要性尤为突出。针对目前双辊铸轧镁合金薄板研究中存在的两方面问题，其一是在用数值模拟方法对铸轧工艺参数控制问题的研究中，主要是通过单一的温度场来进行铸轧工艺顺行的判断而缺少从铸轧力的角度进行研究；其二是针对铸轧板宽方向的工艺参数不均匀性对铸轧过程影响的研究也未见报道。本文研究了铸轧工艺参数及板宽方向铸轧工艺参数不均匀性对铸轧区温度场和铸轧力的影响规律，进而研究了铸轧工艺参数对工艺顺行的影响规律，具体如下：
　　 (1)针对水平双辊铸轧尺寸规格为1500mm×8mm的宽幅AZ31镁合金薄板，建立了铸轧区温度场和流场耦合的数学模型，利用大型商用软件ANSYS中的FLOTRAN模块对建立的数学模型进行了数值求解，获得了铸轧区的温度场。
　　 (2)利用热轧理论建立的铸轧力模型计算了铸轧过程的铸轧力，避免了采用求解应力方程组算法时所存在的计算困难且计算量大的缺点，从而简化了繁杂的铸轧力计算。
　　 (3)利用gleeble1500D热模拟机对AZ31镁合金材料做了高温拉伸试验，获得了AZ31镁合金材料在不同温度下的屈服强度，在测试温度范围内屈服强度σ0.2随温度T呈线性变化趋势，即σ0.2=-0.1382T+77.882。
　　 (4)揭示了不同铸轧工艺参数(冷却速度、浇注温度和铸轧速度)对铸轧区温度场和铸轧力的影响规律，获得了不产生漏液现象或不出现热带的最小临界冷却强度，以及不发生卡辊或不出现铸坯裂纹的最大临界冷却强度。当铸轧速度分别为1m/min、2m/min和3m/min时，对应的最小和最大临界冷却强度值分别为500、1200、2000W/(m2.K)和2500、5000、7500W/(m2.K)。
　　 (5)利用切片方法用连续的二维模型代替了复杂的三维模型，从而可以以较少的计算工作量实现板宽方向工艺参数不均匀性对铸轧过程影响的模拟研究。提出了用变异系数作为评价指标来表征工艺参数沿板宽方向不均匀性分布。揭示了冷却不均匀性和浇注温度不均匀性对铸轧区温度场和铸轧力的影响规律。获得了保证良好质量的薄板允许的最大冷却不均匀程度和最大温度不均匀程度，即冷却强度变异系数和浇注温度变异系数应分别控制在5.5％和2.87％以下。