镁合金是实际应用中质量轻的金属结构材料，同时，镁合金具有比强度和比刚度高、弹性模量大、生物相容性好、导热导电性好、电磁屏蔽能力强和阻尼减震性能好等优点，被广泛应用于航空航天、交通运输、、装备制造和3C电子等领域，被誉为“二十一世纪具发展前景的绿色工程材料”。
镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、导电和导热性能好、无磁性、屏蔽性好和等特点,同时也具有易于回收、可再生利用和环境友好等性能,因而镁合金材料被誉为“21世纪的绿色结构材料”,在、航空航天、交通工具、机械电子及3C电子产品等领域具有广阔的应用前景[1].
按照加工方法,镁合金可以分为铸造镁合金和变形镁合金.铸造镁合金与变形镁合金相比,其制备技术相对成熟,但产品力学性能明显比变形镁合金差,产品尺寸、形状存在一定的限制,且容易产生组织缺陷,导致应用范围受到很大的限制.因此,变形镁合金的研究和生产已经成为镁工业发展的一个重要方向.
近年来,镁合金板带材的生产和研究成为镁合金行业主要的热点.但与常用的钢铁、铜、铝等金属相比,镁合金板带材在合号、生产技术、工业产量、市场应用、研究开发和工艺数据等方面存在较大差距,还处于规模开发与市场应用的初级阶段[2].
制约镁合金板材发展的因素很多,主要的是镁的滑移系少,室温塑性变形能力差,只有温度升高到220 ℃以上时,镁合金才能获得较好的变形能力.因此,镁合金热加工过程中往往需要进行多次加热.与挤压件和锻件生产相比,镁板的轧制难度更大,主要体现在轧制过程中板材易产生裂纹、产品存在各向异性、道次压下量小、生产效率低、成品率低等方面,但以轧制方式生产板材产品是镁合金大规模开发和应用的重要标志.
镁合金板材虽然生产工艺比较复杂,但技术含量和附加值高,同时也是镁合金大量应用的重要方向和标志.目前,镁合金板材的生产主要有以下三种方法:铸锭热轧开坯法、挤压开坯轧制法和双辊铸轧法.挤压开坯法主要用于生产薄板,但板材的宽度受到限制.铸轧法是低成本镁合金板材生产工艺,但比铝铸轧难度要大得多,主要原因是分流困难,氧化夹杂难以控制,同时也存在合金元素偏析等问题,产品质量不如轧制法,且目前还处于探索阶段,不具备产业化规模生产的条件,要实现宽幅板材的铸轧生产更是难上加难.铸锭热轧开坯法尽管是传统的镁合金板材生产方法,但优点是生产的规格多,不仅可以生产镁合金厚板材,也可以进一步轧制成薄板材,并且可以生产宽幅板材,而宽幅板材是镁合金应用具战略意义的标志.但用该方法进行板材轧制的成品率低,生产成本高,价格因素成为限制该工艺生产镁板带材应用的瓶颈之一
目前,镁合金板带材市场需求和规模化应用的发展趋势是宽幅化和低成本化.宽幅化是镁合金板材满足汽车、列车、客车、飞机等交通运输行业轻量化需要的基本条件,这有赖于宽幅板材生产技术与装备的进步.低成本化是镁合金板材可以与其他材料竞争的重要条件.
为降低生产成本,国内外都希望借鉴钢铁和铜、铝等金属板带的生产经验,采用大铸锭热轧开坯进行带式法生产的工艺路线,来提高成品率和生产效率,以降低镁合金板带材的生产成本.目前,在国家和行业政策引导下,在镁合金板带材研究及生产技术领域,“大铸锭热轧开坯”、“连续轧制”、“在线补热”、“炉卷状态轧制”、“卷式法生产”、“交叉轧制”、“搓轧工艺”、“连续铸轧”、“连铸连轧”、“温间轧制”、“高温冲压”、“低温大压下”等新技术和新工艺的研究不断深入,进而有力地推动了镁及镁合金板带的研发、试制和应用.但是,总体来说,目前大部分新技术和新工艺仍以实验室研究、试制为主,还没有进行产业化并实现大规模工业化生产与应用,尤其体现在镁合金板带卷式法生产方面.
近年来,很多镁合金生产企业、科研机构、设计院相关技术人员都在考虑利用钢铁行业成熟使用的炉卷轧机,进行镁合金热温轧板带的卷式法生产,主要是考虑到炉卷轧机能够在加热或保温状态下实现热变形温度范围窄、轧制容易开裂金属的卷式法生产.而且一些生产企业已经在炉卷轧机上实现了有色金属板带,如钛及钛合金的试验性轧制及工业化批量生产.但截至到目前,世界范围内还未有以热轧开坯方式在炉卷轧机上实现热温卷式法轧制的试验、试轧或生产的实践和报道.而“炉卷状态”下温轧镁合金带材的试验、试制仅局限在来料为铸轧带坯时.
国内,重庆市应用技术有限公司和镁合金生产企业合作,利用300 mm×800 mm/650 mm×780 mm四辊不可逆简易炉卷轧机对双辊铸轧带坯进行热温轧制进行镁合金薄板带的生产,年产量约50 t.山西闻喜银光镁业集团利用在传统冷轧机组左右卷取机上加保温罩的方式,对该公司生产的600 mm宽度铸轧带坯进行温冷轧的加热减薄轧制.
在国外,美国法塔亨特公司2010年设计制造了一套类似于钢铁行业使用的炉卷轧机中试生产线,该公司和橡树岭国家实验室、英国伊利可创镁业公司进行合作,对镁合金板带进行热温轧卷式法生产,并实现了来料厚度12.7 mm以下、宽度250 mm以下的铸轧卷的试验性轧制.值得注意的是,该中试线核心部件左右卷取加热炉与钢铁行业大的不同是能实现整卷上、卸料,也就意味着加热炉罩和卷取机具备分离进而实现在/离线模式,其相关开卷取辅助设备也相对复杂.同时,法塔亨特公司认为,炉卷状态热温轧不仅适用于来料为铸轧带坯,也可以进行铸锭热轧开坯后的连续化卷式法生产,但公司并未进行该项工艺的实践
我国镁合金材料产业在稀土镁轻质结构合金材料、高强高导热镁合金材料、高强高导电镁合金材料、强镁合金材料等11个方面的未来市场需求前景。面向2030年和2035年的阶段性发展规划，本文从提高自主创新能力、优化资源配置、加强企业合作力度、构建完善的镁合金材料整体研究体系、完善平台建设等方面提出了促进我国镁合金材料产业可持续发展的相关战略。后，从注重研究体系的构建、优化产业发展格局、构建高质产业、完善配套政策体系、构建精尖人才体系等方面提出了对策建议，以期满足国民经济、国家重大工程和社会可持续发展对镁合金材料的需求。
