一种静磁场辅助作用下轧制金属线棒材的方法

摘要

本发明主要涉及金属线棒材挤压轧制和拉拔技术领域，特别涉及到一种静磁场辅助作用下轧制金属线棒材的方法。其特征在于：在金属线棒材坯料行进方向上安置静磁场，在金属线棒材轧制挤压拉拔前，使金属线棒材坯料在穿过静磁场区域的过程中受到磁场作用，金属线棒材坯料的纵向中心线与其行进方向一致，坯料在静磁场辅助作用处理后再经过轧辊进行轧制挤压和拉拔。对于多道次的轧制挤压和拉拔，在每道次轧制前都经静磁场处理。采用本发明的优点是材料的变形抗力显著降低，轧制缺陷减少，成品的尺寸精整度高，材料的机械性能特别是强度和韧性提高，实现材料强韧性的同时强化。

权利要求

1.一种静磁场辅助作用下轧制金属线棒材的方法，其特征在于：在金属线棒材坯料行进方向上安置静磁场，在金属线棒材坯料轧制挤压和拉拔前，使金属线棒材坯料在穿过静磁场区域的过程中受到磁场作用，金属线棒材坯料的纵向中心线与其行进方向一致，坯料在静磁场辅助作用处理后再经过轧辊进行轧制挤压和拉拔；

所述的在金属线棒材坯料行进方向上安置静磁场，第一道次轧制挤压即初轧所安置的静磁场为沿金属线棒材坯料行进方向并列安置的三组永恒磁体和一组稳恒电磁体组成的梯度磁场；所述的三组永恒磁体中：第一组永恒磁体的磁感应强度为0.01—0.30T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1—1.0米，第二组永恒磁体的磁感应强度为0.31—0.60T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1—1.0米，第三组永恒磁体的磁感应强度为0.61—0.99T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1—1.0米；所述的稳恒电磁体为环形的直流超导磁体，磁感应强度为1.01—3.00T，稳恒电磁体的中心轴线与金属线棒材坯料的中心轴线在一条直线上，稳恒电磁体沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1—1.0米；所述的在金属线棒材坯料行进方向上安置静磁场，第二道次轧制挤压所安置的静磁场为沿金属线棒材坯料行进方向并列安置的一组永恒磁体和稳恒电磁体组成的梯度磁场；所述的永恒磁体的磁感应强度为0.51—

0.99T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.5—1.0米；所述的稳恒电磁体为环形的直流超导磁体，磁感应强度为1.01—3.00T，稳恒电磁体的中心轴线与金属线棒材坯料的中心轴线在一条直线上，稳恒电磁体沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1—1.0米；所述的在金属线棒材坯料行进方向上安置静磁场，第二道次轧制挤压后的多道次轧制挤压所安置的静磁场为一组永恒磁体形成的磁场；所述的永恒磁体的磁感应强度为0.31—0.75T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.5—1.0米。

2.如权利要求1所述的一种静磁场辅助作用下轧制金属线棒材的方法，其特征在于：对于多道次的轧制挤压和多道次的拉拔，在每道次轧制挤压和每道次拉拔前都经静磁场处理。

3.如权利要求1所述的一种静磁场辅助作用下轧制金属线棒材的方法，其特征在于：所述的静磁场为永恒磁体产生的磁场时，所用的永恒磁体可以是U型磁体，也可以是圆环形磁体；采用U型磁体时，金属线棒材坯料纵向中心线与U型磁体的槽口中心线在一条直线上；采用圆环形磁体时，金属线棒材坯料纵向中心线与圆环形磁体的中心线在一条直线上。

说明书

一种静磁场辅助作用下轧制金属线棒材的方法

技术领域

[0001] 本发明主要涉及金属线棒材挤压轧制和拉拔技术领域，特别涉及到一种静磁场辅助作用下轧制金属线棒材的方法。

背景技术

[0002] 金属线棒材是一种重要的工程机械用材料，其最主要的生产方法是通过轧制挤压和拉拔成型；由于许多金属的变形抗力比较大，金属线棒材的轧制挤压或拉拔需要消耗较高的能量，特别是利用高强度金属生产线棒材时加工难度大、尺寸精准度和成材率低；再者，在金属轧制挤压和拉拔过程中，为使金属容易变形加工，往往需要将金属线棒材坯料加热到较高的温度，这对一些活泼性金属特别是铝、镁、钛等来说，高温加工过程的氧化及脆化会严重降低成品的质量。

[0003] 现有技术中，CN103628010A公开了一种提高铝基复合材料塑性变形能力的光磁耦合方法，该方法需要光子与磁场耦合作用20s-200s的时间，可以提高铝基复合材料的塑性变形能力，该方法的不足是光磁耦合方法比较复杂，参数间的匹配达到最优效果具有一定难度，特别是该方法需要光磁耦合的时间长，不太适合高速线棒材连续挤压轧制和拉拔过程；CN103643190A公开了一种提高铝基复合材料变形能力的方法，提出对铝基复合材料施加30s-200s的1T-50T的直流静磁场可以提高铝基复合材料的塑性变形能力，由于该方法采用的直流磁场比较强，特别是需要将复合材料在磁场中处理的时间长，因此，也不适合用于高速线棒材轧制使用。

[0004] 因此，为降低金属线棒材加工过程中的变形抗力，降低能源消耗，同时提高金属线棒材轧制挤压和拉拔的效率、产品的尺寸精准度和成材率，提出了一种静磁场辅助作用下轧制金属线棒材的方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的是在金属线棒材高速轧制挤压和拉拔的过程中，辅以静磁场作用，利用磁场降低材料加工过程的变形抗力及加工硬化对材料进一步加工的不利影响，实现金属线棒材的高速、高精度和高成材率的加工，解决目前高速线棒材加工因材料变形抗力大、加工过程硬化导致的问题，并克服现有技术改善材料塑性存在的效率低、难度大、工艺复杂的问题。

[0006] 本发明的目的是通过如下方案实现的：一种静磁场辅助作用下轧制金属线棒材的方法，其特征在于：在金属线棒材坯料行进方向上安置静磁场，在金属线棒材轧制挤压拉拔前，使金属线棒材坯料在穿过静磁场区域的过程中受到磁场作用，金属线棒材坯料的纵向中心线与其行进方向一致，坯料在静磁场辅助作用处理后再经过轧辊进行轧制挤压和拉拔。

[0007] 进一步地，对于多道次的轧制挤压和拉拔，在每道次轧制挤压和拉拔前都经静磁场处理。

[0008] 所述的在金属线棒材坯料行进方向上安置静磁场，第一道次轧制即初轧所安置的静磁场为沿金属线棒材坯料行进方向并列安置的三组永恒磁体和一组稳恒电磁体组成的梯度磁场；所述的三组永恒磁体中：第一组永恒磁体的磁感应强度为0.01—0.30T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1—1.0米，第二组永恒磁体的磁感应强度为0.31—0.60T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1—1.0米，第三组永恒磁体的磁感应强度为0.61—0.99T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1—1.0米；所述的稳恒电磁体为环形的直流超导磁体，磁感应强度为1.01—3.00T，稳恒电磁体的中心轴线与金属线棒材坯料的中心轴线在一条直线上，稳恒电磁体沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1—1.0米。

[0009] 所述的在金属线棒材坯料行进方向上安置静磁场，第二道次轧制所安置的静磁场为沿金属线棒材坯料行进方向并列安置的一组永恒磁体和稳恒电磁体组成的梯度磁场；所述的永恒磁体的磁感应强度为0.51—0.99T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.5—1.0米；所述的稳恒电磁体为环形的直流超导磁体，磁感应强度为1.01—3.00T，稳恒电磁体的中心轴线与金属线棒材坯料的中心轴线在一条直线上，稳恒电磁体沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1—1.0米。

[0010] 所述的在金属线棒材坯料行进方向上安置静磁场，第二道次轧制后的多道次轧制所安置的静磁场为一组永恒磁体形成的磁场；所述的永恒磁体的磁感应强度为0.31—0.75T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.5—1.0米；

[0011] 所述的静磁场为永恒磁体产生的磁场时，所用的永恒磁体可以是U型磁体，也可以是圆环形磁体；采用U型磁体时，金属线棒材坯料纵向中心线与U型磁体的槽口中心线在一条直线上；采用圆环形磁体时，金属线棒材坯料纵向中心线与圆环形磁体的中心线在一条直线上。

[0012] 本发明的方法特别适合于非磁性的金属材料线棒材的挤压轧制和拉拔，对目前的金属线棒材生产方法而言，不需要改变现有的加热、均热及控轧控冷方法，也不额外增加材料的处理环节，仅需要在金属线棒材坯料及中间产品的传送轨道上安置所需要的静磁场装置，使金属线棒材坯料或中间产品在正常的输送过程中穿过磁场区域，即可发挥磁场对降低材料变形抗力、提高材料塑性变形能力的作用，从而实现提高加工产品的尺寸精准度、产品成材率以及降低加工缺陷的目的。

[0013] 本发明的优点包括：

[0014] 1）与不施加磁场作用相比，采用本发明后，材料的变形抗力降低，塑性变形能力提高，加工产品的尺寸精准度、产品成材率提高，同时，加工过程的能耗降低，产品因加工过程硬化导致的缺陷降低。就已有数据而言，对铜、镁、钛及其合金，采用本发明，材料的变形抗力降低40-100MPa，这对材料的塑性加工而言，可以使得加工过程的脆断基本消失，成材率提高、缺陷显著减少。

[0015] 2）与现有技术采用电致塑性而言，具有方法简单，安全且效率高的优势，电致塑性需要在坯料中通入脉冲电流，对金属加工过程存在一定安全隐患，而本发明，采用永恒磁体构成的磁场，不需要消耗任何能量，具有环保、安全、节能的优势；所采用的直流超导电磁场，也具有非接触、安全和节能优势。

[0016] 3）本发明的方法简单，不需要增加额外的金属材料处理环节，不影响目前生产工艺及方法的连续性，并具有投资少，运行成本低的优势。

[0017] 附图说明：

[0018] 图1本发明的轧制原理示意图。

[0019] 图注：1、待轧坯料；2、第一组永恒磁体；3、第二组永恒磁体；4、第三组永恒磁体；5、初轧稳恒电磁体；6、第一道次轧辊；7、传送辊；8、第四组永恒磁体； 9、第二道次轧制用稳恒电磁体；10、第二道次轧辊；11、第二道次轧制后永恒磁体。

具体实施方式

[0020] 实施例1：铜的挤压拉拔

[0021] 通过工频感应熔炼炉与半连铸获得无氧铜坯，坯直径18cm作为本实施例铜挤压拉拔的坯料。

[0022] 采用连续挤压工艺生产铜线，主要方法步骤如下：首先将无氧铜坯加热至650℃，后进入传送辊道，准备送入挤压机进行第一道次轧制，在进入挤压机前的传送辊道上安置三组U型永恒磁体和一组稳恒电磁体组成的梯度磁场；本实施例中第一组永恒磁体的磁感应强度为0.25T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.5米，第二组永恒磁体的磁感应强度为0.50T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为1.0米，第三组永恒磁体的磁感应强度为0.85T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1米；稳恒电磁体为环形的直流超导磁体，磁感应强度为2.0T；永恒磁体的安装位置保证铜坯料纵向中心线与U型磁体的槽口中心线在一条直线上，稳恒电磁体的安装位置保证该稳恒电磁体的中心轴线与金属线棒材坯料的中心轴线在一条直线上，稳恒电磁体沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.2米。

[0023] 无氧铜坯经过上述的磁场处理后，送入连续挤压机，挤压成铜线，连续挤压机的转速为15r/min，铜线的挤出速度为20m/min，挤压过程中铜线的温度为600℃，挤压腔内的压力为1100MPa；且铜线挤出模具后采用真空水冷装置冷却，使铜线在高温挤出后进入真空管冷却，在整个变形过程中隔断了与氧的接触，避免吸氧，保证铜线低氧含量；铜线挤出模具后经过真空防氧化管及水槽冷却、吹干至25℃，得到的铜线直径为Ф10mm。

[0024] 所得的直径为10mm无氧铜线采用多道次拉拔为铜细丝，拉拔分两次，第一次拉拔由直径10mm拉拔到2mm，在这个过程中，铜丝拉拔前，经过本发明的磁场处理，第一拉拔所用的磁场即本发明中的第二道次轧制所安置的静磁场，为并列安置的一组永恒磁体和稳恒电磁体组成的梯度磁场；所述的永恒磁体为圆环形磁体，磁感应强度为0.75T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.75米；所述的稳恒电磁体为环形的直流超导磁体，磁感应强度为3.00T，永恒磁体和稳恒电磁体的中心轴线与金属线棒材坯料的中心轴线在一条直线上，稳恒电磁体沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1米；第二次拉拔将直径2mm的铜丝拉成直径0.2mm的细铜丝，第二次拉拔前铜线经圆环形永恒磁体进行磁场处理，永恒磁体的磁感应强度为0.55T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.5米，铜丝的纵向中心线与圆环形磁体的中心线在一条直线上。

[0025] 由直径18cm的铜棒经挤压成10mm的铜线，在经两次拉拔加工成0.2mm的铜丝过程中，在其它工艺完全相同的情况下，对比施加磁场与不采用本发明磁场可知：采用本发明，挤压与拉拔的效率得到提高，特别是拉拔过程的断丝现象完全消失，由圆坯挤压成线的过程中，线材的表面光滑度提高，毛刺倒角和微裂纹完全消失，尺寸精准度提高，另外，采用本发明，只需在传送辊道和拉丝过程中施加无接触式外场，不改变原有生产方法的连续性，具有安全、方法简单的优势。

[0026] 实施例2：铜的挤压拉拔

[0027] 通过工频感应熔炼炉与半连铸获得无氧铜坯，坯直径20cm，作为本实施例铜挤压拉拔的坯料；

[0028] 采用连续挤压与拉拔工艺生产超微细铜线，主要方法步骤如下：首先将无氧铜坯加热至650℃，后进入传送辊道，准备送入挤压机进行第一道次轧制，在进入挤压机前的传送辊道上安置三组U型永恒磁体和一组稳恒电磁体组成的梯度磁场；本实施例中第一组永恒磁体的磁感应强度为0.30T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.5米，第二组永恒磁体的磁感应强度为0.60T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.5米，第三组永恒磁体的磁感应强度为0.99T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.5米；稳恒电磁体为环形的直流超导磁体，磁感应强度为3.0T；永恒磁体的安装位置保证铜坯料纵向中心线与U型磁体的槽口中心线在一条直线上，稳恒电磁体的安装位置保证该稳恒电磁体的中心轴线与金属线棒材坯料的中心轴线在一条直线上，稳恒电磁体沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1米。

[0029] 无氧铜坯经过上述的磁场处理后，送入连续挤压机，挤压成铜线，连续挤压机的转速为15r/min，铜线的挤出速度为20m/min，挤压过程中铜线的温度为620℃，挤压腔内的压力为1200MPa；且铜线挤出模具后采用真空水冷装置冷却，使铜线在高温挤出后进入真空管冷却，在整个变形过程中隔断了与氧的接触，避免吸氧，保证铜线低氧含量；铜线挤出模具后经过真空防氧化管及水槽冷却、吹干至25℃，得到的铜线直径为Ф10mm。

[0030] 所得的直径为10mm无氧铜线采用多道次拉拔为超微细铜细丝，拉拔分三次，第一次拉拔由直径10mm拉拔到1.2mm，在这个过程中，铜丝拉拔前，经过本发明的磁场处理，第一拉拔所用的磁场即本发明中的第二道次轧制所安置的静磁场，为并列安置的一组永恒磁体和稳恒电磁体组成的梯度磁场；所述的永恒磁体为圆环形磁体，磁感应强度为0.99T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.50米；所述的稳恒电磁体为环形的直流超导磁体，磁感应强度为1.01T，永恒磁体和稳恒电磁体的中心轴线与金属线棒材坯料的中心轴线在一条直线上，稳恒电磁体沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.1米；第二次拉拔将直径1.2mm的铜丝拉成直径0.1mm的细铜丝，第二次拉拔前铜线经圆环形永恒磁体进行磁场处理，永恒磁体的磁感应强度为0.50T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.5米，铜丝的纵向中心线与圆环形磁体的中心线在一条直线上；第三次拉拔将直径0.1mm的细铜丝拉拔成0.02mm的超微细铜丝，第三次拉拔前铜线经圆环形永恒磁体进行磁场处理，永恒磁体的磁感应强度为0.31T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.51米，铜丝的纵向中心线与圆环形磁体的中心线在一条直线上。

[0031] 在其它工艺完全相同的情况下，对比施加磁场与不采用本发明磁场可知：采用本发明，挤压与拉拔的效率得到提高，特别是拉拔过程的断丝现象完全消失，由圆坯挤压成线的过程中，线材的表面光滑度提高，毛刺倒角和微裂纹完全消失，尺寸精准度提高，另外，采用本发明，只需在传送辊道和拉丝过程中施加无接触式外场，不改变原有生产方法的连续性，具有安全、方法简单的优势。

[0032] 实施例3 镁合金棒材的挤压

[0033] 将直径200mm形变镁合金铸锭预热至350℃后放入安装有静磁场的传送辊道，将挤压模具预热至350℃，利用金属挤压机 将镁合金铸锭挤压成10mm的棒材，相应的挤压温度为380℃，挤压速率为 0.5m/min，两道次的挤压比分别为10：1和2：1；第一道次挤压所安置的静磁场为并列安置的三组圆环形永恒磁体和一组稳恒电磁体组成的梯度磁场：其中第一组永恒磁体的磁感应强度为0.20T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.20米，第二组永恒磁体的磁感应强度为0.40T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.20米，第三组永恒磁体的磁感应强度为0.65T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.20米，三组圆环形磁体的中心线与镁合金铸锭的纵向中心线在一条直线上；所述的稳恒电磁体为环形的直流超导磁体，磁感应强度为1.20T，稳恒电磁体的中心轴线与金属线棒材坯料的中心轴线在一条直线上，稳恒电磁体沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.20米；第二道次挤压所安置的静磁场为并列安置的一组圆环形永恒磁体和稳恒电磁体组成的梯度磁场，该永恒磁体的磁感应强度为0.80T，沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.5米；第二次挤压前的稳恒电磁体为环形的直流超导磁体，磁感应强度为1.60T，稳恒电磁体的中心轴线与金属线棒材坯料的中心轴线在一条直线上，稳恒电磁体沿金属线棒材坯料行进方向的宽度即作用区域宽度为0.20米。

[0034] 将上述挤压得到的棒材与完全相同原料和挤压参数，但不施加磁场得到的棒材进行常温拉伸性能比较，结果发现：采用本发明时，材料的拉伸性能好，断裂伸长率δ＝25.6％，抗拉强度σb＝284.3MPa，屈服强度σ0.2＝187.5MPa，而不采用本发明时，材料的拉伸性能为：断裂伸长率δ＝22.6％，抗拉 强度σb＝264.9MPa，屈服强度σ0.2＝177.1MPa。

[0035] 另外，从材料的外观来看，采用本发明，获得的镁合金棒材的表面光洁度提高，无毛刺和微裂纹，说明本发明可以提高挤压棒材的表观质量和性能。