高强高韧铝合金厚板的蛇形轧制技术付垚，谢水生，黄国杰，程磊（北京有色金属研究总院，有色金属制备与加工国家重点实验室，北京100088）摘要：介绍了蛇形轧制技术的原理，比较蛇形轧制与同步轧制的轧板咬入条件，采用有限元数值模拟方法研究了单道次蛇形轧制错位量对轧板弯曲的影响，并对比了多道次同步轧制和蛇形轧制在厚板轧制中轧板的等效应变。结果表明：蛇形轧制比同步轧制更加容易使得轧板咬入轧机；蛇形轧制中适量的轧辊错位可以有效地减小由于上、下轧辊异速所产生的轧板弯曲；蛇形轧制的轧板在厚度方向上的等效应变均高于同步轧制，轧板中部最小的等效应变比同步轧制高16.0%。关键词：蛇形轧制；有限元法；轧板弯曲；等效应变中图法分类号：TG146.2，TG335文献标识码：A：1005-4898（2012）02-0018-05高强高韧铝合金厚板是航天航空领域极为重要的结构材料。在大型客机的制造中，高性能铝合金厚板被广泛用于加工飞机的机身框、隔框、桁条、翼梁、骨架、翼肋、翼梁加强杆等零件[1、2]。我国在高强高韧铝合金厚板的制造技术上和发达国家有着不小的差距。长期以来，我国航天、航空及其它领域所需要的铝合金厚板大部分依赖进口，并且受到一些因素的影响，进口数量和规格受到很大限制，严重制约我国国民经济及国防工业的发展。热轧是制备高强高韧铝合金厚板工艺中最关键的变形手段。通过热轧可实现板材的大变形，消除坯料的铸造缺陷、细化晶粒。对于铝合金热轧，变形量达到80%才能保证板材中心变形充分，完全从铸造组织转化为加工组织[3]。但是，受现有轧机开口度及坯料原始厚度的限制，同步轧制很难保证大厚度的成品轧板达到80%的变形量。例如，如果生产250mm的铝合金厚板，若按照变形量80%的要求，则要求原始坯料的厚度则为1250mm，现有的轧制装备很难达到要求。因此，以现有的轧制装备生产的铝合金厚板往往达不到80%的变形量，造成轧板中心变形量小，表面和中心的变形、组织和性能的不均匀，产品残余应力过高等问题，严重影响板材使用安全性和寿命。蛇形轧制是一种新型轧制技术，可以在有限的压下量下增加轧板的变形量，将变形深入到轧板中心，提高轧板变形及组织均匀性，增强板材的综合性能。本文将对蛇形轧制的原理、咬入条件、轧板弯曲及在铝合金厚板的多道次轧制中轧板的变形情况进行介绍。1蛇形轧制的原理2001年，荷兰Corus研究中心的MennovanderWinden对异步轧制在厚板轧制中的应用进行改进，提出了蛇形轧制方法（图1(c)）。异步轧制是一种上、下轧辊线速度不相同的轧制方法[4、5]，如图1(b)所示，和同步轧制方法相比，图1(a)由于异步轧制上、下轧辊线速度不同，它可以使板材发作者简介：付垚（1982-），男，博士，工程师。收稿日期：2012-02-13·18·付垚，等：高强高韧铝合金厚板的蛇形轧制技术技术工程生额外的剪切应变从而增加轧板的总应变，并使应变深入到轧板中心，改善轧板的变形及组织均匀性[6～8]。然而由于上、下轧辊线速度的不匹配轧板的上部和下部会发生不均匀的塑性变形，导致轧板向慢速一侧轧辊弯曲，如果弯曲严重时会导致轧板很难进入下一辊缝，甚至损坏轧机[9、10]。蛇形轧制的实现方式是将异步轧机的慢速一侧轧辊在轧制方向上向出口方向进行一定量的错位。由于在异步轧制过程中板材上、下应变量不同轧板会向慢速轧辊一侧弯曲，将慢速侧轧辊向出口方向错位将会对轧板施加一个与轧板弯曲方向相反的作用力，有助于减小轧板的弯曲。与异步轧制相比，蛇形轧制具备异步轧制在不增加压下量的条件下增加轧板剪切变形、提高轧板中心塑性变形的优点，同时还能克服异步轧制在厚板生产中轧板弯曲严重的缺点。(a)上轧辊(b)(c)上轧辊上轧辊ω1ddω1ω1d111S坯料坯料ω2ω2坯料ω2下轧辊下轧辊下轧辊dd2d22(a)同步轧制（w1=w2，d1=d2）(b)异步轧制（w1<w2，d1=d2）图1不同轧制方法示意图(c)蛇形轧制（w1<w2，d1=d2，S>0）2008年德国铝业公司(Aleris)在Koblenz轧制厂建设了全世界第一条蛇形轧制生产线。据Koblenz工厂称，采用蛇形轧制技术可以用厚度仅500～600mm的方型铸锭直接轧制出中心变形十分充分的250mm厚板。同时，采用蛇形轧制技术后，厚板芯部沿长度、宽度和...