CN100369680C - 轧制型材的无槽轧钢工艺 - Google Patents

Abstract

一种轧制型材的无槽轧钢工艺，依次确定轧件总的断面收缩率、每道次轧件的压下量及总的轧制道次，确定每道次轧件的变形修正系数C₁、温度修正系数C₂、轧辊材质修正系数C₃、轧坯种类修正系数C₄、钢种修正系数C₅；确定每道次轧件轧后高度与轧前高度的比值η，确定辊径系数b，确定轧件断面形状系数a，确定每道次轧件的相对宽展指数lgW＝0.6485ab^-0.0301，确定每道次轧件的相对宽展系数β＝1.02η^wC₁C₂C₃C₄C₅；确定每道次轧件的轧后宽度B₁＝B_o+B_oβ；用无槽轧辊进行轧制，根据前一道次轧件的轧后宽度对下一道次的导卫参数进行调整对轧件进行有效夹持，直至最后进入成品孔形轧辊轧制出成品。本发明工艺能确定每道次轧件的轧后宽度，确保各道次轧制顺利进行，轧制效果好，工艺实用性强。

Description

轧制型材的无槽轧钢工艺

技术领域

本发明属于轧钢厂采用无槽平辊轧钢的轧钢工艺，特别是轧制型材的无槽轧钢工艺。

背景技术

轧钢厂用无槽平辊轧钢的工艺是指轧件在两个平辊之间轧制，辊缝的高度即为轧件的高度，轧件宽度即为自由展宽后的轧件宽度，没有现有的采用有槽孔轧辊轧钢时轧槽侧壁的夹持、参与变形作用。采用无槽平辊轧制棒材和型钢产品，能使轧件受力简化、变形均匀，有助于改善轧件的表面质量。轧制时只需改变辊缝就可调整轧件的断面尺寸，轧制的适应性极强。

在国外，美国的摩根公司等西方钢铁公司对无槽平辊轧钢工艺进行了较长时间的试验探索，但是由于其轧制参数设计不合理，还只能在几台轧机上进行试验性轧制，并且到现在为止仍不能有效解决轧件在被轧制时所存在的脱方和扭转问题，导致轧件的质量问题较多，制约着其不能进行无槽轧钢的大规模工厂化生产。

而上述问题难以解决的根本原因在于到目前为止，在轧钢界还不能准确的确定出经无槽轧辊轧制后的轧件的轧后宽度，也就没有办法采取有效措施确保在后续道次中对轧件定位并进行有效的轧制。因此，使用无槽平辊轧钢的工艺技术在世界范围内仍处于试验探索阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轧制型材的无槽轧钢工艺，可以应用于单机架、双机架、多机架、成组机架及除成品孔形外只使用个别孔形的连续式轧机，对轧件进行轧制，能够准确地确定出每道次轧件的轧后宽度，确保各道次的轧制能够顺利进行，轧件的轧制效果好，工艺实用性强。

本发明的目的是这样实现的：一种轧制型材的无槽轧钢工艺，该工艺包括下列步骤：首先根据轧件的轧前断面积以及成品断面积确定出轧件总的断面收缩率，并根据所用各轧机的设备能力确定出每道次轧件的压下量，继而确定出总的轧制道次；该无槽轧钢工艺还包括下列步骤：

1、在轧制的每道次，根据轧钢时所用设备、轧钢温度、轧辊材质以及轧件材质确定修正系数如下：

(1)、确定轧件变形修正系数C₁：对于粗轧机组，C₁为0.950～1.245；对于中轧机组以及精轧机组，C₁为0.875～1.115；

(2)、确定轧件温度修正系数C₂：当轧制温度为900℃～1150℃时，C₂为0.991～1.012；

(3)、确定轧辊材质修正系数C₃：对于不同种类的轧辊，C₃为0.795～1.015；

(4)、确定轧坯种类修正系数C₄：对于粗轧坯、电炉连铸坯或转炉连铸坯，C₄为1.000～1.015；

(5)、确定轧制的钢种修正系数C₅：对于普通碳素钢、优质碳素钢、低合金结构钢、合金结构钢，C₅为0.785～1.115；

2、确定每道次的轧制参数：

(1)、根据每道次的压下量确定出每道次的轧件轧后高度与轧前高度的比值η；

(2)、根据每道次轧件的轧前高度以及轧制该道次所用轧辊直径的比值，确定出辊径系数b；

(3)、根据每道次轧件轧前高度与轧前宽度的比值，确定出轧件断面形状系数a；

(4)、根据所述的辊径系数b以及轧件断面形状系数a，确定出每道次轧件的相对宽展指数lgW＝0.6485ab^-0.0301；

3、根据上述所确定的各参数，确定出每道次轧件的相对宽展系数β＝1.02η^wC₁C₂C₃C₄C₅；

4、根据每道次轧件的轧前宽度B_o，确定出每道次轧件的轧后宽度B₁为B₁＝B_o+B_oβ；

5、用无槽轧辊对轧件进行试轧制，当经过前述步骤计算的轧件轧后宽度B₁与每道次轧件的实际轧后宽度差值大于实际轧后宽度的5％时，再对上述修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅分别进行修正，使根据修正后的修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅计算的轧件轧后宽度B₁与每道次轧件的实际轧后宽度相匹配；

6、然后根据由修正后的修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅计算的前一道次轧件的轧后宽度B₁调整轧件进入下一道次时的导卫参数，使下一道次的导卫参数与轧件参数相匹配，确保轧件经过该导卫进入下一道次轧辊后能够被有效的轧制；重复上述步骤，直至轧件进入成品孔形轧辊轧制出成品。

使用无槽轧辊轧制钢坯时，轧件的宽展主要由滑动宽展、翻平宽展和鼓形宽展三部分组成。滑动宽展是被变形金属在轧辊的接触面上，由于产生相对滑动使轧件增加的量；翻平宽展是由于接触摩擦力的原因，使轧件侧面的金属在变形过程中翻转到接触表面上来，使轧件的宽度增加；鼓形宽展是轧件侧面变成鼓形造成的宽展量。轧制时由于翻平宽展的存在，使轧件的四个角部每道次都是变化的。本发明由于设计了合理的轧制参数，强化了翻平宽展和鼓形宽展，使轧件形成由圆弧和直线构成圆边钝角的角部特征，轧件的四个角部始终大于120°。这种圆边钝角能有效的避免应力集中和产生裂纹。生产中多次采用本发明无槽轧钢工艺对20MnSi、40CrMo、60Si2Mn等钢种进行粗轧，并对这些粗轧试样和成品作化验，没有发现因采用本发明无槽轧钢工艺轧制而产生的裂纹。同时由试验得知，采用本发明无槽轧钢工艺轧制时，轧件的表面层变化比采用椭圆-圆孔型轧辊轧制更为均匀，而表面层厚度分布均匀更有利于减少表面裂纹的形成。此外，无槽轧制没有孔形轧辊轧槽侧壁的限制，轧件表面的氧化铁皮脱落干净，在提高钢材表面质量方面无槽轧制优于有槽轧制。

本发明无槽轧钢工艺经在一套小型连轧机组上试用，结果表明，使用本发明无槽轧钢工艺轧制Φ20螺纹钢，最大压下率可达51％，最大轧前高、宽比达2.40，远远突破了现有轧钢生产的常规极限值1.5，且咬入角取最小辊径计算。如表1所示。

表1

道次	轧件高度/mm	轧件宽度/mm	轧前高宽比	压下率(％)	咬入角(°)	轧制温度(℃)	轧辊直径/mm	备注
									0	150	150				1150
1	100	173	1.00	33	26	1130	Φ560/Φ505	无槽
									2	110	121	1.73	36	29	1100	Φ540/Φ490	无槽
3	70	145	1.10	42	28	1080	Φ490/Φ440	无槽
									4	80	92	2.07	45	33	1070	Φ450/Φ410	无槽
5	50	112	1.15	46	25	1070	Φ490/Φ440	无槽
									6	59	70	2.24	47	29	1060	Φ470/Φ420	无槽
7	35	82	1.19	50	26	1040	Φ390/Φ350	无槽
									8	41	51	2.34	50	28	1050	Φ380/Φ340	无槽
9	25	60	1.24	51	22	1060	Φ400/Φ360	无槽
									10	32	37	2.40	47	23	1080	Φ390/Φ350	无槽
11	22	42	1.16	41	17	1080	Φ400/Φ360	无槽
									12	29	29	1.91	31	16	1090	Φ390/Φ350	无槽
13	17.5	35.0	1.00	40	16	1100	Φ350/Φ290	无槽
									14	25.2	24.3	2.00	28	15	1100	Φ350/Φ290	无槽
15						水冷		空过
									16						水冷		空过
17	14.9	31.5	0.96	39	15	990	Φ350/Φ290	无槽
									18	20.3	20.3	2.11	36	16	1060	Φ350/Φ290	成品孔型

针对国外经过了较长时间试验的无槽轧钢工艺所存在的轧件脱方和扭转问题，本发明无槽轧钢工艺则能够准确地计算出每道次轧件的轧后宽度，从而有针对性的根据这一确定的轧件轧后宽度对导卫参数进行有效的调整，使下一道次的导卫能够对轧件进行有效的夹持，从而彻底消除了轧件的脱方和扭转现象，确保轧件经过该导卫进入下一道次轧辊后能够进行有效的轧制。

由于轧制参数设计不合理，到目前为止国外的轧钢厂还只能在为数不多的几台小间距轧机上进行无槽轧钢的试验，然后还是要连续通过有孔轧辊对轧件进行后续道次的轧制，才能生产出成品，还不能做到除了用成品孔型轧机外全部用无槽轧机构成一条完整的轧钢生产线。而本发明无槽轧钢工艺则允许整条轧钢生产线除了最后的成品孔型轧机外全部选用无槽轧机对轧件进行轧制，并且成功解决了国外无槽轧钢工艺所导致的轧件脱方和扭转问题。因此，本发明无槽轧钢工艺与现有技术相比具有突出的实质性特点和显著的进步，能够极大地促进整个轧钢行业的技术变革。

综上所述，采用本发明无槽轧钢工艺在不增加设备投入的前提下，用无槽的平辊轧机代替孔型轧辊轧机，实现了型材的无孔型连续轧制。本发明无槽轧钢工艺不仅可以应用于单机架、双机架、多机架、成组机架及除成品孔形外只使用个别孔形的连续式轧机，对轧件进行轧制，而且能够有效地确定出每道次轧件的轧后宽度，确保各道次的轧制能够顺利进行，轧件的轧制效果好，工艺实用性强。可以用一套轧辊轧制多个不同品种规格的型材，换辊时间短，轧辊消耗少，简化了操作，减少了固定资产投入，提高了生产率，极大地促进了企业的增收节支。同时经无槽轧辊轧制的轧件变形均匀，能消除孔型轧辊轧制的多种缺陷，提高了型材的成品质量和成材率。

具体实施方式

实施例1：

在某一拥有粗、中、精轧机组的18架轧机的棒材生产线上采用本发明无槽轧钢工艺进行轧钢生产，选用边长为150mm，长12000mm的方钢坯，轧制出Φ20mm的合金圆钢。

首先根据轧件的轧前断面积以及成品断面积确定出轧件总的断面收缩率，并根据所用各轧机的设备能力确定出每道次轧件的压下量，继而确定出总的轧制道次。

钢坯断面积为：22500mm²，成品断面积为：314mm²，总的断面收缩率为：98.61％。根据钢的高温塑性，设备特点确定粗、中轧采用20％～3 0％较大断面收缩率，精轧机组确保产品精度采用10％～20％断面收缩率。确定使用16道次进行压下，根据每一道次轧机的设备特点，确定每一道次轧件的压下量分别为：1道次50mm；2道次63mm；3道次50mm；4道次65mm；5道次42mm；6道次52mm；7道次35mm；8道次40mm；9道次25mm；10道次28mm；11道次15mm；12道次14mm；13道次12mm；14道次11mm；15道次10mm；成品道次11.2mm。

本发明无槽轧钢工艺还包括下列步骤：

1、在轧制的第1道次，根据轧钢时所用设备、轧钢温度、轧辊材质以及轧件材质确定修正系数如下：

(1)、确定轧件变形修正系数C₁：使用粗轧机，轧件的变形较大，C₁取1.015；

(2)、确定轧件温度修正系数C₂：第一道次轧件的温度较高，C₂取1.010；

(3)、确定轧辊材质修正系数C₃：使用半钢轧辊C₃取0.975；

(4)、确定钢坯种类修正系数C₄：使用转炉连铸坯C₄取1.015；

(5)、确定钢种类修正系数C₅：使用低合金钢坯C₅取0.9850；

2、确定每道次的轧制参数：

(1)、根据每道次的压下量确定出每道次的轧件轧后高度与轧前高度的比值η(压下系数)；在本道次，计算压下系数η＝100/150＝0.6667；

(2)、根据每道次轧件的轧前高度以及轧制该道次所用轧辊直径的比值，确定出辊径系数b；在本道次，计算辊径系数b＝150/510＝0.2941；本道次的工作辊径为510mm。

(3)、根据每道次轧件轧前高度与轧前宽度的比值，确定出轧件断面形状系数a；在本道次，计算轧件断面形状系数a＝150/150＝1；

(4)、根据所述的辊径系数b以及轧件断面形状系数a，确定出每道次轧件的相对宽展指数lgW＝0.6485ab^-0.0301；在本道次，计算相对宽展指数W：lgW＝0.6485ab^-0.0301＝0.6485*1*1.0375＝0.6728，W＝4.7098；

3、根据上述所确定的各参数，确定第一道次轧件的相对宽展系数β＝1.02η^wc₁c₂c₃c₄c₅

＝1.02×0.6667^4.7098×1.015×1.010×0.9750×1.015×0.9850

＝0.1511

4、根据每道次轧件的轧前宽度B_o，确定出每道次轧件的轧后宽度B₁为B₁＝B_o+B_oβ；在本道次，轧件的轧后宽度B₁＝150+150×0.1511＝172.7mm。

5、用无槽轧辊对轧件进行试轧制，当经过前述步骤计算的轧件轧后宽度B₁与每道次轧件的实际轧后宽度差值大于实际轧后宽度的5％时，再对上述修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅分别进行修正，使根据修正后的修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅计算的轧件轧后宽度B₁与每道次轧件的实际轧后宽度相匹配；

6、然后根据由修正后的修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅计算的前一道次轧件的轧后宽度B₁调整轧件进入下一道次时的导卫参数，使下一道次的导卫参数与轧件参数相匹配，如：调整导卫的进口宽度并使之与轧件的厚度相匹配，防止轧件扭转；调整导卫的位置高度并使之与轧件进入导卫的进口高度相匹配，防止轧件进入导卫时发生阻滞；确保轧件经过该导卫进入下一道次轧辊后能够被有效的轧制；重复上述步骤，直至轧件进入成品孔形轧辊轧制出成品。

在本道次中，经过前述步骤计算出的轧件轧后宽度B₁为172.7mm，与经无槽轧辊实际轧制后的轧件宽度173mm比较，计算精度满足轧制要求，即经过前述步骤计算的轧件轧后宽度B₁＝172.7mm与该道次轧件的实际轧后宽度173mm差值小于5％。根据该道次的轧后宽度B₁对下一道次的导卫参数进行调整，使下一道次的导卫参数与轧件参数相匹配，确保轧件经过该导卫进入下一道次轧辊后能够被有效的轧制。

后继道次的宽展计算类推。

实施例2：

在某一拥有粗、中、精轧机组的18架轧机的棒材生产线上采用本发明无槽轧钢工艺进行轧钢生产，选用边长为200mm，长12000mm的方钢坯，开轧温度1050℃，轧制出Φ25mm的普通圆钢。

首先根据轧件的轧前断面积以及成品断面积确定出轧件总的断面收缩率，并根据所用各轧机的设备能力确定出每道次轧件的压下量，继而确定出总的轧制道次。

钢坯断面积为：40000mm²，成品断面积为：491mm²，总的断面收缩率为：97.77％。根据钢的高温塑性，设备特点确定粗、中轧一般采用20％～30％较大断面收缩率，精轧机组确保产品精度采用10％～20％断面收缩率。确定使用16道次进行压下，根据每一道次轧机的设备特点，确定每一道次轧件的压下量分别为：1道次55mm；2道次73mm；3道次50mm；4道次65mm；5道次70mm；6道次50mm；7道次42mm；8道次52mm；9道次24mm；10道次42mm；11道次25mm；12道次29mm；13道次12mm；14道次11mm；15道次13mm；成品道次13.2mm。

本发明无槽轧钢工艺还包括下列步骤：

1、在轧制的第1道次，根据轧钢时所用设备、轧钢温度、轧辊材质以及轧件材质确定修正系数如下：

(1)、确定轧件变形修正系数C₁：使用粗轧机，轧件的变形较大，C₁取0.950；

(2)、确定轧件温度修正系数C₂：第一道次轧件的温度1050℃，C₂取0.998；

(3)、确定轧辊材质修正系数C₃：使用铸钢轧辊C₃取0.815；

(4)、确定钢坯种类修正系数C₄：使用转炉连铸坯C₄取1.015；

(5)、确定钢种类修正系数C₅：使用普通碳素钢坯C₅取0.805；

2、确定每道次的轧制参数：

(1)、根据每道次的压下量确定出每道次的轧件轧后高度与轧前高度的比值η(压下系数)；在本道次，计算压下系数η＝145/200＝0.7250；

(2)、根据每道次轧件的轧前高度以及轧制该道次所用轧辊直径的比值，确定出辊径系数b；在本道次，计算辊径系数b＝200/650＝0.3077；本道次的工作辊径为650mm。

(3)、根据每道次轧件轧前高度与轧前宽度的比值，确定出轧件断面形状系数a；在本道次，计算轧件断面形状系数a＝200/200＝1；

(4)、根据所述的辊径系数b以及轧件断面形状系数a，确定出每道次轧件的相对宽展指数lgW＝0.6485ab^-0.0301；在本道次，计算相对宽展指数W：lgW＝0.6485ab^-0.0301＝0.6485*1*1.0361＝0.6719，W＝4.6981；

3、根据上述所确定的各参数，确定第一道次轧件的相对宽展系数β＝1.02η^wc₁c₂c₃c₄c₅

＝1.02×0.725^4.7098×0.950×0.998×0.815×1.015×0.805

＝0.1421

4、根据每道次轧件的轧前宽度B_o，确定出每道次轧件的轧后宽度B₁为B₁＝B_o+B_oβ；在本道次，轧件的轧后宽度B₁＝200+200×0.1421＝228.4mm。

5、用无槽轧辊对轧件进行试轧制，当经过前述步骤计算的轧件轧后宽度B₁与每道次轧件的实际轧后宽度差值大于实际轧后宽度的5％时，再对上述修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅分别进行修正，使根据修正后的修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅计算的轧件轧后宽度B₁与每道次轧件的实际轧后宽度相匹配；

6、然后根据由修正后的修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅计算的前一道次轧件的轧后宽度B₁调整轧件进入下一道次时的导卫参数，使下一道次的导卫参数与轧件参数相匹配，如：调整导卫的进口宽度并使之与轧件的厚度相匹配，防止轧件扭转；调整导卫的位置高度并使之与轧件进入导卫的进口高度相匹配，防止轧件进入导卫时发生阻滞；确保轧件经过该导卫进入下一道次轧辊后能够被有效的轧制；重复上述步骤，直至轧件进入成品孔形轧辊轧制出成品。

在本道次中，经过前述步骤计算出的轧件轧后宽度B₁为228.4mm，计算精度满足轧制要求。根据该道次的轧后宽度B₁对下一道次的导卫参数进行调整，使下一道次的导卫参数与轧件参数相匹配，确保轧件经过该导卫进入下一道次轧辊后能够被有效的轧制。

后续道次计算类推。

关于本发明无槽轧钢工艺中各修正系数的取值说明：

对于C₁～C₅的取值范围要根据各轧钢厂的实际轧制情况来确定。

对于C₁的取值，当轧制边长100～120mm的小方坯，采用40～50mm的大压下量时，而轧辊直径较小的情况下，轧制合金钢时轧件宽展较大，对于粗轧机组，C₁应取上限。当轧制边长180～220mm的较大方坯或矩形坯，采用40～60mm的压下量时，而轧辊直径较大的情况下，轧制温度较低，轧制普碳钢时，对于粗轧机组，C₁应取下限。

C₂的取值一般为轧制温度越高，取值偏下限，反之则偏上限。

C₃的取值需根据轧辊材质来确定，实际轧辊材质有多种，如：铸钢或半钢轧辊、铸铁轧辊、高镍铬铸钢轧辊、中镍铬铸钢轧辊等，针状贝氏体铸铁轧辊、球墨铸铁轧辊、铁素体铸铁轧辊、珠光体铸铁轧辊等，高合金锻钢轧辊、中合金锻钢轧辊等，不锈钢轧辊，硬质合金轧辊以及冷硬轧辊等等均可用于型钢轧制，故C₃给定一个范围较为合理，范围为0.795～1.015。轧辊材质摩擦系数越大，C₃取值偏下限。

C₄的取值根据钢坯种类来确定，钢坯种类为粗轧坯时，C₄为取下限，钢坯种类为连铸坯时，C₄取上限。

C₅的取值根据轧制的钢种来确定，一般所轧钢强度越高，C₅取值偏上限，反之所轧钢强度低，C₅取值偏下限。

Claims (1)

1.一种轧制型材的无槽轧钢工艺，其特征在于该工艺包括下列步骤：首先根据轧件的轧前断面积以及成品断面积确定出轧件总的断面收缩率，并根据所用各轧机的设备能力确定出每道次轧件的压下量，继而确定出总的轧制道次；该无槽轧钢工艺还包括下列步骤：

a、在轧制的每道次，根据轧钢时所用设备、轧钢温度、轧辊材质以及轧件材质确定修正系数如下：(1)、确定轧件变形修正系数C₁：对于粗轧机组，C₁为0.950～1.245；对于中轧机组以及精轧机组，C₁为0.875～1.115；(2)、确定轧件温度修正系数C₂：当轧制温度为900℃～1150℃时，C₂为0.991～1.012；(3)、确定轧辊材质修正系数C₃：对于不同种类的轧辊，C₃为0.795～1.015；(4)、确定轧坯种类修正系数C₄：对于粗轧坯、电炉连铸坯或转炉连铸坯，C₄为1.000～1.015；(5)、确定轧制的钢种修正系数C₅：对于普通碳素钢、优质碳素钢、低合金结构钢、合金结构钢，C₅为0.785～1.115；

b、确定每道次的轧制参数：

(1)、根据每道次的压下量确定出每道次的轧件轧后高度与轧前高度的比值η；(2)、根据每道次轧件的轧前高度以及轧制该道次所用轧辊直径的比值，确定出辊径系数b；(3)、根据每道次轧件轧前高度与轧前宽度的比值，确定出轧件断面形状系数a；(4)、根据所述的辊径系数b以及轧件断面形状系数a，确定出每道次轧件的相对宽展指数1gW＝0.6485ab^-0.0301；

c、根据上述所确定的各参数，确定出每道次轧件的相对宽展系数β＝1.02η^wC₁C₂C₃C₄C₅；

d、根据每道次轧件的轧前宽度B_o，确定出每道次轧件的轧后宽度B₁为B₁＝B_o+B_oβ；

e、用无槽轧辊对轧件进行试轧制，当经过前述步骤计算的轧件轧后宽度B₁与每道次轧件的实际轧后宽度差值大于实际轧后宽度的5％时，再对上述修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅分别进行修正，使根据修正后的修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅计算的轧件轧后宽度B₁与每道次轧件的实际轧后宽度相匹配；

f、然后根据由修正后的修正系数C₁、C₂、C₃、C₄、C₅计算的前一道次轧件的轧后宽度B₁调整轧件进入下一道次时的导卫参数，使下一道次的导卫参数与轧件参数相匹配，确保轧件经过该导卫进入下一道次轧辊后能够被有效的轧制；重复上述步骤，直至轧件进入成品孔形轧辊轧制出成品。