CN109794505A - 一种高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置及生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置及生产工艺，具体涉及球扁钢生产技术领域，轧制装置包括连轧机组，连轧机组包括粗轧机组和中精轧机组，粗轧机组包括4或5座400轧机，中精轧机组包括五座320轧机，粗轧机组沿轧制方向依次设有2个或3个箱型孔、预切分孔和切分孔，切分孔为K6孔，中精轧机组沿轧制方向依次设有K5孔、K4孔、K3孔、K2孔和K1孔；K1孔—K6孔均为与弯腰式球扁钢的形状相匹配的弯腰式孔型，K1孔‑K5孔为弯腰闭式轧法孔型。工艺包括使用电磁感应加热炉加热；使用该轧制装置进行轧制。本发明开创了我国连轧机组生产球扁钢的先例，生产过程稳定，调整操作方便，生产效率高，产品质量稳定。

Description

一种高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置及生产工艺

技术领域

本发明属于球扁钢生产技术领域，具体涉及一种高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置及生产工艺。

背景技术

球扁钢是由球状的头部和扁平腹板组成的特殊型材，一般用做船舶的龙骨和加强筋，是建造大型船舶的关键材料，对船舶的承载能力和安全航行有重要影响。1998年以来，一般强度球扁钢一直占主导地位，但随着造船行业的发展，高强度球扁钢的使用越来越广泛，从2009年开始，特别是DH40、EH36耐低温海洋工程球扁钢在船舶建设需求量尤为突出。

因球扁钢断面属不对称异型材，轧制过程中变形严重不均匀，金属流动复杂。而DH36、EH36等高强度耐低温海洋工程球扁钢，为了保证同时具备高强度和足够的低温冲击韧性，钢坯在冶炼过程加入了铌、钒等合金元素来实现高强度、耐低温的特性，导致轧件在轧制时更加困难。同时目前国内外球扁钢生产都采用横列式轧机生产，但横列式布局轧机生产球扁钢生产效率和产品质量仍然存在一些问题，如划伤现象、尺寸变化大、精度低，调整操作难度大等。

因此急需一种能够解决现有问题的一种高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置及生产工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置及生产工艺，设计出一套适合连轧机组生产小型号球扁钢新型孔型系统，并成功运用于国标5#-9#球扁钢生产实践，开创了我国连轧机组生产球扁钢的先例，生产过程稳定，调整操作方便，生产效率高，产品质量稳定。

本发明提供了如下的技术方案：

一种高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置，包括连轧机组，所述连轧机组包括粗轧机组和中精轧机组，所述粗轧机组包括4或5座400轧机，所述中精轧机组包括五座320轧机，所述粗轧机组沿轧制方向依次设有2个或3个箱型孔、预切分孔和切分孔，所述切分孔为K6孔，所述中精轧机组沿轧制方向依次设有K5孔、K4孔、K3孔、K2孔和K1孔；

所述K1孔—K6孔均为与弯腰式球扁钢的形状相匹配的弯腰式孔型，所述K1孔-K5孔为弯腰闭式轧法孔型，所述弯腰闭式轧法孔型包括腹板和球头，所述腹板包括腹板水平段与腹板弯折段，所述腹板水平段的长度为L，球扁钢的宽度为B，L＝(0.65-0.75)B，K1孔-K5孔中L保持不变；腹板水平段与腹板弯折段的水平夹角为θ，在K2-K5孔中，θ逐渐均匀变大，在K2-K5腹板弯折段角度θ设计中，K2孔中的θ为15°，K5孔中的θ为45°。

优选的，K4孔-K1孔为腹宽控制孔，为呈上、下交替配置的闭口孔型，K5孔，K3孔作为球头控制孔，K1孔对球头进行微加工。

优选的，球扁钢的展宽系数为0.4-1.0，K1孔—K5孔给予0--3毫米的限制宽展，规格越大取值越小；以腹板水平段压下系数为基准，腹板水平段的压下系数比球头部压下系数适当增大，K1孔—K5孔设计延伸系数控制在1.1-1.3范围内，以便建立正常的轧制关系。

优选的，所述腹板弯曲段下端部与所述球头底部在同一水平线。

优选的，从K5孔至K2孔给予了逐渐减小的球头假帽。

优选的，所述中精轧机组的轧辊上的K1孔-K5孔均为倾斜布置，且所述轧辊均设有双斜面辊环。

一种高强度耐低温海洋工程球扁钢生产工艺，工艺包括加热和轧制；使用电磁感应加热炉加热；使用高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置，进行轧制；共计轧制10个道次，其中所述粗轧机组轧制5道次，所述中精轧机组轧制5道次；所述粗轧机组上的3个所述箱形孔对原料进行翻面轧制，扁坯经预切分孔和切分孔二次切分成型，以减小由于过大的不均匀变形导致内部金属应力集中，同时获得精准的“弯腰式球扁钢”形状，再通过所述中精轧机组的孔型进行逐渐轧制获得产品。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用孔型设计工艺的创新，解决了在热轧轧制过程中变形不均匀产生的金属流行不确定性、降温速度快金属流动性差的问题，保证成品材外观填充及物理性能；

(2)本发明将弯腰轧法孔型应用在连轧机组上，成功运用于国标5#-9#球扁钢生产实践，开创了我国连轧机组生产球扁钢的先例，生产过程稳定，调整操作方便，生产效率高，产品质量稳定。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1-图10是本发明的K1-K10的孔型系统；

图11是本发明的弯腰闭式孔型系统的孔型设计图；

图12是本发明的配辊设计图；

图13是本发明的球扁钢成品图。

其中图中标记为：1、腹板水平段；2、腹板弯折段；3、球头；4、水平线；5、轧制中心线；6、双斜面辊环；7、球头假帽；8、成品球头；9、成品腹板。

具体实施方式

1、主要设备

主要设备如下：

电磁感应加热炉；

如图1-10所示，一种高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置，包括连轧机组，所述连轧机组包括粗轧机组和中精轧机组，所述粗轧机组包括4或5座400轧机，所述中精轧机组包括五座320轧机，所述粗轧机组沿轧制方向依次设有2个或3个箱型孔(3个箱型孔时为K1孔-K3孔)、预切分孔(K7)和切分孔，所述切分孔为K6孔，所述中精轧机组沿轧制方向依次设有K5孔、K4孔、K3孔、K2孔和K1孔；所述K1孔—K6孔均为与弯腰式球扁钢的形状相匹配的弯腰式孔型，所述K1孔-K5孔为弯腰闭式轧法孔型(也就是弯腰闭口轧法孔型)，所述弯腰闭式轧法孔型具体见弯腰闭口轧法孔型系统孔型主要参数部分。

2、轧制工艺

工艺包括加热和轧制；使用电磁感应加热炉加热；使用上述主要设备中的高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置，进行轧制；共计轧制10个道次，其中所述粗轧机组轧制5道次，所述中精轧机组轧制5道次；所述粗轧机组上的3个所述箱形孔对原料进行翻面轧制，扁坯经预切分孔和切分孔二次切分成型，以减小由于过大的不均匀变形导致内部金属应力集中，同时获得精准的“弯腰式球扁钢”形状，再通过所述中精轧机组的孔型进行逐渐轧制获得产品。

3、球扁钢轧制及孔型分析

3.1、球扁钢轧制分析

球扁钢属异型断面，决定了其轧制特征是存在严重的不均匀变形，金属在轧制过程中十分复杂，同时各断面金属流动相互牵引引起拉缩和强迫宽展，同时温度分布不均匀性，在连轧机组上轧件接触轧辊先后而引起各单位变形的导前和滞后，轧件在轧制过程中出现弯曲、扭转、轴向附加力等，破坯轧件在孔型内稳定性，最终使轧钢生产中增加调整、操作难度、影响轧钢效率和产品质量，在孔型设计上(含导卫)如何保证球扁钢轧件在孔型中稳定性是孔型设计者一大难题。结合连轧机的特性采用弯腰轧法孔型系统最优。

3.2、采用弯腰轧法孔型系统设计的原因及优点

轧钢轧制的稳定性对建立正常的连轧关系致关重要，在连轧机组上能否取得成功的关键，需要在孔型、配辊及导卫设计上，从以下几个方面去解决球扁钢这一不对称断面的轧制的稳定性。

3.2.1、在异性断面钢材热轧是尽可能采用限制宽展的闭式孔型，使轧件在孔型内轧制受到控制而比较稳定，各部分尺寸金属充填良好也比较稳定。

3.2.2、充分考虑球扁钢不对称，在孔型设计时力求把孔型设计成对称或近似对称，以大大减少左右两部分变形不均匀程度，提高轧件稳定性和减少轴向窜动。

3.2.3、合理分配变形系数：一是就单一道次而言，断面(球头3和腹板)各单体部分变形尽量和单体形状相适应，同时适当加大较薄部分的压下系数，以期与较厚部的变形相匹配，不宜采用完全均匀压下系数；二是就整个孔型系统而言，在粗轧孔的变形孔内，尽可能给予强烈不均匀变形，充分利用金属在高温状态下良好的塑性、变形抗力低的有利条件，且断面很厚，金属厚的情况下，容易从压下量较大地方流向压下量小的地方，也不易由于强烈的不均匀变形而产生过大拉缩，强迫宽展轧件产生附加压力较小，产生水平弯曲容易通过导卫装置来帮助矫正，切分雏形在变形孔中成型后，在以后中、精轧孔中给予较均匀和较小变形，这样缓和的变形是轧件逐步过渡到成品，保证成品尺寸精确，表面光洁和轧制稳定性。

4、弯腰闭口轧法孔型系统孔型主要参数

通过对弯腰轧法孔型系统稳定性分析，在投产的连轧生产线运用弯腰轧法孔型系统成功设计和开发国标5-9#号小型球扁钢，弯腰闭口轧法孔型系统孔型主要参数确定如图11，具体如下：

4.1、腹板水平段1(腰部)长度：腹板水平长度L按(0.65-0.75)B(B球扁钢宽度)，尽可能腹板弯曲段下端部与球头3底部在同一水平线，保证轧件进、出孔型与导卫、辊道两边同时接触，提高轧件运行中的稳定性，在连轧孔型(K1孔-K5孔)中L保持不变，孔型棱廓最小变化，各孔之间变形均匀，便于更好的建立连轧关系。

4.2、腹板水平段1(腰部)与腹板弯折段2的水平夹角“θ”：在连轧孔型K2-K5腹板弯折段2角度“θ”设计中，将“θ”由成前孔15°左右(K2)逐渐过渡至K5孔的45°，使轧件进入相邻各孔时给予较小的“θ”变化，腹板弯折段2扳直过程的变形抗力减小，避免轧件在各连轧机中腹板弯折段2激烈弯折，产生横向倾翻力矩，从而提高轧件稳定性及各孔之间变形均匀性，更好的建立连轧关系。将腹板弯折段2角度“θ”变量积聚分布在K7孔～K6预切分和切分孔上。

4.3、展宽系数：球扁钢轧制过程中不均匀变形引起断面各部分金属的相互转移，使轧件的宽度难以精确计算，展宽系数目前有很多计算方法复杂且不适用，按生产经验取值，一般按0.4-1.0取，控制孔给予0--3毫米的限制宽展，规格越大取值越小。

4.4、压下、延伸系数：以球扁钢腰部(腹板水平段1)压下系数为基准，腰部的压下系数比球头3部压下系数适当增大，连轧孔(K1孔-K5孔)设计延伸系数控制在1.1-1.3范围，以便建立正常的连轧关系。

4.5、腹板宽度设计控制

考虑到腹板弯折段2逐渐扳直过程中，腿端外沿受到两向拉应力，易将腿端外沿金属拉裂或不平滑，于是采用K4孔～K1孔的腹宽控制孔，呈上、下交替配置的闭口孔型(见图4-图1)，腿端受轧辊的辗轧承受双向压应力，以确保腿端充填饱满和加工良好。

4.6、成品球头8、表面质量设计控制

由于成品球头8和成品腹板9(如图13所示)是重要工作面，承受着极大的应力，其过大的不均匀变形，都将会造成应力集中影晌球扁钢性能，孔型磨损严重不均，同时难以得到精准的形状对后续轧制表面造成影响。为了改善性能及提高表面质量，设计中考虑：

4.6.1、在400×5粗轧(粗轧机组)开坯机上配置3个箱形孔进行翻面轧制，切分孔(K6孔)前，配置1个预切分孔(K7孔)，扁坯经二次切分成型(预切分孔和切分孔)，以减小由于过大的不均匀变形导致内部金属应力集中，同时获得精准的“弯腰式球扁钢”形状。

4.6.2、在连轧机组上轧制，为了获得填充饱满的成品球头8料型，利用连轧机组K5孔(第一机架)，K3孔(第三机架)作为球头控制孔，K1孔(第五机架)对球头进行微加工，以利于对球头充填质量的调试、控制。

4.6.3、由于球扁钢的球头占腹板面积小(也就是成品球头8占成品腹板9)，为了减少成品腹板9延伸对成品球头8的拉缩，从切深孔(K5孔)至成前孔(K2孔)给予了逐渐减小的球头假帽7(如图3所示)，进行补偿，保证球头顶部充满良好。

5、配辊设计如图12所示：球扁钢轧制的稳定性，还需要通过合理配辊才能实现轧制过程稳定性，球扁钢断面不对称，球头又不太大，必须使轧件球头自辊道(过桥)上咬入轧辊孔型球部直至整个轧制过程中，轧件外形与轧辊孔型外形是完全吻合的，尽管在孔型设计已最大限度的减小轧件的不对称性，但是为保证轧辊重车率，又需斜配辊，会相应带来轧制过程中产生部分轧辊水平轴向分力，引起轧辊轴向窜动，导致轧制不稳定，轧辊轴向窜动还会打坏孔型腹板边缘，配辊时可考虑设计成双斜面辊环6来防止辊窜，保证轧制稳定性。

5.1为了避免轧制时因温度及变形不均匀等引起轧件上翘及緾辊现象，在孔型压力配置上给予一定的上压力2-6毫米；

5.2是尽管在孔型设计时经最大限度的减小了轴向力，但为提高轧辊重车率，孔型做了一定斜配，轧制过程中仍会产生一定的轴向力，在配辊时增加一个双斜面辊环6来防止因轴向而打坏孔型腹板边缘。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置，其特征在于，包括连轧机组，所述连轧机组包括粗轧机组和中精轧机组，所述粗轧机组包括4或5座400轧机，所述中精轧机组包括五座320轧机，所述粗轧机组沿轧制方向依次设有2个或3个箱型孔、预切分孔和切分孔，所述切分孔为K6孔，所述中精轧机组沿轧制方向依次设有K5孔、K4孔、K3孔、K2孔和K1孔；

所述K1孔—K6孔均为与弯腰式球扁钢的形状相匹配的弯腰式孔型，所述K1孔-K5孔为弯腰闭式轧法孔型，所述弯腰闭式轧法孔型包括腹板和球头，所述腹板包括腹板水平段与腹板弯折段，所述腹板水平段的长度为L，球扁钢的宽度为B，L＝(0.65-0.75)B，K1孔-K5孔中L保持不变；腹板水平段与腹板弯折段的水平夹角为θ，在K2-K5孔中，θ逐渐均匀变大，在K2-K5腹板弯折段角度θ设计中，K2孔中的θ为15°，K5孔中的θ为45°。

2.根据权利要求1所述的高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置，其特征在于，K4孔-K1孔为腹宽控制孔，为呈上、下交替配置的闭口孔型，K5孔，K3孔作为球头控制孔，K1孔对球头进行微加工。

3.根据权利要求1所述的高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置，其特征在于，球扁钢的展宽系数为0.4-1.0，K1孔—K5孔给予0--3毫米的限制宽展，规格越大取值越小；以腹板水平段压下系数为基准，腹板水平段的压下系数比球头部压下系数适当增大，K1孔—K5孔设计延伸系数控制在1.1-1.3范围内，以便建立正常的轧制关系。

4.根据权利要求1所述的高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置，其特征在于，所述腹板弯曲段下端部与所述球头底部在同一水平线。

5.根据权利要求1所述的高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置，其特征在于，从K5孔至K2孔给予了逐渐减小的球头假帽。

6.根据权利要求1所述的高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置，其特征在于，所述中精轧机组的轧辊上的K1孔-K5孔均为倾斜布置，且所述轧辊均设有双斜面辊环。

7.一种高强度耐低温海洋工程球扁钢生产工艺，其特征在于，工艺包括加热和轧制；使用电磁感应加热炉加热；使用权利1-6所述的高强度耐低温海洋工程球扁钢的轧制装置，进行轧制；共计轧制10个道次，其中所述粗轧机组轧制5道次，所述中精轧机组轧制5道次；所述粗轧机组上的3个所述箱形孔对原料进行翻面轧制，扁坯经预切分孔和切分孔二次切分成型，以减小由于过大的不均匀变形导致内部金属应力集中，同时获得精准的“弯腰式球扁钢”形状，再通过所述中精轧机组的孔型进行逐渐轧制获得产品。