CN113732054A - 一种热轧h型钢的ur孔型及热轧h型钢轧制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热轧H型钢的UR孔型,包括水平辊、立辊和水平辊与立辊之间形成的UR孔型,所述UR孔型为增加斜度孔型或增加凸台孔型,UR孔型包括翼缘端部区域和翼缘根本区域,翼缘端部区域的厚度Tfe大于翼缘根本区域的厚度Tfr。使得翼缘根部区域的立辊辊缝小于翼缘端部,则同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部(△Tfr>△Tfe),并沿翼缘宽度方向从根部到端部的变形量逐渐减小。通过形成翼缘端部“低温+小变形”和翼缘根部“高温+大变形”的轧制变形条件,达到缩小沿翼缘宽度方向力学性能不均匀的目的。本发明还提供了一种热轧H型钢轧制方法。
Description
技术领域
本发明属于金属材料生产技术领域,具体涉及一种热轧H型钢的UR孔型及热轧H型钢轧制方法。
背景技术
热轧H型钢均采用“开坯+万能”轧制法生产,坯料在加热炉内加热后,经若干道次开坯轧制成“狗骨状”中间坯,再经过若干道次万能粗轧(UR)和万能精轧(UF)制成所需的外形尺寸,其核心是由四辊组成的孔型,如图1所示。图中URH1、URH2、URV1、URV2分别表示万能粗轧轧机的上、下水平辊和左、右立辊,UFH1、UFH 2、UFV1、UFV 2分别表示万能精轧轧机的上、下水平辊和左、右立辊,阴影区域所示形状为轧件的横断面。
热轧H型的横截面形状由腹板和翼缘组成,在轧制过程中,由于翼缘端部与轧辊和空气接触,另受到轧辊冷却水影响形成的强制冷却作用,其散热条件较好,冷却速度较快;而翼缘与腹板交界区域(简称翼缘根部)的散热条件较差,其冷却速度较慢。因此,在万能轧制过程中,翼缘端部的变形温度低于翼缘根部,并沿翼缘宽度方向形成了温度梯度,温度从端部到根部逐渐升高。实践表明,随着翼缘厚度或宽度增大,温度梯度将进一步扩大。
热轧H型钢的翼缘厚度由立辊辊身与水平辊侧壁组成的开口孔型控制(简称立辊辊缝),而厚度方向的变形量就是由道次间立辊辊缝确定的。实际轧制过程中,同一个道次沿翼缘厚度方向各区域立辊辊缝相同,所以各区域的翼缘厚度轧制变形量相同。
综上所述,当前的生产方法,在沿翼缘宽度方向无法形成差异化的轧制变形量,暨翼缘端部在较低的温度变形,而翼缘根部在较高的温度变形,从而导致两个区域的力学性能存在较大差距,并形成了力学性能的梯度。此外,随着翼缘厚度或宽度增大,该梯度将进一步扩大。
目前,某些钢结构已对力学性能截面均匀性提出明要求,并且越来越多的钢结构也对产品提出了类似要求。对于采用常规工艺的热轧H型钢产品,其沿翼缘宽度方向力学性能差距由于无法得到有效控制,无法生产出满足该需求的产品。
经检索,目前改善热轧H型钢截面性能均匀性的方法均要求进行轧制过程或轧后采用控制冷却,需要另增加工序和设备,还没有公开的方法能在不改变原工艺路线的前提下缩小翼缘端部与翼缘根部区域的轧制变形条件差异,从而无法显著改善热轧H型钢沿翼缘宽度方向力学性能均匀性。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明的目的在于提供一种热轧H型钢的UR孔型,仅通过UR孔型调整,即可显著改善热轧H型钢沿翼缘宽度方向力学性能均匀性;本发明还提供了一种热轧H型钢轧制方法。
为实现上述目的,本发明的技术方案为:一种热轧H型钢的UR孔型,包括水平辊、立辊和水平辊与立辊之间形成的UR孔型,所述UR孔型为增加斜度孔型或增加凸台孔型,UR孔型包括翼缘端部区域和翼缘根本区域,翼缘根本区域的厚度Tfr小于翼缘端部区域的厚度Tfe。
进一步的,所述增加斜度孔型为通过调整立辊辊身的斜度形成,立辊与H型钢接触的侧面向靠近立辊的方向偏移α夹角,使得翼缘根部区域的立辊辊缝小于翼缘端部区域的立辊辊缝,同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部变形量。
进一步的,所述增加斜度孔型为通过调整水平辊的侧壁斜度形成,水平辊与H型钢接触的侧面向靠近水平辊的方向偏移α夹角,翼缘根部区域的立辊辊缝大于翼缘端部区域的立辊辊缝,同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部变形量。
进一步的,所述α夹角的取值为5°~30°。
进一步的,所述增加凸台孔型为通过在立辊辊身上靠近翼缘根部区域增加单个或多个凸台形成,同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部变形量。
进一步的,所述凸台到翼缘端部的距离大于等于热轧H型钢宽度的四分之一。
进一步的,所述凸台面积为半翼缘面积的10%~40%。
进一步的,所述凸台为箱型凸台,箱型凸台为梯形结构,箱型凸台的底宽为a值、顶宽为b值、高度为c值,a值>b值;在半翼缘处箱型凸台的个数≤5个,相邻箱型凸台的底部间隔≥顶宽b值。
进一步的,所述凸台为弧形凸台,弧形凸台为圆弧结构,弧形凸台的底宽为a值、高度为c值,在半翼缘处弧形凸台的个数≤5个。
本发明还涉及一种热轧H型钢轧制方法,包括转炉冶炼或电路冶炼→矩形坯或板坯或异型坯连铸→坯料加热→开坯轧制→万能轧制→空冷,其特征在于:所述万能轧制的万能粗轧过程用万能粗轧孔型为上述所述的一种热轧H型钢的UR孔型。
采用本发明技术方案的优点为:
1、本发明UR孔型的设计通过形成翼缘端部“低温+小变形”和翼缘根部“高温+大变形”的轧制变形条件,从根本上改善沿翼缘宽度方向力学性能不均匀。而且本发明热轧H型钢轧制方法仅采用特殊的UR孔型,对立辊或水平辊进行简单加工,无需对万能轧制过程中的翼缘与腹板协调变形进行调整,其他孔型也无需调整(尤其是精轧孔型),即可显著改善热轧H型钢沿翼缘宽度方向力学性能均匀性,因此具有良好的规格适应性,能够在高度H值100mm~1200mm、宽度B值100mm~500mm、腹板厚度4mm~100mm、翼缘厚度5mm~150mm规格热轧H型钢产品上实现。
2、本发明基于翼缘端部区域轧制温度低,而翼缘根部区域轧制温度高的实际情况,通过非成品道次的孔型设计,相对增大翼缘根部区域的轧制变形量,从而在翼缘端部和根部分别形成“低温+小变形”和“高温+大变形”的轧制条件,获得沿翼缘宽度方向力学性能均匀的热轧H型钢产品。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1为常规热轧H型钢万能轧制示意图,(a)为UR轧制示意图,(b)为UF轧制示意图;
图2为本发明热轧H型钢尺寸标识示意图,(a)为全部尺寸标识,(b)为翼缘厚度标识;
图3为本发明增加斜度孔型示意图,(a)为调整立辊辊身斜度示意图;(b)为调整水平辊侧壁斜度示意图;
图4为本发明增加凸台孔型示意图,(a)为立辊辊身增加单个箱型凸台示意图;(b)立辊辊身增加单个弧形凸台示意图。
具体实施方式
在本发明中,需要理解的是,术语“长度”;“宽度”;“上”;“下”;“前”;“后”;“左”;“右”;“竖直”;“水平”;“顶”;“底”“内”;“外”;“顺时针”;“逆时针”;“轴向”;“平面方向”;“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位;以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
热轧H型钢横截面形状由翼缘和腹板组成,其中,H表示高度,B表示宽度,Tw表示腹板厚度,Tf表示翼缘厚度。为了便于表述不同位置的翼缘厚度,以Tfe表示翼缘端部的厚度,以Tfr表示翼缘与腹板交界区域(简称翼缘根部)的厚度,由于热轧H型钢为双轴对称,万能轧制过程也以同样的形式轧制变形,所以热轧H型钢沿翼缘宽度方向的力学性能差异,可以半翼缘为代表进行描述,如图2所示。
本发明的描述中,术语“端部”、“根部”、“上”、“下”“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于图2所示的方位或位置关系,仅为了便于描述本发明,而非特定的方位构造,因此不能理解为对本发明的限制。
基于翼缘端部区域轧制温度低,而翼缘根部区域轧制温度高的实际情况,通过非成品道次的孔型设计,相对增大翼缘根部区域的轧制变形量,从而在翼缘端部和根部分别形成“低温+小变形”和“高温+大变形”的轧制条件,获得沿翼缘宽度方向力学性能均匀的热轧H型钢产品。本发明表述中,术语“高温”、“低温”、“大变形”、“小变形”等仅为描述差异,并不特指具体的温度或变形量,因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的热轧H型钢生产方法,需要采用特殊的UR孔型,按形式可分为“增加斜度”和“增加凸台”两种模式。为方便描述,以下描述均针对1/4横截面,既以半翼缘为对象。
一种热轧H型钢的UR孔型,包括水平辊、立辊和水平辊与立辊之间形成的UR孔型,所述UR孔型为增加斜度孔型或增加凸台孔型,UR孔型包括翼缘端部区域和翼缘根本区域,翼缘端部区域的厚度Tfe大于翼缘根本区域的厚度Tfr。使得翼缘根部区域的立辊辊缝小于翼缘端部,则同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部(△Tfr>△Tfe),并沿翼缘宽度方向从根部到端部的变形量逐渐减小,如图3所示。通过形成翼缘端部“低温+小变形”和翼缘根部“高温+大变形”的轧制变形条件,达到缩小沿翼缘宽度方向力学性能不均匀的目的。
具体的,当UR孔型为增加斜度孔型,使得翼缘根本区域的厚度Tfr小于翼缘端部区域的厚度Tfe;当UR孔型为增加凸台孔型,使得孔型中翼缘根部区域面积小于翼缘端部区域面积;同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部,且都会形成翼缘端部“低温+小变形”和翼缘根部“高温+大变形”的轧制变形条件,达到缩小沿翼缘宽度方向力学性能不均匀的目的。
增加斜度孔型为通过调整立辊辊身的斜度形成,立辊与H型钢接触的侧面向靠近立辊的方向偏移α夹角,使得翼缘根部区域的立辊辊缝小于翼缘端部区域的立辊辊缝,同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部变形量。优选的,α夹角的取值为5°~30°。
增加斜度孔型为通过调整水平辊的侧壁斜度形成,水平辊与H型钢接触的侧面向靠近水平辊的方向偏移α夹角,翼缘根部区域的立辊辊缝小于翼缘端部区域的立辊辊缝,同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部变形量。优选的,α夹角的取值为5°~30°。
综上,增加斜度孔型是通过调整立辊辊身斜度或水平辊侧壁斜度,呈5°~30°夹角(以α表示),使得翼缘根部区域的立辊辊缝小于翼缘端部,则同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部(△Tfr>△Tfe),并沿翼缘宽度方向从根部到端部的变形量逐渐减小,如图3所示。通过形成翼缘端部“低温+小变形”和翼缘根部“高温+大变形”的轧制变形条件,达到缩小沿翼缘宽度方向力学性能不均匀的目的。
如夹角α值低于5°,则沿翼缘宽度方向的轧制变形量差距过小,不能形成明显的差异化;如α值高于30°,则翼缘端部金属量过多,在轧件出UR进入UF时易出现翼缘端部外侧折叠缺陷,影响产品表面质量。所以,α值的范围是5°~30°。
增加凸台孔型为通过在立辊辊身上靠近翼缘根部区域增加单个或多个凸台形成,翼缘根部区域的立辊辊缝小于翼缘端部区域的立辊辊缝,具体为孔型中翼缘根部区域面积小于翼缘端部区域面积;同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部变形量(△Tfr>△Tfe),并沿翼缘宽度方向从根部到端部的变形量逐渐减小,如图4所示。通过形成翼缘端部“低温+小变形”和翼缘根部“高温+大变形”的轧制变形条件,达到缩小沿翼缘宽度方向力学性能不均匀的目的。
凸台到翼缘端部的距离大于等于热轧H型钢宽度的四分之一,即凸台位置应位于距离翼缘端部不低于热轧H型钢宽度四分之一(B/4)的区域。如凸台距离翼缘端部过近,强迫宽展将影响翼缘端部区域,导致沿翼缘宽度方向的轧制变形量差距过小。因此,凸台位置应位于距离翼缘端部不低于热轧H型钢宽度四分之一的区域。
凸台面积为半翼缘面积的10%~40%,即凸台面积在半翼缘面积的占比控制在10%~40%,对于厚翼缘或宽翼缘,宜取大值。如凸台面积占比低于10%,则沿翼缘宽度方向的轧制变形量差距过小;如凸台面积占比高于40%,则翼缘根部区域金属凹陷量过大,易压入形成折叠缺陷,或导致端部与根部金属量差距过大,进而在轧件出UR进入UF时出现翼缘根部孔型不充满,影响产品表面尺寸。因此,凸台整体面积在半翼缘原始面积占比范围是10%~40%。
凸台为箱型凸台或弧形凸台,箱型凸台为梯形结构,箱型凸台的底宽为a值、顶宽为b值、高度为c值,a值>b值,否则轧制过程中金属不易脱槽,造成缠辊事故。因此,底宽a值应大于顶宽b值;在半翼缘处箱型凸台的个数≤5个,相邻箱型凸台的底部间隔≥顶宽b值,箱型凸台的总面积在半翼缘原始面积占比范围是10%~40%。如凸台格式多余5个,或底部间隔小于顶宽b值,则易形成过多靠近的翼缘根部区域金属凹陷,轧制过程中易相互影响最终形成折叠或翘皮等轧制缺陷。因此,在半翼缘处的箱型凸台个数不多余5个,底部间隔不小于顶宽b值。
弧形凸台为圆弧结构,弧形凸台的底宽为a值、高度为c值,在半翼缘处弧形凸台的个数≤5个;对于弧形凸台与箱型凸台类似,由于其没有顶宽b值,箱型凸台中相关b值的限定不适用,其余限定均适用。
基于上述UR孔型,本发明还提供了一种热轧H型钢轧制方法,铁水预处理(可选)→转炉冶炼或电路冶炼→吹氩精炼(可选)→炉外精炼(可选)→真空精炼(可选)→矩形坯或板坯或异型坯连铸→坯料加热→开坯轧制→万能轧制→空冷。铁水预处理、吹氩精炼、炉外精炼和真空精炼工序,可根据不同的产品性能和加工工艺要求选用,其余工序为本发明必须采用的工序。
其中,热轧H型钢生产方法,需要采用矩形坯、板坯或异型坯,钢区坯料生产按已公开的方法即可;需要采用加热炉加热,按已公开的方法进行,确保轧件能够在设定的温度轧制变形即可;,需要采用开坯轧制,其孔型设计和规程设计按已公开的方法进行,确保获得万能轧制所需的中间坯尺寸即可。
热轧H型钢生产方法,需要采用万能轧制,采用UR-E-UF或UR-E-UR-UF形式轧制,可以是往复式、半连续式或全连续式;在万能轧制的万能粗轧过程用万能粗轧孔型为上述热轧H型钢的UR孔型。
本发明方法仅采用特殊的UR孔型,且无需对万能轧制过程中的翼缘与腹板协调变形进行调整,其它孔型无需调整(尤其是精轧孔型),因此适用当前所有规格的热轧H型钢,其高度H值范围是100mm~1200mm,宽度B值范围是100mm~500mm,腹板厚度范围是4mm~100mm,翼缘厚度是5mm~150mm。
本发明UR孔型的设计通过形成翼缘端部“低温+小变形”和翼缘根部“高温+大变形”的轧制变形条件,从根本上改善沿翼缘宽度方向力学性能不均匀。而且本发明热轧H型钢轧制方法仅采用特殊的UR孔型,对立辊或水平辊进行简单加工,且无需对万能轧制过程中的翼缘与腹板协调变形进行调整,其他孔型无需调整(尤其是精轧孔型),即可显著改善热轧H型钢沿翼缘宽度方向力学性能均匀性,因此具有良好的规格适应性。
下表为本发明针对不同规格的H型钢UR孔型为增加斜度孔型或增加凸台孔型的实施例和对比例。
由表可知,采用本发明方法可以在所述范围内的规格产品上实现翼缘端部与根部力学性能差异的显著改善。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种热轧H型钢的UR孔型,其特征在于:包括水平辊、立辊和水平辊与立辊之间形成的UR孔型,所述UR孔型为增加斜度孔型或增加凸台孔型,UR孔型包括翼缘端部区域和翼缘根本区域,翼缘根本区域的厚度Tfr小于翼缘端部区域的厚度Tfe。
2.如权利要求1所述的一种热轧H型钢的UR孔型,其特征在于:所述增加斜度孔型为通过调整立辊辊身的斜度形成,立辊与H型钢接触的侧面向靠近立辊的方向偏移α夹角,使得翼缘根部区域的立辊辊缝小于翼缘端部区域的立辊辊缝,同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部变形量。
3.如权利要求1所述的一种热轧H型钢的UR孔型,其特征在于:所述增加斜度孔型为通过调整水平辊的侧壁斜度形成,水平辊与H型钢接触的侧面向靠近水平辊的方向偏移α夹角,翼缘根部区域的立辊辊缝小于翼缘端部区域的立辊辊缝,同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部变形量。
4.如权利要求2或3所述的一种热轧H型钢的UR孔型,其特征在于:所述α夹角的取值为5°~30°。
5.如权利要求1所述的一种热轧H型钢的UR孔型,其特征在于:所述增加凸台孔型为通过在立辊辊身上靠近翼缘根部区域增加单个或多个凸台形成,同道次中翼缘根部轧制变形量大于翼缘端部变形量。
6.如权利要求5所述的一种热轧H型钢的UR孔型,其特征在于:所述凸台到翼缘端部的距离大于等于热轧H型钢宽度的四分之一。
7.如权利要求6所述的一种热轧H型钢的UR孔型,其特征在于:所述凸台面积为半翼缘面积的10%~40%。
8.如权利要求7所述的一种热轧H型钢的UR孔型,其特征在于:所述凸台为箱型凸台,箱型凸台为梯形结构,箱型凸台的底宽为a值、顶宽为b值、高度为c值,a值>b值;在半翼缘处箱型凸台的个数≤5个,相邻箱型凸台的底部间隔≥顶宽b值。
9.如权利要求7所述的一种热轧H型钢的UR孔型,其特征在于:所述凸台为弧形凸台,弧形凸台为圆弧结构,弧形凸台的底宽为a值、高度为c值,在半翼缘处弧形凸台的个数≤5个。
10.一种热轧H型钢轧制方法,包括转炉冶炼或电路冶炼→矩形坯或板坯或异型坯连铸→坯料加热→开坯轧制→万能轧制→空冷,其特征在于:所述万能轧制的万能粗轧过程用万能粗轧孔型为如权利要求1至9任意一项所述的一种热轧H型钢的UR孔型。
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