CN1454123A - 用于减缩热轧钢铁产品断面尺寸并整定其直径的方法和轧具 - Google Patents

Abstract

一种可连续地将钢铁工件轧制成成品圆钢的方法，包括在连续的第一和第二轧次中轧制加热至约650－1000℃高温的工件，第一和第二轧次各由两个工作轧辊所限定并且其尺寸定为可共同地使工件的横断面面积减缩至少20－55％左右，伴随产生的有效应变图形以横断面中心区域的最大有效应变集中占主导地位，而且趁在有效应变图形仍保持以横断面中心区域的最大有效应变集中占主导地位之时，继续在至少第三和第四两连续轧次中轧制工件，第三和第四轧次各由至少三个工作轧辊所限定并且其尺寸定为可共同地使工件的横断面面积减缩不超过4－25％左右。

Description

用于减缩热轧钢铁产品断面尺寸并整定其直径的方法和轧具

相关申请的参考

本申请要求2000年9月8日提交的美国临时专利申请系列号60/231,108以及2001年8月10日提交的美国专利申请(系列号未知)优先权。

技术领域

本发明是关于长的钢铁产品包括，尤其是，圆形、八角形、四方形和类似断面形状的钢铁型材产品的连续热轧。

背景技术

在本文所述的圆钢轧制中，术语“整定”是指在最后轧制阶段中使工件产生最终变形以获得直径允差在标准规定范围内的产品成品标称直径，典型地，直径允差为±0.1mm左右，椭圆度允差为0.1mm左右，或者更小。再者，在本文中，术语“自由整定”的意思是对整定轧机各轧辊之间的距离为产生产品成品直径而进行调整，其将是稍微大于或小于轧辊沟槽的设计标称直径，但是其允差是在所得到的直径的允差范围内。

现已开发出了用于整定和自由整定长的钢铁产品的各种技术。例如，如1990年3月13日公布的Sasaki等人的美国专利No.4,907,438所揭示，它是用连续的两轧辊整定轧机轧制圆形过程断面，用的是圆形—圆形轧次工艺顺序，各轧次都构造成使工件断面产生相对轻度的减缩，每一轧次的减缩量约为8-15％。

通过对各整定轧辊供给取自上游中间或精轧轧机的不同轧辊的不同直径的圆钢，以及通过改变轧辊直径和沟槽形状，可以轧制出系列产品。

进行某些自由整定也是可能的，不过由于受到两轧辊轧次中必然存在的横展问题所施加的限制而只能在相当窄的系列范围内。

Sasaka等人的圆形—圆形轧次工艺顺序的另一个缺点是在某些产品中会出现双重微观组织，在这种情况下，产品整个横断面上晶粒尺度差异超过ASTM(美国材料试验协会)两个晶粒尺度号(按照ASTM E112-84度量)。

一般公认，产品横断面上超过ASTM两个晶粒尺度号的晶粒尺度差异在产品随后承受弯曲和冷拉加工时可能引起脆性断裂和表面磨损。这样大的晶粒尺度差异还将导致退火性能很差，而这又将对冷变形加工有不利影响。

双重微观组织的出现被公认为是由于各轻度减缩圆形整定轧次不能使产品整个横断面在足够短的时间内达到足够的变形程度。1994年7月5日公布的Shore等人的美国专利No.5,325,697揭示的技术曾致力于解决这一问题，其中，就在一个两轧辊圆形—圆形轻度减缩整定轧制工序之前设置了一个两轧辊大减缩椭圆形—圆形轧制工序。在椭圆形—圆形轧制工序中发生的断面大减缩使变形图形以很高的应变穿透至产品断面的心部。在伴随应力通过微观组织再结晶和还原而消除之前，接着立即进行轻度减缩两轧辊轧次。

所以，实际上，在四个连续的轧次中产生的各次减缩构成了一个实质上连续的过程，其产生的应变图形遍及产品的整个横断面，这就可避免双重微观组织的出现。

但是，这里要再一次指出，自由整定轧制的可用范围由于在两轧辊轧次中轧制时经历的横展而受到限制。

同样，还知道，也有在圆形—圆形整定工序中采用三和四轧辊轧次的，由于在这样的各轧次中可以更紧密地约束产品，这使得自由整定轧制有较宽的范围，并且这样不经历两轧辊轧次中遇到的那种横展度。

但是，与两轧辊轧次相比较，在使变形足够地穿透到产品心部方面，三和四轧辊轧次远不那末有效。而为了从产品心部到表面获得均匀的晶粒结构，足够的变形穿透是需要的。这一点对于那些依靠晶粒细化来提高其机械性能的产品尤其重要。

因此，需要有一种改进的热轧长的钢铁产品的方法，这一方法应能使产品达到整定允差并使其从心部到表面具有基本均匀的晶粒组织。

发明内容

按照本发明的一个较佳实施例，将一个钢铁工件的圆形过程断面在加热至约650至1000℃的高温下在第一和第二两轧辊轧次中进行初轧，共同使断面面积大大减缩达至少20-55％左右，伴随产生以断面中心区域的最大有效应变集中占主导地位的有效应变图形。在由再结晶和还原引起的微观组织变化发生之前以及趁在有效应变图形仍由断面中心区域的最大有效应变集中占主导地位之时，将工件在至少第三和第四轧次中轧制，其中每一轧次由至少三个轧辊限定，共同使断面面积进一步相对轻度地减缩不小于4-25％左右。

在将一个圆形过程断面以上述方式轧制成圆形断面成品例如钢筋或棒材的过程中，第一轧次使得产生椭圆形断面，而第二轧次使得产生圆形过程断面。

第三和第四轧次将圆形过程断面整形成圆形成品断面，成品断面的直径允差不超过±0.1mm以及椭圆度允差不超过0.1mm，或者1/4ASTM钢筋或棒材允差，取两者中较小者。在冷却至热平衡状态之后，轧制成的产品在其整个横断面上将有不超过ASTM两个晶粒尺度号的晶粒尺度差异。

本发明的这些以及其他特点和优点将在下文中参照各附图予以更详细的叙述。

附图说明

图1是本发明的两个可替换使用的轧制工艺顺序的图解示意图；

图2A-2D是应用有限元素法得到的由于产品在图1所示的各连续轧次P1、P2、P3、P4中的变形产生的有效塑性应变程度的模拟；以及

图3A-3B是应用有限元素法得到的由于产品经过轧次P₁和P₂的初轧之后在轧次  P3′和P4′中的变形产生的有效塑性应变程度的模拟。

具体实施方式

先参照图1，按照本发明，一个轧制工艺顺序包括P₁-P₄四个构造成可将一圆形过程断面10a轧制成成品断面10e的轧次。轧次P1由两个工作轧辊12所限定，轧辊12有构造成可将圆形过程断面10a轧制成椭圆形断面10b的沟槽。

轧次P2由两个工作轧辊16所限定，轧辊16有构造成可将椭圆形断面10b轧制成圆形过程断面10c的沟槽。根据采用的轧制进程，轧次P₁，P₂被规定为共同使断面减缩约20-55％，其中，在轧次P₁中断面减缩约11-28％，在轧次P₂中断面减缩约10-23％。

轧次P₃由三个工作轧辊20所限定，轧辊20有构造成可将圆形过程断面10c轧制成另一圆形过程断面10d的沟槽22。轧次P₄也由三个工作轧辊24所限定，轧辊24有构造成可将圆形过程断面10d轧制成成品断面10e的沟槽26。

同样，根据采用的轧制进程，轧次P₃，P₄被规定为共同使断面减缩约3-25％，其中，在轧次P₃中断面减缩约1.8-17％，在轧次P₄中断面减缩约1.2-10％。

按照这一轧制工艺顺序，例如，如果过程断面10a的直径是14.032mm，而成品断面10e的直径预定为10.0mm，那末在P₁-P₄各轧次中，依次的断面面积减缩率分别是22％，18％，10％和8％。

典型地，P₁-P₄各轧次中的滚轧都是在工件加热至约650℃至1000℃的高温下进行。

图2A-2D示出了当产品经过图1所示的各轧次后它的各有效应变图形。如图2A所示，经高减缩率两轧辊轧次P₁轧出的椭圆形断面10b的有效应变图形由在中心区域a₁的最大有效应变集中占主导地位。从中心区域a₁依次向外的各区域b₁，c₁，d₁和e₁的有效应变程度依次较低，在邻接产品横断面的外边缘的区域f₁，有效应变程度最低。

图2B表明，经第二个高减缩率两轧辊轧次P₂轧出的圆形过程断面10c的有效应变图形由有效应变为最大的中心区域a₂占主导地位，周围b₂-f₂各区域内的有效应变程度依次较低。

图2C给出了经三轧辊轻度减缩定径轧次P₃轧出的圆形过程断面10d的有效应变图形，其最大有效应变程度是在中心区域a₃内，其也是被有效应变程度依次较低的各区域b₃-f₃所包围。

在最后的轻度减缩三轧辊轧次P₄中，如图2D所示，轧出来的圆形断面10e的有效应变图形继续是由区域a₄内的最大有效应变占主导地位，周围b₄-f₄各区域内的有效应变程度依次较低。

这样，最小的晶粒尺度将是处于区域a₄内，而周围b₄-f₄各区域内的晶粒尺度依次较大。随着成品圆形断面10e被冷却，横跨断面的冷却速率将是从最外区域f₄处的最大，因而其处晶粒较大，减小到最内区域a₄处的最小，因而其处晶粒较小。随着冷却继续进行，每一区域内的晶粒将长大一个与每一区域需要的冷却时间成比例的量，这样就能降低最内区域和最外区域之间的晶粒尺度差别，使得产品的整个横断面内的晶粒尺度差异不超过ASTM的2个晶粒尺度号。

回过来看图1，还可以用由四轧辊轧次P_3′和P_4′组成的另一条途径来给从轧次P₂出来的圆形过程断面10C整形定径。轧次P_3′由四个工作轧辊20′所限定，轧辊20′有构造成能将圆形过程断面10c轧制成另一圆形过程断面10d′的沟槽22′，而轧次P_4′由四个工作轧辊24′所限定，轧辊24′有构造成能

Claims (6)

1.一种用于将钢铁工件连续地轧制成成品圆钢的方法，包括：

在连续的第一和第二轧次中轧制加热至约650-1000℃高温的所述工件，所述第一和第二轧次各由两个工作轧辊所限定并且其尺寸定为可共同地使所述工件的横断面面积减缩至少20-55％左右，伴随产生的有效应变图形以所述横断面中心区域的最大有效应变集中占主导地位；以及

趁在所述有效应变图形仍保持以所述横断面中心区域的最大有效应变集中占主导地位之时，继续在至少第三和第四两连续轧次中轧制所述工件，所述第三和第四轧次各由至少三个工作轧辊所限定并且其尺寸定为可共同地使所述工件的横断面面积减缩不超过4-25％左右。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，继续在第三和第四两连续轧次中的轧制是在所述工件的微观组织尚未因再结晶和还原而发生变化之前进行。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工件的横断面是圆形的，所述第一和第二轧次分别构造成可将所述工件的横断面相继地减缩成椭圆形断面和圆形断面，而且其特征还在于，所述第三和第四轧次都是构造成可将所述工件的横断面相继地进一步减缩成圆形断面。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述工件经过所述至少第三和第四轧次中的最后轧次轧制成直径允差不超过±0.1mm和椭圆度允差不超过0.1mm的成品圆钢。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工件在冷却至热平衡状态之后其整个横断面内的晶粒尺度差异不超过约两个ASTM晶粒尺度号。

6.一种用于连续地轧制圆形断面钢铁工件的方法，包括：

在连续的第一和第二轧次中轧制加热至约650-1000℃高温的所述工件，所述第一和第二轧次各由两个工作轧辊所限定并且其分别构造成可将所述工件的横断面相继地减缩成椭圆形断面和圆形断面并且共同地使所述工件的横断面面积减缩至少20-55％左右，伴随产生的有效应变图形以所述横断面中心区域的最大有效应变集中占主导地位；以及

在所述工件的微观组织尚未因再结晶和还原而发生变化之前，趁在所述有效应变图形仍保持以所述横断面中心区域的最大有效应变集中占主导地位之时，继续在至少第三和第四两连续轧次中将所述工件轧制成成品圆钢，所述第三和第四轧次各由至少三个工作轧辊所限定并且其尺寸定为可共同地使所述工件的横断面面积减缩不超过4-25％左右，轧制成的成品圆钢的直径允差不超过±0.1mm以及椭圆度允差不超过0.01mm。

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