專利名稱：一種改善金屬棒材低倍缺陷的軋制方法
技術領域：
本發明屬于鋼鐵冶金技術領域，涉及一種金屬棒材及其軋制工藝，主要適用于改善金屬棒材低倍缺陷縮孔和疏松的軋制。
背景技術：
棒材一般指橫截面形狀為圓形、方形、六角形、八角形等簡單圖形、長度相對橫截面尺寸來說比較大并且通常都是以直條狀提供的一種材料產品。棒材一般都可進行機械加工。能制成棒材的材料非常多，例如鋼棒、鋁棒和銅棒等金屬棒材、木棒、橡膠棒、塑料棒、 玻璃棒。棒材與絲材的區別主要有以下幾點1)絲材通常不是以直條狀提供，而是以盤狀提供；2)絲材的長度相對其橫截面尺寸來說一般非常大；3)絲材的橫截面方向一般不再加工。金屬棒材主要品種包括圓鋼和螺紋鋼，產品主要用于建筑、橋梁、公路、機械加工、 水利、石油等行業。金屬棒材的生產工藝流程主要包括原料準備一鋼坯加熱澆鑄形成鋼錠一軋制一倍尺剪切一冷卻一剪切一檢驗一包裝一計量一入庫。原料準備主要是對原料鋼坯進行驗貨。鋼坯加熱的目的是提高鋼的塑性，降低變形抗力，以便于軋制，正確的加熱工藝，還可以消除或減輕鋼坯內部組織缺陷。軋制是利用金屬的塑性使金屬在兩個旋轉的軋輥之間受到壓縮產生塑性變形，從而得到具有一定形狀、尺寸和性能的鋼材的加工過程，是整個軋鋼生產工藝過程的核心，對產品質量起著決定性作用。軋制產品質量包括產品的幾何形狀、尺寸精確度、內部組織、工藝力學性能及表面光潔度等幾個方面。因此，軋制工序必須根據產品技術標準或技術要求，生產產品特點和生產技術裝備能力，以及生產成本和工人勞動條件等方面的要求，制定相應的軋制工藝技術規程和工藝管理制度，以確保軋制產品質量和技術經濟指標達到最優化。精整主要包括鋼材冷卻、鋼材剪切以及鋼材驗貨，主要是通過合理的工藝得到具有特定尺寸以及質量優良的棒材。鋼液在澆注形成鋼錠后的冷凝過程中，由于體積收縮而得不到液態金屬的補充， 逐步凝固時在鋼錠的中心部位形成孔進而形成空洞狀的缺陷。大而集中的空洞稱為縮孔， 細小而分散的空隙則稱為疏松，它們一般位于鋼錠最后凝固的部分，其內壁粗糙，周圍多伴有許多雜質和細小的氣孔。疏松分為一般疏松和中心疏松。一般疏松指在橫向低倍試片上表現的呈分散的小孔隙和小黑點，孔隙多呈不規則的多邊形或圓形，分布在邊沿部分以外的整個斷面上，呈現組織不致密現象；中心疏松指在橫向低倍試片上的中心部位呈集中的小孔隙和小黑點，位于鋼錠中心部位。棒材橫向即棒材斷面圖從左至右的方向。縮孔、疏松屬于常見的金屬棒材低倍缺陷。為了減少低倍缺陷縮孔疏松，在鋼液澆注、結晶過程中要采用合理的工藝，例如可以采用較高的鑄造溫度和較慢的鑄造速度相配合來減少縮孔和疏松的產生，也可以采用適當的凝固方式和凝固方向。凝固方式主要包括逐層凝固、體積凝固和中間凝固，凝固方向主要有順序凝固和同時凝固。但是通過這些方式并不能完全杜絕低倍缺陷縮孔和疏松的產生。從熱加工原理來講，當軋制比足夠(一般認為彡13)、溫度合適、變形制度合理時， 一般疏松可在軋制過程中焊合，但軋制比并不是唯一的決定因素。例如縮孔與外界貫通，則加熱時被氧化，軋制后則不能焊合。而縮孔在軋制過程中則不能焊合。因此，在后續軋鋼過程中，如果不能有效地控制，低倍缺陷縮孔和疏松殘留在鋼材內，低倍檢查時，就會顯示出來。低倍即宏觀檢驗，指用肉眼或借助30倍以下的放大鏡對金屬的組織和缺陷進行檢查。低倍是控制金屬材料的產品質量、研究鑄造和加工工藝的一種重要而簡便的方法。低倍缺陷縮孔和疏松的存在減少了棒材的有效承載面積，造成應力集中，降低了棒材的致密度、表面光潔度以及耐腐蝕性，使機械性能顯著降低，并降低了棒材的使用壽命，嚴重影響了棒材的質量。在現有工藝、設備條件下，金屬棒材按照既定的軋制制度進行，其軋制速度、軋制溫度等受到設備能力、工藝設計等因素制約，對金屬尤其是一些特殊要求品種的熱應力加工變形極為不利，軋制后金屬棒材低倍缺陷縮孔和疏松仍會經常出現，嚴重影響了棒材的質量。因此，如何在金屬棒材軋制過程中有效控制低倍缺陷縮孔和疏松就顯得尤為重要。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明打破在現有鋼液澆鑄過程中解決縮孔、疏松的現狀， 突破軋鋼工藝、設備因素的制約，通過降低軋制速度，制定合理的軋制制度，提供一種可顯著改善金屬棒材低倍缺陷縮孔、疏松的軋制方法，并達到棒材的強度、塑性與韌性的提高。為了有效改善金屬棒材低倍缺陷縮孔、疏松問題，本發明采用了如下技術方案一種改善金屬棒材低倍缺陷的軋制方法，其特征在于，在軋制過程中，通過降低軋制速度來達到改善低倍缺陷縮孔、疏松的目的。在軋制過程中，影響金屬棒材低倍缺陷殘余縮孔、疏松的主要因素有軋制變形、 軋制速度。軋制變形是通過軋輥作用于軋件表面使軋件整體參與變形，變形應力狀態為兩壓一拉，由于力的傳遞及鋼料中心始終處于成對變形力的中心部位，所以，鋼料中心參與變形的程度遠小于其他部位(隨軋制比的增大鋼料中心參與變形的程度逐漸變大)。因此，在既定軋制制度下，軋制過程對中心疏松、縮孔均有所改善，但并無法完全消除。從軋制角度來講，軋制速度是影響軋制過程中金屬棒材低倍殘余縮孔、疏松的重要影響因素。降低軋制速度，可以打破常規變形制度及應力應變曲線，減少低倍缺陷的產生。同時，通過降低軋制速度可以降低終軋溫度，起到細化晶粒度的作用。晶粒越細，不同取向的晶粒越多，變形能較均勻地分散到各個晶粒，即可提高變形的均勻性，同時，晶界總長度越長，位錯移動時阻力越大，可以顯著提高棒材的強度、塑性和韌性。控制合理的軋制速度對于金屬棒材的內部缺陷控制以及性能提高具有非常重要的作用。軋制速度過快將導致軋件被咬入軋輥困難、軋制過程力能負荷增加、影響寬展等不良影響；軋制速度過慢將導致軋件溫降增大、軋輥熱膨脹增大、軋制過程力能負荷增加等不
4良影響。其中，軋制前、軋制后沿橫向尺寸的絕對差值稱為絕對寬展簡稱為寬展。以軋輥轉速為縱坐標，時間為橫坐標繪制出的軋輥轉速隨時間變化的曲線圖稱為軋制速度圖。車L制速度與咬入角有關，其確定原則應以保證軋件順利咬入。咬入角(bitting angle)軋制開始時軋件和軋輥最先接觸的點與軋輥垂直中心線的構成的圓心角，一般以α表示。若設軋輥直徑為D，軋件軋入前的厚度為H，軋出后的厚度為h，則咬入角α壓下量Δ h = H-h和軋輥直徑D三者之間關系為Ah = D (Ι-cos α )。軋制速度還與金屬棒材的規格有關。咬入角與軋件軋入前厚度有關，不同規格的金屬棒材的咬入角并不相同，因此，不同規格的金屬棒材軋制速度也不同。根據本發明所述方法，所述典型但非限制性實例金屬棒材規格為Φ50-Φ65，優選Φ50、Φ55, Φ60, Φ65。 所述軋制速度在原有基礎上降低20% -40%，優選20%。所述棒材變化前軋制速度為1. 50-3. 00m/s,降低20 %后，軋制速度為 1. 10-2. 40m/s。本發明的有益效果是通過降低軋鋼工序中軋制速度，改變了軋件的變形制度和應變時間，實現了金屬棒材低倍缺陷縮孔、疏松的改善。同時通過降低軋制速度可以降低終軋溫度，起到細化晶粒度的作用，提高了鋼的強度、塑性和韌性。


圖1金屬棒材生產工藝流程圖。圖2GCrl50 60低倍橫向效果對比圖
具體實施例方式為便于理解本發明，本發明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。實施例為更好地說明本發明，便于理解本發明的技術方案，本發明的典型但非限制性的實施例如下本發明的典型但非限制性的金屬棒材的生產工藝流程如圖1所示，可生產定尺材與不定尺材，主要包括原料準備一鋼坯加熱澆鑄形成鋼錠一高壓水除磷一軋制一倍尺剪切一冷卻一剪切一檢驗一包裝一計量一入庫。鋼鐵在高溫狀態下被氧化，在其表面形成一層致密的氧化鐵皮。在軋制前如果不能將這層氧化鐵皮除去，在軋制過程中它們會被軋輥壓入到帶鋼表面，影響其表面質量。殘留的氧化鐵皮也會加速軋輥的磨損，降低軋輥的使用壽命。如帶鋼需要酸洗時，殘留的氧化鐵皮會增加酸洗的難度，增加酸耗。因此軋制前，必須除去表面的氧化鐵皮。利用高壓水的機械沖擊力來除去氧化鐵皮即高壓水除鱗的方法是目前最通行有效的作法。軋制過程又分為三步來進行，分別為粗軋、中軋和精軋。在軋制后， 依次進行倍尺剪、定尺剪、檢驗等工藝即可得到所需規格金屬棒材。主要工藝設備包括提供合格鋼液的3座轉爐、2座LF精煉機、1臺鑄造機、1座用于鋼坯加熱的步進蓄熱式加熱爐、軋制線上平立交替布置的20架短應力線軋機，其型式為 8+8+4全線平-立交替布置、精整區采用步進齒條式冷床，冷床尺寸為12. 5mX 120m、1套用于棒材定尺鋸切冷剪并替的無齒鋸。實施例按圖1所示工藝流程進行GCrl5050、Φ55, Φ60, Φ65金屬棒材的制備。其中， 軋制速度在原來基礎上降低20%，不同規格棒材軋制速度變化如表1所示。表1不同規格棒材軋制速度對比
權利要求
1.一種改善金屬棒材低倍缺陷的軋制方法，其特征在于在軋制過程中，降低軋制速度。
2.如權利要求1所述方法，其特征在于所述棒材規格為Φ50-Φ65，優選Φ50、Φ 55、 Φ60、Φ65。
3.如權利要求1所述方法，其特征在于所述軋制速度在原有基礎上降低20%-40%, 優選20%.
全文摘要
本發明涉及一種改善金屬棒材低倍缺陷的軋制方法，屬于鋼鐵冶金技術領域。主要通過原料準備、鋼坯加熱澆鑄形成鋼錠、軋制、精整、檢驗等得到所需規格的棒材。其主要特征在于在軋制過程中通過降低軋制速度，來達到改善金屬棒材低倍缺陷的目的。通過本發明所述方法得到的金屬棒材低倍缺陷縮孔和疏松得到明顯改善，同時晶粒度得到細化，提高了棒材的強度、塑性與韌性。
文檔編號B21B1/18GK102357537SQ20111034227
公開日2012年2月22日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者周勝剛, 曹娜, 王彥文, 程少鵬, 陳宏豫 申請人:承德建龍特殊鋼有限公司