專利名稱：用于減縮熱軋鋼鐵產(chǎn)品斷面尺寸并整定其直徑的方法和軋具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于長的鋼鐵產(chǎn)品包括，尤其是，圓形、八角形、四方形和類似斷面形狀的鋼鐵型材產(chǎn)品的連續(xù)熱軋。
背景技術(shù)：
在本文所述的圓鋼軋制中，術(shù)語“整定”是指在最后軋制階段中使工件產(chǎn)生最終變形以獲得直徑允差在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)的產(chǎn)品成品標(biāo)稱直徑，典型地，直徑允差為±0.1mm左右，橢圓度允差為0.1mm左右，或者更小。再者，在本文中，術(shù)語“自由整定”的意思是對整定軋機各軋輥之間的距離為產(chǎn)生產(chǎn)品成品直徑而進(jìn)行調(diào)整，其將是稍微大于或小于軋輥溝槽的設(shè)計標(biāo)稱直徑，但是其允差是在所得到的直徑的允差范圍內(nèi)。
現(xiàn)已開發(fā)出了用于整定和自由整定長的鋼鐵產(chǎn)品的各種技術(shù)。例如，如1990年3月13日公布的Sasaki等人的美國專利No.4,907,438所揭示，它是用連續(xù)的兩軋輥整定軋機軋制圓形過程斷面，用的是圓形—圓形軋次工藝順序，各軋次都構(gòu)造成使工件斷面產(chǎn)生相對輕度的減縮，每一軋次的減縮量約為8-15％。
通過對各整定軋輥供給取自上游中間或精軋軋機的不同軋輥的不同直徑的圓鋼，以及通過改變軋輥直徑和溝槽形狀，可以軋制出系列產(chǎn)品。
進(jìn)行某些自由整定也是可能的，不過由于受到兩軋輥軋次中必然存在的橫展問題所施加的限制而只能在相當(dāng)窄的系列范圍內(nèi)。
Sasaka等人的圓形—圓形軋次工藝順序的另一個缺點是在某些產(chǎn)品中會出現(xiàn)雙重微觀組織，在這種情況下，產(chǎn)品整個橫斷面上晶粒尺度差異超過ASTM(美國材料試驗協(xié)會)兩個晶粒尺度號(按照ASTM E112-84度量)。
一般公認(rèn)，產(chǎn)品橫斷面上超過ASTM兩個晶粒尺度號的晶粒尺度差異在產(chǎn)品隨后承受彎曲和冷拉加工時可能引起脆性斷裂和表面磨損。這樣大的晶粒尺度差異還將導(dǎo)致退火性能很差，而這又將對冷變形加工有不利影響。
雙重微觀組織的出現(xiàn)被公認(rèn)為是由于各輕度減縮圓形整定軋次不能使產(chǎn)品整個橫斷面在足夠短的時間內(nèi)達(dá)到足夠的變形程度。1994年7月5日公布的Shore等人的美國專利No.5,325,697揭示的技術(shù)曾致力于解決這一問題，其中，就在一個兩軋輥圓形—圓形輕度減縮整定軋制工序之前設(shè)置了一個兩軋輥大減縮橢圓形—圓形軋制工序。在橢圓形—圓形軋制工序中發(fā)生的斷面大減縮使變形圖形以很高的應(yīng)變穿透至產(chǎn)品斷面的心部。在伴隨應(yīng)力通過微觀組織再結(jié)晶和還原而消除之前，接著立即進(jìn)行輕度減縮兩軋輥軋次。
所以，實際上，在四個連續(xù)的軋次中產(chǎn)生的各次減縮構(gòu)成了一個實質(zhì)上連續(xù)的過程，其產(chǎn)生的應(yīng)變圖形遍及產(chǎn)品的整個橫斷面，這就可避免雙重微觀組織的出現(xiàn)。
但是，這里要再一次指出，自由整定軋制的可用范圍由于在兩軋輥軋次中軋制時經(jīng)歷的橫展而受到限制。
同樣，還知道，也有在圓形—圓形整定工序中采用三和四軋輥軋次的，由于在這樣的各軋次中可以更緊密地約束產(chǎn)品，這使得自由整定軋制有較寬的范圍，并且這樣不經(jīng)歷兩軋輥軋次中遇到的那種橫展度。
但是，與兩軋輥軋次相比較，在使變形足夠地穿透到產(chǎn)品心部方面，三和四軋輥軋次遠(yuǎn)不那末有效。而為了從產(chǎn)品心部到表面獲得均勻的晶粒結(jié)構(gòu)，足夠的變形穿透是需要的。這一點對于那些依靠晶粒細(xì)化來提高其機械性能的產(chǎn)品尤其重要。
因此，需要有一種改進(jìn)的熱軋長的鋼鐵產(chǎn)品的方法，這一方法應(yīng)能使產(chǎn)品達(dá)到整定允差并使其從心部到表面具有基本均勻的晶粒組織。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個較佳實施例，將一個鋼鐵工件的圓形過程斷面在加熱至約650至1000℃的高溫下在第一和第二兩軋輥軋次中進(jìn)行初軋，共同使斷面面積大大減縮達(dá)至少20-55％左右，伴隨產(chǎn)生以斷面中心區(qū)域的最大有效應(yīng)變集中占主導(dǎo)地位的有效應(yīng)變圖形。在由再結(jié)晶和還原引起的微觀組織變化發(fā)生之前以及趁在有效應(yīng)變圖形仍由斷面中心區(qū)域的最大有效應(yīng)變集中占主導(dǎo)地位之時，將工件在至少第三和第四軋次中軋制，其中每一軋次由至少三個軋輥限定，共同使斷面面積進(jìn)一步相對輕度地減縮不小于4-25％左右。
在將一個圓形過程斷面以上述方式軋制成圓形斷面成品例如鋼筋或棒材的過程中，第一軋次使得產(chǎn)生橢圓形斷面，而第二軋次使得產(chǎn)生圓形過程斷面。
第三和第四軋次將圓形過程斷面整形成圓形成品斷面，成品斷面的直徑允差不超過±0.1mm以及橢圓度允差不超過0.1mm，或者1/4ASTM鋼筋或棒材允差，取兩者中較小者。在冷卻至熱平衡狀態(tài)之后，軋制成的產(chǎn)品在其整個橫斷面上將有不超過ASTM兩個晶粒尺度號的晶粒尺度差異。
本發(fā)明的這些以及其他特點和優(yōu)點將在下文中參照各附圖予以更詳細(xì)的敘述。


圖1是本發(fā)明的兩個可替換使用的軋制工藝順序的圖解示意圖；圖2A-2D是應(yīng)用有限元素法得到的由于產(chǎn)品在圖1所示的各連續(xù)軋次P1、P2、P3、P4中的變形產(chǎn)生的有效塑性應(yīng)變程度的模擬；以及圖3A-3B是應(yīng)用有限元素法得到的由于產(chǎn)品經(jīng)過軋次P1和P2的初軋之后在軋次 P3′和P4′中的變形產(chǎn)生的有效塑性應(yīng)變程度的模擬。
具體實施例方式
先參照圖1，按照本發(fā)明，一個軋制工藝順序包括P1-P4四個構(gòu)造成可將一圓形過程斷面10a軋制成成品斷面10e的軋次。軋次P1由兩個工作軋輥12所限定，軋輥12有構(gòu)造成可將圓形過程斷面10a軋制成橢圓形斷面10b的溝槽。
軋次P2由兩個工作軋輥16所限定，軋輥16有構(gòu)造成可將橢圓形斷面10b軋制成圓形過程斷面10c的溝槽。根據(jù)采用的軋制進(jìn)程，軋次P1，P2被規(guī)定為共同使斷面減縮約20-55％，其中，在軋次P1中斷面減縮約11-28％，在軋次P2中斷面減縮約10-23％。
軋次P3由三個工作軋輥20所限定，軋輥20有構(gòu)造成可將圓形過程斷面10c軋制成另一圓形過程斷面10d的溝槽22。軋次P4也由三個工作軋輥24所限定，軋輥24有構(gòu)造成可將圓形過程斷面10d軋制成成品斷面10e的溝槽26。
同樣，根據(jù)采用的軋制進(jìn)程，軋次P3，P4被規(guī)定為共同使斷面減縮約3-25％，其中，在軋次P3中斷面減縮約1.8-17％，在軋次P4中斷面減縮約1.2-10％。
按照這一軋制工藝順序，例如，如果過程斷面10a的直徑是14.032mm，而成品斷面10e的直徑預(yù)定為10.0mm，那末在P1-P4各軋次中，依次的斷面面積減縮率分別是22％，18％，10％和8％。
典型地，P1-P4各軋次中的滾軋都是在工件加熱至約650℃至1000℃的高溫下進(jìn)行。
圖2A-2D示出了當(dāng)產(chǎn)品經(jīng)過圖1所示的各軋次后它的各有效應(yīng)變圖形。如圖2A所示，經(jīng)高減縮率兩軋輥軋次P1軋出的橢圓形斷面10b的有效應(yīng)變圖形由在中心區(qū)域a1的最大有效應(yīng)變集中占主導(dǎo)地位。從中心區(qū)域a1依次向外的各區(qū)域b1，c1，d1和e1的有效應(yīng)變程度依次較低，在鄰接產(chǎn)品橫斷面的外邊緣的區(qū)域f1，有效應(yīng)變程度最低。
圖2B表明，經(jīng)第二個高減縮率兩軋輥軋次P2軋出的圓形過程斷面10c的有效應(yīng)變圖形由有效應(yīng)變?yōu)樽畲蟮闹行膮^(qū)域a2占主導(dǎo)地位，周圍b2-f2各區(qū)域內(nèi)的有效應(yīng)變程度依次較低。
圖2C給出了經(jīng)三軋輥輕度減縮定徑軋次P3軋出的圓形過程斷面10d的有效應(yīng)變圖形，其最大有效應(yīng)變程度是在中心區(qū)域a3內(nèi)，其也是被有效應(yīng)變程度依次較低的各區(qū)域b3-f3所包圍。
在最后的輕度減縮三軋輥軋次P4中，如圖2D所示，軋出來的圓形斷面10e的有效應(yīng)變圖形繼續(xù)是由區(qū)域a4內(nèi)的最大有效應(yīng)變占主導(dǎo)地位，周圍b4-f4各區(qū)域內(nèi)的有效應(yīng)變程度依次較低。
這樣，最小的晶粒尺度將是處于區(qū)域a4內(nèi)，而周圍b4-f4各區(qū)域內(nèi)的晶粒尺度依次較大。隨著成品圓形斷面10e被冷卻，橫跨斷面的冷卻速率將是從最外區(qū)域f4處的最大，因而其處晶粒較大，減小到最內(nèi)區(qū)域a4處的最小，因而其處晶粒較小。隨著冷卻繼續(xù)進(jìn)行，每一區(qū)域內(nèi)的晶粒將長大一個與每一區(qū)域需要的冷卻時間成比例的量，這樣就能降低最內(nèi)區(qū)域和最外區(qū)域之間的晶粒尺度差別，使得產(chǎn)品的整個橫斷面內(nèi)的晶粒尺度差異不超過ASTM的2個晶粒尺度號。
回過來看圖1，還可以用由四軋輥軋次P3′和P4′組成的另一條途徑來給從軋次P2出來的圓形過程斷面10C整形定徑。軋次P3′由四個工作軋輥20′所限定，軋輥20′有構(gòu)造成能將圓形過程斷面10c軋制成另一圓形過程斷面10d′的溝槽22′，而軋次P4′由四個工作軋輥24′所限定，軋輥24′有構(gòu)造成能
權(quán)利要求
1.一種用于將鋼鐵工件連續(xù)地軋制成成品圓鋼的方法，包括在連續(xù)的第一和第二軋次中軋制加熱至約650-1000℃高溫的所述工件，所述第一和第二軋次各由兩個工作軋輥所限定并且其尺寸定為可共同地使所述工件的橫斷面面積減縮至少20-55％左右，伴隨產(chǎn)生的有效應(yīng)變圖形以所述橫斷面中心區(qū)域的最大有效應(yīng)變集中占主導(dǎo)地位；以及趁在所述有效應(yīng)變圖形仍保持以所述橫斷面中心區(qū)域的最大有效應(yīng)變集中占主導(dǎo)地位之時，繼續(xù)在至少第三和第四兩連續(xù)軋次中軋制所述工件，所述第三和第四軋次各由至少三個工作軋輥所限定并且其尺寸定為可共同地使所述工件的橫斷面面積減縮不超過4-25％左右。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，繼續(xù)在第三和第四兩連續(xù)軋次中的軋制是在所述工件的微觀組織尚未因再結(jié)晶和還原而發(fā)生變化之前進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述工件的橫斷面是圓形的，所述第一和第二軋次分別構(gòu)造成可將所述工件的橫斷面相繼地減縮成橢圓形斷面和圓形斷面，而且其特征還在于，所述第三和第四軋次都是構(gòu)造成可將所述工件的橫斷面相繼地進(jìn)一步減縮成圓形斷面。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述工件經(jīng)過所述至少第三和第四軋次中的最后軋次軋制成直徑允差不超過±0.1mm和橢圓度允差不超過0.1mm的成品圓鋼。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述工件在冷卻至熱平衡狀態(tài)之后其整個橫斷面內(nèi)的晶粒尺度差異不超過約兩個ASTM晶粒尺度號。
6.一種用于連續(xù)地軋制圓形斷面鋼鐵工件的方法，包括在連續(xù)的第一和第二軋次中軋制加熱至約650-1000℃高溫的所述工件，所述第一和第二軋次各由兩個工作軋輥所限定并且其分別構(gòu)造成可將所述工件的橫斷面相繼地減縮成橢圓形斷面和圓形斷面并且共同地使所述工件的橫斷面面積減縮至少20-55％左右，伴隨產(chǎn)生的有效應(yīng)變圖形以所述橫斷面中心區(qū)域的最大有效應(yīng)變集中占主導(dǎo)地位；以及在所述工件的微觀組織尚未因再結(jié)晶和還原而發(fā)生變化之前，趁在所述有效應(yīng)變圖形仍保持以所述橫斷面中心區(qū)域的最大有效應(yīng)變集中占主導(dǎo)地位之時，繼續(xù)在至少第三和第四兩連續(xù)軋次中將所述工件軋制成成品圓鋼，所述第三和第四軋次各由至少三個工作軋輥所限定并且其尺寸定為可共同地使所述工件的橫斷面面積減縮不超過4-25％左右，軋制成的成品圓鋼的直徑允差不超過±0.1mm以及橢圓度允差不超過0.01mm。
全文摘要
一種可連續(xù)地將鋼鐵工件軋制成成品圓鋼的方法，包括在連續(xù)的第一和第二軋次中軋制加熱至約650－1000℃高溫的工件，第一和第二軋次各由兩個工作軋輥所限定并且其尺寸定為可共同地使工件的橫斷面面積減縮至少20－55％左右，伴隨產(chǎn)生的有效應(yīng)變圖形以橫斷面中心區(qū)域的最大有效應(yīng)變集中占主導(dǎo)地位，而且趁在有效應(yīng)變圖形仍保持以橫斷面中心區(qū)域的最大有效應(yīng)變集中占主導(dǎo)地位之時，繼續(xù)在至少第三和第四兩連續(xù)軋次中軋制工件，第三和第四軋次各由至少三個工作軋輥所限定并且其尺寸定為可共同地使工件的橫斷面面積減縮不超過4－25％左右。
文檔編號B21B1/16GK1454123SQ01815373
公開日2003年11月5日 申請日期2001年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月8日
發(fā)明者T·M·肖爾, P·L·凱澤, B·V·基弗 申請人:摩根建設(shè)公司