一种φ65mm棒材孔型结构及其轧制方法
【专利摘要】本发明涉及一种φ65mm棒材孔型结构，第8架次孔型采用多半径椭圆孔结构，上部包括第一圆弧部，以及与第一圆弧部衔接的第二圆弧部，以及过渡槽口圆角，过渡槽口圆角过渡至槽口平面，第8架次孔型下部与第一圆弧部和第二圆弧部对称，并由第二圆弧部衔接至槽口平面；第9架次孔型采用带直线侧壁圆孔型结构，孔型上部包括第三圆弧部，第三圆弧部使用切线连接至槽口平面，第9架次孔型下部与上部对称。本发明还涉及一种φ65mm棒材孔型轧制方法。本发明的优点体现在：通过对8、9架孔型设计及重新分配4、5、6、7架次压下量，通过对粗轧机组孔型压下量的改变，来提高小棒所生产的大规格棒材内在质量、性能。
【专利说明】
一种d) 65mm棒材孔型结构及其轧制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种大规格钢材的孔型设计及乳制方案，具体涉及一种巾65mm棒材孔 型结构及其乳制方法，属于加工工艺领域。
【背景技术】
[0002] 孔型设计是型钢生产中的核心环节，它直接关系到金属塑性流动的合理性以及乳 后产品的组织性能，并且孔型连乳棒材技术本身具有多道次、多方向同时加工的大应变特 性。
[0003] 现有技术中的大规格刚才（彡(i)60mm)探伤内部合格率较低（约60%-70%左右）， 经定位取样其中多为疏松、内裂未焊合。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种提高探伤的内部合格率的同时 改善钢材的表面质量的巾65mm棒材孔型结构。
[0005] 为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
[0006] -种巾65mm棒材孔型结构，第8架次孔型采用多半径椭圆孔结构，上部包括第一圆 弧部，以及与第一圆弧部衔接的第二圆弧部，以及过渡槽口圆角，过渡槽口圆角过渡至槽口 平面，第8架次孔型下部与第一圆弧部和第二圆弧部对称，并由第二圆弧部衔接至槽口平 面;第9架次孔型采用带直线侧壁圆孔型结构，孔型上部包括第三圆弧部，第三圆弧部使用 切线连接至槽口平面，第9架次孔型下部与上部对称。
[0007] 进一步的，所述第8架次横槽口宽度为149.88mm，槽底高度为93.28mm;第一圆弧部 圆心在竖轴上，半径115mm，弧度为60° ;第二圆弧部圆心在横轴上，半径36.06mm;过渡槽口 圆角半径12mm;辑缝宽度13mm。
[0008] 进一步的，所述第9架次槽口宽度为116.05mm，槽底高度为106mm;第三圆弧部半径 53mm，第三圆弧部圆心位于横轴竖轴交点，第三圆弧部弧度为120°，孔型侧壁角30°，辊缝宽 度llmm 〇
[0009] 本发明还公开了一种棒材孔型乳制方法，包括如下步骤：
[0010] (1)粗乳机共有乳机7架，其中1V-5V孔型形状为扁箱和方箱，6H为椭圆孔型，7V为 预备圆孔型；
[0011] 调整粗乳7架辊缝值：第1架由55mm收至35mm，第2架由25mm收至10.5mm，第3架由 22mm收至13mm，第4架由22mm收至8mm，第5架由20mm收至13mm，第6架由20mm收至11mm，第7架 由16mm收至8mm;
[0012] ⑵调整乳制方面延伸系数：
[0013] 原总延伸系数:4.8609,平均延伸系数：1.2534,调整为：总延伸系数为:5.079,平 均延伸系数为：1.2613;
[0014] (3)调整各机架压下量：
[0015] 第1架由26 ? 6mm增加至48 ? 6mm，第2架由69mm增加至84mm，第3架由80mm增加至 90mm，第4架由78mm增加至92mm，第5架由77mm增加至85mm，第6架由62mm增加至71mm，第7架 由78mm增加至81mm，第8架由53.11mm增加至56.11mm，第9架由49mm增加至53mm;
[0016] (4)调整粗乳预备圆孔型：
[0017] 由(M38mm±2.5调整为圆孔型 <M35mm±1.5;
[0018] (5)对实际生产的(i>65mm、GCrl5进行了成品材逐支手工探伤。
[0019]进一步的，棒材在进行加热时，将加热炉炉尾入炉温度降至700°C以下，总加热时 间由原来的4小时30分钟延长40分钟，至5小时10分钟。
[0020] 进一步的，平均入炉温度为690°C。
[0021] 进一步的，所述粗乳7架降速30%，由原来的出口速度lM/s降至0.7M/s。
[0022] 本发明公开的一种巾65_棒材孔型结构及其乳制方法，具有以下有益效果：
[0023] 通过对8、9架孔型设计及重新分配4、5、6、7架次压下量，通过对粗乳机组孔型压下 量的改变，来提高小棒所生产的大规格棒材（多巾60mm)内在质量、性能。同时，辅以速度制 度(粗乳7架降速30%)从而改善钢材的内部质量，提高了棒材的探伤合格率。
【附图说明】
[0024]图1是第8架次孔型图；
[0025] 图2是第9架次孔型图；
[0026] 图3是两种孔型各乳制道次乳件心部应变情况；
[0027] 图4是两种孔型各道次乳制乳件角部应变情况；
[0028] 图5是两种孔型各道次乳制乳件侧表面应变情况；
[0029] 图6是两种孔型各乳制道次接触弧区域应变情况；
[0030] 图7是两种孔型各乳制道次乳件心部应力情况；
[0031] 图8是两种孔型各乳制道次乳件角部应力变化；
[0032]图9是两种孔型各乳制道次乳件侧表面应力情况；
[0033]图10是两种孔型各乳制道次接触区域应力变化情况；
[0034]图11是两种孔型各乳制道次心部静水压力变化情况；
[0035] 附图标记说明：
[0036] 1.第一圆弧部，2.第二圆弧部，3.过渡槽口圆角，4.槽口平面，5.第三圆弧部，6.切 线，7.槽口平面。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。
[0038] 请参见图1-图2。
[0039] -种棒材孔型结构，第8架次孔型采用多半径椭圆孔结构，上部包括第一圆 弧部1，以及与第一圆弧部1衔接的第二圆弧部2，以及过渡槽口圆角3，过渡槽口圆角3过渡 至槽口平面4,第8架次孔型下部与第一圆弧部1和第二圆弧部2对称，并由第二圆弧部2衔接 至槽口平面;第9架次孔型采用带直线侧壁圆孔型结构，孔型上部包括第三圆弧部5，第三圆 弧部5使用切线6连接至槽口平面7,第9架次孔型下部与上部对称。
[0040] 第8架次横槽口宽度为149.88mm，槽底高度为93.28mm;第一圆弧部圆心在竖轴上， 半径115mm，弧度为60° ;第二圆弧部圆心在横轴上，半径36.06mm;过渡槽口圆角半径12mm; 辊缝宽度13mm。
[00411 第9架次槽口宽度为116.05mm，槽底高度为106mm;第三圆弧部半径53mm，第三圆弧 部圆心位于横轴竖轴交点，第三圆弧部弧度为120°，孔型侧壁角30°，辊缝宽度11mm。
[0042] 本发明还公开了一种巾65mm棒材孔型乳制方法，包括如下步骤：
[0043] (1)粗乳机共有乳机7架，其中1V-5V孔型形状为扁箱和方箱，6H为椭圆孔型，7V为 预备圆孔型；
[0044] 调整粗乳7架辊缝值：第1架由55mm收至35mm，第2架由25mm收至10.5mm，第3架由 22mm收至13mm，第4架由22mm收至8mm，第5架由20mm收至13mm，第6架由20mm收至11mm，第7架 由16mm收至8mm;
[0045] (2)调整乳制方面延伸系数：
[0046] 原总延伸系数:4.8609，平均延伸系数：1.2534，调整为：总延伸系数为:5.079，平 均延伸系数为：1.2613;
[0047] (3)调整各机架压下量：
[0048] 第1架由26 ? 6mm增加至48 ? 6mm，第2架由69mm增加至84mm，第3架由80mm增加至 90mm，第4架由78mm增加至92mm，第5架由77mm增加至85mm，第6架由62mm增加至71mm，第7架 由78mm增加至81mm，第8架由53.11mm增加至56.11mm，第9架由49mm增加至53mm;通过第3、4、 道次进行大压下量乳制，坯料心部组织焊合良好，有利于提升产品合格率；
[0049] (4)调整粗乳预备圆孔型：
[0050] 由(i>138mm±2.5调整为圆孔型(i>135mm±1.5;精度提升，进入I中乳咬入顺利，乳 制稳定。巾135mm孔型在粗乳阶段(前7架)乳制时的等效应变较巾138mm孔型大，乳件进入I 中乳(第8架）后，心部、角部以及接触区域的应变有所下降；第9架乳制时应变又有所上升， 增幅缓慢。在粗乳阶段，各道次乳制时乳件心部的等效应力为巾138mm孔型优于巾135mm孔 型，跟前面等效应变的结果相对应，说明新孔型的变形渗透较原孔型好。
[0051]从心部静水压力分析的结果来看，原孔型的压应力变化相对新孔型波动较大，而 新孔型具有弦函数的特点，变化有规律，有利于乳件的变形。
[0052] 孔型设计(8H-I1、9V-109)修改后于2015年11月15日上线试乳，8架孔型充满度大 约97% (修改前约92% )，9架孔型充满度大约95% (修改前约91 % )。现场看8架线宽有所收 窄，过程乳制正常有序，取试样检验高倍、低倍、组织、晶粒度及探伤，结果均有所提升 [0053] (5)对实际生产的(i>65mm、GCrl5进行了成品材逐支手工探伤，得出全部符合GB/ T4162-2008A级探伤标准，比前期生产的巾65mm、GCrl5探伤效果有明显提升。
[0054]通过2个月的大规格钢材探伤结果分析。即：改前，改后综合探伤合格率上升了 1%，但黑皮材的探伤合格率提升了7%，达到了81 %的合格率，部分小规格黑皮材的合格率 几乎达到了 100 %。
[0055] 棒材在进行加热时，将加热炉炉尾入炉温度降至700°C以下，平均入炉温度为690 °C，总加热时间由原来的4小时30分钟延长40分钟，至5小时10分钟。粗乳7架降速30%，由原 来的出口速度lM/s降至0.7M/s。
[0056]本发明对西马克工艺(原工艺）、调整后的现行工艺(新工艺)开展了乳制变形过程 中乳件的应变、应力以及心部应力状态为主要参考依据的数值模拟。每套工艺都模拟了9架 次，包括粗乳7架，I中乳2架，为提高计算的精度，机架之间的距离以及乳制参数力求做到与 实际吻合，保证模拟的环境是可靠的，以此得出的数据是精确的。以及本发明将9道次连乳 过程分为两部分建模，模型I模拟前7道次连乳过程，模型n模拟后2道次连乳过程。在模拟I 计算完成之后，将乳件上网格畸变的头尾部删除，此操作对应实际生产中的1#剪切除来料 的切头过程，防止头部变形产生的裂纹等缺陷带入下道次乳制，造成冲导卫而伤害乳机。切 除网格畸变后的乳件通过数值传递技术将模型I中的模拟结果传递到模型n中，并作为模 型n模拟时的初始条件。
[0057]通过数值模拟，使得最后确定的工艺具有应力渗透强，应变大，对疏松的压实、缩 孔的焊合以及铸态粗晶的破碎等效果更将明显，进一步乳材产品的质量。
[0058] 表一:两套孔型个道次乳制参数一览表
[0061 ]有限元模型的建立：
[0062] 1 ?建模
[0063] 对孔型设计人员提供的经过丰富的设计经验和生产实际得出的新乳制规程以及 西马克乳制工艺进行了三维几何建模，并利用两种实用性软件之间的无缝接口实现数值模 拟。由于各工件具有几何对称性，采用1 /4的建模技术。
[0064] 2 ?边界条件
[0065]乳辊以及推板均选择刚体，乳件为塑性体，材质为GCrl5,开乳温度为：1050~1110 r。
[0066] 3.模拟结果分析
[0067] 数值模拟结果可以分析计算出热连乳过程中各道次的应变、应力以及宽展值。
[0068] (1)两套孔型各道次之间的等效应变比较
[0069] 见图3-图6,将变形区内的乳件分为四区：心部、角部、接触弧区域、侧表面区域，对 以上各区依次进行应变值的比较：
[0070] 随着乳制的进行，乳件变形区四区域内的等效应变呈增长的趋势，如图3-6所示， 135孔型在粗乳阶段(前7架)乳制时的等效应变较138孔型大，乳件进入I中乳(第8架)后，心 部、角部以及接触区域的应变有所下降;第9架乳制时应变又有所上升，增幅缓慢。
[0071] (2)两套孔型各道次之间的等效应力比较
[0072] 见图7-10,在粗乳阶段，各道次乳制时乳件心部的等效应力为138孔型优于135孔 型，跟前面等效应变的结果相对应，说明新孔型的变形渗透较原孔型好。当乳件进入第8架 乳制乳制时，优势不再明显，两者相近。乳件的角部和接触区域在粗乳阶段乳制时，除第二 架外，两种孔型之间的差异并不明显，但进入第8架乳机后，新孔型的等效应力值大幅上升， 而之后又缓慢下降，相比原孔型较差。结合上述等效应变情况，两者变化相吻合。
[0073] (3)两套孔型各道次之间的心部应力状态比较
[0074]见图11，乳件在9道次乳制时心部的应力状态全部为压应力，其变化呈波浪线趋势 发展，存在此起彼伏，一高一低的特点。较大的波动幅度对心部孔洞的闭合不利，所以相对 原孔型，新孔型的变化波动具有弦函数的特点，变化比较稳定，认为该应力状态对变形有 利。
[0075] (4)宽展分析
[0076]对宽展的分析主要是和实际宽展进行比较以此来验证模拟的准确性和精度。本发 明仅对138孔型进行宽展验证，见下表：
[0077] 表二：宽展验证
[0079]由表可知，粗乳第1架相对误差达到20.5%，第6架为16%，粗乳第1架由于处在咬 钢阶段，第6架为方变椭，所以略超出所容许的范围，其余5架误差控制在10 %以内，是允许 的。
[0080] 4 ?模拟结论
[0081] (1)从等效应变分析的结果来看，新孔型在粗乳阶段较原孔型有一定的优势，但第 8、9架乳制时略有不足。
[0082] (2)从等效应力分析的结果来看，新孔型的第2、8、9架相对原孔型较差，其中8、9架 的应力和应变变化相吻合，再次证明确实存在不足的地方。
[0083] (3)从心部静水压力分析的结果来看，原孔型的压应力变化相对新孔型波动较大， 而新孔型具有弦函数的特点，变化有规律，有利于乳件的变形。
[0084] (4)关于模拟宽展和实际宽展之间的比较，发现原孔型的第2、6两架存在误差，但 这对前面分析得出的结论的影响可减到最低。
[0085] 结论:新孔型从建模看变形较原孔型有一定的优势。
[0086] 下表为表面部分的探伤结果，通过下表可知，实际生产钢材的探伤结果可以得出 一个趋势，即新孔型设计后GCrl5钢综合探伤合格率上升了20%，实际生产效果理想。
[0087] 表三:2015年12月份产材与2016年1月份产材探伤结果对比表 「00881
[0090]以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制;应当指出，尽管参照上述各 实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各 实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这 些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1. 一种Φ 65mm棒材孔型结构，其特征在于，第8架次孔型采用多半径椭圆孔结构，上部 包括第一圆弧部，以及与第一圆弧部衔接的第二圆弧部，以及过渡槽口圆角，过渡槽口圆角 过渡至槽口平面，第8架次孔型下部与第一圆弧部和第二圆弧部对称，并由第二圆弧部衔接 至槽口平面;第9架次孔型采用带直线侧壁圆孔型结构，孔型上部包括第三圆弧部，第三圆 弧部使用切线连接至槽口平面，第9架次孔型下部与上部对称。2. 根据权利要求1所述的一种棒材孔型结构，其特征在于，所述第8架次横槽口宽度为 149.88mm，槽底高度为93.28mm;第一圆弧部圆心在竖轴上，半径115mm，弧度为60° ;第二圆 弧部圆心在横轴上，半径36.06mm;过渡槽口圆角半径12mm;辑缝宽度13mm。3. 根据权利要求1所述的一种棒材孔型结构，其特征在于，所述第9架次槽口宽度为 116.05mm，槽底高度为106mm;第三圆弧部半径53mm，第三圆弧部圆心位于横轴竖轴交点，第 三圆弧部弧度为120°，孔型侧壁角30°，辊缝宽度11mm。4. 一种Φ 65mm棒材孔型乳制方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 粗乳机共有乳机7架，其中1V-5V孔型形状为扁箱和方箱，6H为椭圆孔型，7V为预备 圆孔型； 调整粗乳7架辑缝值:第1架由5 5mm收至3 5mm，第2架由2 5mm收至10.5mm，第3架由2 2mm收 至13謹，第4架由22謹收至8謹，第5架由2Ctam收至13謹，第6架由2Ctam收至11謹，第7架由16謹 收至8mm; (2) 调整乳制方面延伸系数： 原总延伸系数:4.8609,平均延伸系数：1.2534,调整为：总延伸系数为：5.079,平均延 伸系数为：1.2613; (3) 调整各机架压下量： 第1架由26 · 6mm增加至48 · 6mm，第2架由69mm增加至84mm，第3架由80mm增加至90mm，第4 架由78mm增加至92mm，第5架由77mm增加至85mm，第6架由62mm增加至71mm，第7架由78mm增 加至81mm，第8架由53.11mm增加至56.11mm，第9架由49mm增加至53mm; (4) 调整粗乳预备圆孔型： 由Φ 138mm±2.5调整为圆孔型Φ 135mm土 1.5; (5) 对实际生产的φ 65mm、GCr 15进行了成品材逐支手工探伤。5. 根据权利要求4所述的一种Φ 65mm棒材孔型乳制方法，其特征在于，棒材在进行加热 时，将加热炉炉尾入炉温度降至700°C以下，总加热时间由原来的4小时30分钟延长40分钟， 至5小时10分钟。6. 根据权利要求5所述的一种Φ 65_棒材孔型乳制方法，其特征在于，平均入炉温度为 690。。。7. 根据权利要求5所述的一种Φ 65mm棒材孔型乳制方法，其特征在于，粗乳7架降速 30%，由原来的出口速度lM/s降至0.7M/s。
【文档编号】B21B27/02GK106001118SQ201610323404
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】刘光磊, 苟复钢, 王运良, 蔡虎情, 蔡宝润
【申请人】西宁特殊钢股份有限公司