专利名称：一种改善金属棒材低倍缺陷的轧制方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金技术领域，涉及一种金属棒材及其轧制工艺，主要适用于改善金属棒材低倍缺陷缩孔和疏松的轧制。
背景技术：
棒材一般指横截面形状为圆形、方形、六角形、八角形等简单图形、长度相对横截面尺寸来说比较大并且通常都是以直条状提供的一种材料产品。棒材一般都可进行机械加工。能制成棒材的材料非常多，例如钢棒、铝棒和铜棒等金属棒材、木棒、橡胶棒、塑料棒、 玻璃棒。棒材与丝材的区别主要有以下几点1)丝材通常不是以直条状提供，而是以盘状提供；2)丝材的长度相对其横截面尺寸来说一般非常大；3)丝材的横截面方向一般不再加工。金属棒材主要品种包括圆钢和螺纹钢，产品主要用于建筑、桥梁、公路、机械加工、 水利、石油等行业。金属棒材的生产工艺流程主要包括原料准备一钢坯加热浇铸形成钢锭一轧制一倍尺剪切一冷却一剪切一检验一包装一计量一入库。原料准备主要是对原料钢坯进行验货。钢坯加热的目的是提高钢的塑性，降低变形抗力，以便于轧制，正确的加热工艺，还可以消除或减轻钢坯内部组织缺陷。轧制是利用金属的塑性使金属在两个旋转的轧辊之间受到压缩产生塑性变形，从而得到具有一定形状、尺寸和性能的钢材的加工过程，是整个轧钢生产工艺过程的核心，对产品质量起着决定性作用。轧制产品质量包括产品的几何形状、尺寸精确度、内部组织、工艺力学性能及表面光洁度等几个方面。因此，轧制工序必须根据产品技术标准或技术要求，生产产品特点和生产技术装备能力，以及生产成本和工人劳动条件等方面的要求，制定相应的轧制工艺技术规程和工艺管理制度，以确保轧制产品质量和技术经济指标达到最优化。精整主要包括钢材冷却、钢材剪切以及钢材验货，主要是通过合理的工艺得到具有特定尺寸以及质量优良的棒材。钢液在浇注形成钢锭后的冷凝过程中，由于体积收缩而得不到液态金属的补充， 逐步凝固时在钢锭的中心部位形成孔进而形成空洞状的缺陷。大而集中的空洞称为缩孔， 细小而分散的空隙则称为疏松，它们一般位于钢锭最后凝固的部分，其内壁粗糙，周围多伴有许多杂质和细小的气孔。疏松分为一般疏松和中心疏松。一般疏松指在横向低倍试片上表现的呈分散的小孔隙和小黑点，孔隙多呈不规则的多边形或圆形，分布在边沿部分以外的整个断面上，呈现组织不致密现象；中心疏松指在横向低倍试片上的中心部位呈集中的小孔隙和小黑点，位于钢锭中心部位。棒材横向即棒材断面图从左至右的方向。缩孔、疏松属于常见的金属棒材低倍缺陷。为了减少低倍缺陷缩孔疏松，在钢液浇注、结晶过程中要采用合理的工艺，例如可以采用较高的铸造温度和较慢的铸造速度相配合来减少缩孔和疏松的产生，也可以采用适当的凝固方式和凝固方向。凝固方式主要包括逐层凝固、体积凝固和中间凝固，凝固方向主要有顺序凝固和同时凝固。但是通过这些方式并不能完全杜绝低倍缺陷缩孔和疏松的产生。从热加工原理来讲，当轧制比足够(一般认为彡13)、温度合适、变形制度合理时， 一般疏松可在轧制过程中焊合，但轧制比并不是唯一的决定因素。例如缩孔与外界贯通，则加热时被氧化，轧制后则不能焊合。而缩孔在轧制过程中则不能焊合。因此，在后续轧钢过程中，如果不能有效地控制，低倍缺陷缩孔和疏松残留在钢材内，低倍检查时，就会显示出来。低倍即宏观检验，指用肉眼或借助30倍以下的放大镜对金属的组织和缺陷进行检查。低倍是控制金属材料的产品质量、研究铸造和加工工艺的一种重要而简便的方法。低倍缺陷缩孔和疏松的存在减少了棒材的有效承载面积，造成应力集中，降低了棒材的致密度、表面光洁度以及耐腐蚀性，使机械性能显著降低，并降低了棒材的使用寿命，严重影响了棒材的质量。在现有工艺、设备条件下，金属棒材按照既定的轧制制度进行，其轧制速度、轧制温度等受到设备能力、工艺设计等因素制约，对金属尤其是一些特殊要求品种的热应力加工变形极为不利，轧制后金属棒材低倍缺陷缩孔和疏松仍会经常出现，严重影响了棒材的质量。因此，如何在金属棒材轧制过程中有效控制低倍缺陷缩孔和疏松就显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明打破在现有钢液浇铸过程中解决缩孔、疏松的现状， 突破轧钢工艺、设备因素的制约，通过降低轧制速度，制定合理的轧制制度，提供一种可显著改善金属棒材低倍缺陷缩孔、疏松的轧制方法，并达到棒材的强度、塑性与韧性的提高。为了有效改善金属棒材低倍缺陷缩孔、疏松问题，本发明采用了如下技术方案一种改善金属棒材低倍缺陷的轧制方法，其特征在于，在轧制过程中，通过降低轧制速度来达到改善低倍缺陷缩孔、疏松的目的。在轧制过程中，影响金属棒材低倍缺陷残余缩孔、疏松的主要因素有轧制变形、 轧制速度。轧制变形是通过轧辊作用于轧件表面使轧件整体参与变形，变形应力状态为两压一拉，由于力的传递及钢料中心始终处于成对变形力的中心部位，所以，钢料中心参与变形的程度远小于其他部位(随轧制比的增大钢料中心参与变形的程度逐渐变大)。因此，在既定轧制制度下，轧制过程对中心疏松、缩孔均有所改善，但并无法完全消除。从轧制角度来讲，轧制速度是影响轧制过程中金属棒材低倍残余缩孔、疏松的重要影响因素。降低轧制速度，可以打破常规变形制度及应力应变曲线，减少低倍缺陷的产生。同时，通过降低轧制速度可以降低终轧温度，起到细化晶粒度的作用。晶粒越细，不同取向的晶粒越多，变形能较均勻地分散到各个晶粒，即可提高变形的均勻性，同时，晶界总长度越长，位错移动时阻力越大，可以显著提高棒材的强度、塑性和韧性。控制合理的轧制速度对于金属棒材的内部缺陷控制以及性能提高具有非常重要的作用。轧制速度过快将导致轧件被咬入轧辊困难、轧制过程力能负荷增加、影响宽展等不良影响；轧制速度过慢将导致轧件温降增大、轧辊热膨胀增大、轧制过程力能负荷增加等不
4良影响。其中，轧制前、轧制后沿横向尺寸的绝对差值称为绝对宽展简称为宽展。以轧辊转速为纵坐标，时间为横坐标绘制出的轧辊转速随时间变化的曲线图称为轧制速度图。车L制速度与咬入角有关，其确定原则应以保证轧件顺利咬入。咬入角(bitting angle)轧制开始时轧件和轧辊最先接触的点与轧辊垂直中心线的构成的圆心角，一般以α表示。若设轧辊直径为D，轧件轧入前的厚度为H，轧出后的厚度为h，则咬入角α压下量Δ h = H-h和轧辊直径D三者之间关系为Ah = D (Ι-cos α )。轧制速度还与金属棒材的规格有关。咬入角与轧件轧入前厚度有关，不同规格的金属棒材的咬入角并不相同，因此，不同规格的金属棒材轧制速度也不同。根据本发明所述方法，所述典型但非限制性实例金属棒材规格为Φ50-Φ65，优选Φ50、Φ55, Φ60, Φ65。 所述轧制速度在原有基础上降低20% -40%，优选20%。所述棒材变化前轧制速度为1. 50-3. 00m/s,降低20 %后，轧制速度为 1. 10-2. 40m/s。本发明的有益效果是通过降低轧钢工序中轧制速度，改变了轧件的变形制度和应变时间，实现了金属棒材低倍缺陷缩孔、疏松的改善。同时通过降低轧制速度可以降低终轧温度，起到细化晶粒度的作用，提高了钢的强度、塑性和韧性。
图1金属棒材生产工艺流程图。图2GCrl50 60低倍横向效果对比图
具体实施例方式为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。实施例为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下本发明的典型但非限制性的金属棒材的生产工艺流程如图1所示，可生产定尺材与不定尺材，主要包括原料准备一钢坯加热浇铸形成钢锭一高压水除磷一轧制一倍尺剪切一冷却一剪切一检验一包装一计量一入库。钢铁在高温状态下被氧化，在其表面形成一层致密的氧化铁皮。在轧制前如果不能将这层氧化铁皮除去，在轧制过程中它们会被轧辊压入到带钢表面，影响其表面质量。残留的氧化铁皮也会加速轧辊的磨损，降低轧辊的使用寿命。如带钢需要酸洗时，残留的氧化铁皮会增加酸洗的难度，增加酸耗。因此轧制前，必须除去表面的氧化铁皮。利用高压水的机械冲击力来除去氧化铁皮即高压水除鳞的方法是目前最通行有效的作法。轧制过程又分为三步来进行，分别为粗轧、中轧和精轧。在轧制后， 依次进行倍尺剪、定尺剪、检验等工艺即可得到所需规格金属棒材。主要工艺设备包括提供合格钢液的3座转炉、2座LF精炼机、1台铸造机、1座用于钢坯加热的步进蓄热式加热炉、轧制线上平立交替布置的20架短应力线轧机，其型式为 8+8+4全线平-立交替布置、精整区采用步进齿条式冷床，冷床尺寸为12. 5mX 120m、1套用于棒材定尺锯切冷剪并替的无齿锯。实施例按图1所示工艺流程进行GCrl5050、Φ55, Φ60, Φ65金属棒材的制备。其中， 轧制速度在原来基础上降低20%，不同规格棒材轧制速度变化如表1所示。表1不同规格棒材轧制速度对比
权利要求
1.一种改善金属棒材低倍缺陷的轧制方法，其特征在于在轧制过程中，降低轧制速度。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于所述棒材规格为Φ50-Φ65，优选Φ50、Φ 55、 Φ60、Φ65。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于所述轧制速度在原有基础上降低20%-40%, 优选20%.
全文摘要
本发明涉及一种改善金属棒材低倍缺陷的轧制方法，属于钢铁冶金技术领域。主要通过原料准备、钢坯加热浇铸形成钢锭、轧制、精整、检验等得到所需规格的棒材。其主要特征在于在轧制过程中通过降低轧制速度，来达到改善金属棒材低倍缺陷的目的。通过本发明所述方法得到的金属棒材低倍缺陷缩孔和疏松得到明显改善，同时晶粒度得到细化，提高了棒材的强度、塑性与韧性。
文档编号B21B1/18GK102357537SQ20111034227
公开日2012年2月22日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者周胜刚, 曹娜, 王彦文, 程少鹏, 陈宏豫 申请人:承德建龙特殊钢有限公司