CN108356073A - 一种大规格圆坯以轧代锻生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，主要包括以下步骤：步骤一、粗轧孔型设计：粗轧的孔型采用平孔、箱型孔和中间坯成品孔的组合孔型；步骤二、1)延长粗轧前的加热时间；2)为保证轧制稳定性，前几道次压下量小一些；后面再加大压下量；3)提高出钢温度，通过调整压下量减少轧制道次；步骤三、1)成品前精轧孔型采用长短轴之比较小的双半径椭圆型孔；2)成品孔型的采用圆型孔进行轧制：步骤三、1)调整坯料在炉内的位置，保证坯料表面的温度差在30℃以内；2)调整轧辊冷却水的控制方式；3)明确装配质量要求，量化管理，保证工装的装配质量。本发明对轧制工艺的改进及轧机孔型的选择与设计从而实现了以轧代锻，提高产品竞争力。

Description

一种大规格圆坯以轧代锻生产方法

技术领域

本发明属于冶金行业轧制工艺技术领域，具体涉及一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，主要用于生产高压缩比的产品。

背景技术

粗轧为往复式轧机，主要是出中间坯方坯为主，600圆坯料在粗轧轧制，存在的主要问题：1.大圆坯在轧制时，容易发生倒钢，因与辊道、轧辊的接触面都是圆弧，而且不易扶持；2.600圆在炉内加热，如加热不好，容易在表面与心部，纵向横向之间等产生较大温差，对变形的均匀性控制不利；3.由于轧机能力的限制，轧制单道次的压下量有限，材料的延伸变形只是在表面，中心变形不渗透，容易产生表面褶皱；4.由于坯料较大，为保证中间坯的尺寸，轧制道次较多，坯料温降较大，对精轧轧机负荷有很大影响。

在棒材轧制还有一个比较突出的问题就是头部弯曲，此问题一是容易造成轧制冷条，二是矫直难度比较大，弯曲范围较小。产生的原因主要有以下几点：1.坯料在加热时，由于在炉内位置及烧嘴加热位置的原因造成钢坯在纵向和横向上都有温度差，在轧制时由于延伸率不同造成弯曲；2.由于冷却水的位置，对轧辊的磨损及钢材的冷却都有影响，造成不同的接触面摩擦力不一样造成弯曲；3.因工装的装配质量，轧制时工装尺寸的控制以及轧制中心线的控制等原因造成弯曲。

针对目前金融风暴的冲击，钢材市场的萎靡，为扩大市场，提高产品竞争力，二分厂轧钢以目前现有设备通过对粗轧区域与精轧区域轧机孔型的选择与设计以及轧制工艺的进一步改进来使得以600圆为坯料，轧制250圆以上大规格产品，满足客户所需要的压缩比，实现以轧代锻。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，对轧制工艺的改进及轧机孔型的选择与设计从而实现了以轧代锻，扩大市场，提高产品竞争力。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，该方法主要包括以下步骤：

步骤一、粗轧孔型设计

粗轧的孔型采用平孔、箱型孔和中间坯成品孔的组合孔型，然后在每个孔型的轧制时平均分配每道次的压下量，再结合孔型尺寸微调压下量，最终轧制出中间坯；

步骤二、粗轧区域轧制工艺

1)延长粗轧前的加热时间，按照≥14小时控制，保证坯料加热时烧透，另外通过调整烧嘴阀开度，保证炉气温度的均匀性，从而确保坯料温度的均匀性；

2)在设计轧制表时，为保证轧制稳定性，前几道次压下量小一些；后面再加大压下量，同时通过操作推床，在轧制时对坯料进行扶持，防止倒钢；

3)提高出钢温度，通过调整压下量减少轧制道次，保证精轧开轧温度；

步骤三、精轧孔型设计

1)成品前精轧孔型采用长短轴之比较小的双半径椭圆型孔；

2)成品孔型的采用圆型孔进行轧制：

步骤三、精轧轧制工艺

1)调整坯料在炉内的位置，采用中间定位，以及烧嘴加热采用脉冲燃烧，保证坯料表面的温度差在30℃以内；

2)调整轧辊冷却水的控制方式，具体控制冷却水开启和关闭时间，保证轧辊冷却均匀；

3)明确装配质量要求，量化管理，保证工装的装配质量。

优选地，在粗轧轧制时为保证轧制稳定性，在每个孔型处前几道次的最大压下量控制在30mm；后几道次的最大压下量控制在60mm。

优选地，在粗轧轧制时高温扩散温度由原来的1240±10℃提高到1250±10℃，精轧开轧温度控制在1070-1150℃。

优选地，箱型孔的孔型槽底宽度bK＝Bmm，B为来料宽度，孔型槽口宽度BK＝bK+△，孔型深度h＝D-d，D为轧辊原始辊径，d为轧辊工作辊径，△为允许负偏差的绝对值，内圆角半径R＝(0.1～0.25)h，外圆角半径r大于内圆角半径R。

优选地，中间坯成品孔为箱型孔，孔型槽底宽度bK＝Bmm，B为来料宽度，孔型槽口宽度BK＝bK+△，孔型深度h＝D-d，D为轧辊原始辊径，d为轧辊工作辊径，△为允许负偏差的绝对值，内圆角半径R＝(0.1～0.25)h，外圆角半径r大于内圆角半径R。

优选地，双半径椭圆型孔尺寸如下：

椭圆孔型高度：hk＝(0.88～0.96)D，

椭圆孔型宽度：bk＝(1.23～1.50)D，

槽底圆弧半径：R1＝(1.05～1.4)bk，

小圆弧半径：R2＜(hk-S)/2，

外倒圆角半径：r＝(0.05-0.12)bk，

辊缝值：S＝(0.01-0.2)Dt

D————冷态公称直径；

Dt————轧辊直径。

优选地，精轧成品孔的尺寸为：成品孔型基圆直径：hk＝[D-(0～1.0)△]·n，

成品孔型扩展圆直径：B＝[D+(0.5～1.0)△]·n，

辊缝值：S＝(0.01-0.2)Dt，

扩张角：a范围值(15°-30°)，

基圆半径：R＝hk÷2，

外圆角r＞5mm，

式中：D————冷态公称直径，

Dt————轧辊直径，

△————允许负偏差的绝对值；

n————热胀系数。

优选地，轧辊冷却水的具体控制方式为，进炉后4-7s开启冷却水，出炉前4-7s关闭冷却水。

优选地，在粗轧区域轧制工艺阶段，前几道次采用平孔进行轧制，然后采用平孔和箱型孔交替的方式轧制，最后通过中间坯孔进行轧制，确保在精轧阶段轧制次数降到最低。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)目前以现有坯料390*510轧制成350圆、300圆，压缩比只有2.1、2.8，而客户要求产品压缩比至少达到3，所以结合公司新开发的大规格连铸坯，故把坯料定位600 圆连铸坯。这样能够满足客户要求的产品压缩比。

2)加热及粗轧区域轧制工艺：1.延长加热时间，保证坯料加热时烧透，另外同过操作调整，保证了坯料温度的均匀性；2.在设计轧制表时，保证轧制稳定性，前几道次压下量小一些，后面再加大压下量，同时通过操作推床，在轧制时对坯料进行扶持，防止了倒钢情况的产生；3.提高出钢温度，尽量通过调整压下量减少轧制道次，保证精轧开轧温度；4.保证了轧制变形的均匀性和轧辊使用的综合效益。

3)分厂采取的来解决头部弯曲的改进措施：1.通过调整坯料在炉内的位置以及烧嘴加热的方式，保证了坯料表面的温度差在30℃以内；2.通过调整轧辊冷却水的位置及控制方式，保证了轧辊冷却均匀；3.对轧辊、导卫等明确装配质量要求，量化管理，保证了工装的装配质量。

附图说明

图1为本发明实施例的粗轧区域2号轧机孔型。

图2为本发明实施例的粗轧区域3号轧机孔型。

图3为本发明实施例的精轧区域成品前双半径椭圆孔型。

图4为本发明实施例的精轧区域成品孔型。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明涉及一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，该方法主要包括以下内容：

步骤一、粗轧孔型设计

1.1、坯料的选择

大规格产品主要用应于油田钻具用钢、大型电机轴等机械制造行业，对圆钢产品的机械性能要求特别高，因此必须要考虑产品的压缩比，而现有坯料390*510如轧制成350圆、300圆，压缩比只有2.1、2.8，而客户要求产品压缩比至少达到3，所以结合大规格连铸坯，把坯料定位600圆连铸坯。

1.2、粗轧孔型设计及中间坯尺寸

粗轧为往复式轧机，主要是出中间坯方坯为主，600圆坯料在粗轧轧制时存在的主要问题：1、大圆坯在轧制时，容易发生倒钢，因与辊道、轧辊的接触面都是圆弧，而且不易扶持；2、600圆在炉内加热，如加热不好，容易在表面与心部，纵向横向之间等产生较大温差，对变形的均匀性控制不利；3、由于轧机能力的限制，轧制单道次的压下量有限，材料的延伸变形只是在表面，中心变形不渗透，容易产生表面褶皱；4、由于坯料较大，为保证中间坯的尺寸，轧制道次较多，坯料温降较大，对精轧轧机负荷有很大影响；针对上述问题，工艺设计主要从以下几方面考虑：

1、延长加热时间，按照≥14小时控制，保证坯料加热时烧透，另外通过调整烧嘴阀开度，保证炉气温度的均匀性，从而确保坯料温度的均匀性；

2、在设计轧制表时，为保证轧制稳定性，前几道次压下量小一些，最大压下量控制在30mm；后面再加大压下量，最大压下量控制在60mm，同时通过操作推床，在轧制时对坯料进行扶持，防止倒钢；

3、提高出钢温度，高温扩散温度由原来的1240±10℃提高到1250±10℃，尽量通过调整压下量减少轧制道次，保证精轧开轧温度控制在(1070-1150)℃；

4、为保证轧制变形的均匀性和轧辊使用的综合效益，孔型设计的原则如下；

1)考虑孔型的共用性，主要通过调整辊缝(具体参照轧制表)轧出尺寸不同的轧件，减少换辊次数，提高轧机的作业率；

2)使轧件变形均匀，减少孔型的磨损；因此粗轧的孔型主要采用箱型孔型，然后平均分配每道次的压下量，再结合孔型尺寸微调压下量，最终轧制出中间坯。中间坯与成品的对应表如下表2：

序号	中间坯尺寸	成品尺寸
			1	365*365	φ350
2	330*320	φ300
			3	320*320	φ250～φ260

表2

中间坯尺寸确定的原则主要是：1、尽量减少精轧工序的变形量；2、保证精轧工序的变形充分；粗轧孔型的尺寸主要依据中间坯尺寸的大小确定，以下以300圆为例介绍粗轧孔型：首先坯料尺寸为600圆，轧件宽度较大，为避免在轧制时，产生拉丝、卡钢等问题，所以600圆前几道次采用平孔轧制，3号孔为平孔孔型，考虑与坯料390*510 的共用，所以1号(如图1)延伸孔采用箱型孔，孔型槽底宽度bK＝Bmm，B为来料宽度，bK＝390mm，孔型槽口宽度BK＝bK+△，BK＝450mm，孔型深度h＝D-d，D为轧辊原始辊径1100mm，d为轧辊工作辊径985mm，h＝115mm，主要考虑依据来料高度和轧机的压下能力，内圆角半径R＝(0.1～0.25)h＝25mm，外圆角半径r大于内圆角半径R， r＝45mm，实际操作过程中坯料是不会接触外圆角的，但是了防止因锐角接触面导致坯料表面损伤，故进行导角以形成外圆角。

主要考虑轧件在辊环上易造成啃伤，导致表面缺陷，故外圆角相比内圆角放大一些 (r45mm＞r25mm)。同理，2号孔为中间坯成品孔，中间坯成品孔也为箱型孔，根据经过3号平孔和1号箱型孔轧制之后的来料进行确定其尺寸，考虑到公用性所以，孔型槽底宽度bK＝Bmm，B为来料宽度，bK＝310mm，孔型槽口宽度BK＝bK+△，BK＝350mm，孔型深度h＝D-d，D为轧辊原始辊径1100mm，d为轧辊工作辊径985mm，h＝115mm，内圆角半径R＝(0.1～0.25)h＝25mm，外圆角半径r大于内圆角半径R，r＝30mm，具体图形如下图2。以下是以600圆坯轧制330*320的粗轧轧制表：

大棒粗轧330×320mm轧制表(600圆孔型)

共轧制19个道次，其中平孔孔型轧制8道次，箱型孔孔型轧制8道次，成品孔孔型轧制3道次，开始轧制以平孔孔型为主，中间是以平孔和箱型孔交替的方式进行，最后以中间坯孔进行轧制。

步骤二、精轧孔型设计

精轧轧机为立平交替式，孔型设计的原则是：1、变形均匀，孔型磨损均匀，确保轧件的表面质量；2、保证变形充分，宽展足够；以300圆为例，孔型***为双半径椭圆型孔－圆孔。

2.1、双半径椭圆型孔

成品前采用双半径椭圆型孔，双半径椭圆型孔的椭圆长短轴之比较小，即孔型高度较大，宽展较小，特别适合对导卫要求不严格的情况下，轧件变形及孔型磨损较均匀，成品表面质量较好，同时大规格的宽展较小，为保证成品的宽展足够，成品前的椭圆孔高度相对较大，孔型较为饱满，具体尺寸如图3。300圆K2孔型尺寸为：

椭圆孔型高度：hk＝(0.88～0.96)D，取hk＝290mm，

椭圆孔型宽度：bk＝(1.23～1.50)D，取bk＝370mm，

槽底圆弧半径：R1＝(1.05～1.4)bk，取R1＝480mm，

小圆弧半径：R2＜(hk-S)/2，取R2＝65mm，

外倒圆角半径：r＝(0.05-0.12)bk，，取r＝20mm。

辊缝值：S＝(0.01-0.2)Dt，取S＝85mm

D————冷态公称直径；

Dt————轧辊直径，取760；

2.2、成品孔型

成品孔型的设计主要从以下几个方面考虑:①轧制温度的变化；②宽展量的变化；③尺寸公差的要求；④孔型的磨损：成品孔型如图4所示。300mm圆钢成品孔型尺寸为:

成品孔型基圆直径：hk＝[D-(0～1.0)△]·n＝(300-0x1.3)x1.013＝304mm，

成品孔型扩展圆直径：B＝[D+(0.5～1.0)△]·n＝(300+1x 4.5)x1.013＝308.5mm，

辊缝值：S＝(0.01-0.2)Dt，取S＝10mm，

扩张角：a一般范围值(15°-30°)，取16°，

基圆半径：R＝hk÷2＝152mm，

主要考虑轧件在辊环上易造成啃伤，导致表面缺陷，故外圆角r＞5mm，取r＝8mm。

式中：D————冷态公称直径，取300；

Dt————轧辊直径，取760；

△————允许负偏差的绝对值；

n————热胀系数，取1.013；

步骤三、精轧轧制工艺

760轧机用330*320的粗轧中间坯轧制300圆的轧制表如下表3：

表3

在棒材轧制还有一个比较突出的问题就是头部弯曲，此问题一是容易造成轧制冷条，二是矫直难度比较大，弯曲范围较小。产生的原因主要有以下几点：1、坯料在加热时，由于在炉内位置及烧嘴加热位置的原因造成钢坯在纵向和横向上都有温度差，在轧制时由于延伸率不同造成弯曲；2、由于冷却水的位置，对轧辊的磨损及钢材的冷却都有影响，造成不同的接触面摩擦力不一样造成弯曲；3.因工装的装配质量，轧制时工装尺寸的控制以及轧制中心线的控制等原因造成弯曲；针对上述原因分厂主要采取了如下改进措施：

1、通过调整坯料在炉内的位置，采用中间定位，以及烧嘴加热的方式，采用脉冲燃烧，保证坯料表面的温度差在30℃以内；

2、通过调整轧辊冷却水的控制方式，采用最优的冷却水开启和关闭时间(4-7秒)，保证轧辊冷却均匀；

3、对轧辊、导卫等明确装配质量要求，量化管理，保证工装的装配质量。

以上所述仅为本发明的一种较佳实现方案而已，并不用以限制本发明，凡在本发明原则范围内所做的非根本性修改、替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，其特征在于：该方法主要包括以下步骤：

步骤一、粗轧孔型设计

粗轧的孔型采用平孔、箱型孔和中间坯成品孔的组合孔型，然后在每个孔型的轧制时平均分配每道次的压下量，再结合孔型尺寸微调压下量，最终轧制出中间坯；

步骤二、粗轧区域轧制工艺

1)延长粗轧前的加热时间，按照≥14小时控制，保证坯料加热时烧透，另外通过调整烧嘴阀开度，保证炉气温度的均匀性，从而确保坯料温度的均匀性；

2)在设计轧制表时，为保证轧制稳定性，前几道次压下量小一些；后面再加大压下量，同时通过操作推床，在轧制时对坯料进行扶持，防止倒钢；

3)提高出钢温度，通过调整压下量减少轧制道次，保证精轧开轧温度；

步骤三、精轧孔型设计

1)成品前精轧孔型采用长短轴之比较小的双半径椭圆型孔；

2)成品孔型的采用圆型孔进行轧制：

步骤三、精轧轧制工艺

1)调整坯料在炉内的位置，采用中间定位，以及烧嘴加热采用脉冲燃烧，保证坯料表面的温度差在30℃以内；

2)调整轧辊冷却水的控制方式，具体控制冷却水开启和关闭时间，保证轧辊冷却均匀；

3)明确装配质量要求，量化管理，保证工装的装配质量。

2.根据权利要求1所述的一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，其特征在于：在粗轧轧制时为保证轧制稳定性，在每个孔型处前几道次的最大压下量控制在30mm；后几道次的最大压下量控制在60mm。

3.根据权利要求1所述的一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，其特征在于：在粗轧轧制时高温扩散温度由原来的1240±10℃提高到1250±10℃，精轧开轧温度控制在1070-1150℃。

4.根据权利要求1所述的一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，其特征在于：箱型孔的孔型槽底宽度bK＝Bmm，B为来料宽度，孔型槽口宽度BK＝bK+△，孔型深度h＝D-d，D为轧辊原始辊径，d为轧辊工作辊径，△为允许负偏差的绝对值，内圆角半径R＝(0.1～0.25)h，外圆角半径r大于内圆角半径R。

5.根据权利要求1所述的一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，其特征在于：中间坯成品孔为箱型孔，孔型槽底宽度bK＝Bmm，B为来料宽度，孔型槽口宽度BK＝bK+△，孔型深度h＝D-d，D为轧辊原始辊径，d为轧辊工作辊径，△为允许负偏差的绝对值，内圆角半径R＝(0.1～0.25)h，外圆角半径r大于内圆角半径R。

6.根据权利要求1所述的一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，其特征在于：双半径椭圆型孔尺寸如下：

椭圆孔型高度：hk＝(0.88～0.96)D，

椭圆孔型宽度：bk＝(1.23～1.50)D，

槽底圆弧半径：R1＝(1.05～1.4)bk，

小圆弧半径：R2＜(hk-S)/2，

外倒圆角半径：r＝(0.05-0.12)bk，

辊缝值：S＝(0.01-0.2)Dt

D————冷态公称直径；

Dt————轧辊直径。

7.根据权利要求1所述的一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，其特征在于：精轧成品孔的尺寸为：成品孔型基圆直径：hk＝[D-(0～1.0)△]·n，

成品孔型扩展圆直径：B＝[D+(0.5～1.0)△]·n，

辊缝值：S＝(0.01-0.2)Dt，

扩张角：a范围值(15°-30°)，

基圆半径：R＝hk÷2，

外圆角r＞5mm，

式中：D————冷态公称直径，

Dt————轧辊直径，

△————允许负偏差的绝对值；

n————热胀系数。

8.根据权利要求1所述的一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，其特征在于：轧辊冷却水的具体控制方式为，进炉后4-7s开启冷却水，出炉前4-7s关闭冷却水。

9.根据权利要求1所述的一种大规格圆坯以轧代锻生产方法，其特征在于：在粗轧区域轧制工艺阶段，前几道次采用平孔进行轧制，然后采用平孔和箱型孔交替的方式轧制，最后通过中间坯孔进行轧制，确保在精轧阶段轧制次数降到最低。