热轧工艺对铸坯冶金缺陷焊合能力的影响.pdf

2 2 出 毋全 2 0 1 1 年8 月 第 三 期 热轧工艺对铸坯冶金缺 陷焊合能力的影响 方振麟 陈安王炜 杭 州钢铁集团公司技术质量处杭 州 3 1 0 0 2 2 摘要 针对中轧线， 紫金线圆钢热顶锻 完好率存在较大差异的现象， 通过 生产试验 ， 着重分析 了不 同轧制 工艺对连铸坯 内部 台 金缺 陷焊合能力的影响。 关键词 冶金 缺 陷 ； 焊合 ； 连轧 张力 ； 变形 区形 状 系数 ； 孔型 充满度 0 前言 2 轧制工艺的影响因素分析 通过热轧使连铸坯组织 中的气泡 、 夹杂 、 缩孑 L 、 疏松、 裂纹 、 等冶金缺陷得到压缩式焊合 ， 是热轧工 序的任务之一。存在冶金缺陷的圆钢 ， 在后续加工 过程中经常发生开裂、 断裂等现象 ， 这不仅影响 了 成材率， 增加了生产、 检验成本， 更严重的是带缺陷 产品流入成品工序或被最终装配上终端产品， 将造 成极大的危害。因此， 合理 的热轧工艺对消除铸坯 冶金缺陷 ， 保证圆钢质量的起着关键作用。 1 生产工艺试验 通过对生产过程 中中轧线 、 紫金线 圆钢近 1 0 0 0 批次热顶锻完好率的统计 ， 发现 电炉坯热顶锻完好 率 中轧线较紫金线高出 8 ％， 转炉坯热顶锻完好率 中轧线较紫金线高出 1 5 ％。为了分析不 同生产线 的圆钢热顶锻完好率存在大幅差距的原因， 组织了 二次工艺对 比试验。每次试验各选 2 0炉未过精炼 的 2 0 0方转炉 4 5钢 ， 每炉钢拆分为二炉 ， 各在 中轧 线和紫金线轧制 同一规格 I 5 0 m m圆钢， 其 热顶锻 试验结果如表 1 示。 表 1 热顸锻试验完好率对比情况 ％ 从上述结果可看出 相同压缩比的坯料经不 同 工艺进行轧制 ， 轧后圆钢热顶锻完好率相差非常明 显 ， 中轧线热顶锻完好率明显优于紫金线。从工艺 试验结果可证实 不同的轧制工艺对连铸坯缺陷的 焊合能力有着至关重要的影响。 在钢温保证的前提下， 提高铸坯冶金缺陷的焊 合能力 ， 关键在于在轧制过程中避免或减少变形区 拉应力的影响， 增加三向压应力。 2 ． 1 温 度的影 响 在相 同的应力状态下 ， 温度的提高有利于提高 压缩焊合效果 ， 提高塑性 ， 减少在拉应力状态下 的 应力集中及产生裂纹的倾向。另外 ， 随着钢的温度 从常温升到 1 2 0 0 ℃， 钢中夹杂物的塑性 E 与钢基 体塑性 E 2 的比值 p ￡ l ／ E 2 从约等手 0上升到接 近 1 l l j ， 减轻或消除了因夹杂造成 的几何不连续现 象 ， 即减少了因夹杂物产生裂纹的倾 向。 2 ． 2 拉应力状态对几何不连续的影响 连铸坯不可避免的存在一定的冶金缺陷 ， 其空 穴、 孑 L 隙、 裂纹 、 气 泡、 夹杂物硬质点的周围均存在 几何不连续现象。存在几何不连续 时， 在不连续处 的附近将产生不均匀 的应力分布 ， 产生应力集 中 如图 2 所示 ， 同时还会改变局部区域的应力状态 的性质 ， 变单向拉应力为双向拉应力或三向拉应力 如图 1 所示 ， 即“ 缺 口强化” ， 使材料的加 工性能 恶化， 导致缺陷的进一步扩大， 严重者导致裂纹 的 产生 。 1． 孑 L 边上最大应力表示为 1 ， 其中 a 作用在平板端部的均匀拉伸应力。因此 ， 对于在 垂直于拉伸方 向上很窄的孑 L 洞 ， 如一条裂纹 ， 将产 生十分高的应力集 中， 并将导致裂纹扩展。 2 ． 3 变形区A, N学特征参数 变形区形状系数 的 影响 扇形应力场的内应力分布分析 2 0 1 1 年 8月 第三期 热轧工艺对铸坯 冶金缺陷焊合能力的影响 2 3 图 1 单向加载下的内有 圆孔的平板应 力状 态 图2 单 向加载下的 内有椭圆孔 的平板应力状态 图 3 扇形 应 力场 示意 图 PEP c一2 k 0 PGPE 2k 0Pc 4k 0 PcP EPG 随着变形区形状系数 △b／h 变形区的宽度 和平均高度之比 的减小 ， 压应力减小， 拉应力增 加。在 △较小的变形 区内， 存在拉伸静应力状态 ， 导致 中心线附近 G点附近 产生微孔 ， 内裂的倾 向 增加 。 3 中轧线 、 紫金线轧制工艺对连铸坯 缺陷的影响 3 ． 1 温度的影响 紫金线采用热连续轧制工艺 ， 轧制温度较中轧 要低 5 0～1 2 0 C。为 了评定温度的影响程度 ， 组织 了转炉坯在紫金线 以不同温度轧制 开轧温度分别 为 9 2 0 ℃、 9 7 0 C 的工 艺生产试验 ， 通过 1 0 0多批次 的对 比试验结果表 明， 温度提高 5 0 “ { 3 ， 圆钢热顶锻 完好率提高 l 0 ％。 3 ． 2 连 轧 张力 中轧线为无张力轧制 ， 紫金线粗 、 中轧机组采 用微张力控制 ， 而实际生产 中， 因钢温 、 钢种、 轧辊 弹跳 、 轧件尺寸等均在变化 ， 为 了保证连轧的顺利 ， 张力值设定较大 ， 使轧件受到额外较大的纵向拉伸 应力 ， 同时张力减少 了轧件的宽展 ， 减小 了孔型充 满度。轧件 与孔 型接触部分表面层受三 向不等压 应力作用 ， 而轧件在孔型开 口自由宽展面处受三向 不等拉应力作用。充满度越大 ， 轧件与孔型接触部 分表面越大 ， 轧件在孔型开 口自由宽展 面越小。中 轧线和紫金线粗、 中轧道次的孑 L 型充满度情况如表 2 所示 ， 中轧孔型充满度较紫金线要犬韵多 ， 且中轧 孔型侧壁采用双斜度 ， 其斜度大于紫金线孔型， 对 轧件的侧压要大于紫金线孔型。 表 2 中轧和紫金粗、 中轧道次的孔型充满度情况 3 ． 3 变 形 区形状 系数 △ 变形区形状系数 △由轧辊直径 、 轧件高度 和压 下量三个参数构成 ， 轧件断面高度接近于变形 区接 触弧长 ， 压缩变形完全深入到轧件 内部 ， 变形 区 形状系数 △越大 ， 轧件压应力状态越好 ， 有利于铸 态组织缺陷的焊合。中轧较紫金粗 、 中轧道次的变 形区形状系数 △大， 具体如表 3 所示。 2 4 出 毋全 2 0 1 1 年8 月 第 三 期 同时 ， H ／ D H 轧件高度 ， D轧辊直径 0 ． 4～ 0 ． 5 ， 中间层金属变形大于表面层变形的阶段E 3 j ， 随 着轧件高度越来越小 ， 相对压下量增大， 轧件沿高 度方向上的变形也越来越均匀 ， 中心层变形大于表 面层变形， 即随着 H ／ D的减小 ， 对铸坯 的中心缺陷 缩孑 L 、 内裂等 焊合效果上升。在精轧道次 ， 中轧 与紫金的轧件高度基本相同， 但因中轧的轧辊直径 大于紫金 ， 即 H ／ D小于紫金 ， 所以中轧线对铸坯缺 陷的焊合效果优于紫金线。 3 结论 1 提高连铸坯质量 减少钢中的几何不连续现 象 是提高圆钢质量的根本 。 2 适当的提高轧制温度 ， 提高钢 的塑性 ， 有利 于铸态组织缺陷的焊合。 3 连轧的张力过大不利于缺陷的焊合 ， 严重者 甚至会导致铸态组织缺陷的扩大。 4 孔型充满度 、 变形区形状系数对轧件 的受力 状态起着决定作用 ， 其值越大， 压应力越大 ， 对铸态 组织缺陷的焊合效果越好 。 参考文献 [ 1 ] 曲英． 炼钢学原理． 北京 冶金_ v - ． ,2 k 出版社， 1 9 8 0 ． 1 2 [ 2 ] 王延溥． 齐克敏 金属塑性加工学． 北京 冶金工业出版 社 ． 2 0 0 1 ． 8 [ 3 ] 朱殿 强． 孔 型设计 ． 沈阳 东北工学院 出版社 ， 1 9 8 7 ． 9 收稿 日期 2 0 1 1 0 3 1 1 审稿 秦学雷 编辑 魏海青