厚鋼板軋制過(guò)程變形滲透規(guī)律試驗(yàn)研究

馬興云

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，山東濟(jì)南 250101）

試驗(yàn)研究

厚鋼板軋制過(guò)程變形滲透規(guī)律試驗(yàn)研究

馬興云

（濟(jì)鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，山東濟(jì)南 250101）

通過(guò)單道次模擬軋制試驗(yàn)，研究了不同壓下率和形狀比時(shí)坯料厚度中心的變形滲透規(guī)律，結(jié)果表明，隨形狀比增加，中心滲透變形率增大；試驗(yàn)條件下，當(dāng)形狀比達(dá)到0.7時(shí)，軋件中心滲透變形率已達(dá)到50%以上。在特厚板實(shí)際生產(chǎn)中，要根據(jù)軋機(jī)及原料條件盡量提高單道次軋制形狀比，并在最少道次內(nèi)保證將形狀比提高到0.5以上。

厚板軋制；壓下率；形狀比；滲透變形率

1 前言

優(yōu)質(zhì)特厚鋼板應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)重要領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)多家鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)都致力于特厚鋼板生產(chǎn)工藝的研究和實(shí)踐。特厚鋼板軋制過(guò)程中對(duì)坯料厚度中心變形滲透的要求很高，中心變形滲透的程度直接影響到特厚鋼板的力學(xué)性能和探傷結(jié)果等。為保證特厚鋼板的各項(xiàng)性能達(dá)到要求，特別是要實(shí)現(xiàn)沿厚度方向性能的均勻性，并保證壓合厚度中心位置的疏松或顯微氣孔等缺陷，目前在特厚鋼板的生產(chǎn)工藝中，有關(guān)文獻(xiàn)［1-2］均強(qiáng)調(diào)要采用高形狀比軋制方法。形狀比S（也稱變形滲透系數(shù)），是指軋輥和材料的接觸弧的投影長(zhǎng)度與所軋制材料的平均厚度之比，即

式中：R為軋輥半徑，H為軋機(jī)入口側(cè)軋件厚度，h為軋機(jī)出口側(cè)軋件厚度。

一般認(rèn)為［1-2］：形狀比S越大，軋制過(guò)程中特厚板坯中心部位變形滲透越理想。有資料介紹：為壓合微細(xì)孔隙而采用大形狀比軋制方法。當(dāng)形狀比超過(guò)0.5時(shí)，板厚內(nèi)的壓縮應(yīng)力區(qū)域即達(dá)到90%，壓下會(huì)充分滲透到鋼板的內(nèi)部，有利于改善特厚規(guī)格鋼板綜合性能［3］。本試驗(yàn)研究的目的就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬軋制，研究不同形狀比、壓下率時(shí)的厚板中心變形滲透規(guī)律，為特厚板的生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

2 試驗(yàn)方案

利用試驗(yàn)軋機(jī)（軋輥半徑R=250 mm）進(jìn)行不同壓下率的單道次軋制試驗(yàn)，以研究不同形狀比時(shí)的中心變形滲透規(guī)律。試驗(yàn)采用8塊80 mm×120 mm×150 mm（厚×寬×長(zhǎng)）Q345B坯料進(jìn)行軋制。

為直觀地觀察坯料中心在軋制變形過(guò)程中應(yīng)力應(yīng)變滲透效果，分別在坯料側(cè)面沿厚度方向鉆取5行小孔，每行3個(gè)；距離坯料上表面的距離分別為10、25、40、55、70 mm，依次記為第1、2、3、4、5行；孔徑Φ6 mm，深度30 mm。坯料孔洞分布如圖1所示。

圖1 厚度方向鉆孔示意圖

由于小孔的深度僅有30 mm，而坯料寬度為120 mm，對(duì)坯料軋制基本沒(méi)有影響，又可以保證在軋制過(guò)程中小孔隨坯料的整體變形而發(fā)生相對(duì)變形，同時(shí)可以直觀地觀察和測(cè)量厚度中心的變形滲透情況。試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了8種軋制方案，表1列出了各種軋制方案的軋制壓下參數(shù)和形狀比。

表1 不同軋制試驗(yàn)方案控制參數(shù)

試驗(yàn)坯料按不同的壓下量均進(jìn)行1道次軋制，再對(duì)軋制后的鋼板進(jìn)行解剖，以觀察和測(cè)量各孔洞的變形情況，最終通過(guò)計(jì)算小孔在厚度方向上的相對(duì)變形率，得到鋼板中心變形滲透的情況。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析及應(yīng)用

坯料在實(shí)驗(yàn)室室狀加熱爐內(nèi)按相同工藝加熱，加熱溫度1 150℃。分別按照表1軋制方案軋制后，將各試塊鉆孔側(cè)面沿軋制方向進(jìn)行解剖切割并進(jìn)行表面處理，不同壓下率下各試塊的軋制變形滲透情況對(duì)比見(jiàn)圖2。隨著單道次壓下量（壓下率）的增大，也即形狀比的增加，可以明顯地觀察到鋼板上小孔的相對(duì)變形越來(lái)越大。通過(guò)對(duì)比還可以看到，形狀比越大，坯料與軋輥的接觸弧變大，表面變形受到的與軋輥摩擦的影響變大，使表面變形受限。

圖2 不同壓下率時(shí)側(cè)面小孔變形解剖情況

對(duì)圖2中在不同壓下率條件下軋制的1～8號(hào)鋼板分別測(cè)量孔洞在厚度方向的變形情況，每行計(jì)算平均變形量作為該厚度位置的變形量，進(jìn)一步計(jì)算出孔洞在軋件厚度方向的相對(duì)變形率。重點(diǎn)對(duì)第2、3、4行的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，取這3行的平均值作為衡量整個(gè)軋件中心滲透變形情況的參考值，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。當(dāng)形狀比為0.5時(shí)，孔洞在厚度方向的平均變形率達(dá)到25%；當(dāng)形狀比為0.74時(shí)，孔洞在厚度方向的平均變形率達(dá)到55.6%；當(dāng)形狀比為1時(shí)，孔洞在厚度方向的平均變形率達(dá)到96%以上。取得了明顯的效果。以軋制厚度200 mm的特厚鋼板為例，寬厚板軋機(jī)軋輥半徑為550 mm，不同厚度坯料道次壓下量與形狀比的關(guān)系見(jiàn)表3。

表2 不同形狀比時(shí)孔洞厚度方向的變形量及變形率

對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制出形狀比S與中心滲透變形率Y之間的關(guān)系見(jiàn)圖3；同時(shí)進(jìn)行回歸分析，得出回歸經(jīng)驗(yàn)公式：Y=47.81eS/0.82-64.99。

從圖3中可以清楚地看出，隨著形狀比S的增加，中心滲透變形率明顯逐步增大。在試驗(yàn)條件下，當(dāng)形狀比達(dá)到0.7時(shí)，軋件中心滲透變形率已達(dá)到50%以上，說(shuō)明此時(shí)軋件的中心滲透變形已經(jīng)達(dá)到較理想的狀態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)該參考上述參數(shù)并結(jié)合軋機(jī)和產(chǎn)品實(shí)際情況，制定具體的軋制規(guī)程，以保證特厚鋼板中心滲透變形。

以試驗(yàn)結(jié)果為指導(dǎo)，濟(jì)鋼在生產(chǎn)特厚鋼板過(guò)程中，在粗軋階段對(duì)軋機(jī)單道次壓下量進(jìn)行了調(diào)整，

圖3 形狀比與中心變形率的關(guān)系

表3 濟(jì)鋼寬厚板軋機(jī)壓下量與對(duì)應(yīng)形狀比

實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果表明，采用400 mm以下坯料生產(chǎn)時(shí)，粗軋階段頭道次軋制形狀比控制在0.5以上，軋后鋼板心部質(zhì)量及各項(xiàng)性能良好；采用400 mm以上坯料生產(chǎn)時(shí)，由于軋機(jī)條件限制，單道次軋制形狀比很難保證0.5以上，此時(shí)要保證在盡量少的軋制道次下達(dá)到這一要求，同樣也能夠得到良好心部質(zhì)量的特厚鋼板。

4 結(jié)論

4.1在試驗(yàn)條件下，要獲得良好的中心滲透變形，軋制形狀比要達(dá)到0.7以上。

4.2實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)軋機(jī)及原料條件盡量提高單道次軋制形狀比，并在最少道次內(nèi)保證將形狀比提高到0.5以上，可得到心部質(zhì)量良好的特厚鋼板。

［1］Yutaka OKA YAMA，梁慧智，潘秀蘭.使用新型鑄機(jī)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)超厚鋼板［J］.鞍鋼技術(shù)，2005（5）：52-57.

［2］孫決定，龍莉.立式連鑄機(jī)鑄坯制造特厚板述評(píng)［J］.冶金管理，2011（5）：51-55.

［3］熊小強(qiáng)，熊文名，陳英俊，等.E690級(jí)海洋結(jié)構(gòu)特厚高強(qiáng)度鋼板的試制［J］.江西冶金，32（6）：21-24

［4］Sun Weihua,Zhao Qian,Cui Jian,etal.Application of Heavy Steel Plate by Cladding Rolling［C］//University of Wollongong. AMPT 2012,NSW,Australia：2012.

Study on theDeformation Extension of Heavy PlateRolling Process

MA Xingyun
（The Technology Center of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

By single pass rolling simulation test,the relationship of pass reduction and deformation extension was studied.The results showed that with the increase of the shape ration,the deformation extension turned higher;In the test condition,when the shape ration is bigger than 0.7,the deformation extension rate of the plate center reaches 50%above.In the practice production of super thick plate,the single pass shape ration should be increased under the up limit permission of the mill ability,and assuring get the shape ration bigger than 0.5 in fewest passes.

heavy steel plate rolling;degree of reduction;shape ration;deformation extension rate

TG335.5+1

：A

：1004-4620（2014）01-0034-02

2014-01-09

馬興云，男，1973年生，1996年畢業(yè)于包頭鋼鐵學(xué)院冶金工程專業(yè)。現(xiàn)為濟(jì)鋼技術(shù)中心高級(jí)工程師，從事產(chǎn)品研發(fā)工作。