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CN1791478A - 大应变产生加工方法和孔型轧制装置 - Google Patents

大应变产生加工方法和孔型轧制装置 Download PDF

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Abstract

一种加工方法，在连续的大于等于2道次的孔型轧制中，用第1道次的扁平形状的孔型进行轧制，接着，在第2道次用方形形状的孔型进行轧制；其中：由这样的孔型进行轧制，该孔型的第1道次扁平孔型的短轴2A01相对坯料对边尺寸2A0成为A01/A0≤0.75，第2道次的上下对角尺寸2As1相对1道次后的材料的长轴2B1，成为As1/B1≤0.75，由该轧制产生大的应变，明确由1道次产生的应变分布对下一道次的应变分布和形状产生的影响，使得可在材料断面整个区域特别是材料中心产生大应变。

Description

大应变产生加工方法和孔型轧制装置
技术领域
本发明涉及一种大应变产生加工方法和用于该方法的孔型(カリバ一)轧制装置。
背景技术
作为棒钢的制造方法，一般有使用具有孔型的槽的轧辊进行轧制的孔型轧制。此时，孔型的形状大体分为方形(正方形、菱形)、椭圆形、圆形。通过适当地组合这些孔型(称为道次程序(パススケジユ一ル))，从而可高效率地减少断面，加工成预定大小的棒线材。此时，如何按良好的效率减少断面积、按良好的精度加工成预定的形状很重要。
然而，在过去适用的孔型设计中，注意力集中到断面减小率和断面成形，所以，存在中心部位的金属组织比坯料表面粗大的问题。在坯料的中心部未产生与表面不相上下的应变是其重要原因。为此，如可按与过去同样或比过去少的断面减小率或道次数在材料整个区域产生大应变，则组织均匀性提高，可按工业规模生产具有微细晶粒组织的金属材料。另外，此前讨论的孔型设计以热加工为对象，此时，通过在道次间的组织的回复和再结晶释放由1道次产生的应变和应力，所以，存在未设想1道次后产生的应变分布对2道次后的应变分布和断面形状产生的影响的问题。
因此，本发明的目的在于解决以上那样的已有技术的问题，明确由1道次产生的应变分布对下一道次的应变分布和形状产生的影响，提供可在材料断面整个区域特别是材料中心产生大应变的新型技术手段。
发明的公开
本发明就是为了解决上述问题而作出的，其目的在于解决上述问题，第1，提供一种大应变产生加工方法，该大应变产生加工方法在连续的大于等于2道次的孔型轧制中，用第1道次的扁平形状的孔型进行轧制，接着，在第2道次用方形形状的孔型进行轧制；其特征在于：由这样的孔型进行轧制，该孔型的第1道次扁平孔型的短轴2A01相对坯料对边尺寸2A0成为A01/A0≤0.75，第2道次的上下对角尺寸2As1相对1道次后的材料的长轴2B1，成为As1/B1≤0.75。
另外，第2，提供一种上述加工方法，该加工方法用孔型进行轧制，该孔型的第1道次扁平孔型的短轴2A01与长轴2B01的比成为A01/B01≤0.4；第3，提供一种加工方法，该加工方法用孔型进行轧制，该孔型的第1道次的扁平孔型的曲率半径r01大于等于坯料对边尺寸2A0的1.5倍；第4，提供一种上述的加工方法，该加工方法的总轧制道次数中包含大于等于1次的扁平形-方形的孔型的组合。
第5，本发明提供一种轧制装置，该轧制装置的特征在于：具有扁平孔型的短轴2A01与长轴2B01的比成为A01/B01≤0.4的孔型。
第6，提供一种轧制装置，该轧制装置的特征在于：具有扁平孔型的曲率半径r01大于等于坯料对边尺寸2A0的1.5倍的孔型。
第7，提供一种轧制装置，该轧制装置用于进行连续的大于等于2道次的孔型轧制；其特征在于：具有上述孔型，同时，还具有形状与其不同的非相似形的孔型，由两孔型进行轧制。
附图的简单说明
图1为示出关于本发明的孔型和轧制的符号的图。
图2为示出实施例的孔型的形状与尺寸的图。
图3为示出实施例的扁平孔型的形状的图。
图4为示出实施例1中的2道次后的断面形状和应变分布的图。
图5为示出2道次后的z方向的应变分布的图。
图6为示出相对扁平孔型的高度的、由各道次产生的材料中心的应变的变化的图。
图7为示出正方形轧制后的断面形状的图。
实施发明的最佳形式
本发明具有上述那样的特征，以下说明其实施形式。
首先，根据图1说明本发明的孔型的特征。
<1>扁平孔型的短轴长度与坯料对边长度的关系
如第1道次的使用扁平孔型时的公称压下率(＝(2A0-2A01)/2A0)小，则应变基本上不能产生到材料中心，所以，为了将第1道次的应变产生于材料断面，需要增大公称压缩率。为此，在第1道次的扁平孔型中使用的短轴长度2A01与坯料对边长度2A0的比必须小于等于0.75。如该比大于0.75，则在由下一道次的方形孔型进行轧制的场合，材料流动到辊缝，不仅不能保证断面成形，而且积蓄的应变也小。另外，如优先考虑断面成形，增大第2道次的上下对角尺寸2As1，增大与1道次后的材料的长轴2B1的比As1/B1，则公称压缩率变小，即使可满足成形，也不能使材料产生大的应变。
<2>扁平孔型的(短轴长度/长轴长度)
在本发明中，同时满足大应变产生和断面成形。产生于材料的应变和断面形状不仅依存于第1道次的公称压缩率，而且很大地依存于由扁平孔型的长轴方向的形状引起的约束。扁平孔型的短轴长度与长轴长度的比越小，则越可增大以后的第2道次的公称压下率，所以，对应变的产生发挥效果。为此，扁平孔型的(短轴长度/长轴长度)最好小于等于0.4。
<3>扁平孔型的曲率半径
如扁平孔型的曲率半径r01小，则可获得较大的每1道次的断面减小率，但宽度方向成为尖形，即使第2道次的公称压下率大，也不能在材料中心产生应变。因此，从下一道次后的成形和大应变产生的观点考虑，最好具有适当的曲率半径r01，其范围为坯料对边尺寸2A0的1.5倍。大于等于1.5倍时，可按良好的效率满足成形和大应变产生两个方面，当为5倍、6倍时，其影响基本无变化。因此，没有上限，以作为下限的大于等于1.5倍作为条件。
<4>包含扁平孔型的轧制道次
通过使用提出的扁平孔型，与作为过去的孔型系列的椭圆形-正方形、椭圆形-圆形组合，从而可制作精度良好的断面形状，而且可产生大的应变直至坯料中心。
另外，在本发明中，可适用上述轧制加工方法的材料不限制为金属材料，可适用于由带槽轧辊的轧制进行制造的所有棒线材。其中，加工硬化能力优良的金属材料容易按良好的效率在宽范围产生大的应变。例如，加工硬化特性比低碳钢优良(n值大)的不锈钢容易产生大的应变。作为大的应变，需要用正方形-扁平形-正方形孔型系列(2道次)在断面中心至少产生1.0的应变。另外，最好在材料断面的大于等于60％的区域产生大于等于1.0的应变，从而可形成金属材料的微细晶粒的区域。
以下根据实施例更详细地说明实施形式。当然，以下的例子并不限定发明。
实施例
设24mm×24mm的棒钢为试验用材料。其成分为0.15C-0.3Si-1.5Mn-0.02P-0.005S-0.03AI的SM490钢。使用图2所示孔型进行2道次带槽轧辊轧制。初期的材料断面形状为图1(a)所示24mm×24mm的棒钢，进行图1(b)所示扁平轧制(第1道次)后，使材料回转90°，由图1(c)的正方形孔型形状的轧制，将其轧制成18mm×18mm的棒钢(第2道次)。轧制温度按恒定的500℃进行，轧辊直径都为300mm，转速为160rpm。另外，图1所示扁平孔型时的辊缝为3mm，正方形孔型时为2mm。由轧制产生于试验用材料的塑性应变使用通用有限单元码ABAQUS/Explicit进行计算。在解析中，作为材料的特性，使用基于实测的依存于温度和应变速度的应力应变关系。轧辊与试验用材料的接触条件采用摩擦系数μ＝0.30的库仑条件。轧辊为刚体。
<实施例1>
使用图2(b)所示扁平孔型，其高度2A01＝12mm，宽度2B01＝47.1mm，曲率半径r01＝64mm。
<实施例2>
使用图2(b)所示扁平孔型，其高度2A01＝16mm，宽度2B01＝47.1mm，曲率半径r01＝46mm。
<实施例3>
使用图2(b)所示扁平孔型，其高度2A01＝18mm，宽度2B01＝47.1mm，曲率半径r01＝40.8mm。
<实施例4>
使用图2(b)所示扁平孔型，其高度2A01＝12mm，宽度2B01＝32.7mm，曲率半径r01＝32mm。
<比较例1>
使用图2(b)所示扁平孔型，其高度2A01＝20mm，宽度2B01＝47.1mm，曲率半径r01＝36.94mm。
<比较例2>
按实施例1的扁平孔型形状，在释放1道次后的应变、成为无应力·无应变状态后(仅继承断面形状)，进行正方形轧制。
表1归纳了实施例1～4、比较例1的扁平孔型的孔型形状，图3示出这些场合的坯料断面形状与扁平孔型形状的几何学的关系。
                                              表1
             扁平孔型形状            与坯料的关系
  高度2A01   宽度2B01   曲率半径r01   孔型比A01/B01   As1/B1   Ao1/A0   ro1/A0
  实施例1   12   47.1   64   0.25   0.61   0.50   2.67
  实施例2   16   47.1   46   0.34   0.69   0.67   1.92
  实施例3   18   47.1   40.8   0.38   0.74   0.75   1.70
  实施例4   12   32.7   32   0.37   0.60   0.50   1.33
  比较例1   20   47.1   36.94   0.42   0.78   0.83   1.54
图4示出实施例1的材料断面上的应变的分布。
该图4的中央的由倾斜十字形示出的部分示出应变大于等于1.5的区域。从24mm×24mm的断面减小率为53％，如为从断面减小率计算出的通常的应变，则为0.87，但通过在其间设置扁平孔型，从而在断面积70％的区域产生1.5这样的非常大的应变。其宽度可从断面中心朝4边看到。大于等于1.0的应变产生于99％的区域，大于等于1.8的应变产生于9％的区域。断面中心的应变为1.81，非常大。
表2示出实施例1～4和比较例1的使用扁平孔型时的断面中心产生的应变和断面积中的应变1.0和1.8或其以上所占的比例。在实施例1～4中，将大应变1.0产生于中心，其所占比例大于等于80％，扩展到极宽的范围。在比较例1中，中心的应变没有大于等于1.0，大于等于1所占的比例也小于等于60％。
                           表2
         应变的面积率(％)   中心的应变
  大于等于1.0   大于等于1.8
  实施例1   99.2   8.5   1.81
  实施例2   99.4   0.0   1.34
  实施例3   84.7   0.0   1.09
  实施例4   100.0   16.0   1.62
  比较例1   54.8   0.0   0.86
图5示出使用实施例1～3和比较例1的扁平孔型时的正方形轧制后的断面中心线上的相对z方向的应变分布。在实施例1～3中，断面中心的应变最大，在实施例1中为1.81，在实施例2中为1.34，在实施例3中为1.09，非常大。另一方面，在比较例1中，应变均匀地大体为0.86，比实施例1～3小。从坯料经过2道次后的断面减小率相对实施例1、2、3分别为53％、49％、51％，相对比较例1为47％，虽然没有大的差别，但实际上产生于材料内的应变不同。
图6示出正方形-扁平形轧制(1道次)后、进行此后的扁平形-正方形轧制(2道次)后产生于材料中心的应变与正方形孔型的高度的关系。在该图6中，
数1
εeq 1st
表示1道次后产生的应变，
数2
εeq 2nd
表示2道次后产生的应变，
数3εeq 2nd-εeq 1st
表示从2道次后的应变减去1道次后的应变，即第2道次产生的应变。从该图6可以得知，当扁平孔型的高度大于等于20mm时，由第2道次产生的应变不变化。过去，如断面减小率大，则相应地进行了加工，所以，应在材料内产生大的应变，但第2道次的断面减小率相对扁平孔型的高度2A01＝12、14、18、20、22、24分别为28％、32％、34％、41％、41％、41％、41％。即，断面减小率越小则应变增加越大。这表明由第1道次产生的应变分布产生大的影响。当扁平孔型的高度2A01＝18mm或其以上时，断面减小率为41％，保持一定，另外，当2A01＝20mm或其以上时，应变增加基本为0.58，保持一定。对于断面减小率41％，在假定均匀地产生应变的场合计算时，为0.60，与2A01＝20mm或其以上时产生的应变大体相等。这意味着由第1道次产生的应变分布不对第2道次的应变产生起到作用。可以得知，在本次的条件下，实施例1的高度12mm效率良好地(按较少的断面减小)增加应变。即，实施例1的条件表示，对于第2道次产生的应变，由第1道次产生的应变分布有效地起作用。
图7示出扁平孔型形状相同的实施例1与比较例2时的断面形状。图7(a)示出1道次(扁平轧制)后的材料的断面形状，图7(b)示出2道次(正方形轧制)后的断面形状(实施例1)，图7(c)表示1道次(扁平轧制)后组织回复和再结晶使产生的应变和应力变成零(仅继承形状)，然后进行2道次(正方形轧制)后的断面形状(比较例2)。由第1道次的扁平轧制产生于材料内部的应变分布如对由第2道次产生的断面形状产生大的影响，则正方形轧制后的材料的断面形状虽然没有变化，但从图7(b)、(c)可知具有大的差别。即，对于正方形-扁平形-正方形轧制那样的孔型系列，由在第1道次产生的应变分布，对2道次后的断面形状产生大的影响。因此，在各道次的应变积蓄于材料内的场合，过去的材料形状与正方形孔型的关系结果不能适用，意味着考虑了第1道次产生的应变分布的正方形孔型的设计在断面成形中非常重要。
产业上利用的可能性
如以上详细说明的那样，由本发明，可解决已有技术的问题，明确由1道次产生的应变分布对下一道次的应变分布和形状的影响，在材料断面整个区域特别是材料中心产生大应变。
即，按照本发明，可在坯料中心产生大应变，可制造具有断面均匀的组织的金属材料。另外，对需要大应变的具有超微细晶粒组织的金属材料的制造有用。另外，第1道次产生的应变分布对2道次后的应变的大小和分布及断面形状产生影响这一事实成为同时满足断面成形和组织形成这样2个方面的新技术，对今后的孔型系列的设计作出大的贡献。

Claims (7)

1.一种大应变产生加工方法，在连续的大于等于2道次的孔型轧制中，用第1道次的扁平形状的孔型进行轧制，接着，在第2道次用方形形状的孔型进行轧制；其特征在于：由这样的孔型进行轧制，该孔型的第1道次扁平孔型的短轴2A01相对坯料对边尺寸2A0成为A01/A0≤0.75，第2道次的上下对角尺寸2As1相对1道次后的材料的长轴2B1，成为As1/B1≤0.75。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于：用孔型进行轧制，该孔型的第1道次扁平孔型的短轴2A01与长轴2B01的比成为A01/B01≤0.4。
3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于：用孔型进行轧制，该孔型的第1道次的扁平孔型的曲率半径r01大于等于坯料对边尺寸2A0的1.5倍。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的加工方法，其特征在于：总轧制道次数中包含大于等于1次扁平形-方形的孔型的组合。
5.一种轧制装置，其特征在于：具有扁平孔型的短轴2A01与长轴2B01的比呈A01/B01≤0.4的孔型。
6.一种轧制装置，其特征在于：具有权利要求5所述的孔型，该孔型的扁平孔型的曲率半径r01大于等于坯料对边尺寸2A0的1.5倍。
7.一种轧制装置，用于进行连续的大于等于2道次的孔型轧制；其特征在于：具有权利要求5或6所述的孔型，同时，还具有形状与其不同的非相似形的孔型，由两孔型进行轧制。
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