TWI269675B - Processing method with large strain introduced thereto and caliber rolling apparatus - Google Patents

Description

1269675 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本申叫案之發明係有關大應變導入加工方法及用於此 方法之乳概型缝壓延裝置。 【先前技術】 就棒型鋼之製造方法而言，咸知一般是使用具有孔模 的槽的軋輥進行壓&的軋輥型縫壓延(canber rolling)此日寸，孔模的形狀大致分為方形（正方形、菱 形）橢圓形、圓形。藉由適當組合這些孔模（稱為滾軋排 程），可咼效率減少截面，精加工成預定大小的棒型線材。 此際’如何咼效率減少截面積，高精度精加工成預定形狀 很重要。 然而，由於習知適用的孔模設計注意斷面收縮率 (redUCti〇nofarea)及戴面成形，故相較於材料表面，在 中心部份有金屬組織粗大的問題。其最大的原因是未將與 表面匹敵的應變導入材料中心部。因&，若能以和習知相 同或較習知少的斷面收縮率或滾軋數將大應變導入整個材 料，則組織均-性即會提高，可於卫業上實現具有微細粒 組織的金屬材料的創製4由於迄今所檢討的孔模設計以 溫熱加工為對象，此時，藉由滾軋間組織的回復、再結晶， 釋放出第1次滾軋所導人的應變或應力，故亦有未設想到 第1次滾軋後所導人的應變分布帶給第2次滾軋以後的應 變分布及截面形狀之影響的問題。 因此，本案發明之技術課題在於解決如上所述的習知 3]58】9(修正版) 5 1269675 技術之問題點，在闊明第卜欠滚軋所導入的應變分布對後 繽滾軋的應變分布及形狀造成的影響的同時，並提 大應變導入整個材料截面，特別 '、竽 【發明内容】 π疋材科中心的新技術手段。 就解決上述技術課題之技術而言，第卜本申於安之 發明提供-種大應變導入加工方法，係於 二： 上的孔模壓延中，以第丨_欠、$勒 ’、、、員-人滾軋以 ;丨槿〜^ # 1 ^袞軋㈣橢形（Flat-llke_0val 孔才旲貝知麼延，接著，於镇？ 4 ^ ㈣方* ^ 軋m彡孔模實施魔 “徵在於：藉第1次滾軋的扁橢形孔模的短 軸2A〇I相對於材料對邊尺汁生λ 月々礼才旲的短 M t τ ^ 4 ΑβΙ/Α^. 75，第 2 次滾 軋的上下對角尺寸My相對 炎剎爾A /D^n 、 袞乾後的材料的長軸2Βι ^ 1=〇· 75所構成的軋輥型縫實施壓延。 又弟2為在前述加工方法中拉笛1 A & 4 0Λ 々凌宁猎弟1次滾軋的扁橢形 ㈣短轴2Α°】與絲2^的比為WBMO. 4所構成的 軋親型縫實㈣延第3為在前述加工方法卜 ==模的曲率半徑-為材料對邊尺寸二= 乾報型縫實施壓延，第4為在前述加工方法中， 於全部壓延滾軋數中包含1 匕31夂以上扁橢形一方形孔模的組 合0 ㈣1㈣提供—種置’係於第^欠滾乳中 具備短軸2Agi盘長細π、 m r“以 轴 （）係滿足4 關係的扁擴形孔模軋輕型縫，接著，於第2次滾軋中具 備方形孔模軋輕型縫’該方形孔模軋親型縫之上下對角尺 寸2AS1與經前述扁擴形孔模軋親型壓延後之材料長軸2Bl 3158】9(修正版) 6 1269675 t wb,)係滿足Asi’m75之關係。 扁供—種壓㈣置，係為於第1次滾乾中I隹 扁橢形孔杈軋輥型縫，於第2 /、備 型缝㈣㈣置，其特徵在^具備方形孔模乾輕 軸2A。，與長轴之比（WB〇 1縫之 係，且該短車由2A〇1與經該扁橢形孔^ " β°<〇·4之關 料對邊尺寸2Ad之比(WAq)係 “L輥型縫屢延前的材 第8為提供一種壓延裝置/係為於^0、75之關係。 扁橢形孔模乾輕型縫，於第2 .南^弟-人滾軋中具備 型縫之壓延裝置，其特徵在：該扁、具備方形孔模軋輕 #由2 Α λ, E . & _幵> 孔模乾輥型够才立- 軸2知與長轴2Β〇ι之比（A。；） 4縫之知 係’且其曲率半徑R(n為經該扁孔01 之關 的材料對邊尺寸^約！ 5 制果軋_屢延前 縫之上下對角尺寸仏與經；述扁橢:=孔模㈣^ 後之材料長轴2Bl之比（WB,)係滿^ = 第9為提供-種壓延裳置，係為於第δ^.75之關係。 扁擴形孔模乾輥型縫，於第2次μ中衰乾中具備 型縫之壓延農置，其特徵在：該扁擴形鋒了，孔模軋輕 轴‘與長軸2B〇l之比（Α〇ι/β〇ι)係 ^軋輥型縫之短 係，且其曲率半徑Rfll為經該扁橢形孔^編之關 的材料對邊尺寸2A。社5倍以±，且2 缝壓延前 爲擴形孔模軋輥型縫壓延前的材料二轴2A。】與經該 —滿足域仏75之關係 角尺寸2AS1與經料扁擴形孔模軋幸昆型縫壓延 315819(修正版） 7 I269675 後之材料長軸2B丨之比（Asi/Bl)係滿足As ^ υ · / 5之關係 第10為提供一種壓延裝置，係如申請哀 # τ用寻利摩已圍第6 Μ 7 了5 > 蔽 ^ tf士 班.朴丄 π 弓今刊乾圍第6 ^第7項之壓延裝置，其中’該壓延裝置係為用以進行 連，2次滾軋以上之孔模壓延的裝置，复 為非相似形。 為型縫之形狀 第11為提供一種壓延裝置，係用來進行連續3次以上 滚礼的孔模壓延的裝置’其特徵在於：具備如申請專利範 圍第6至1G項中任―項之純型縫，㈣亦具備形狀與^ 相異的非相似形軋輥型縫。 、 【實施方式】 本申請案之發明具有如上述特徵，以下就 加以說明。 U心 首先，按照第i圖說明本申請案發明之軋輥型縫特徵。 <1二扁橢形孔模的短軸長度與材料對邊長度的關係 當使用第1次滚軋的扁橢形孔模時的 (2A，/2M小時，由於應變幾乎未二 中…故為了將第1次滾軋的應變導入材料截面，辦 大公稱壓下率。斗，楚！ AI 曰 口此弟1;人滾軋的扁橢形孔模所用短軸 長度2A°]與材料對邊長度2A。的必須在0.75以下。春 t〇. 75時’材料即會在下一次的以方形孔模壓^形下 =於^間隙’此不僅無法確保材料的截面成形，且所 又亦小。再者當以戴面成形為優先，並增大第2 二:2Β 對角尺寸2Asl ’且增大與1次滾軋後的材料 長釉2Βι的比A s1/r〗拄，日,丨、士 , 守則II 一次便會形成公稱壓下率減 315819(修正版) 1269675 小；即二可滿足成形，但仍無法將大應變導入材料。 <2>扁橢形孔模的（短軸長度/長軸長度）

入丄申 =之發明同時滿足大應變導入及截面成形。導 入材枓的應變及截面形狀不僅 V 率影響，而且還大幅受到爲㈣弟“人滾軋的公稱壓下 所造成的約束。由於层炉带了丨& 竿乃门的形狀 tb Μ I ，Μ -T 、 ^ 果的知軸長度與長軸長度的 比越小，越可以增大後續第2 導入應變上發揮效果。因此，㈣下率’故在 軸長度/長軸長度）在〇·4以下。 、〕^且 〈3 >扁橢形孔模的曲率半徑 〆雖然扁橢形孔模的曲率半徑r〇i小的話，即可獲得 母次滾軋之斷面收縮率，不過， 、 如，即使次-滾軋的公稱壓下率：度二會：成尖形。例 中心。因此，從次一滾乳JL '仍無法導入材料 看，右、商米二L A應變導入的觀點來 看有適虽的曲率半徑reI，其範圍以成為材料對邊尺寸 :大的二5:以上較佳。在1,5倍以上’即高效率滿足成形 者’若達到5倍、6倍，則對於影響幾乎 :帶來變化。因此，沒有上限，以下限在15倍以上為條 件0 < 4 >包含扁橢形孔模的壓延滾乳 藉由使用所提議㈣橢形孔模舆習知孔模㈣ -正方形、橢圓-圓形組合’可製作精度 並可將大應變導入材料_心。 肖 又，於本申請案之發明中，可適用前述麼延加工方法 3158〗9(修正版) 9 1269675 的材料不限於金屬材料，對以溝槽軋輥壓延製造的所有棒 型線材均可適用。其中’加工硬化性能優異的金屬材料特 別容易高效率且大範圍導人大應變。例如，加卫硬化特性 優異（η值大）的不銹鋼比低碳鋼更容易導入大應變。就 大應义而3 ’於正方形—扁橢形—正方形孔模系列（2次 滾軋）中，需至少將丨.0的應變導入截面中心。再者，較 佳較將1.0以上的應變導入材料截面的6〇%以上的區乂 域，藉此，可形成金屬材料的微細結晶粒區域。 因此’以下揭示實施例，並進一步就實施形態詳加說 明。當然，發明不限於以下例子。 實施例 —以24mm正方的棒型鋼作為試材。其成分為〇15(：(碳） —〇·3 Sl (矽）Μη (錳）一 〇·〇2 P (磷）—〇·〇〇5 s ()〇·〇3Α1 (I呂）的SM490鋼。使用第2圖所示孔 =進打2次滾軋溝槽軋輥壓延。初期的材料截面形狀為如 第1 (a)圖所示24咖正方的棒型鋼，在經過第j (b)圖 所:扁擴形壓延（第1次隸）後，將材料旋轉90。，二 由第1 (c)圖所示正方形孔模形狀的壓延，壓延成18咖 正方的棒型鋼（第2次滾軋）。壓延溫度為5〇〇。〇且一定下 進订，軋輥均為300咖，旋轉速度為16〇 rpm (每分鐘轉 數）又於第1圖所示扁橢形孔模情形下之軋輕間隙為3 _，於正方形孔模情形下為2 mm。藉由壓延導人試材的塑 性應變使用通用有限元素代碼ABAQUS/Explicit來計算。 於角午析中，就材料的特性係使用根據實際測試所得溫度及 315819(修正版) 10 1269675 依存應變速度的應力一應變關係。軋輥與試材的接觸條件 抓用摩擦係數// = 0· 30的庫倫（c〇u丨〇mb)條件。且，軋 為剛性體。 匕 〈弟1貫施例> 使用第2 ( b )圖所示扁橢形孔模的高度2Agi = 見度2Bq1 = 47· 1 mm，曲率半徑Γ(π = 64腿。 <第2實施例> 使用第2 ( b)圖所示扁橢形孔模的高度= 命 A 1 υ mill > 足度 2Β(π = 47· 1 mm，曲率半徑 rQi = 46 _。 〈弟3貫施例> —使用第2 ( b )圖所示扁橢形孔模的高度2 Αβ1 = 18 _， 寬度2Bcn = 47. 1刪，曲率半徑rQ丨= 4〇. 8 mm。 <第4實施例> 使用第2 ( b )圖所示扁橢形孔模的高度2“ = 12咖， 寬度 2Β(π = 32·7πιπι，曲率半徑 rQi = 32mm。 m ’ 〈第1比較例> —使用第2(b)圖所示扁橢形孔模的高度2Α〇ι==2〇咖， 寬度 2Bcn = 47. 1 mm，曲率半徑 rcn = 36.94 mm。 ， <第2比較例> 以第1貫施例之扁橢形孔模形狀，釋放丨次滾軋後的 應變’在成無應力.無應變狀態後（僅ft面形狀繼續） 行四方形壓延。 、運 表1係歸納第1至第4實施例第1比較例的扁橢形孔 模的孔模形狀的表，第3圖係表示此等情形下的材料戴面 11 Λ 315819(修正版） 1269675 形狀與扁橢形孔模 形狀的幾何學性關係 的圖面。 表

此 r〇i/2A〇 0 2· 67 T 1. 92 1. 70 ) 1. 33 5 1. 54 , 第4圖中央的傾斜十字形所示部分表示應變15以 上=域二24_正方材料的斷面收縮率為53% ’若是自斷面 收縮率算出的一般應變，係為〇.87,藉由將扁橢形孔模放 入其間，則1.5這種非常大的應變會被導入截面積7〇%的 區域。其擴大可從截面中心朝四邊觀察出。又，丨.〇以上 的應變導入99%，1.8以上導入9%的區域。且，戴面中 心的應變為1.81，相當大。 表2揭示使用第1至第4實施例及第i比較例的扁橢 形孔模時導入戴面中心的應變以及截面積中應變丨· 〇及 1 · 8以上所佔比例。於第1至第4實施例中，大應變丨· 〇 導入中心，其所佔比例在80%以上擴大至極廣範圍。於第 1比較例中，中心的應變不在1 · 〇以上，再者，1以上所佔 比例亦在60%以下。 12 315819(修正版) 1269675 表2 率（的應變

/第5圖圖示使用第1至第3實施例及第1比較例的扁 糖幵y孔模B寸，正方形壓延後的截面中心線上相對於Z方向 的應變，布。於第1至第3實施例中，截面中心的應變最 第1實施例中為1· 81，於第2實施例中為1. 34，於 第3 κ %例中為1 · 〇9，相當大。另一方面，於第j比較例 中、、應欠大致為0· 86，很均一，比第1至第3實施例小。 材料、、、二過2次滾軋後的斷面收縮率相對於第1、第2、第3 。貝施例分別為53%、49%、51%，相對於第】比較例為^ ^ j…、大差異，但實際導入材料内的應變卻不同。 7第6圖表示正方形一扁橢形壓延（丨次滾軋）後、其 後t扁橢形一正方形壓延（2次滾軋）後導入材料中心的 應變與扁橢形孔模的高度的關係。且於此第 數式1 ε 1st eq 3158〗9(修正版) 13 1269675 表示1次滾軋後所導入的應變， 婁文式2 表示第2次滚軋後所導入的應變， 2nd ε e<l 數式3 a2nd -alst eQ eq 表不2次滾軋後的應變減丨次滾軋後的應變所得的應變， 亦即表示第2次滾軋所導入的應變。由此第6圖可知，扁 橢形孔模的高度在20 _以上’第2次滾軋所導人的應變沒 有變化。向來當斷面收縮率大時，即表示有進行其份量的 力 故大應文應该已導入材料内，但第2次滾軋的斷面 收縮率相對於扁橢形孔模的高度2A()i=12、14、16、18、 20、22、24 分別為 28%、32%、34%、41%、41%、41 /6、41 /6。亦即，斷面收縮率小者，應變增加變大。此係 第1次滾軋所導人的應變分布影響很大。制形孔模的高 度在2Α(π — 18 mm以上時，斷面收縮率係為41%而一定，又， 2Α(π = 20匪以上時，應變增加係大致為〇·58而一定。在假 設均一導入應變情形下，#出斷面收縮率41%的應變為 〇· 60，大致與2A〇i = 20 mm以上時所導入的應變相等。這意 味著第1二欠滾軋導入的應冑分布無助於第2次滾軋的應變 導入。在此次的條件下，得知第1實施例的高度12 mm高效 14 3158】9(修正版) 1269675 (，二的縮小面積地）增加應變。亦即，第1實施例的 、首牛”頁不第1次滾軋所導入的應變分布對第2次滾軋所 ^入的應變有效地發生作用。 第7圖圖不扁橢形孔模形狀相同的第1實施例及第2 :較例情形下的戴面形狀。第7(a)圖圖示i次滾軋（扁 :形壓延）後的材料的截面形狀’第7 ( b)圖圖示2次滚 L (正方形壓延）後的截面形狀（第1實施例），第7 ( c) ，圖示1次滾軋（扁橢形壓延）後，組織回復，再結晶， V入=應’交及應力歸零後（僅形狀繼續維持），2次滾軋（正 方形壓延）後的截面形狀（第2比較例）。若第i次滾軋的 ^形壓延導人材料㈣的應變分布未帶給第2次滾軋所 導入的截面形狀很大影響，則正方形壓延後的材料的截面 形：即無變化’不過，由第7 (b)、(c)圖可知有很大的 差二―亦即，在正方形一扁橢形—正方形壓延般的孔模系 列精第1次滾軋所導人的應變分布會帶給2次滾軋後的截 面形狀很大影響。因此’在各滾軋的應變蓄積於材料内情 ^I，智知材料形狀與正方形孔模的關係結果無法適用， 遣意味著考慮第1次滾軋所導入的應變分布的正方形孔模 的设計於戴面成形中非常重要。 [產業上之可利用性] 如以上詳細說明，藉本申請案之發明解決習知技術之 問題點，亚明瞭丨次滾軋導入的應變分布對次一滾軋的應 變分布及形狀所造成的影響，而可將大應變導入整個材= 截面，特別是材料中心。 315819(修正版) 15 I269675 可每亦即，藉本巾請案之發明可將大應變導人材料中心， 現具有戴面均—组織的金屬材料的創製。再者，對具 八需—要大應變的超微細粒組織的金屬材料的創製有用。顯 :第1次滾軋“的應變分布帶給2次滾軋後的應變的大 ^刀布，及截面形狀的影響之事實，係構成同時滿足戴 二成形及組織創製二者的新技術，對今後孔模系列的設計 貝獻極大。 【圖式簡單說明】 第1 (&)至（c)圖係就本申請案發明之軋輥型縫及壓延 進行符號表示的圖面。 第2(幻至（c)圖係進行實施例的軋輥型縫的形狀及尺 寸表示的圖面。 f 3圖係例示實施例的扁橢形孔模的形狀的圖面。 庫圖係圖不罘1貫施例的2次滾軋後的截面形狀及 應交分布的圖面。 第5圖係圖示2次滾軋後的Z方向應變分布的圖面。 首弟6圖係圖示相對於扁擴形孔模的高度，於各滾乾所 V入的材料中心中的應變變化的圖面。 第7⑷至（〇_圖示正方形壓延後的截面形 【主要元件符號說明】 材料對政尺彳 2Α(Π ^橢形孔模的短軸 抑1上下對角尺寸 孤1 4橢形孔模的長軸 1久滾乾後的材料的長轴 Γ01 扁橢形孔模的曲率半徑 3158】9(修正版) 16

Claims (1)

1269675 第931]4209號專利_請案 申請專利範圍修正本 一種大應變導入加工 （95年8月4日〕 孔模壓延中，以第卜」 於連續2次滾軋以上的 接著，於第2 _人滾乾的福擴形孔模實施麼延， 特徵在··第 料對邊尺寸心扁橢形孔模短軸1相對於材 上下對角：二 錢75’第2次滚乾的孔模 机為⑽…:=:1次滾軋後的材料的長轴 2.如申請專利範圍第〗項之成:工軋5 次滾軋的爲橢形孔模的短轴2A方：具f中，係藉第1 長輛亂的比為 •如申請專利範圍第1項之加工方、本甘士 次滾乾的扁擴形孔模的曲率半徑：為^ ^的15倍以上的軋輥型縫實施^材枓對邊尺寸 4.如申請專利範圍第2 · 以上的軋輥型縫實施壓延。 .:申:奢專利範圍第！項至第4項中任—項之 形—方形孔模的組合。數中w1次以上爲橢 •輪置’係於第1次滾乳中具備短軸2知與長 ”之比（Αη/Βπ)係滿足 Adi/k 〇. 4 橢形孔模軋輥型_，H , 關係的扁 縫接者，於弟2次滾乳中具傷方形 1 3158〗9(修正版） 1269675 孔模軋輥型缝，該方形孔模軋輥型缝之上下對角尺寸 2 AS1與經前述扁橢形孔模軋輥型壓延後之材料長轴 2Βι之比（Asi/Bi)係滿足Asi/Bi$ 0.75之關係。 7. —種壓延裝置，係為於第1次滚軋中具備扁橢形孔模 軋輥型缝，於第2次滾軋中具備方形孔模軋輥型缝的 壓延裝置，其特徵在：該扁橢形孔模軋輥型縫之短軸 2Α〇ι 與長轴 2Β〇ι 之比（Αοι/Βοι)係滿足 Agi/Bgi$0.4 之 關係，且該短轴2 Α(π與經該扁橢形孔模軋輥型缝壓延 前的材料對邊尺寸2Α。之比（Agi/A。）係滿足Aoi/Ao S 0.75之關係。 8. —種壓延裝置，係為於第1次滾軋中具備扁橢形孔模 軋輥型縫，於第2次滾軋中具備方形孔模軋輥型缝之 壓延裝置，其特徵在：該扁橢形孔模軋輥型缝之短轴 2Α〇ι 與長轴 2Bgi 之比（Agi/B〇i)係滿足 A〇i/Bgi$ 0.4 之 關係，且其曲率半徑R(U為經該扁橢形孔模軋輥型縫 壓延前的材料對邊尺寸2A〇的1. 5倍以上，而該方形 孔模軋輥型缝之上下對角尺寸2 As!與經前述扁橢形 孔模軋報型缝壓延後之材料長軸2Βι之比（Asi/Bi)係 滿足Asl/Bd 0.75之關係。 9. 一種壓延裝置，係為於第1次滚軋中具備扁橢形孔模 軋輥型缝，於第2次滾軋中具備方形孔模軋輥型缝之 壓延裝置，其特徵在：該扁橢形孔模軋輥型缝之短軸 2Agi 與長轴 2Β〇ι 之比（Αοι/Βοι)係滿足 Aoi/BoiSO.4 之 關係，且其曲率半徑R(n為經該扁橢形孔模軋輥型缝 壓延前的材料對邊尺寸2 Α ο的1. 5倍以上，且其短軸 2 315819(修正版） ί269675 =與亥扁橢形孔模軋輥型鏠壓延前的材料對邊尺 方° ^ (A°i/Afl)滿足Afli/Aflg0.75之關係，且而噹 方形孔模軋輥型縫之上 ^ Ψ Μ Φ! ^ 、角尺寸 Μ舁經前述扁 广孔杈軋輥型縫愿延後之 係滿足Who.75之闕係。 之比(WW ·::請專利範圍第6項或第7項之塵延裝置， ^壓延裝置係為用以進行連續 ，、 延的事置，人滾乾以上之孔模壓 u.-種壓延穿置=之形狀為非相似形。 土之衣置，係用來進行連續3 髮延的裝置，其特徵在於：具 =的孔模 至10項中任一項之軋輕型缝，同日士申喷專利乾圍第β 相異的非相似形軋輥型缝。 了 ’、/、備形狀與其 315819(修正版) 3 1269675 m 丨外 第7 (a)圖

1269675 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（2 )圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 2A〇 材料對寸 2Α〇ι 爲槪努U莫白婉軸 2Asi 上下對角尺寸 2B〇] 扁顯努U莫的長軸 1二嫌幸酸的材伟勺長軸 r〇i 扁橢形?U莫的曲率半徑 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 4 315819(修正版)