一种高密实度大直径棒材生产工艺 |
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| 申请号 | CN201610877199.5 | 申请日 | 2016-10-09 | 公开(公告)号 | CN106540983A | 公开(公告)日 | 2017-03-29 |
| 申请人 | 扬州诚德重工有限公司; | 发明人 | 王明家; 付一峰; 王子兮; 周宣; 谭明; 刘玉明; 徐国荣; 张怀德; | ||||
| 摘要 | 一种高密实度大直径棒材生产工艺，属于金属材料塑性加工领域，将加热后的圆 铸坯 进行 锻造 拔长延伸加工；将 钢 坯进行高温扩散处理；将坯料进行精整 轧制 。本 发明 优点在于：高温锻造使孔洞 缺陷 闭合，闭合界面充分贴近相互 接触 ，为晶粒跨界连续生长创造条件；高温保温 加速 原子 扩散有利于孔洞充分消失缺陷愈合，使得焊合区域化学成份和显微组织均匀化；在只增加少量生产成本情况下显著提高产品 质量 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高密实度大直径棒材生产工艺，其特征在于包括以下顺序步骤： |
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| 说明书全文 | 一种高密实度大直径棒材生产工艺技术领域背景技术[0002] 大截面连铸坯成材率高、制造成本较低，实用价值明显。通常大锻件材料内部紧密接触界面的焊合主要通过位错扩散、界面扩散和表面扩散等机制实现，显然，高温长时间有利于该界面焊合。但由凝固特性决定，其内部不可避免地存在各种缺陷，如气孔、缩孔和中心疏松、偏析、夹杂物、裂纹等缺陷。其中孔洞型缺陷是大截面连铸坯内部缺陷的主要形式，它的存在破坏了金属材料的连续性，锻造和轧制过程中容易发生应力集中及裂纹损伤，导致服役过程中锻件寿命严重缩短甚至报废。 [0003] 目前，大截面连铸坯内的孔洞型缺陷难以通过改进连铸技术的方式来很好地消除，主要通过后续热加工来加以解决。传统的大型棒材通常采用锻造或者轧制这两种工艺生产，专利申请号为201010578599.9的《锻轧联合新工艺》技术突破原有的传统生产工艺技术流程，使得圆棒状钢材产品的力学性能和使用性能得以大大增强和提高。 [0004] 近些年随着行业的发展，市场对连铸坯产品的规格和质量提出了更严格要求，更迫切的需求开发大截面、超大截面的连铸坯。2009年国内钢铁企业开始试生产直径为Ф600mm、Ф800mm连铸坯，产品质量相继达到国际领先水平，2010年可以生产直径为Ф900mm规格的连铸坯，2011年江阴某公司成功开发直径达到Ф1000mm的连铸坯。然而连铸坯截面尺寸越大，其中心缺陷越严重，必须开发新技术来满足工程实际需要。 发明内容[0005] 针对使用大截面连铸坯生产大直径棒材产品的工艺流程存在的以上缺陷，为了消除孔洞型缺陷，本发明提出一种高密实度大直径棒材生产工艺。 [0006] 本发明包括以下顺序步骤：1）将加热后的圆铸坯进行锻造拔长延伸加工，通过该步骤使得孔洞型缺陷闭合； 2）将钢坯进行高温扩散处理，通过该步骤使焊合闭合缺陷； 3）将坯料进行精整轧制。 [0007] 在本发明步骤1）中，通过锻造拔长延伸加工，锻件变形量大，芯部变形渗透完全，孔洞型缺陷在压应力和剪切力的共同作用下不断坍塌，使孔洞闭合且闭合界面充分贴近相互接触，为晶粒跨界连续生长创造条件。在塑性加工过程中的塑性应变，在闭合界面附近形成大量的位错、亚晶界、晶界以及空位等组织结构，应力集中严重。这些塑性变形产生的缺陷为元素扩散提供快速通道，也为再结晶提供驱动力。同时，贴合的界面间容易发生剪切运动而破坏界面处的氧化膜，有利于随后的合金元素原子扩散。 [0008] 在锻造拔长后孔洞型缺陷虽然完全闭合，但是界面依然没有彻底消除，材料性能尚未得到本质改善。在本发明步骤2）中，在轧制前增加高温扩散保温工序，可以利用锻造过程产生的位错、空位、亚晶、再结晶等亚结构以及应力集中，实现界面周围合金元素原子的快速扩散，而且提高保温温度、延长保温时间，有利于新的再结晶晶粒充分形核和生长，最终消除闭合界面愈合带，实现组织均匀化，达到改善性能的目的。 [0009] 最后，采用用精整轧制工艺能满足坯料的延伸系数要求，满足钢件的尺寸精度要求，产品的尺寸精度远远高于传统锻件产品精度，大大降低后续的冷态精整工序的工作量，大大缩短产品生产周期。同时对步骤2）的高温保温起到辅助作用，完善孔洞焊合进程。此外，轧制变形导致的再结晶可以进一步细化晶粒，促进芯部区域化学成份和显微组织均匀化。 [0010] 本发明的优点在于：（1）高温锻造使孔洞缺陷闭合，闭合界面充分贴近相互接触，为晶粒跨界连续生长创造条件；（2）高温保温加速原子扩散有利于孔洞充分消失缺陷愈合，使得焊合区域化学成份和显微组织均匀化；（3）用轧制方法生产，轧制变形连续，成品尺寸精度高，同时进一步加速孔洞焊合消除缺陷；（4）生产工艺简单，生产效率高，在只增加少量生产成本情况下显著提高产品质量。 [0011] 总之，本发明在锻造工序和轧制工序之间，增加高温扩散处理工艺步骤，其目的是加速孔洞焊合进程，防止轧制过程中的拉应力使闭合孔洞再次拉开，有利于提高产品质量及合格率。采用本发明方法可生产出大直径无孔洞型缺陷的棒材产品。 [0012] 进一步地，本发明所述步骤1）中锻造拔长延伸加工过程中圆铸坯的始锻温度为1200℃，终锻温度为1000℃。连铸坯的热塑性随着温度的下降而降低，其变形抗力则随之升高，当锻造温度低于1000℃时，其塑性流动性较差，不利于孔洞闭合，因而锻造温度应控制在1000℃以上。如果加热温度过高，晶粒迅速长大变得粗大，使力学性能降低，因此始锻温度控制在1200℃以下。 [0013] 所述步骤1）中，每道次的压下量为100mm～150mm，锻造拔长延伸加工的最小拔长比为1.5∶1。当拔长比小于1.5时，孔洞界面只是部分贴合，将整个连贯缝隙分割成了一些较小的孔洞，进而在后续热处理及热加工工序中无法实现焊合。当拔长比大于1.5时，孔洞完全闭合且闭合界面充分贴近相互接触，为物质传递和晶粒跨界连续生长创造条件。 [0014] 所述步骤2）中所述高温扩散处理时钢坯的温度为1150℃～1220℃，时间为3～15小时。 [0015] 依据Fick第一定律，扩散系数随着温度升高呈指数增大，因此加热温度越高，越利于扩散；同时为防止保温过程中出现过热和过烧现象，加热温度应控制在1150℃ 1220℃之~间。高温扩散处理利于缺陷原子扩散进行修复，而由于没有塑性变形和压力驱动加速扩散作用，缺陷自扩散修复过程较慢，因此需要足够的时间，原子间形成牢固的金属键进而焊合。不同材质不同规格的钢坯所需保温时间不同，较大直径的钢坯保温15小时后，内部孔洞型缺陷焊合完全，达到冶金结合，实现组织均匀化；同时基于节约能源，减少金属烧损，最大保温时间选择为15小时。 [0016] 所述步骤3）中，每道次的压下量≤100mm，精整轧制的轧制比为1.2～2.5∶1。为满足坯料的延伸系数要求及钢件的高精度尺寸要求，采用每道次小于或等于100mm的压下量进行精整轧制。同时结合多种不同规格棒材的生产任务需求，坯料实际变形范围大，其轧制比应在1.2～2.5∶1之间。 具体实施方式[0017] 以下详细说明采用本发明工艺生产Φ600mm大直径Q345D圆钢的具体实施方案，主要利用顺序串联布置的锻造压力机、高温加热炉和大型型钢轧机相互配合执行如下工艺路线：连铸坯加热、压钳把、锻造拔长、预精轧轧制、精整轧制、冷却、矫直、打包和入库。 [0018] 本实施例中采用的钢坯尺寸为Φ900mm的圆形连铸坯，由于本发明采用锻造开坯，具有很大的兼容性，便于采用多种规格的坯料，关键步骤的工艺如下：一、锻造拔长延伸加工：将加热后的圆铸坯送入压力机，采用ΔH=100mm/道次的压下量进行拔长操作，每道次旋转坯料并锻造拔长，使坯料在上下V型砧之间延伸变形，将锻件加工成对角线长700mm的八棱柱形状，本工序实现拔长比为1.65∶1。 [0019] 本实施例采用大型锻造压力机，采用较大的道次压下量进行操作，可以满足大型棒材的压缩比要求，目的是使孔洞闭合且闭合界面充分贴合，为后续缺陷焊合创造条件，同时有利于改善材料的内部质量，使得最终大圆棒钢材产品的力学性能明显提高，显著地提高开坯效率。同时可以产生大量的变形热，维持坯料的温度，也有利于缺陷焊合。 [0020] 二、高温扩散：将锻造开坯后的钢材立即送往高温加热炉，在1200℃下保温5小时。高温保温可以加速原子扩散，有利于再结晶晶粒充分形核和生长，消除闭合的孔洞界面，实现焊合及冶金结合，并且使焊合区域化学成份和显微组织均匀化。 [0021] 三、精整轧制：在轧机上采用对角线长625mm的八角形孔型设计，对上述八棱柱形状坯料进行精整轧制，每道次间翻钢90°，轧制压下量为ΔH=80mm/道次，保证金属晶粒度均匀性。本实施例中，预精轧后钢坯的断面形状为八角形，其轮廓尺寸大致为680×602mm，实现轧制比1.23∶1。 [0022] 通过预精轧工序能满足坯料的延伸系数要求，满足钢件的高精度尺寸要求，远远大于传统锻件的尺寸精度，通过预精轧制能够完成超长、高尺寸精度和高性能的钢材生产要求。 [0023] 在轧机上利用Φ600mm成品圆孔型进行精轧，采用小变形量ΔH=30mm/道次，精整坯料的表面，使得表面尺寸更加精确，本工序实现轧制比1.20∶1。 [0024] 输送辊道配合矫直机，完成大截面棒材尤其是长棒材的热矫直。 [0025] 通过精轧制成热轧成品，由于采用小压下量的精轧制，最终产品的尺寸精度远远高于传统锻造产品的尺寸精度，大大降低后续的冷态精整工序的工作量，大幅度缩短产品生产周期。采用上述工艺技术，消除了大直径圆棒钢材的孔洞型缺陷，使得最终产品的力学性能、使用性能以及产品形状精度均得以显著提高。 |
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