一种高强度球扁钢的生产工艺

摘要

本发明公开了一种高强度球扁钢的生产工艺，属于金属轧制领域，生产工艺步骤包括：(1)BD1轧制；(2)BD2轧制；(3)DRDF轧制；(4)初料冷却；(5)冷却好的初料进行剖分、矫直。与现有技术相比较具有钢胚、轧辊通用性好；终产品规格范围大、质量好的特点。

权利要求

1.一种高强度球扁钢的生产工艺，其特征在于，生产工艺步骤包括：

(1)第一架开坯机轧制：经第一架开坯机将矩形坯宽展为扁平坯；其宽展过程为：首先在矩形坯上压出两道凹槽，再把两道凹槽之间的凸台压平；

(2)第二架开坯机轧制：经第二架开坯机将步骤(1)中第一架开坯机所得的扁平坯轧成对称的料型，所述的料型包括两端厚的端部和中间薄的板部；板部呈现波浪形；第二架开坯机轧制后“波浪形”料型温度为940℃～1010℃之间，将料型浸入淬火介质中强冷至360℃～

410℃，并以该温度保温30分钟，然后加热至680℃～700℃，保温30分钟，之后进入两架串列式两辊轧机轧制工序，两架串列式两辊轧机轧制温度不高于900℃；

(3)两架串列式两辊轧机轧制：通过两架串列式两辊轧机把第二架开坯机所得的料型轧成初料，所述的初料包括两个对称的腹板相连接的球扁钢，其中两个对称球扁钢腹板连接处有一凹陷，凹陷处厚度小于球扁钢腹板处的厚度，两个对称球扁钢腹板上夹角小于

180°；

(4)初料进入冷床强风冷却；

(5)冷却好的初料进行剖分、矫直。

2.根据权利要求1所述的一种高强度球扁钢的生产工艺，其特征在于：所述的第一架开坯机轧制包括7个道次：第1道次，在矩形坯上下两面分别压出两道凹槽；第2道次，将所述的两道凹槽之间的凸台压平；第3道次，将所述的两道凹槽两侧的凸台压平；第4道次，在矩形坯上下两面的中间分别压出一道凹槽；第5道次，将所述的一道凹槽两侧凸台压下；第6道次，旋转90度，进行轧边；第7道次，旋转90度，再次宽展。

3.根据权利要求1所述的一种高强度球扁钢的生产工艺，其特征在于：所述的板部呈现的波浪形为非连续正弦曲线，由四个波峰和三个波谷组成：所述的四个波峰包括两个大波峰和两个小波峰，所述的两个大波峰位于板部中点两侧，两个大波峰之间形成小波谷，所述小波谷的谷底为板部中点；所述的两个小波峰位于端部和板部相接处，同侧的小波峰和大波峰之间为大波谷。

4.根据权利要求1所述的一种高强度球扁钢的生产工艺，其特征在于：所述的两架串列式两辊轧机轧制的初料，两个球扁钢腹板连接处厚度为3mm，每侧球扁钢腹板与水平线夹角为3°。

5.根据权利要求1所述的一种高强度球扁钢的生产工艺，其特征在于：所述步骤(5)中，使用矫直联合机组进行剖分矫直。

6.根据权利要求5所述的一种高强度球扁钢的生产工艺，其特征在于：所述的矫直联合机组包括矫直机和其前方的圆盘式切分设备。

说明书

一种高强度球扁钢的生产工艺

技术领域

[0001] 本发明为发明专利申请《一种球扁钢的生产工艺》(申请号：2015109033823)的分案申请，涉及一种钢材生产工艺，特别是一种适用于球扁钢的轧制工艺。

背景技术

[0002] 球扁钢是特殊型钢的一种，主要用于造船和造桥，但随着近年来造船行业的飞速发展，球扁钢逐渐成为船用球扁钢的专称，是船用型钢中最重要的一种，主要作为船板的加强筋使用，相当于人的“肋骨”。球扁钢是由扁平的腹板和球状的球头构成，是不对称型钢，现有技术下常用单支轧制，即根据轧机负荷及延伸系数，直接进行压下。其具体的生产工艺步骤为钢坯→加热→单线轧制→矫直。由于单支轧制过程变形不对称，腹板与球头比例较大，冷床冷却后易造成弯曲，从而会影响到产品质量。并且现有技术常规轧制导致向宽度方向进行自由宽展，轧件延伸大，宽展小。

[0003] 申请号为200610134469.X的发明专利《一种球扁钢的生产工艺》中公开了一种对称轧制的生产工艺，其步骤为：钢坯→加热→对称轧制→矫直处理→剖分，轧机各道次孔型由两个对称相等的球扁钢孔型构成。该工艺改善了单支轧制过程中的变形不对称，但仍存在以下缺陷：①需要特殊的轧辊孔型设计，以及成品孔、成品前孔等特殊孔型，不能使用常规钢胚、轧辊，造成专机专用，经济效益差，且规格单一；②技术要求一次性的压成，受轧机轧机负荷及延伸系数限制，从而无法生产大规格的轧件，对于超大规格的球扁钢仍需单支轧制；③对称轧制的两个球扁钢中间连接处厚度较大，给下道工序剖分带来困难，因此该案采用的热切分，而热切分对于剖面结构有影响，产品终质量有缺陷；④对于每种规格的球扁钢需要单独设计一种规格的钢坯，不能实现坯料公用。

发明内容

[0004] 本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种高强度球扁钢的生产工艺，可以生产大规格的高质量的球扁钢。

[0005] 本发明解决其技术问题的技术方案是：一种高强度球扁钢的生产工艺，其特征在于，生产工艺步骤包括：

[0006] (1)第一架开坯机轧制：经第一架开坯机将矩形坯宽展为扁平坯；其宽展过程为：首先在矩形坯上压出两道凹槽，再把两道凹槽之间的凸台压平；

[0007] (2)第二架开坯机轧制：经第二架开坯机将步骤(1)中第一架开坯机所得的扁平坯轧成对称的料型，所述的料型包括两端厚的端部和中间薄的板部；板部呈现波浪形；BD2轧制后“波浪形”料型温度为940℃～1010℃之间，将料型浸入淬火介质中强冷至360℃～410℃，并以该温度保温30分钟，然后加热至680℃～700℃，保温30分钟，之后进入两架串列式两辊轧机轧制(DRDF)工序，两架串列式两辊轧机轧制(DRDF)温度不高于900℃；

[0008] (3)两架串列式两辊轧机轧制：通过两架串列式两辊轧机把第二架开坯机所得的料型轧成初料，所述的初料包括两个对称的腹板相连接的球扁钢，其中两个对称球扁钢腹板连接处有一凹陷，凹陷处厚度小于球扁钢腹板处的厚度，两个对称球扁钢腹板上夹角小于180°；

[0009] (4)初料进入冷床强风冷却；

[0010] (5)冷却好的初料进行剖分、矫直。

[0011] 上述的第一架开坯机轧制包括7个道次：第1道次，在矩形坯上下两面分别压出两道凹槽；第2道次，将所述的两道凹槽之间的凸台压平；第3道次，将所述的两道凹槽两侧的凸台压平；第4道次，在矩形坯上下两面的中间分别压出一道凹槽；第5道次，将所述的凹槽两侧凸台压下；第6道次，旋转90度，进行轧边；第7道次，旋转90度，再次宽展。

[0012] 上述的板部呈现的波浪形为非连续正弦曲线，由四个波峰和三个波谷组成：所述的四个波峰包括两个大波峰和两个小波峰，所述的两个大波峰位于板部中点两侧，两个大波峰之间形成小波谷，所述小波谷的谷底为板部中点；所述的两个小波峰位于端部和板部相接处，所述同侧的小波峰和大波峰之间为大波谷。

[0013] 上述的两架串列式两辊轧机轧制的初料，两个球扁钢腹板连接处厚度为3mm，每侧球扁钢腹板与水平线夹角为3°。

[0014] 上述步骤(5)中，使用矫直联合机组进行剖分矫直。

[0015] 上述的矫直联合机组包括矫直机和其前方的圆盘式切分设备。

[0016] 与现有技术相比较，本发明具有以下突出的有益效果：

[0017] 1、钢胚、轧辊通用性好；

[0018] 2、同样的设备可以生产更大规格的球扁钢；

[0019] 3、剖分容易，剖分面较好的表面质量，并且实现在线连续化作业，效率高；

[0020] 4、宽展量比采用常规的宽展能多出30％；

[0021] 5、球扁钢具有良好的弹性。

附图说明

[0022] 图1是本发明实施例1的BD1轧制过程示意图。

[0023] 图2是本发明实施例1经BD2、DRDF轧制过程示意图。

[0024] 图3是本发明BD2轧制所得料型板部截面示意图。

[0025] 图4是本发明实施例2使用的冷床厂房结构示意图。

具体实施方式

[0026] 下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

[0027] 实施例1，本实施例生产工艺为：矩形坯→加热→BD1轧制→BD2轧制→DRDF轧制→冷床自然冷却→冷切分矫直处理。

[0028] 具体步骤如下：

[0029] (1)如图1所示，经第一架开坯机(BD1)将矩形坯宽展为扁平坯，其宽展过程为首先在矩形坯上压出两道凹槽，再把两道凹槽之间的凸台压平。通过分区轧制，减小轧件延伸，增加宽展，这样宽展量比采用常规的宽展能多出30％，同时可以使用较小的力即可使矩形坯充分宽展，适合宽展大规格的矩形坯。

[0030] BD1轧制具体包括7个道次：第1道次，在矩形坯上下两面分别压出两道凹槽；第2道次，将所述的两道凹槽之间的凸台压平；第3道次，将所述的两道凹槽两侧的凸台压平；第4道次，在矩形坯上下两面的中间分别压出一道凹槽；第5道次，将所述的凹槽两侧凸台压下；第6道次，旋转90度，进行轧边；第7道次，旋转90度，再次宽展。这样宽展量比采用常规的宽展能多出30％。

[0031] (2)如图2的1～4步所示，经第二架开坯机(BD2)将BD1所得的扁平坯轧成对称的料型，该料型两端厚、中间薄。两端厚的端部用以形成球扁钢的“球部”，中间薄的板部用以形成球扁钢的“腹板”。中间的板部呈现“波浪形”，如图3所示，所述的波浪形以中点呈现双侧左右对称。为了便于叙述，以图3的上下为叙述方向，优化方案中，所述的“波浪形”截面为非连续正弦曲线，由四个波峰和三个波谷组成：所述的四个波峰包括两个大波峰2和两个小波峰1，所述的两个大波峰2位于板部中点两侧，两个大波峰2之间形成小波谷4，所述小波谷4的谷底为板部中点；所述的两个小波峰1位于端部和板部相接处，所述同侧的小波峰1和大波峰2之间为大波谷3，以上曲线波形设计意义在于利用弧度差，使得在DRDF轧制过程中各处延伸比率相等，从而能够保证球扁钢腹板各处力学性能均相等。

[0032] (3)如图2的5～8步所示，两架串列式两辊轧机(DRDF)把“波浪形”料型轧成初料，所述的初料包括两个对称的腹板相连接的球扁钢，其中两个对称球扁钢腹板连接处有一凹陷，凹陷处厚度小于球扁钢腹板处的厚度，两个对称球扁钢腹板上夹角小于180°。其凹陷的形成可以为：在本轧机的成品下辊轧槽中间加工出与所述凹陷相匹配的凸台，通过该凸台轧出连接处的凹陷部分，也可以为任何能够完成其凹陷形成的孔型设计。优化方案中球扁钢腹板连接处厚度为3mm，每侧球扁钢腹板与水平线夹角为3°。通过凹陷结构使球扁钢能够更容易剖开，并保证剖分面质量。

[0033] (4)初料经冷床自然冷却。

[0034] (5)冷却好的初料进行剖分、矫直。该步骤分别分别使用剖分、矫直机械，也可以直接进入剖分矫直联合机组，所述的矫直联合机组包括矫直机和其前方的圆盘式切分设备，轧件在行进过程中将两支球扁钢的连接处切分开，可实现剖分面较好的表面质量，并且实现在线连续化作业，效率高。

[0035] 本发明技术，采用先压凹槽再压凸台和波浪形轧制的方式使矩形坯局部受力，较小的压力即可使矩形坯充分宽展，即在同样的压力下可以宽展规格更大的矩形坯；采用“波浪形”的轧制方式使矩形坯在完全展开前具有较小的尺寸，从而可以使一定规格的开坯机生产更大尺寸的球扁钢，从而实现了在不更换机器的条件下就可以生产大规格的球扁钢。所述的“波浪形”截面采取非连续正弦曲线曲线波形设计意义在于利用弧度差，使得在DRDF轧制过程中各处延伸比率相等，从而能够保证球扁钢腹板各处力学性能均相等。

[0036] 实施例2，本实施例生产工艺为：矩形坯→加热→BD1轧制→BD2轧制→DRDF轧制→冷床强风冷却→冷切分矫直处理。除“冷床强风冷却”外，其他工艺同实施例一，在本实施例中不再累述。

[0037] 具体的冷床强风冷却过程为DRDF轧制中所得初料进入冷床厂房12进行冷却，所述的冷床厂房12如图4所示，包括冷床6、基坑、通风器14和强冷风机5，冷床厂房12的冷床入口11和冷床出口7处分别设有入口基坑8和出口基坑9，入口基坑8和出口基坑9均伸出冷床厂房12外，所述的入口基坑8长度、深度分别小于出口基坑9。入口基坑8与出口基坑9与冷床6下方基坑13相通，基坑13呈现阶梯状，下阶与出口基坑9水平，上阶与入口基坑8水平，且冷床6下基坑13内有多个支柱，在冷床6后三分之一部分的基坑13中安装横向折返挡条。所述冷床厂房12的顶部设有通风器14，冷床6的下方安装有强冷风机5，强冷风机5安装在冷床6中后三分之一交界处，强冷风机5出风方向朝向进钢方向，以便于将强冷风机5产生的冷风吹向所述的冷床厂房12的顶部通风器14，并以此引导整个冷床6区的气流流向通风器14处。
本步骤中的球扁钢初料在冷却过程中直接由950℃降至80℃，可以匀速前进，无需分阶段冷却。采用两端基坑设计和阶梯气冷技术，空气由冷床厂房12的两端的基坑进入冷床6：入口基坑8空气自然进入进行基础冷却，冷空气吸热上升，由冷床6上方通风器14排除，不断地吸引冷风从基坑进入；入口基坑8相对比较浅，内部无支柱和底面折返设计，其原因在于入口处钢材的温度最高，空气需要迅速带走热量，但是该段又不能过度强冷，初始冷却速率过高则魏氏体组织和贝氏体组织大量形成，影响钢材产品性能。冷床6中三分之一通过强冷风机
5实现强制风冷，强冷风机5的出风口与通风器14之间的角度为15°～20°，该角度综合考虑了热空气的升腾，确保高效流动，并通过支柱和底面沟槽进行多次折返，增加散热效应、热交换效能，充分换热后方从通风器14逸出；基坑13阶梯状设计的目的也在于降低强制风冷对于冷床6前三分之一平缓空冷的影响，减少魏氏体组织和贝氏体组织形成。冷床6后三分之一空气从深、长的出口基坑9进入，基坑后部横向折返设计，对于已进行强冷降温的钢材进行二次降温。使用上述该种空冷风冷复合冷却，冷却速度提升(平均冷却速度由普通风冷冷床的14.5℃/min上升到22.5℃/min)，且钢材下冷床的通条温度差小于10℃，从而保证了在增加冷却速率的同时，保证了冷却均匀性，同时也解决了超大规格型号球扁钢腹板因冷却不均和自重产生的变形和冷却波浪问题，以及前期冷却过快魏氏体组织和贝氏体组织大量形成而造成的终产品强度差的问题。

[0038] 上述冷却方式加快了冷床的冷却速度，同时也解决了超大规格型号球扁钢腹板因冷却不均和自重产生的变形和冷却波浪问题。

[0039] 实施例3，本实施例是在实施例1的基础上进行控温轧制，生产工艺为：矩形坯→加热→BD1轧制→BD2轧制→控温处理→DRDF轧制→冷却→冷切分矫直处理。其中的控温处理具体为：BD2轧制后“波浪形”料型温度为940℃～1010℃，料型然后经水幕降温，使温度降至700℃～750℃，并持续在该温度范围内进行DRDF轧制。其目的在于使球扁钢增加弹性。

[0040] 实施例4，本实施例是在实施例1的基础上进行热处理工艺，生产工艺为：矩形坯→加热→BD1轧制→BD2轧制→热处理→DRDF轧制→冷却→冷切分矫直处理。所述的热处理过程具体为：BD2轧制后“波浪形”料型温度为940℃～1010℃之间，将料型浸入淬火介质中强冷至360℃～410℃，并以该温度保温30分钟，然后加热至680℃～700℃，保温30分钟，之后进入DRDF轧制工序，DRDF轧制温度不高于900℃。经过热处理后球扁钢进一步提高其弹性性能，更适用于有特殊要求的舰船，如易受浮冰撞击的船体或者易受炮弹、鱼雷袭击的军舰，可通过弹性变形的方式吸收掉瞬时冲击力，起到缓冲作用，防止船体遭到损坏，避免了海难的发生。

[0041] 需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。