專利名稱：：長形鋼鐵制品的連續(xù)熱軋方法和裝置的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明一般來說涉及到長形鋼鐵制品的軋制，特別涉及對于棒材和鋼條的連續(xù)熱軋的改進了的方法和裝置。在傳統(tǒng)的線材軋機中，如圖1所示，沿著軋制線設置有許多軋機架S1-S27，用以接收來自高爐10或類似設備中的連續(xù)的軋制鋼坯。這些軋機架被設置成一系列的軋制組，其通常包括粗軋組12，中間軋組14和精軋組16。粗軋組和中間軋組的軋鋼機架通常是單獨驅動的，并且間隔設置有水平工作輥和垂直工作輥，或者在某些情況下用可以調節(jié)的支架來達到只有水平工作輥的結構或者只有垂直工作輥的結構。精軋組16的軋機架通常彼此機械地連接到一個共同的驅動機構上，這種安排被稱之為一個“機組”(圖1中用序號18表示)。美國專利Nos.Re28，107和4，537，055提供的機組的實例已被公開并已廣泛地應用于整個金屬工業(yè)。軋機的軋制程序通常取決于圓鋼橢圓-圓形孔型次序，用設置在軋機架之間的導向裝置將產品沿著軋制線從一個機輥孔型導引到下一個軋輥孔型中。上述類型的現(xiàn)代軋機必須能夠滿足不同的用戶需要和越來越高的要求，但對于能提供寬范圍的各種產品尺寸并不重要。例如，線材軋機理論上應當可以軋制出直徑為3.5至25.5毫米的圓桿。當將一種產品尺寸改變?yōu)榱硪环N產品尺寸時，這種軋機必須停機，以使操作人員有機會對軋制設備進行必要的調整。這樣的調整包括更換工作輥和導向裝置;使所選擇的機架不能操作-將這些機架從軋制線上拆除或拆下他們的工作輥(實際中通常稱之為“空軋”)，等。這種停機的持續(xù)時間和頻率對于整個軋機的使用會產生不良的影響。例如，在圖1中所示的傳統(tǒng)軋機中，甚至于將原先軋制最小直徑尺寸為5.5mm的圓桿類產品改變?yōu)檐堉屏硪环N最小直徑為6.0mm的圓桿產品這樣的相當普通的尺寸變化，也必須將中間軋組14的機架S12到S19中的形成軋輥孔型的工作輥及機組18的S20到S27的機架中的所有工作輥改變。此外，在機架S12至S29中的導向裝置即使不是所有的，也是大部分地需要改變。這些需要花費一個小時的時間來完成，這對于生產時間及軋機所有者的利益來說都是巨大的損失。由此，軋機的操作者不愿意頻繁地改變產品的尺寸，而寧愿用延長的時間來軋制同類的尺寸相同或相當接近的產品。這不僅增加了產品的儲存需要和設備的費用，也不能提供滿足用戶要求的靈活性。需要儲備大量的工作輥和導向裝置更進一步加重了設備的費用。還有對產品“尺寸”增加的需求，也即，最后軋成接近冷撥公差數(shù)量級的特別緊的公差。這一公差通過精整軋制來得到，使產品可以作為“軋制的”產品被使用，即，不需要進行額外的昂貴的機械加工，如“去皮”或“拉削”加工。這樣高精度公差的產品對于制造如軸承罩，自動閥彈簧等產品是需要的。還有，取決于要加工的鋼材的類型和產品的最終應用，用戶還可能進一步要求在A3的溫度或接近A3的溫度(一種被分類為“熱機械軋制(thermomechanicalrolling)”的工藝)下進行精軋。在再結晶溫度以下軋制的形變鋼材保持有一種被壓扁的或“扁平狀的”細晶粒結構，該結構在縮短后續(xù)步驟所要求的熱處理時間，如縮短球化退火時間的同時，增加了拉伸強度。在傳統(tǒng)的精整軋制中，從精軋組18的最后一個機架軋制出的產品將在所述的“精整”機架中進行進一步的精軋。該精整機架通過在圓型-圓型孔型次序中施加相對小的壓下量來達到所需的緊公差。在精整工藝中，涉及到較大的直徑的桿狀產品的最新發(fā)展已由美國專利No4，907，438號于1990年3月13日所公開，發(fā)明人為Sasaki等。在這里，精整機架以機組的形式組合在小型軋機精軋區(qū)段的輸出端的下游位置上。精整機架具有固定的中間機架驅動速比和一適于得到大約8.7-13.5%的相當小的壓下量的圓型-圓型孔型順序。通過改變精整軋機的軋機架中的槽的結構和/或輥縫鎖口，及在中間軋制區(qū)段和/或精軋軋制區(qū)段中空軋通過所選出的上游軋機架，在理論上可以生產出增大范圍的成品尺寸，由此提高工作效率和軋機利用率。然而，試驗表明，這樣的改進會由某些產品中的雙晶微觀組織(aduplexmicrostructure)的發(fā)展而受到阻礙，在某些情況下這種改進完全不能實現(xiàn)，而在雙晶微觀組織處，在產品整個橫截面上的晶粒大小變化高于大約2ASTM晶粒度(這種晶粒度是按照ASTME112-84所測量的)。這種通常稱之為“晶粒異常長大”的現(xiàn)象在中碳鋼和滲碳鋼中特別明顯。一般認為，當產品進行后續(xù)的冷拔操作時，在產品橫截面中晶粒大小高于約2ASTM晶粒度的變化，可以引起產品破裂和表面撕裂。這樣的晶粒大小變化也會對退火性能產生不良影響，同樣也不利于冷變形加工?，F(xiàn)在可以確定，在一般的正常軋制中產生的最后的明顯截面縮小與在精整軋制中產生的輕微的截面縮小之間的時間間隔會導致這種晶粒異常長大。更特別的是，在粗軋組、中間軋組和精軋組中的軋機架中，產品經受了一系列相當高水平的、斷面縮小量約為15-30%的縮小。每一次這樣的截面縮小，都產生一個足以使細晶粒基本上均勻分布的增加的能級。根據(jù)時間、溫度和化學成分的不同，在每一次順序的斷面減小之后，由變形所產生的內部能量就會立刻由于復原、再結晶和晶粒長大而開始消耗。而在每一次相繼的明顯斷面縮小時，這種能夠再次細化微觀組織的增加了的內能狀態(tài)又被重新建立起來。因此，當產品由軋機進行加工時，快速地進行相當高水平的一系列斷面縮小，就能保持一種充分地均勻細粒化的微觀組織。然而，在最后的斷面明顯縮小之后，晶粒長大又會重新開始。晶粒繼續(xù)長大的程度直接取決于所軋制的鋼的時間、溫度和化學成分。在隨后的精整機架中所得到的相當小的斷面縮小是不足以影響產品的整個微觀組織的，因為僅僅是產品表面的晶粒產生變形。因此，除非在最后的明顯斷面縮小之后相當快地進行精整軋制，否則，未減弱的晶粒長大與僅僅局部表面晶粒變形相聯(lián)系，在精整軋制中將會產生令人不能接受的雙晶微觀組織，使產品的整個橫截面上的晶粒大小發(fā)生相當大的變化。這種現(xiàn)象進一步由圖2A和2B示出。圖2A的金相圖(×150)顯示了1040號鋼棒在12.5mm的截面處所選擇的局部區(qū)域在精整軋制前的均勻晶粒組織。圖2B是同一棒件以同一放大倍數(shù)在經過了兩個園型精整軋制孔型而縮小成7.6之后的金相圖。所導致的雙晶微觀組織是明顯的。一些人曾企圖在精整軋機架的園型孔型中用斷面的較大縮小來消除雙晶微觀組織。但這種實踐所得出的更均勻的微觀組織，都是以較差的公差和明顯地降低軋機在不改變軋輥槽、而軋制一定尺寸范圍產品的能力為代價的(實際中通常稱之為“自由尺寸軋制)。在傳統(tǒng)的精整軋制機架中固定的傳動速比也大大地限制了精整軋制與其它操作的結合，如極大地限制了熱機械軋制的可能性。本發(fā)明的主要目的是提供一種精整軋制尺寸范圍大的產品的方法和裝置，同時避免導致成品中雙晶組織的晶粒異常長大。本發(fā)明相應的目的是提供精軋與其它操作例如低溫熱機械軋制，結合的能力，使產品尺寸范圍再次擴大而在成品中不產生晶粒異常長大。本發(fā)明相關的一個目的是，當從軋制一種產品尺寸變到另一種時，減小所要求的軋制程序和軋機操作的變化，從而增加軋機的使用。本發(fā)明通過利用位于軋機精軋機架下游的“后精軋”機組的軋機架來達到這些和其它目的和優(yōu)點。最好在軋機最后的精軋機架與后精軋機組之間設置水箱或其它類似的冷卻裝置。后精軋機組至少包括兩個壓縮機架，其后面設置有兩個精整機架。最好，壓縮機架具有一橢圓-圓型孔型次序，精整機架具有園-園型孔型次序。由于后精軋機組的軋機架彼此機械地相互連接到一個共同的驅動機構上，因此在傳動系統(tǒng)中的離合器或其它等效的裝置可以在至少壓縮機架的中間傳動速比之間，最好也在一些或所有的其它精整機架之間進行變化。在精軋機架之前對所有的機架提供有一固定的軋制程序。因此，精軋組提供了具有恒定橫截面和形狀的第一加工截面件。取決于所需的最終產品的尺寸，該第一加工截面件通過精軋機組軋制時，即可以是不經過精軋機架，也可以是經過一些或所有的精軋機架。然后，該產品繼續(xù)經過冷卻水箱而到達作為第二加工截面件的后精軋機組。后精軋機組中軋機架的中間傳動速比被調整與第二加工截面件的軋制相適應。在后精軋機組的最初的壓縮機架上作用的總減小量為大于14%，由此在產品中產生了足以使細晶粒均勻分布的增加的能級。具有代表性的是，這樣的初始縮小量的總和為大約20-50%。在后精軋機組的最后的園-園型孔型次序中得到的相當小的約為2-15%的縮小可以在最終產品中獲得所需的精整緊公差。作用在橢園-園型孔型次序上的較大縮小和在園-園型孔型次序中精整軋制時所作用的較小縮小之間的時間間隔，使得整個產品橫截面的晶粒大小的變化不會大于2ASTM，在大多數(shù)情況下小于1ASTM晶粒度。圖1示出了在傳統(tǒng)的高速線材軋機中，通過一系列軋機架進行軋制的產品的橫截面變化示意圖。圖2A和2B分別為精整軋制前和精整軋制后，晶粒異常長大的產品晶粒組織金相圖。圖3是圖1中從參考線3-3開始的示意圖，其顯示了按照本發(fā)明所軋制的產品的橫截面的變化。圖4為當產品通過安裝有按照本發(fā)明后精軋機組的圖示軋機的精軋端時的平均溫度變化示意圖。圖5是按照本發(fā)明的后精軋機組及其相關的驅動裝置的平面圖。圖6是后精軋機組的機架S28和S29的內部驅動裝置的布置示意圖。圖7是后精軋機組的機架S28至S31的外部驅動裝置的布置示意圖。圖8a和8b分別是在精整軋制前和精整軋制后在圓型/圓型軋輥孔型中作用足以避免晶粒異常長大的足夠大的壓下量的產品晶粒組織金相圖。參看圖3和圖4，本發(fā)明一般需要在傳統(tǒng)的線材軋機設備中，將后精軋機組20定位在機組18的下游處。后精軋機組至少包括兩個壓下量小的機架S28，S29，該兩個機架最好提供有一個橢圓-圓型孔型順序，緊接著設置有圓型-園型孔型順序的壓下量小的另外的精整機架S30，S31。特別參見圖4，可以看出，在機組18和20之間最好設置有一個或多個水箱或其它類似的冷卻裝置19，在機組20和下游的端架23(layinghead)之間另外設置有一個或多個水箱21。端架使棒材形成一連串的環(huán)形件，其由冷卻輸送機25來接收，并在那里進行輔助的可控冷卻。圖4中的曲線表明了所加工產品的平均溫度的變化，這里所用的“平均溫度”這一概念指的是產品的表面與芯部之間的平均橫截面溫度。再看圖5，可以看出，軋機架S28和S29可以包含在壓縮軋機區(qū)18a中，該壓縮軋機區(qū)18a安裝在軌道22上，可以借助于線性驅動器24將其移入和移出軋制線。同樣地，軋機架S30，S31可以包含在安裝于軌道22上的精整軋機區(qū)18b上，并可利用另一個線性驅動器24b來移位。依次接續(xù)的軋機架S28-S31分別地設有一對帶槽的工作輥28，29，30，31。從圖6可以清楚地看出，軋機架S28的工作輥28是以懸臂的形式安裝在軋輥軸32的端部上的。軋輥軸32以其軸頸可轉動地安裝在軸承34之間。在軋輥軸32上的齒輪36與中間驅動齒輪38相嚙合，該中間驅動齒輪也由可以旋轉支承在軸承42之間的中間驅動軸40所帶動，其中一個中間驅動軸上附帶有一個斜齒輪44，其與輸入軸48上的斜齒輪46相嚙合。斜齒輪44，46與工作輥軸的偏斜相適應。盡管沒有說明，但也可以理解這些裝置是用于調整工作輥之間的輥縫的。軋機架S29的工作輥29以類似的方式由標有“′”號的構件所驅動。雖然圖中沒有顯示，但也可以理解，精整軋機架S30和S31同樣地由類似的內部構件所構成，通過輸入軸52，52′來驅動他們的工作輥對30，31。軋機架S28-S31彼此機械地連接，通過一系列的齒輪箱56-62連接到一個共同的驅動電機54上。最好參見圖7，齒輪箱60具有三個平行的轉軸64，66，68。轉軸64支承著兩個自由轉動的齒輪G1，G2，它們由一大直徑的中間軸段70所隔開。齒輪G1，G2的相對面在72處凹進去，其提供有能與離合器C1的外齒有選擇地進行嚙合的內齒。離合器C1用鍵、銷或類似件(未示出)固定到可旋轉的大直徑軸段70上，并可以借助于叉形件74或類似構件在兩個可連接的位置之間軸向移動，使其外齒與齒輪G1，G2中其中一個齒輪的內齒相嚙合。齒輪G1，G2具有與齒輪G3，G4相嚙合的外齒，齒輪G3，G4用鍵或其它方式固定在轉軸66上，齒輪G3，G4也與在軸68上自由轉動的齒輪G5，G6相嚙合。齒輪G5，G6也用一個加大直徑的軸段相互隔開。軸向可移動的離合器C2將軸68可旋轉地與一個或另一個齒輪G5，G6相連接。軸64，68通過連軸器76而連接到軋機架S28，S29的輸入軸48，48′上，同樣地，軸66也通過連軸器76連接到齒輪箱58的軸78上。齒輪箱58包含的構件與齒輪箱60所包含的構件相同。因此，齒輪箱58也具有平行的軸78，80和82。軸78和82分別帶有軸向相互隔開的且可自由旋轉的齒輪G7，G8和G11，G12，這些齒輪與固定到轉軸80上的齒輪G9，G10嚙合。離合器C3可以有選擇地在軸78與齒輪G7，G8的一個齒輪之間建立起一種驅動關系，離合器C4同樣也可以在軸82與齒輪G11，G12之間有選擇地建立起一種驅動聯(lián)接。軸82通過聯(lián)軸器76連接到齒輪箱62的軸84上。齒輪G13，G14固定在轉軸84上，并分別與在軸86上自由旋轉的齒輪G15，G16相嚙合。齒輪G15，G16借助于可軸向移動的離合器C5有選擇地與軸86相接合。軸84，86通過聯(lián)軸器76與軋機架S30，S31的輸入軸52，52′相連接。齒輪箱58的軸80通過聯(lián)軸器76連接到齒輪箱56的軸88上。軸88帶有自由旋轉的齒輪G17，G18，借助于軸向可移動的離合器C6可以使齒輪G17，G18有選擇地與軸88相接合。齒輪G17，G18與固定到轉軸90上的齒輪G19，G20相嚙合，軸90通過聯(lián)軸器76與電機54的輸出軸相連。利用上述嚙合和離合的關系，可以得出不同的驅動順序和相應的中間機架傳動比，以便產品從機架S28到S31的軋輥孔型中獲得較大范圍的減徑。表1雖然是說明性的，但它并不表示各種可能驅動順序的全部情況。表Ⅰ假定給機組18的精軋機架提供的第一加工截面件直徑為18.2mm，進一步假定精軋機架S20-S27的軋制程序被設計成按表Ⅱ所示的縮小順序來進行。表Ⅱ</tables>通過從表Ⅰ中所選擇的驅動順序，及將產品經過機組18的精軋機架而提供到具有不同的第二加工截面尺寸的后精軋機組20中，和/或不經過機組18的精軋機架而供到后精軋機組20中，可以得到例如表Ⅲ中所列出的斷面減小量及不同類型的成品尺寸。表Ⅲ斷面縮小百分比從表Ⅲ中可以看出，在精整機架S30，S31的園型-園型孔型次序中綜合的總的斷面減小量通常是小的，在大多數(shù)情況下低于14%，可以認為這是建立可以接受的均勻晶粒組織的最低值。表Ⅳ由表Ⅲ中得到的斷面縮小百分比的比較然而，在這之前是在橢圓-圓型孔型次序中進行了大約20-50%的大的斷面減小，這并不考慮為達到逐漸增大的最終產品尺寸而空軋通過的精軋機組18的軋機架的數(shù)量。根據(jù)表Ⅳ中的斷面縮小的比較，可以看出，在機架S30，S31(E列)的圓-圓型孔型中得到了相當小的，總和為3-12%的斷面減小量。如此小的斷面減小量最適合精確地精整軋制，也加寬了不改變軋輥和/或槽形結構而精整軋制的產品的范圍。在機架S30，S31中所得到的小的斷面減小其本身并不足以建立起能避免導致雙晶微觀組織發(fā)展的晶粒異常長大的內部能級。而且，能級并不僅僅由預軋機架S28，S29(A列和B列)的橢園-園型孔型中所產生的足夠大的斷面減小量而建立。為了保證達到本發(fā)明的目的，將大約14%的最小總壓下量作為軋機架S29，S30，S31的逐漸減小的壓下量，在機架S31中的壓下量小于總壓下量(表Ⅳ中D/F列)的約20%。很典型的是，最后三個軋機架的總壓下量(產品的斷面減小量)范圍為大約14%-35%(F列)，在軋機架S30，S31中所產生的壓下量小于該后三個機架總壓下量的50%(E/F列)。在第一機架S28的橢圓型孔型中所得到的斷面減小量明顯地加入到機組的總能力中，將四個機架系列的總斷面減小量提高到了大約30-60%(G列)。在這里，在橢圓孔型中的斷面減小量占總斷面減小量(A/G列)的至少約40%，最后兩個機架的斷面減小量小于總斷面減小量(E/G列)的約35%。因此，可以看出，在軋機架S28和S29的橢圓-圓型孔型次序中及在軋機架S30和S31的圓-圓型孔型順序中產生的綜合的斷面縮小會在產品中產生足以增加基本上使細晶粒均勻分布的能級。這種作用進一步由在棒材進入到后精軋機組20之前，用水箱19予以降溫來加強。在軋機架S28，S29中較大的斷面縮小與在軋機架S30，S31中精整軋制的較小量的斷面縮小之間的時間間隔是很短的。例如，在表Ⅲ所示的產品尺寸范圍和斷面縮小順序中，在軋機架S29和S30之間軋制的時間間隔大約為5-25毫秒，而通過最后三個機架S29-S31的軋制時間不超過約10.4-16.0毫秒。因此，在產生晶粒異常長大之前進行精整軋制是非常有效的，從而也使最終的產品具有相權利要求1.一種連續(xù)熱軋長形鋼鐵制品的方法，其包括導引產品通過至少三個連續(xù)的軋輥孔型，至少所述的第二和第三個軋輥孔型的形狀為使產品通過時成為圓型橫截面的形狀，用所述的軋輥孔型將產品精整軋制成橫截面逐漸減小總量至少約為14%，在所述的最后的軋輥孔型中所得到的橫截面減小量占總減小量的20%，在所述的第一和最后的軋輥孔型中軋制的時間間隔使所軋制的產品橫截面上晶粒大小的變化不大于2ASTM。2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的軋輥孔型作用下的總的橫截面減小量范圍為約14%-35%。3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，產品通過四個相繼的軋輥孔型，所述的第一軋輥孔型的形狀為使產品通過時成為橢園型截面形狀，所述的其余的軋輥孔型的結構為使產品通過時成為圓型橫截面形狀。4.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的最后兩個軋輥型縫中所產生的縮小量小于總縮小量的約50%。5.按照權利要求3所述的方法，其特征在于，所述的總縮小量范圍從大約30%到約50%。6.按照權利要求5所述的方法，其特征在于，所述的總縮小量的至少約40%產生在所述的第一軋輥孔型中。7.按照權利要求3所述的方法，其特征在于，所述總縮小量的至少約35%產生在所述的最后兩個軋機架中。8.按照權利要求1-5中任何一個所述的方法，其特征在于，所述的軋輥孔型彼此機械地連接到一個共同的驅動機構上，在一個或多個所述的軋輥孔型之間的傳動速比可以改變，以適應于軋制具有不同橫截面的產品。全文摘要一種連續(xù)熱軋長形鋼鐵制品的方法和裝置，它在軋機的精軋機架下游設置了“后精軋”機組的軋機架。該后精軋機組至少包括后續(xù)有兩個精整機架的兩個壓縮機架。產品在精軋組中被軋制有具有固定橫截面和形狀的第一截面件，然后產品經過冷卻箱而到達成為第二截面件的后精軋機組中。產品在后精軋機組的最初的壓縮機架中的總縮小為14％，由此所產生的增加的能級能使產品中的細晶粒均勻分布。產品在后精軋機組的最后的圓—圓形孔型次序中所進行的約為2—15％的明顯小的縮小能在最終產品上獲得精整緊公差。這種作用在橢圓—圓形孔型次序中的較大縮小與在圓—圓形孔型次序中作用的較小縮小之間的時間間隔使整個產品橫截面上的晶粒大小變化不會超過2ASTM晶粒度。文檔編號B21B1/18GK1068523SQ9210439公開日1993年2月3日申請日期1992年5月6日優(yōu)先權日1991年5月6日發(fā)明者特倫斯·M·朔爾,哈羅德·E·伍德羅,梅利切爾·普喬夫斯基申請人:摩根建筑公司