開坯機(jī)大壓下提高大規(guī)格棒材探傷合格率

趙景存，朱 葉

（石鋼京誠裝備技術(shù)有限公司，遼寧 營口 115000）

目前，石鋼京誠裝備技術(shù)有限公司生產(chǎn)的≥Φ240 mm的棒材探傷合格率為98.47%，探傷合格率較低。生產(chǎn)中易出現(xiàn)探傷不合的鋼種有AISI4130、AISI4145HM、31CrMoV9、40CrNiMoA等，通過探傷、解剖分析發(fā)現(xiàn)95%以上探傷不合是由于連鑄坯中的縮孔在軋制過程中未焊合造成的。通過提高開坯機(jī)單道次壓下量和減小軋制道次，增加變形滲透性來焊合縮孔缺陷，并用數(shù)值模擬對比不同壓下量時的芯部等效應(yīng)變，以達(dá)到合格率大幅提升的目的。

該公司采用開坯機(jī)+連軋機(jī)組的形式生產(chǎn)棒材，大規(guī)格棒材生產(chǎn)工藝路線：Φ600 mm連鑄坯→中間坯（340 mm×340 mm、300 mm×300 mm）→連軋機(jī)組（Φ280~300 mm、Φ240~270 mm）→鋸切→緩冷→精整。

1 問題分析

對探傷不合的棒材進(jìn)行分析，例如：鋼種為AISI4130M，Φ600 mm連鑄坯生產(chǎn)的Φ250 mm軋材。

1.1 探傷

按照J(rèn)B/T 5000.15—2007標(biāo)準(zhǔn)對來料進(jìn)行超聲波探傷，探傷缺陷波形見圖1。取樣位置存在Φ3 mm~Φ4mm的連續(xù)性缺陷，最大反射當(dāng)量為Φ6mm，缺陷深度為123~131 mm，缺陷處底波嚴(yán)重下降。

圖1 探傷波形

1.2 低倍檢驗(yàn)

根據(jù)來料情況，切取低倍試樣，試片存在二次縮孔，具體形貌見圖2，試樣檢驗(yàn)結(jié)果、低倍評級見表1。

圖2 低倍宏觀形貌

表1 低倍評級

1.3 高倍觀察

金相顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)孔洞類缺陷，孔洞無氧化、無脫碳，具體形貌見圖3。

圖3 孔洞觀察形貌（×25）

1.4 SEM觀察和成分測定

對缺陷處進(jìn)行斷口觀察，發(fā)現(xiàn)斷口缺陷處存在自由面，具有縮孔特征，具體形貌見圖4。

圖4 孔洞SEM形貌

1.5 分析結(jié)果

探傷檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)芯部存在Φ3 mm~Φ4 mm的連續(xù)性缺陷，最大反射當(dāng)量為Φ6 mm，缺陷深度為123~131 mm，缺陷處底波嚴(yán)重下降。低倍檢驗(yàn)，試片芯部存在二次縮孔。金相顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)孔洞類缺陷，孔洞無氧化、無脫碳。對斷口進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)缺陷處存在自由面，具有縮孔特征。因此判定此探傷缺陷實(shí)為連鑄坯中心縮孔在軋制時未焊合造成的。

2 校核設(shè)備能力、制定新軋制規(guī)程

首先通過理論計(jì)算出軋制力、電機(jī)功率后，分別和傳感器檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，然后進(jìn)行修正，再計(jì)算單道次壓下量120 mm時的軋制力、電機(jī)功率，軋制力不超允許的最大軋制力，電機(jī)功率功率不超額定功率的80%，最小輥徑時的咬入角小于30°。經(jīng)過校核計(jì)算，設(shè)備滿足要求[1]。

采用低速大壓下并且增大大壓下道次的壓下率可以增加變形滲透，增加焊合的幾率。為保證軋制的穩(wěn)定性，高寬比≤1.3，軋制速度≤1.0 m/s。優(yōu)化前后的軋制規(guī)程參數(shù)見表2，優(yōu)化前后各道次的軋制力分布見圖5。

表2 開坯機(jī)軋制中間坯340 mm×340 mm新、舊軋制規(guī)程參數(shù)

圖5 新舊軋制程序各道次的軋制力分布圖

3 數(shù)值模擬

使用數(shù)值模擬軟件進(jìn)行模擬壓下量分別為60mm、80 mm、100 mm、120 mm的等效應(yīng)變。采用剛塑性模型，軋件選用材料AISI4340，軋制溫度1 100℃，初始斷面尺寸為460 mm×460 mm。

圖6為不同壓下量時的芯部等效應(yīng)變情況。從等效應(yīng)變曲線和斷面等效應(yīng)變分布情況來看，隨著壓下量的加大，芯部等效應(yīng)變值在逐漸增大，提高單道次壓下量對于增加芯部變形滲透效果是明顯的[2]，壓力量為120mm時的芯部等效應(yīng)變是壓下量為60mm時的2.2倍。并且從圖7—圖10的斷面等效應(yīng)變分布云圖也可看出，從表層到芯部等效應(yīng)變逐漸增大，并且隨著壓下率的加大，芯部應(yīng)變也在增大[3]。

圖6 不同壓下量時的芯部等效應(yīng)變

圖7 壓下量60 mm芯部等效應(yīng)變

圖10 壓下量120 mm芯部等效應(yīng)變

4 統(tǒng)計(jì)對比分析大壓下軋制對質(zhì)量的改善

2020年1月—10月與2020年11月—2021年2月生產(chǎn)的Φ240 mm及以上規(guī)格軋材的探傷合格率由原來的98.47%提高到99.8%。

下頁圖11給出了采用大壓下軋制和常規(guī)軋制的低倍組織評級的對比，可以看出采用大壓下軋制的Φ240 mm及以上軋材的一般疏松和中心疏松的均值和標(biāo)準(zhǔn)差均低于常規(guī)軋制的軋材，說明大壓下軋制不但改善了軋材的低倍質(zhì)量，使組織更加致密，而且使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性更高。

圖8 壓下量80 mm芯部等效應(yīng)變

圖9 壓下量100 mm芯部等效應(yīng)變

圖11 大壓下軋制和常規(guī)軋制低倍評級對比

5 結(jié)論

1）通過采用開坯機(jī)大壓下軋制，單道次最大壓下量由原來的90 mm提高到120 mm，≥Φ240 mm軋材探傷合格率由原來的98.47%提高到99.8%。

2）使用大壓下軋制可以增加變形滲透性，使軋材內(nèi)部組織更加致密，使產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定。