專利名稱：大應(yīng)變產(chǎn)生加工方法和孔型軋制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大應(yīng)變產(chǎn)生加工方法和用于該方法的孔型(カリバ一)軋制裝置。
背景技術(shù)：
作為棒鋼的制造方法，一般有使用具有孔型的槽的軋輥進(jìn)行軋制的孔型軋制。此時(shí)，孔型的形狀大體分為方形(正方形、菱形)、橢圓形、圓形。通過適當(dāng)?shù)亟M合這些孔型(稱為道次程序(パススケジユ一ル))，從而可高效率地減少斷面，加工成預(yù)定大小的棒線材。此時(shí)，如何按良好的效率減少斷面積、按良好的精度加工成預(yù)定的形狀很重要。
然而，在過去適用的孔型設(shè)計(jì)中，注意力集中到斷面減小率和斷面成形，所以，存在中心部位的金屬組織比坯料表面粗大的問題。在坯料的中心部未產(chǎn)生與表面不相上下的應(yīng)變是其重要原因。為此，如可按與過去同樣或比過去少的斷面減小率或道次數(shù)在材料整個(gè)區(qū)域產(chǎn)生大應(yīng)變，則組織均勻性提高，可按工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)具有微細(xì)晶粒組織的金屬材料。另外，此前討論的孔型設(shè)計(jì)以熱加工為對象，此時(shí)，通過在道次間的組織的回復(fù)和再結(jié)晶釋放由1道次產(chǎn)生的應(yīng)變和應(yīng)力，所以，存在未設(shè)想1道次后產(chǎn)生的應(yīng)變分布對2道次后的應(yīng)變分布和斷面形狀產(chǎn)生的影響的問題。
因此，本發(fā)明的目的在于解決以上那樣的已有技術(shù)的問題，明確由1道次產(chǎn)生的應(yīng)變分布對下一道次的應(yīng)變分布和形狀產(chǎn)生的影響，提供可在材料斷面整個(gè)區(qū)域特別是材料中心產(chǎn)生大應(yīng)變的新型技術(shù)手段。
發(fā)明的公開本發(fā)明就是為了解決上述問題而作出的，其目的在于解決上述問題，第1，提供一種大應(yīng)變產(chǎn)生加工方法，該大應(yīng)變產(chǎn)生加工方法在連續(xù)的大于等于2道次的孔型軋制中，用第1道次的扁平形狀的孔型進(jìn)行軋制，接著，在第2道次用方形形狀的孔型進(jìn)行軋制；其特征在于由這樣的孔型進(jìn)行軋制，該孔型的第1道次扁平孔型的短軸2A01相對坯料對邊尺寸2A0成為A01/A0≤0.75，第2道次的上下對角尺寸2As1相對1道次后的材料的長軸2B1，成為As1/B1≤0.75。
另外，第2，提供一種上述加工方法，該加工方法用孔型進(jìn)行軋制，該孔型的第1道次扁平孔型的短軸2A01與長軸2B01的比成為A01/B01≤0.4；第3，提供一種加工方法，該加工方法用孔型進(jìn)行軋制，該孔型的第1道次的扁平孔型的曲率半徑r01大于等于坯料對邊尺寸2A0的1.5倍；第4，提供一種上述的加工方法，該加工方法的總軋制道次數(shù)中包含大于等于1次的扁平形-方形的孔型的組合。
第5，本發(fā)明提供一種軋制裝置，該軋制裝置的特征在于具有扁平孔型的短軸2A01與長軸2B01的比成為A01/B01≤0.4的孔型。
第6，提供一種軋制裝置，該軋制裝置的特征在于具有扁平孔型的曲率半徑r01大于等于坯料對邊尺寸2A0的1.5倍的孔型。
第7，提供一種軋制裝置，該軋制裝置用于進(jìn)行連續(xù)的大于等于2道次的孔型軋制；其特征在于具有上述孔型，同時(shí)，還具有形狀與其不同的非相似形的孔型，由兩孔型進(jìn)行軋制。
附圖的簡單說明

圖1為示出關(guān)于本發(fā)明的孔型和軋制的符號(hào)的圖。
圖2為示出實(shí)施例的孔型的形狀與尺寸的圖。
圖3為示出實(shí)施例的扁平孔型的形狀的圖。
圖4為示出實(shí)施例1中的2道次后的斷面形狀和應(yīng)變分布的圖。
圖5為示出2道次后的z方向的應(yīng)變分布的圖。
圖6為示出相對扁平孔型的高度的、由各道次產(chǎn)生的材料中心的應(yīng)變的變化的圖。
圖7為示出正方形軋制后的斷面形狀的圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳形式本發(fā)明具有上述那樣的特征，以下說明其實(shí)施形式。
首先，根據(jù)圖1說明本發(fā)明的孔型的特征。
<1>扁平孔型的短軸長度與坯料對邊長度的關(guān)系如第1道次的使用扁平孔型時(shí)的公稱壓下率(＝(2A0-2A01)/2A0)小，則應(yīng)變基本上不能產(chǎn)生到材料中心，所以，為了將第1道次的應(yīng)變產(chǎn)生于材料斷面，需要增大公稱壓縮率。為此，在第1道次的扁平孔型中使用的短軸長度2A01與坯料對邊長度2A0的比必須小于等于0.75。如該比大于0.75，則在由下一道次的方形孔型進(jìn)行軋制的場合，材料流動(dòng)到輥縫，不僅不能保證斷面成形，而且積蓄的應(yīng)變也小。另外，如優(yōu)先考慮斷面成形，增大第2道次的上下對角尺寸2As1，增大與1道次后的材料的長軸2B1的比As1/B1，則公稱壓縮率變小，即使可滿足成形，也不能使材料產(chǎn)生大的應(yīng)變。
<2>扁平孔型的(短軸長度/長軸長度)在本發(fā)明中，同時(shí)滿足大應(yīng)變產(chǎn)生和斷面成形。產(chǎn)生于材料的應(yīng)變和斷面形狀不僅依存于第1道次的公稱壓縮率，而且很大地依存于由扁平孔型的長軸方向的形狀引起的約束。扁平孔型的短軸長度與長軸長度的比越小，則越可增大以后的第2道次的公稱壓下率，所以，對應(yīng)變的產(chǎn)生發(fā)揮效果。為此，扁平孔型的(短軸長度/長軸長度)最好小于等于0.4。
<3>扁平孔型的曲率半徑如扁平孔型的曲率半徑r01小，則可獲得較大的每1道次的斷面減小率，但寬度方向成為尖形，即使第2道次的公稱壓下率大，也不能在材料中心產(chǎn)生應(yīng)變。因此，從下一道次后的成形和大應(yīng)變產(chǎn)生的觀點(diǎn)考慮，最好具有適當(dāng)?shù)那拾霃絩01，其范圍為坯料對邊尺寸2A0的1.5倍。大于等于1.5倍時(shí)，可按良好的效率滿足成形和大應(yīng)變產(chǎn)生兩個(gè)方面，當(dāng)為5倍、6倍時(shí)，其影響基本無變化。因此，沒有上限，以作為下限的大于等于1.5倍作為條件。
<4>包含扁平孔型的軋制道次通過使用提出的扁平孔型，與作為過去的孔型系列的橢圓形-正方形、橢圓形-圓形組合，從而可制作精度良好的斷面形狀，而且可產(chǎn)生大的應(yīng)變直至坯料中心。
另外，在本發(fā)明中，可適用上述軋制加工方法的材料不限制為金屬材料，可適用于由帶槽軋輥的軋制進(jìn)行制造的所有棒線材。其中，加工硬化能力優(yōu)良的金屬材料容易按良好的效率在寬范圍產(chǎn)生大的應(yīng)變。例如，加工硬化特性比低碳鋼優(yōu)良(n值大)的不銹鋼容易產(chǎn)生大的應(yīng)變。作為大的應(yīng)變，需要用正方形-扁平形-正方形孔型系列(2道次)在斷面中心至少產(chǎn)生1.0的應(yīng)變。另外，最好在材料斷面的大于等于60％的區(qū)域產(chǎn)生大于等于1.0的應(yīng)變，從而可形成金屬材料的微細(xì)晶粒的區(qū)域。
以下根據(jù)實(shí)施例更詳細(xì)地說明實(shí)施形式。當(dāng)然，以下的例子并不限定發(fā)明。
實(shí)施例設(shè)24mm×24mm的棒鋼為試驗(yàn)用材料。其成分為0.15C-0.3Si-1.5Mn-0.02P-0.005S-0.03AI的SM490鋼。使用圖2所示孔型進(jìn)行2道次帶槽軋輥軋制。初期的材料斷面形狀為圖1(a)所示24mm×24mm的棒鋼，進(jìn)行圖1(b)所示扁平軋制(第1道次)后，使材料回轉(zhuǎn)90°，由圖1(c)的正方形孔型形狀的軋制，將其軋制成18mm×18mm的棒鋼(第2道次)。軋制溫度按恒定的500℃進(jìn)行，軋輥直徑都為300mm，轉(zhuǎn)速為160rpm。另外，圖1所示扁平孔型時(shí)的輥縫為3mm，正方形孔型時(shí)為2mm。由軋制產(chǎn)生于試驗(yàn)用材料的塑性應(yīng)變使用通用有限單元碼ABAQUS/Explicit進(jìn)行計(jì)算。在解析中，作為材料的特性，使用基于實(shí)測的依存于溫度和應(yīng)變速度的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。軋輥與試驗(yàn)用材料的接觸條件采用摩擦系數(shù)μ＝0.30的庫侖條件。軋輥為剛體。
<實(shí)施例1>
使用圖2(b)所示扁平孔型，其高度2A01＝12mm，寬度2B01＝47.1mm，曲率半徑r01＝64mm。
<實(shí)施例2>
使用圖2(b)所示扁平孔型，其高度2A01＝16mm，寬度2B01＝47.1mm，曲率半徑r01＝46mm。
<實(shí)施例3>
使用圖2(b)所示扁平孔型，其高度2A01＝18mm，寬度2B01＝47.1mm，曲率半徑r01＝40.8mm。
<實(shí)施例4>
使用圖2(b)所示扁平孔型，其高度2A01＝12mm，寬度2B01＝32.7mm，曲率半徑r01＝32mm。
<比較例1>
使用圖2(b)所示扁平孔型，其高度2A01＝20mm，寬度2B01＝47.1mm，曲率半徑r01＝36.94mm。
<比較例2>
按實(shí)施例1的扁平孔型形狀，在釋放1道次后的應(yīng)變、成為無應(yīng)力·無應(yīng)變狀態(tài)后(僅繼承斷面形狀)，進(jìn)行正方形軋制。
表1歸納了實(shí)施例1～4、比較例1的扁平孔型的孔型形狀，圖3示出這些場合的坯料斷面形狀與扁平孔型形狀的幾何學(xué)的關(guān)系。
表1

圖4示出實(shí)施例1的材料斷面上的應(yīng)變的分布。
該圖4的中央的由傾斜十字形示出的部分示出應(yīng)變大于等于1.5的區(qū)域。從24mm×24mm的斷面減小率為53％，如為從斷面減小率計(jì)算出的通常的應(yīng)變，則為0.87，但通過在其間設(shè)置扁平孔型，從而在斷面積70％的區(qū)域產(chǎn)生1.5這樣的非常大的應(yīng)變。其寬度可從斷面中心朝4邊看到。大于等于1.0的應(yīng)變產(chǎn)生于99％的區(qū)域，大于等于1.8的應(yīng)變產(chǎn)生于9％的區(qū)域。斷面中心的應(yīng)變?yōu)?.81，非常大。
表2示出實(shí)施例1～4和比較例1的使用扁平孔型時(shí)的斷面中心產(chǎn)生的應(yīng)變和斷面積中的應(yīng)變1.0和1.8或其以上所占的比例。在實(shí)施例1～4中，將大應(yīng)變1.0產(chǎn)生于中心，其所占比例大于等于80％，擴(kuò)展到極寬的范圍。在比較例1中，中心的應(yīng)變沒有大于等于1.0，大于等于1所占的比例也小于等于60％。
表2

圖5示出使用實(shí)施例1～3和比較例1的扁平孔型時(shí)的正方形軋制后的斷面中心線上的相對z方向的應(yīng)變分布。在實(shí)施例1～3中，斷面中心的應(yīng)變最大，在實(shí)施例1中為1.81，在實(shí)施例2中為1.34，在實(shí)施例3中為1.09，非常大。另一方面，在比較例1中，應(yīng)變均勻地大體為0.86，比實(shí)施例1～3小。從坯料經(jīng)過2道次后的斷面減小率相對實(shí)施例1、2、3分別為53％、49％、51％，相對比較例1為47％，雖然沒有大的差別，但實(shí)際上產(chǎn)生于材料內(nèi)的應(yīng)變不同。
圖6示出正方形-扁平形軋制(1道次)后、進(jìn)行此后的扁平形-正方形軋制(2道次)后產(chǎn)生于材料中心的應(yīng)變與正方形孔型的高度的關(guān)系。在該圖6中，數(shù)1εeq1st表示1道次后產(chǎn)生的應(yīng)變，數(shù)2εeq2nd表示2道次后產(chǎn)生的應(yīng)變，數(shù)3εeq2nd-εeq1st表示從2道次后的應(yīng)變減去1道次后的應(yīng)變，即第2道次產(chǎn)生的應(yīng)變。從該圖6可以得知，當(dāng)扁平孔型的高度大于等于20mm時(shí)，由第2道次產(chǎn)生的應(yīng)變不變化。過去，如斷面減小率大，則相應(yīng)地進(jìn)行了加工，所以，應(yīng)在材料內(nèi)產(chǎn)生大的應(yīng)變，但第2道次的斷面減小率相對扁平孔型的高度2A01＝12、14、18、20、22、24分別為28％、32％、34％、41％、41％、41％、41％。即，斷面減小率越小則應(yīng)變增加越大。這表明由第1道次產(chǎn)生的應(yīng)變分布產(chǎn)生大的影響。當(dāng)扁平孔型的高度2A01＝18mm或其以上時(shí)，斷面減小率為41％，保持一定，另外，當(dāng)2A01＝20mm或其以上時(shí)，應(yīng)變增加基本為0.58，保持一定。對于斷面減小率41％，在假定均勻地產(chǎn)生應(yīng)變的場合計(jì)算時(shí)，為0.60，與2A01＝20mm或其以上時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)變大體相等。這意味著由第1道次產(chǎn)生的應(yīng)變分布不對第2道次的應(yīng)變產(chǎn)生起到作用?？梢缘弥?，在本次的條件下，實(shí)施例1的高度12mm效率良好地(按較少的斷面減小)增加應(yīng)變。即，實(shí)施例1的條件表示，對于第2道次產(chǎn)生的應(yīng)變，由第1道次產(chǎn)生的應(yīng)變分布有效地起作用。
圖7示出扁平孔型形狀相同的實(shí)施例1與比較例2時(shí)的斷面形狀。圖7(a)示出1道次(扁平軋制)后的材料的斷面形狀，圖7(b)示出2道次(正方形軋制)后的斷面形狀(實(shí)施例1)，圖7(c)表示1道次(扁平軋制)后組織回復(fù)和再結(jié)晶使產(chǎn)生的應(yīng)變和應(yīng)力變成零(僅繼承形狀)，然后進(jìn)行2道次(正方形軋制)后的斷面形狀(比較例2)。由第1道次的扁平軋制產(chǎn)生于材料內(nèi)部的應(yīng)變分布如對由第2道次產(chǎn)生的斷面形狀產(chǎn)生大的影響，則正方形軋制后的材料的斷面形狀雖然沒有變化，但從圖7(b)、(c)可知具有大的差別。即，對于正方形-扁平形-正方形軋制那樣的孔型系列，由在第1道次產(chǎn)生的應(yīng)變分布，對2道次后的斷面形狀產(chǎn)生大的影響。因此，在各道次的應(yīng)變積蓄于材料內(nèi)的場合，過去的材料形狀與正方形孔型的關(guān)系結(jié)果不能適用，意味著考慮了第1道次產(chǎn)生的應(yīng)變分布的正方形孔型的設(shè)計(jì)在斷面成形中非常重要。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如以上詳細(xì)說明的那樣，由本發(fā)明，可解決已有技術(shù)的問題，明確由1道次產(chǎn)生的應(yīng)變分布對下一道次的應(yīng)變分布和形狀的影響，在材料斷面整個(gè)區(qū)域特別是材料中心產(chǎn)生大應(yīng)變。
即，按照本發(fā)明，可在坯料中心產(chǎn)生大應(yīng)變，可制造具有斷面均勻的組織的金屬材料。另外，對需要大應(yīng)變的具有超微細(xì)晶粒組織的金屬材料的制造有用。另外，第1道次產(chǎn)生的應(yīng)變分布對2道次后的應(yīng)變的大小和分布及斷面形狀產(chǎn)生影響這一事實(shí)成為同時(shí)滿足斷面成形和組織形成這樣2個(gè)方面的新技術(shù)，對今后的孔型系列的設(shè)計(jì)作出大的貢獻(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種大應(yīng)變產(chǎn)生加工方法，在連續(xù)的大于等于2道次的孔型軋制中，用第1道次的扁平形狀的孔型進(jìn)行軋制，接著，在第2道次用方形形狀的孔型進(jìn)行軋制；其特征在于由這樣的孔型進(jìn)行軋制，該孔型的第1道次扁平孔型的短軸2A01相對坯料對邊尺寸2A0成為A01/A0≤0.75，第2道次的上下對角尺寸2As1相對1道次后的材料的長軸2B1，成為As1/B1≤0.75。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工方法，其特征在于用孔型進(jìn)行軋制，該孔型的第1道次扁平孔型的短軸2A01與長軸2B01的比成為A01/B01≤0.4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加工方法，其特征在于用孔型進(jìn)行軋制，該孔型的第1道次的扁平孔型的曲率半徑r01大于等于坯料對邊尺寸2A0的1.5倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的加工方法，其特征在于總軋制道次數(shù)中包含大于等于1次扁平形-方形的孔型的組合。
5.一種軋制裝置，其特征在于具有扁平孔型的短軸2A01與長軸2B01的比呈A01/B01≤0.4的孔型。
6.一種軋制裝置，其特征在于具有權(quán)利要求5所述的孔型，該孔型的扁平孔型的曲率半徑r01大于等于坯料對邊尺寸2A0的1.5倍。
7.一種軋制裝置，用于進(jìn)行連續(xù)的大于等于2道次的孔型軋制；其特征在于具有權(quán)利要求5或6所述的孔型，同時(shí)，還具有形狀與其不同的非相似形的孔型，由兩孔型進(jìn)行軋制。
全文摘要
一種加工方法，在連續(xù)的大于等于2道次的孔型軋制中，用第1道次的扁平形狀的孔型進(jìn)行軋制，接著，在第2道次用方形形狀的孔型進(jìn)行軋制；其中由這樣的孔型進(jìn)行軋制，該孔型的第1道次扁平孔型的短軸2A
文檔編號(hào)B21B27/02GK1791478SQ20048001365
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月20日
發(fā)明者井上忠信, 鳥塚史郎, 村松榮次郎, 長井壽 申請人:獨(dú)立行政法人物質(zhì)·材料研究機(jī)構(gòu)