高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法

《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微合金化高強(qiáng)度低合金控軋控冷鋼的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種高強(qiáng)度、高韌性和可焊性的熱軋鋼板，如大口徑X70以上管線鋼、壓力容器用鋼板、海洋結(jié)構(gòu)用鋼板、高強(qiáng)度橋梁板和工程機(jī)械用鋼等生產(chǎn)方法。

1、一種高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板，其化學(xué)成份及各成份的重量百分比為：碳：0.03～0.09％；硅：0.15～0.35％；錳：1.40～2.0％；鋁：0.02～0.05％；鈮：0.05～0.13％；鈦：0.010～0.025％；銅：≤0.30％；鉻：≤0.30％；磷：≤0.012％；硫：≤0.004％；氮：≤0.004％；其余均為鐵，且碳當(dāng)量Ceq應(yīng)不大于0.44，裂紋敏感指數(shù)Pcm應(yīng)不大于0.23。

2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板，其特征在于：所述的化學(xué)成份中還含有鎳，鎳的重量百分比為：≤0.25％。即為進(jìn)一步降低成本，可不用鎳，也可使用少量的鎳。

3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板，其特征在于：所述的化學(xué)成份中還含有釩，釩的重量百分比為：≤0.046％。

4、一種高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板的生產(chǎn)方法包括步驟為：設(shè)計(jì)成份進(jìn)行配比備料，然后鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH（VD）處理、板坯連鑄、板坯再加熱、溫度控制軋制、控制冷卻、熱矯直、冷床冷卻、堆冷。其特征在于：在溫度軋制及冷卻控制中，軋制過程中坯料的平均溫度最有價(jià)值，利用表面測(cè)量溫度受厚度的影響，以下溫度控制皆為平均溫度；板坯再加熱溫度控制在：1180-1260攝氏度；粗軋結(jié)束溫度1100-1220攝氏度；精軋開始溫度840-1000攝氏度，精軋階段總的壓縮比≥65％，其結(jié)束溫度800-930攝氏度；終冷溫度500-600攝氏度，冷卻速率8-25攝氏度/秒。

2007年12月前，在鋼板應(yīng)用領(lǐng)域隨著結(jié)構(gòu)件日益大型化、壓力容器日益高能率化、石油天然氣輸氣管大口徑和高輸氣壓力化，以及應(yīng)用環(huán)境低溫化發(fā)展趨勢(shì)，要求在提高鋼板強(qiáng)度、降低鋼結(jié)構(gòu)重量的同時(shí)，要求鋼板具有更高的韌性指標(biāo)，特別是其低溫韌性，以保證鋼板使用過程的安全性。此外，對(duì)一些焊接鋼板還要求有良好的焊接性能，以降低鋼結(jié)構(gòu)和管線等的制造成本。以中國(guó)即將開工年輸氣量達(dá)300億立方米的“西氣東輸二線”為例，該管線全長(zhǎng)7000多公里，干線長(zhǎng)4000公多公里，輸氣壓力12兆帕、輸氣管直徑1219毫米、鋼級(jí)X80，壁厚18.4毫米以上，其中2類地區(qū)以上會(huì)采用壁厚22毫米以上直縫焊管。采用大口徑輸氣管和高輸送壓力主要是為了提高管線運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效率，但這要求采用大壁厚和大寬度鋼板，并有高強(qiáng)度、高韌性和可焊性的性能保證。在大口徑管線工程中，25％～40％的工程成本與材料有關(guān)，因此，降低材料成本對(duì)工程成本有舉足輕重的影響。

截至2007年12月，通過微合金化結(jié)合控軋控冷工藝生產(chǎn)高強(qiáng)韌性鋼是近20年來的一大主流技術(shù)。采用純潔凈鋼煉鋼技術(shù)，以及鈮、釩、鈦等元素微合金化和控軋控冷技術(shù)，生產(chǎn)的具有高性能的新型低合金高強(qiáng)韌性工程結(jié)構(gòu)用鋼具有以下屬性：（1）含碳量低，具有良好的冷熱成型性和焊接性；（2）鋼中添加少量的碳、氮化合物形成元素鈮、釩、鈦、鋁等，采用了晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)韌化性；（3）鋼的屈服強(qiáng)度大于345兆帕；（4）采用熱軋狀態(tài)交貨，而無需其它熱處理過程進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，從而減少工序和能耗，達(dá)到降低制造成本。該鋼種由于高效、節(jié)約合金元素和能源及在生產(chǎn)過程中向大氣釋放二氧化碳量少，是一種環(huán)境友好型的鋼鐵材料，已廣泛地應(yīng)用于橋梁、建筑、船舶、車輛、壓力容器、采油平臺(tái)、輸油管道等各種工程結(jié)構(gòu)。由于上述用途鋼材的需求量一般占社會(huì)對(duì)鋼材總需求量的60％左右，所以微合金鋼的應(yīng)用前景廣闊，是現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)中的主力產(chǎn)品。但現(xiàn)有技術(shù)中，這種高強(qiáng)度、高韌性、可焊性好的熱軋鋼板中所含的鉬、釩和鎳等微量金屬元素，其價(jià)格大多比較昂貴，因此使得該產(chǎn)品的成本較高。

高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法專利目的

《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》的目的在于提供一種采用低成本微合金元素配方，即采用低碳、高錳、高鈮、無鉬、無釩、無鎳或低鎳配方生產(chǎn)成本的高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板。

該發(fā)明的另一目的在提供一種采用低成本微合金元素配方，并通過控軋控冷等工藝生產(chǎn)高強(qiáng)度低合金的高控軋控冷鋼。

高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法技術(shù)方案

一種高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板，其化學(xué)成份及各成份的重量百分比為：碳：0.03～0.09％，硅：0.15～0.35％，錳：1.40～2.0％，鋁：0.02～0.05％，鈮：0.05～0.13％，鈦：0.010～0.025％，銅：≤0.30％，鉻：≤0.30％，磷：≤0.012％，硫：≤0.004％，氮：≤0.004％，其余均為鐵，且碳當(dāng)量Ceq應(yīng)不大于0.44，裂紋敏感指數(shù)Pcm應(yīng)不大于0.23；鎳：≤0.25％；釩：≤0.06％。

為實(shí)現(xiàn)《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》的另一目的，一種高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板的生產(chǎn)方法包括步驟為：設(shè)計(jì)成份進(jìn)行配比備料，然后鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH（VD）處理、板坯連鑄、板坯再加熱、溫度控制軋制、控制冷卻、熱矯直、冷床冷卻、堆冷，在溫度軋制及冷卻控制中，軋制過程中坯料的平均溫度最有價(jià)值，利用表面測(cè)量溫度受厚度的影響，以下溫度控制皆為平均溫度；板坯再加熱溫度控制在：1180-1260攝氏度；粗軋結(jié)束溫度1100-1220攝氏度；精軋開始溫度840-1000攝氏度，精軋階段總的壓縮比≥65％，其結(jié)束溫度800-930攝氏度；終冷溫度500-600攝氏度，冷卻速率8-25攝氏度/秒。

高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法改善效果

《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》的優(yōu)點(diǎn)是：

1、由于采用高Nb低C，充分利用Nb的析出強(qiáng)化及對(duì)鋼的相變的影響，獲得細(xì)小的具有高密度位錯(cuò)的針狀鐵素體 貝氏體 第二相組織，從而代替Mo對(duì)相變的影響，達(dá)到不加入Mo的效果，降低了合金成本；

2、由于該發(fā)明中的Ni元素可加可不加，因此，Ni的加入量對(duì)強(qiáng)度的影響不大，加入的Ni主要是減少因Cu導(dǎo)致的鑄坯及鋼板表面熱脆傾向，但該發(fā)明中Cu的含量亦不是很高，因而可以考慮不加，達(dá)到降低成本的效果；

3、由于采用了低碳、高鈮和微鈦處理的簡(jiǎn)單合金化設(shè)計(jì)，降低了鋼板的冷裂紋的敏感性，在一定程度上簡(jiǎn)化了焊接工藝，減小了焊接加工的制造成本；鋼中氮化鈦以及鈦鈮氮碳化物的高溫穩(wěn)定性將起到釘扎晶界、阻止晶粒長(zhǎng)大的作用，能夠使鋼板承受的焊接線能量提高；

4、由于利用Nb對(duì)奧氏體再結(jié)晶的抑制作用，提高再結(jié)晶終止溫度，使得軋制可以在較高的溫度進(jìn)行，降低軋制力及軋制能量消耗，提高了軋機(jī)的效率，保證了良好的板形；

5、由于采用了鋼板的平均溫度作為軋制過程溫度的控制點(diǎn)，避免因表面溫度存在測(cè)量誤差，以及表面溫度控制受制于軋制過程中鋼板的厚度變化，很難對(duì)軋制的各個(gè)階段的軋制溫度進(jìn)行精確把握；采用平均溫度則避免了以上不確定因素，實(shí)現(xiàn)了該發(fā)明鋼制造工藝的精確控制；

6、由于通過終止冷卻溫度控制，充分利用了Nb對(duì)相變的影響及析出作用，達(dá)到控制組織類型、細(xì)化組織及析出強(qiáng)化效果，提高強(qiáng)度和韌性作用；同時(shí)這一因素決定該發(fā)明的終冷溫度與以往的高強(qiáng)度、高韌性鋼板制造工藝中有了很大的提高，這樣可以保證鋼板在冷卻之后進(jìn)行熱矯的溫度，降低熱矯直機(jī)的負(fù)荷和矯直能耗。

高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法操作內(nèi)容

《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》的高強(qiáng)度高韌性可焊性熱軋鋼板是一種新型的低成本微合金化高強(qiáng)度低合金控軋控冷鋼，采用低碳、高錳、高鈮無鉬、無釩（或加入少量釩）和無鎳（或加入少量鎳）的低成本合金化設(shè)計(jì)。鋼中主要元素的設(shè)計(jì)依據(jù)如下：

碳（C）：碳是影響管線鋼強(qiáng)度、韌性、硬度及焊接性能的主要元素，碳含量的增加，對(duì)提高鋼的強(qiáng)度有明顯作用。但碳含量的增加會(huì)對(duì)鋼的延性、韌性及焊接性能有負(fù)面影響。所以，該發(fā)明選擇的碳含量為0.03-0.09％，一方面主要是考慮過低的碳會(huì)使得鋼板的屈強(qiáng)比增高，另一方面主要是考慮鋼板的韌性及優(yōu)良的焊接性能。

錳（Mn）：固溶強(qiáng)化元素，既可以提高鋼的強(qiáng)度也能夠改善鋼的韌性。適度提高鋼的淬透性，擴(kuò)大γ相區(qū)，降低鋼的γ→α相變溫度，有助于獲得細(xì)小的相變產(chǎn)物。此外，錳還能提高微合金元素鈮（Nb）在鋼中的溶解度，抑制碳氮化鈮的析出。因此，該發(fā)明鋼采用的錳含量為1.4～2.0％。

鈮（Nb）：鈮是有效的晶粒細(xì)化元素，能夠明顯的抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大，延遲γ→α轉(zhuǎn)變，從而獲得更加細(xì)小的組織。在熱軋過程中，析出的碳氮化鈮可以延遲再結(jié)晶及晶粒的長(zhǎng)大過程，碳氮化鈮通過釘扎位錯(cuò)，使得基體中可以保留更多的位錯(cuò)密度，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。固溶狀態(tài)的鈮可以延遲γ→α轉(zhuǎn)變，細(xì)化鐵素體晶粒，提高鋼的韌性，在冷卻過程中固溶的鈮可以繼續(xù)以Nb（CN）析出，進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度。該發(fā)明中，采用0.05-0.13％的高鈮設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了以上的分析精神，達(dá)到替代Mo的細(xì)化組織、沉淀強(qiáng)化的作用，降低鋼的成本。

鈦（Ti）：鈦是強(qiáng)的固氮元素，可以與氮形成TiN顆粒，從而可以在坯料加熱過程中抑制奧氏體晶粒的粗化，起到細(xì)化晶粒的作用，提高鋼的低溫韌性；同樣，TiN顆粒對(duì)焊接熱影響區(qū)晶粒的長(zhǎng)大能夠起到很好的抑制作用，改善焊接性能。此外，鈦可以與鈮復(fù)合析出，提高（TiNb）（CN）的熱穩(wěn)定性，對(duì)加熱過程中坯料奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及焊接熱影響區(qū)晶粒的粗化起到很好的抑制作用，改善鋼板的韌性，提高鋼板的焊接性能。鈦的加入量一般不低于氮的3.4倍，該發(fā)明中鈦的加入量為0.01-0.025％。

銅（Cu）：銅能夠提高鋼板及焊接熱影響區(qū)的強(qiáng)度，銅的沉淀作用還可以提高鋼的抗疲勞性能；此外，銅的另一個(gè)作用是提高鋼板的耐腐蝕性能，近加入0.1％的銅就可以顯著提高鋼的耐大氣腐蝕性。但過量的銅對(duì)焊接熱影響區(qū)及焊接區(qū)的韌性是不利的，該發(fā)明鋼采用了不大于0.3％的加入量。

鉻（Cr）：鉻同樣是碳化物形成元素，能夠提高鋼板硬度，起到沉淀強(qiáng)化的作用；鉻作為鐵素體形成元素，在高Nb鋼中可以得到更多的針狀鐵素體組織；鉻還能夠提高鋼的抗腐蝕及耐氫致開裂性能。然而，過量的鉻將降低鋼板的延伸性能，促進(jìn)晶粒的長(zhǎng)大而影響韌性，導(dǎo)致焊接區(qū)域的冷裂紋的產(chǎn)生。因此，該發(fā)明中只采用了相對(duì)較安全的加入量，該發(fā)明鋼采用了不大于0.3％的加入量。

鎳（Ni）：鎳通過固溶強(qiáng)化提高鋼的強(qiáng)度，和Mo相比，加入的鎳傾向于形成更少的硬化相，從而對(duì)低溫韌性有利；同時(shí)，鎳還有助于改善鋼中加銅引起的熱脆性。該發(fā)明鋼采用了不大于0.25％的加入量，也可不加入鎳。

釩（V）：析出強(qiáng)化及細(xì)化晶粒元素，能夠與C、N元素形成VC和VN析出相，提高鋼的強(qiáng)度，該發(fā)明中V為輔助添加元素，該發(fā)明鋼采用了不大于0.06％的加入量，或干脆不加入釩元素。

該發(fā)明的特點(diǎn)之一采用了低成本的合金化設(shè)計(jì)，不添加鉬，不添加或少量添加釩和鎳這些成本昂貴的元素，采用了低碳、高鈮的基本成分設(shè)計(jì)思路，輔以錳、銅、鉻等元素及微鈦處理，結(jié)合精確的軋制冷卻工藝控制，實(shí)現(xiàn)性能穩(wěn)定的高強(qiáng)度高強(qiáng)韌性和可焊性熱軋鋼板的生產(chǎn)。其化學(xué)成分重量百分比為：碳：0.03～0.09％；硅：0.15～0.35％；錳：1.40～2.0％；鋁：0.02～0.05％；鈮：0.05～0.13％；鈦：0.010～0.025％；銅：≤0.30％；鎳：≤0.25％；鉻：≤0.30％；磷：≤0.012％；硫：≤0.004％；氮：≤0.004％；釩：≤0.06％，其余均為鐵。

《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》的微合金化高強(qiáng)度低合金控軋控冷鋼鋼板主要應(yīng)用于輸送管線、海洋平臺(tái)、鍋爐和壓力容器、橋梁和工程機(jī)械等重要場(chǎng)合，因此具有良好的焊接性能，包括廣泛的焊接工藝適應(yīng)性，高抗裂紋性，適用于大線能量焊接。鋼板焊接裂紋敏感性與焊接后自淬性有關(guān)，碳當(dāng)量Ceq和裂紋敏感指數(shù)Pcm決定了鋼板的淬硬傾向。由于微合金化高強(qiáng)度低合金控軋控冷鋼成分設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，合金總量減少，特別是碳含量低，為提高該鋼種的抗冷裂性提供了保證。為提高焊接效率，埋弧自動(dòng)焊、氣電焊（單絲、多絲、熔嘴）、電渣焊（KES、SES）廣泛應(yīng)用，隨焊接線能量的增加對(duì)焊接熱影響區(qū)韌性的損傷越來越明顯。這就要求新型微合金鋼能有效阻止HAZ晶粒粗化的技術(shù)。鋼中氮化鈦和其它的鈦鈮碳氮化物具有高溫穩(wěn)定性，對(duì)釘扎晶界、阻止晶粒長(zhǎng)大的作用，能夠使鋼板承受的焊接線能量提高。

該發(fā)明的特點(diǎn)之二是采用了較低的碳當(dāng)量Ceq和裂紋敏感指數(shù)Pcm，發(fā)明鋼中的碳當(dāng)量Ceq[＝C Mn/6 （Cr Mo V）/5 （Cu Ni）/15]不大于0.45，裂紋敏感指數(shù)Pcm[＝C Si/30 （Mn Cu Cr）/20 Ni/60 Mo/15 V/10 5B]不大于0.23。由于降低了冷裂紋的敏感性，在一定程度上簡(jiǎn)化了焊接工藝，減小了焊接加工的制造成本。同時(shí)微合金化也提高了焊接熱影響區(qū)的綜合性能，焊接線能量得以提高，可實(shí)現(xiàn)高效焊接。

該發(fā)明的高強(qiáng)度高韌性鋼的熱軋鋼板的制造方法，軋制及冷卻過程中的溫度控制，采用坯料的平均溫度作為最終的參考依據(jù)，坯料表面溫度為參考量。鋼板制造工藝設(shè)計(jì)中，利用流變應(yīng)力隨溫度的變化，來精確把握再結(jié)晶區(qū)、非再結(jié)晶區(qū)及混晶區(qū)，從而得到比較精確的溫度控制，達(dá)到溫度控制軋制的目的。以往的工藝規(guī)定的鋼板粗軋結(jié)束溫度、精軋結(jié)束溫度基本上都是表面溫度控制，其溫度控制往往受制于軋制過程中鋼板的厚度變化，這樣使得軋制的各個(gè)階段比較難于把握；該發(fā)明則克服以上的缺點(diǎn)，采用鋼板的平均溫度作為控制軋制各階段的起點(diǎn)和終點(diǎn)，消除厚度的影響，達(dá)到精確控制的目的。

在鋼板軋后冷卻方面，該發(fā)明的終止冷卻溫度控制范圍在500-600攝氏度，充分利用高Nb對(duì)γ→α相變的延遲來獲得更多的針狀鐵素體組織，以及這一終冷溫度下仍能使固溶Nb繼續(xù)析出而提高強(qiáng)度的特點(diǎn)，達(dá)到提高鋼的強(qiáng)度和韌性的目的。這使得該發(fā)明既保證了鋼板強(qiáng)度和韌性，又避免鋼板冷卻之后進(jìn)行熱矯所需的溫度，降低熱矯直機(jī)的負(fù)荷和矯直能耗。

高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板的具體制造方法，工藝步驟包括：按照權(quán)利要求1的成分進(jìn)行配比備料、鐵水預(yù)脫硫、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、RH（VD）處理、板坯連鑄、板坯再加熱、溫度控制軋制、控制冷卻、熱矯直、冷床冷卻、堆冷，溫度軋制及冷卻控制中，軋制過程中坯料的平均溫度最有價(jià)值，利用表面測(cè)量溫度受厚度的影響，以下溫度控制皆為平均溫度；板坯再加熱溫度控制在：1180-1260攝氏度；粗軋結(jié)束溫度1100-1220攝氏度；精軋開始溫度840-1000攝氏度，精軋階段總的壓縮比≥65％，其結(jié)束溫度800-930攝氏度；終冷溫度500-600攝氏度，冷卻速率8-25攝氏度/秒。

采用以上合金成分和生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的高強(qiáng)度高韌性可焊性的熱軋鋼板的寬度最大達(dá)4400毫米，厚度達(dá)42毫米。

以上所述高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板屈服強(qiáng)度大于500兆帕，抗拉強(qiáng)度大于630兆帕，屈強(qiáng)比小于0.90，延伸率大于23％（采用直徑12.7毫米圓棒試驗(yàn)，標(biāo)距50.8毫米）；—20攝氏度的V型缺口夏比沖擊試驗(yàn)吸收功大于250焦，剪切面積大于90％；—20攝氏度落錘撕裂試驗(yàn)（DWTT）的剪切面積大于90％。

高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法實(shí)施案例

表1給出了《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》的高強(qiáng)度高韌性可焊性熱軋鋼板化學(xué)成分的8個(gè)實(shí)例。

表2給出了表1中所列8個(gè)不同成分鋼板的主要控制控冷工藝軋制工藝參數(shù)。

在上述實(shí)施例中，這種熱軋鋼板的焊接工藝采用4絲埋弧焊，電流在450～1000安，電壓在20～30伏之間，熱輸入45千焦/厘米，焊絲移動(dòng)速度1.7米/分鐘，一道填充。

表3給出了《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》強(qiáng)度高韌性鋼板的焊縫及熱影響區(qū)的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。

表3：上述兩種熱軋鋼板的焊縫及熱影響區(qū)的拉伸斷口及夏比沖擊韌性值

硬度試驗(yàn)：在焊接橫截面上進(jìn)行硬度試驗(yàn)，硬度測(cè)試點(diǎn)焊接的接縫處。

2013年，《高強(qiáng)度高韌性熱軋鋼板及其生產(chǎn)方法》獲得第八屆江蘇省專利項(xiàng)目獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)。

榮譽(yù)表彰

2014年11月6日，《HRB500E釩氮高強(qiáng)度抗震鋼筋及其生產(chǎn)方法》獲得第十六屆中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。

《微晶擠壓設(shè)備及其生產(chǎn)方法》涉及一種用于金屬擠壓工藝的生產(chǎn)設(shè)備及其方法，更具體地說是指一種連續(xù)式的微晶擠壓設(shè)備及其生產(chǎn)方法。

微晶擠壓設(shè)備及其生產(chǎn)方法專利目的

《微晶擠壓設(shè)備及其生產(chǎn)方法》的目的在于提供一種連續(xù)式的微晶擠壓設(shè)備及其生產(chǎn)方法，該發(fā)明通過各生產(chǎn)工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，使金屬始終處于一種較好的擠壓狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高效率高質(zhì)量的連續(xù)式擠壓生產(chǎn)。

微晶擠壓設(shè)備及其生產(chǎn)方法技術(shù)方案

微晶擠壓設(shè)備，包括機(jī)座、設(shè)于機(jī)座上的擠壓輪和壓實(shí)輪，機(jī)座內(nèi)還設(shè)有擠壓模腔，機(jī)座上設(shè)有與擠壓模腔對(duì)接的活動(dòng)式模具和用于驅(qū)動(dòng)活動(dòng)式模具的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)設(shè)于活動(dòng)式模具的擠出端；動(dòng)力機(jī)構(gòu)設(shè)有與機(jī)座聯(lián)接的固定端和與止抵于活動(dòng)式模具外側(cè)的活動(dòng)端，還包括與動(dòng)力機(jī)構(gòu)聯(lián)接的動(dòng)力源。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述的動(dòng)力機(jī)構(gòu)為與機(jī)座固定聯(lián)接的液壓缸結(jié)構(gòu)體，所述的動(dòng)力源為與液壓缸結(jié)構(gòu)體液壓傳動(dòng)聯(lián)接的液壓泵站；所述的液壓缸結(jié)構(gòu)體包括設(shè)有

環(huán)形油腔的缸體和設(shè)于環(huán)形油腔內(nèi)的活塞，所述的缸體構(gòu)成前述的固定端，所述的活塞構(gòu)成前述的活動(dòng)端；所述缸體包括位于外周的外缸部和位于中心的且用于套設(shè)活塞的軸部，所述軸部的中心設(shè)有用于穿過擠壓金屬料的中心穿孔，所述的活塞止抵于活動(dòng)式模具的外側(cè)，所述的缸體上設(shè)有與液壓泵站聯(lián)接的進(jìn)油口。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述的動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括止抵于活動(dòng)式模具外側(cè)的滑動(dòng)環(huán)體、與滑動(dòng)環(huán)體旋轉(zhuǎn)式活動(dòng)聯(lián)接的旋轉(zhuǎn)環(huán)體、用于固定支撐旋轉(zhuǎn)環(huán)體的外套部，及與旋轉(zhuǎn)環(huán)體傳動(dòng)聯(lián)接的減速機(jī)構(gòu)，所述的滑動(dòng)環(huán)體、旋轉(zhuǎn)環(huán)體的中心設(shè)有用于穿過擠壓金屬料的中心穿孔，所述的外套部與機(jī)座固定聯(lián)接，所述的旋轉(zhuǎn)環(huán)體與外套部為螺紋式聯(lián)接；所述的動(dòng)力源為與減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)聯(lián)接的電機(jī)。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：還包括控制器，及與控制器聯(lián)接的用于檢測(cè)擠壓模腔壓力的壓力傳感器、用于檢測(cè)擠壓模腔溫度的溫度傳感器、用于檢測(cè)活動(dòng)式模具位移的位移傳感器和用于驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源的第一驅(qū)動(dòng)電路；還包括與擠壓輪傳動(dòng)聯(lián)接的擠壓電機(jī)，所述控制器還聯(lián)接有用于驅(qū)動(dòng)擠壓電機(jī)的第二驅(qū)動(dòng)電路。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：還包括與控制器聯(lián)接的電流傳感器，所述的電流傳感器與第二驅(qū)動(dòng)電路電性聯(lián)接。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：還包括設(shè)于機(jī)座的擠出端的冷卻水槽、冷卻水泵和冷卻水傳感器，所述的冷卻水泵、冷卻水傳感器與控制器電性聯(lián)接。

微晶擠壓的生產(chǎn)方法，該生產(chǎn)方法是：被擠壓金屬料通過擠壓輪與壓實(shí)輪之間的摩擦牽引送入擠壓模腔內(nèi)，在后端的金屬料的連續(xù)擠壓下從活動(dòng)式模具中擠壓出來；在生產(chǎn)過程中采集擠壓模腔的壓力和溫度，通過控制器的計(jì)算，輸入控制信號(hào)給第一驅(qū)動(dòng)電路和第二驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而調(diào)整活動(dòng)式模具與擠壓模腔的距離和擠壓輪的進(jìn)料速度。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述的被擠壓金屬料為磷銅棒料，所述磷銅棒料的擠入直徑為16～20毫米，擠出直徑為10～45毫米；磷銅擠壓時(shí)溫度為510±30℃，活動(dòng)式模具的擠出口的厚度為20～30毫米，擠出端的冷卻水槽的溫度為90±10℃，所需時(shí)間為0.5～2秒，其冷卻速度為210～840度/秒；從而細(xì)化磷銅料的晶粒為5～20微米。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：所述的擠壓模腔的壓力為800～1200兆帕，中心值為1000兆帕；活動(dòng)式模具的行程范圍為0～8毫米，中心值為4毫米；擠壓輪的進(jìn)料速度為9～14米/分鐘，中心值為11米/分鐘。

其進(jìn)一步技術(shù)方案為：擠壓生產(chǎn)過程中，控制器優(yōu)先采集擠壓模腔的壓力參數(shù)，通過活動(dòng)式模具優(yōu)先將其調(diào)節(jié)為中心值，其次再采集擠壓模腔的溫度，再通過活動(dòng)式模具的位移來將其調(diào)節(jié)為中心值，當(dāng)活動(dòng)式模具的調(diào)節(jié)已到達(dá)極限時(shí)，再通過第二驅(qū)動(dòng)電路，調(diào)節(jié)擠壓輪的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而調(diào)節(jié)進(jìn)料速度；在控制過程中，為了兼顧擠壓模腔的壓力和溫度，可以同時(shí)調(diào)節(jié)活動(dòng)式模具的集位移和擠壓的進(jìn)料速度，優(yōu)先調(diào)節(jié)活動(dòng)式模具的位移。

微晶擠壓設(shè)備及其生產(chǎn)方法改善效果

《微晶擠壓設(shè)備及其生產(chǎn)方法》與2011年之前的技術(shù)相比的有益效果是：該發(fā)明擠壓設(shè)備利用計(jì)算機(jī)構(gòu)成的控制反饋回路，能對(duì)擠壓過程中的各個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)并及時(shí)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，使金屬料在擠壓過程，始終處于一個(gè)較為理想的擠壓壓力和擠壓溫度下，從而能保證金屬料被擠壓之后的材料性能保證較好的一致性；其結(jié)構(gòu)合理并且比較簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，有利于減少人為因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，提高產(chǎn)品質(zhì)量。采用該發(fā)明的微晶擠壓方法生產(chǎn)出來的磷銅陽極，由于其生產(chǎn)過程是在密閉中利用摩擦和強(qiáng)變形加熱，因此生產(chǎn)能耗低，銅桿不會(huì)被氧化，表面和內(nèi)部的磷含量也沒有散失。通過該發(fā)明擠壓設(shè)備可以有效地實(shí)現(xiàn)連續(xù)性擠壓，用于磷銅的擠壓生產(chǎn)時(shí)，能將固定直徑（比如φ16、φ20）的磷銅桿變成任意尺寸或形狀的銅桿，不單能使大桿變小桿，還實(shí)現(xiàn)了小桿變大桿，為進(jìn)一步生產(chǎn)大尺寸磷銅陽極銅球提供了條件。經(jīng)金相分析，通過連續(xù)擠壓技術(shù)生產(chǎn)出來的陽極磷銅桿的微觀組織結(jié)構(gòu)能優(yōu)于傳統(tǒng)的熱處理及軋制的微晶狀態(tài)，其晶體的顆粒更為細(xì)小、均勻。由于金屬料在連續(xù)性的擠壓過程中將其內(nèi)部的晶體進(jìn)行重組，并且是較高壓力下進(jìn)行的，從而改變了金屬料內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)的緊密度；能改變金屬料的強(qiáng)度和硬度等性能；當(dāng)金屬料為陽極磷銅桿時(shí)，擠壓后的磷銅桿在電解過程中，能使銅離子的析出更為均勻；在陽極磷銅桿的使用過程中發(fā)現(xiàn)，擠壓之后的陽極磷銅桿在電解過程中，其下方沉淀的銅粉末明顯少于未經(jīng)過微晶擠壓的磷銅桿，并且相同大小的陽極磷銅桿，其使用過程中的利用率比未經(jīng)過微晶擠壓的陽極磷銅桿多2.5％-6％。