2022-11-No1-輥軋技術新訊

余征諴博士 / 國立高雄科技大學 鍛造輥軋工程研究中心

各位【連續輥軋智慧成形技術聯盟】會員先進們大家好，與您分享本期輥軋技術新訊 (2022-11-No-1)：

#技術主題 : 高强度低合金方鋼管冷熱複合輥軋成形技術

Wang 等人 [1] 提出一冷熱複合輥軋成形技術 (cold and hot composite forming)，評估不同感應加熱溫度對高强度低合金(QStE700TM，降伏强度大於 700 MPa)方鋼管(40x40x2000 mm)經過4道次冷熱複合輥軋成形(第1至第2道次間感應加熱)之微結構與機械性質之影響。從試驗結果知：

(1) 冷連續輥軋後圓角處無裂縫，但外圓角半徑大(較圓)，冷熱複合輥軋：當增加加熱溫度時，動態回復與再結晶軟化，能降低應變硬化現象，能同時有效地改善方管角落處幾何形貌與避免裂紋缺陷，其厚度增加、外圓角半徑小(較尖銳)。

(2)冷連續輥軋因加工硬化提升材料强度，冷熱複合輥軋成形，因加熱效率及微結構改變，其伸長率與加熱效率成正比、降伏强度及抗拉强度與加熱功率成反比。

(3) 壓扁試驗時，冷輥軋與冷熱複合輥軋之焊縫皆未發生破裂，但冷熱複合輥軋會因裂紋導致壓扁試驗表現不佳(冷熱複合輥軋之加熱功率越大者，裂紋長度短，其壓扁負荷越高) 。

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詳細説明如下：

1. 感應加熱條件：

(1) 三種感應加熱功率：低 42.5 / 中 47.5 / 高 52.5 kW.

(2) 加熱溫度範圍：

Ac1 (初始溫度/非沃斯田鐡化)：室溫~707 C

Ac3 (最終溫度/部分沃斯田鐡化)：707~934 C

Th (沃斯田鐡均質化溫度)：934~1200 C  

透過輥軋成形試驗，比較方管成形後之幾何形貌、機械性質(拉伸試驗)與壓扁試驗性能：

1. 方管轉角處之幾何形貌 (geometrical morphology)：  

(1) 冷連續輥軋：無裂縫、外圓角半徑大(R3.67)，厚度變薄0.03mm。

(2) 冷熱複合輥軋：當增加加熱溫度時，動態回復與再結晶軟化，能降低應變硬化現象，能同時有效地改善方管角落處幾何形貌與避免裂紋缺陷，其厚度增加、外圓角半徑小(較尖銳)。

低加熱功率(42.5 kW)内圓角處裂紋深度 0.34 mm

中加熱功率(47.5 kW)内圓角處裂紋深度 0.18 mm

高加熱功率(52.5 kW)内圓角處無裂紋，厚度增加 59%、外圓角半徑降低91%。

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2. 機械性質 / 拉伸試驗結果：  

冷連續輥軋因加工硬化提升材料强度。

冷熱複合輥軋成形，因加熱效率及微結構改變，其伸長率與加熱效率成正比、降伏强度及抗拉强度與加熱功率成反比：  

低加熱效率 (42.5 kW)：因鈮鈦析出物，提升降伏强度(與冷連續輥軋比較)與提升伸長率、降低抗拉强度。  

中加熱效率 (47.5 kW)：因肥粒鐵與雪明碳鐵沉積物，降低降伏與抗拉强度、提升伸長率。  

高加熱功率 (52.5 kW)：因肥粒鐵與析出物粗化、動態回復及再結晶軟化，降低降伏與抗拉强度、提升伸長率。  

機械强度比較：

冷連續輥軋：降伏强度(Ys) 882 MPa / 抗拉强度(Ts) 967 MPa / 伸長率(E) 11.6 %。  

低加熱功率 (42.5 kW) : Ys 913 MPa / Ts 950 MPa / 伸長率(E) 15.4 %。  

中加熱功率 (47.5 kW) : Ys 867 MPa / Ts 936 MPa / 伸長率(E) 16.8 %。  

高加熱功率 (52.5 kW) : Ys 766 MPa / Ts 858 MPa / 伸長率(E) 17.2 %。  

應用該技術，可協助產業透過『高强度低合金方鋼管冷熱複合輥軋成形技術』，建立『鋼管製程設計』之技術能量及相關研究開發之參考資料。

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#參考資料：

[1] Wang, Y., Mehari, Z. A., Wu, J., & Han, J. (2022). Effect of induction heating temperature on the microstructure and mechanical properties of HSLA square tubes. Materials Research Express, 9(10), 106504..

[2] 連續輥軋智慧成形技術聯盟, 輥軋技術新訊, Vol. 2022-11-No1, https://bit.ly/RF-NewTech-2022-11-No1

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Tag: Roll Forming, Review, Cold and Hot Composite Roll Forming.

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