熱軋H型鋼翼緣端部缺陷原因分析與改進(jìn)

田志燦

(山東鋼鐵股份公司萊蕪分公司)

熱軋H型鋼翼緣端部缺陷原因分析與改進(jìn)

田志燦

(山東鋼鐵股份公司萊蕪分公司)

分析了萊鋼H400x400規(guī)格翼緣端部未充滿缺陷的產(chǎn)生原因，通過(guò)采取完善加熱、速度以及變形制度，優(yōu)化壓下規(guī)程及軋邊機(jī)槽深等措施，最終使得此缺陷得到有效解決。

H型鋼 孔型參數(shù) 壓下規(guī)程 加熱制度 速度制度 變形制度 軋槽深度

0 前言

萊鋼大H型鋼生產(chǎn)線的主體設(shè)備從德國(guó)SMS公司引進(jìn)，軋制工藝采用“X-H”往復(fù)式軋制，并結(jié)合動(dòng)態(tài)AGC技術(shù)以及TCS調(diào)整系統(tǒng)，具有國(guó)際先進(jìn)水平。該條生產(chǎn)線于2005年9月份投產(chǎn)運(yùn)行，主要生產(chǎn)多種規(guī)格的H型鋼、工字鋼產(chǎn)品，其H型鋼翼緣最大高度為400 mm，腹板最大寬度為900 mm。其中TM機(jī)組包括三架軋機(jī)，為UR(萬(wàn)能粗軋)-ED(軋邊機(jī))-UF(萬(wàn)能精軋)，TM的三架軋機(jī)集成了世界最新的H型鋼軋制技術(shù)，主要包括X-H軋制技術(shù)(德國(guó)西馬克公司專利技術(shù))和TCS(包括AGC和HAGC)輥縫自動(dòng)控制技術(shù)。X-H軋制工藝技術(shù)具有流程短，投資少，生產(chǎn)成本低，調(diào)整手段多等優(yōu)點(diǎn)。但是這兩項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)對(duì)孔型設(shè)計(jì)和壓下規(guī)程的設(shè)計(jì)要求較嚴(yán)，設(shè)備維護(hù)不到位或者工藝設(shè)計(jì)不合理都會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量缺陷難以控制，影響產(chǎn)品質(zhì)量和成材率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提升。翼緣端部充滿程度影響H型鋼翼緣尺寸精度以及端面平整度，隨著型鋼應(yīng)用行業(yè)的普及，鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)對(duì)此缺陷的重視程度顯著增加。

1 問(wèn)題的提出

大型H型鋼H400x400規(guī)格為大型線截面模量最大，是該生產(chǎn)線的極限規(guī)格。由于坯料翼緣半腿尺寸為175 mm，生產(chǎn)該規(guī)格時(shí)導(dǎo)致腿部金屬量先天不足。

現(xiàn)場(chǎng)拓樣(中部)與BD孔型軋機(jī)孔型比對(duì)后得到以下數(shù)據(jù)：

(1)BD后軋件實(shí)際半腿厚為89 mm，孔型中半腿厚為95 mm;

(2)實(shí)際半腿高為208.5 mm.孔型中半腿高188 mm,BD最后一道次輥縫38 mm，軋機(jī)彈跳為4 mm～5 mm，得出實(shí)際軋制時(shí)孔型中半腿高為188+19+2.5=209.5 mm;

通過(guò)拓樣面積計(jì)算BD孔型中腿腰延伸比為1.03，而TM成品翼緣與腹板金屬量比為2.02，根據(jù)TM軋機(jī)最后一道次腿腰延伸比1.03推算，BD終軋軋件的腿腰延伸比應(yīng)為1.34。

中未完全充滿；另一方面實(shí)際軋件在BD孔型軋制后腹板金屬量較大，對(duì)翼緣的拉縮作用明顯。

2 翼緣端部未充滿原因分析

2.1 BD軋機(jī)成品孔型的設(shè)計(jì)

其中規(guī)格基本尺寸為：

規(guī)格：H400×400×13×21/172 kg/m

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 11263 - 2010

尺寸公差：腰高(±3.0)，腿寬(±3.0)，腹板厚度(±1.0)，翼緣厚度(±1.7)

成品標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)寬：BHnom=400-21*2=358 mm

成品標(biāo)準(zhǔn)半腿高：BTnom=(400-21)/2=193.5 mm

根據(jù)相應(yīng)理論計(jì)算得出：BHUF=359 mm～360 mm BHUR =357 mm～362 mm

BD軋機(jī)成品孔的設(shè)計(jì)依據(jù)精軋機(jī)及成品參數(shù)，由于該參數(shù)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)固化，受產(chǎn)品尺寸的限制，可優(yōu)化的空間有限。A孔的設(shè)計(jì)(成品孔)尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

(1) 半腿高a的確定：

一般半腿高a比成品BTbeamnom小5 mm～10 mm，這里取7.5 mm，所以A孔槽深取188 mm。

(2) 內(nèi)幅寬的確定：

根據(jù)BD來(lái)料內(nèi)寬一般比UR的BH值小9 mm～20 mm，成品腿越長(zhǎng)，取值越大，也考慮UR水平輥與軋件的咬入點(diǎn)，咬入點(diǎn)位置在中位點(diǎn)以下附近，這里取20 mm，所以A孔內(nèi)幅寬為342 mm；目前外方人員原始設(shè)計(jì)該尺寸為327 mm。

(3) 內(nèi)側(cè)壁斜度偏移量的確定：

內(nèi)側(cè)壁偏移量一般取5 mm～15 mm，成品半腿高越小，取值越小，這里取15 mm。

(4) 內(nèi)側(cè)壁R1、R2的確定：

根據(jù)近R2一般比成品R角大8 mm～15 mm， R1=200 mm，R2=30 mm

(5) 內(nèi)側(cè)壁斜度ψ1的確定：

內(nèi)側(cè)壁斜度ψ1取100～180，成品半腿越大，斜度越小，這里取14.18。

(6) 外側(cè)壁斜度偏移量的確定：

外側(cè)壁斜度偏移量一般取5 mm～10 mm，這里取10 mm。

(7) 外側(cè)壁R3、R4的確定：

R3=250 mm，R4=45 mm

(8) 外側(cè)壁斜度ψ2的確定：

外側(cè)壁斜度ψ1取30～50，考慮實(shí)際生產(chǎn)中的腿外側(cè)拉絲和今后可修改的余地，這里取3.93。

(9) 腿端圓角r1、r2的確定：

一般取12 mm～15 mm，這里取15 mm。

(10) 半腿寬的確定：

由TM壓下規(guī)程可知，半腿寬為99.8 mm。

2.2 TM軋邊機(jī)前幾道次基本沒(méi)有壓下量，不能對(duì)翼緣端部進(jìn)行良好加工。

軋邊機(jī)控制翼緣長(zhǎng)度控制和分配翼緣金屬量的原理見(jiàn)圖1。軋邊機(jī)的作用是軋制軋件的翼緣，不對(duì)軋件的腹板進(jìn)行軋制，軋件腹板與輥面有一定的間隙。但是會(huì)由于軋邊機(jī)的槽深問(wèn)題、三架軋機(jī)軋制線高度以及連軋堆拉關(guān)系的問(wèn)題，造成軋件單側(cè)腹板與軋輥表面接觸現(xiàn)象，從而形成上下偏心。這就對(duì)軋邊機(jī)的槽深設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)格的要求，，軋邊機(jī)負(fù)荷低于100 kN，不能對(duì)翼緣端部進(jìn)行加工。

圖1 軋邊機(jī)孔型示意圖

2.3 TM軋制溫度過(guò)高，翼緣寬展小，導(dǎo)致頭尾充滿度好，中間差。

2.4 軋制過(guò)程中拉鋼，中間充滿度差。

由于考慮軋件的翼緣寬度控制在公差范圍內(nèi)，不出現(xiàn)明顯的翼緣波浪缺陷，在TM軋機(jī)堆拉關(guān)系的調(diào)整中，一般采用拉鋼的狀態(tài)。但是這樣造成了軋件中部翼緣腿部金屬充滿度差，頭尾充滿度較好的情況。

3 翼緣端部未充滿缺陷解決措施

3.1 優(yōu)化BD孔型參數(shù)。

根據(jù)BD來(lái)料內(nèi)寬一般比UR的BH值小9 mm ～20 mm，成品腿越長(zhǎng)，取值越大，也考慮UR水平輥與軋件的咬入點(diǎn)，咬入點(diǎn)位置在中位點(diǎn)以下附近，這里取20 mm，所以A孔內(nèi)幅寬應(yīng)為342 mm；目前設(shè)計(jì)值為327 mm，導(dǎo)致與精軋機(jī)擴(kuò)腰量為30 mm以上，造成軋件咬入困難和拉縮翼緣；需要將內(nèi)幅寬尺寸由原來(lái)的327 mm改為342 mm。BD成品孔優(yōu)化前后示意圖如圖 2所示。

圖2 BD成品孔優(yōu)化前后示意圖

3.2 優(yōu)化BD壓下規(guī)程，合理分配各道次壓下量。

根據(jù)TM成品翼緣與腹板金屬量比為2.02，考慮TM翼緣與腹板延伸比控制在1.01～1.05之間五道次軋制，倒推BD來(lái)料翼緣和腹板的金屬量比應(yīng)為1.34，而根據(jù)實(shí)際拓樣計(jì)算：BD來(lái)料翼緣和腹板的金屬量比為2.06，從而確定BD的壓下規(guī)程，原先最后一道次38 mm，現(xiàn)在33 mm，考慮BD負(fù)荷分配各道次壓下量，防止斷輥，改為9道次。

3.3 TM壓下規(guī)程優(yōu)化

前期立輥壓下量加大增加翼緣的寬展，軋邊機(jī)適當(dāng)壓下，保證各道次翼緣端部均能得到良好加工。

3.4 加熱制度、軋機(jī)速度制度的優(yōu)化。

(1)加熱溫度以保證BD軋機(jī)軋制負(fù)荷不超過(guò)280 bar為前提，按照1 270 ℃基礎(chǔ)上以10 ℃為單位遞減。

(2)TM速度制度按照下表執(zhí)行?？刂芓M軋制速度，從而控制終軋溫度，增加翼緣的寬展。

表1 H400X400規(guī)格TM軋機(jī)速度制度

3.5 軋機(jī)堆拉關(guān)系的調(diào)整。

控制好TM的對(duì)拉關(guān)系，避免拉鋼。

3.6 軋邊機(jī)的槽深優(yōu)化

軋邊機(jī)原始孔槽深度的設(shè)計(jì)公式為：

H=(2×BT×1.01-k)*0.5

其中BT為軋件的標(biāo)準(zhǔn)半腿長(zhǎng)

k是為了避免調(diào)整過(guò)程中軋制軋件的腹板，留有足夠的調(diào)整余地，避免發(fā)生堆鋼事故。經(jīng)驗(yàn)值取值范圍5 mm～7 mm。

軋邊機(jī)槽深設(shè)計(jì)完成后必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試優(yōu)化，調(diào)試的過(guò)程中遵循的原則是軋邊機(jī)輥縫比軋件的腹板厚度大1mm時(shí)，軋件的翼緣長(zhǎng)度控制在標(biāo)準(zhǔn)尺寸上。部分規(guī)格軋邊機(jī)軋槽深度優(yōu)化前后對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 部分規(guī)格軋邊機(jī)軋槽深度優(yōu)化前后對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

(1)H400x400規(guī)格翼緣端部未充滿的主要調(diào)整手段主要對(duì)孔型參數(shù)的調(diào)整以及軋邊機(jī)槽深尺寸的控制。

(2)軋邊機(jī)槽深優(yōu)化至關(guān)重要。單側(cè)翼緣過(guò)分長(zhǎng)需要將軋邊機(jī)槽深減淺，單側(cè)翼緣過(guò)分短類需要將軋邊機(jī)槽深加深。

[1] 俞漢清.金屬塑性成形原理[M].西北工業(yè)大學(xué)，1999.8(2014.1)

[2] 康永林.軋制工程學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2014.6

CAUSE ANALYSIS AND IMPROVEMENT OF END DEFECTS ON HOT ROLLED H STEEL FLANGE

Tian zhican

(Laiwu branch of Shandong Iron and Steel Co., Ltd.,)

The causes of non-full of defects on the H400x400 specifications flange are analyzed, The defects were effectively resolved through perfecting the heating, speed and deformation system, optimizing the press rules and edger groove depth etc.

H type steel pass parameter press down regulation heating system speed system deformation system rolling groove depth

2016-9-18

*聯(lián)系人：田志燦,工程師,山東.萊蕪(271104)，山東省萊蕪市鋼城區(qū)型鋼廠;