大規(guī)格螺紋鋼彎曲性能改善與應(yīng)用

沈小二,徐玉強(qiáng),馬加波

（新疆昆玉鋼鐵有限公司軋鋼廠,新疆 奎屯 833200）

1 前言

新疆昆玉鋼鐵有限公司棒材車間（簡稱“昆玉棒材”）是一條2013年7月建成投產(chǎn)的棒材生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線年設(shè)計(jì)產(chǎn)量100萬噸，設(shè)計(jì)最高軋制速度為18m/s，產(chǎn)品規(guī)格為Φ12mm～Φ36mm，主要品種為細(xì)晶粒螺紋鋼和錨桿鋼等。

近年來，隨著新疆重點(diǎn)工程項(xiàng)目的增多，市場對大規(guī)格螺紋鋼的需求也在逐漸增加。彎曲性能作為鋼材工藝性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，一直以來都是質(zhì)量檢驗(yàn)的必查項(xiàng)目。根據(jù)市場反饋，目前φ22mm～φ36mm的大規(guī)格螺紋鋼比較容易出現(xiàn)冷彎裂紋，造成大規(guī)格螺紋鋼銷售困難。彎曲性能不合格，可能受合金成分、生產(chǎn)工藝、孔型設(shè)計(jì)、軋輥加工以及彎曲方法等眾多因素影響。通常情況下，鋼鐵企業(yè)會(huì)選擇增加合金成分，提高工藝溫度的方式來改善鋼材的彎曲性能，但這樣會(huì)大幅增加生產(chǎn)成本，不利于企業(yè)的降本增效戰(zhàn)略。因此，如何在保證生產(chǎn)成本不升高的前提下改善彎曲性能，適應(yīng)市場需求，是目前昆玉棒材工藝研究的一項(xiàng)重要課題。

2 現(xiàn)狀分析及研究思路

目前，新疆市場上大多數(shù)彎曲加工的彎芯直徑都比較固定，一般為40～50mm，然而國標(biāo)要求HRB400Eφ6mm～φ25mm螺紋鋼的彎芯直徑為4d（d為鋼筋的公稱直徑），HRB400Eφ28～φ40mm螺紋鋼的彎芯直徑為5d（d為鋼筋的公稱直徑），因此，當(dāng)直徑為φ22mm～φ36mm的大規(guī)格螺紋鋼采用50mm的彎芯進(jìn)行彎曲加工時(shí)，由于彎曲部位受力面積較小，應(yīng)力過于集中，就極易產(chǎn)生冷彎裂紋。此外，由于昆玉鋼鐵軋鋼廠采用控軋控冷工藝進(jìn)行生產(chǎn)，使得鋼材能夠在合金成分較低的條件下獲得較高的力學(xué)性能，但同時(shí)也會(huì)對鋼材的彎曲性能造成不良影響。

雖然通過增加合金成分，提高控軋控冷溫度，可以改善冷彎性能，但不利于車間成本控制。因此，必須通過優(yōu)化孔型設(shè)計(jì)、改進(jìn)橫肋加工方式的方法來降低橫肋根部的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提高鋼材的彎曲性能。

3 技術(shù)方案研究與實(shí)施

3.1 優(yōu)化孔型設(shè)計(jì)

通過對大規(guī)格螺紋鋼產(chǎn)生的冷彎裂紋進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)冷彎裂紋普遍發(fā)生在橫肋根部并沿著橫肋方向裂開，根部是鋼筋的肋與基圓交界處，軋件脫槽時(shí)在此處容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力集中。再加上彎曲加工時(shí)，橫肋根部在肋的垂直方向上受到了較大的拉應(yīng)力作用，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力與外應(yīng)力相互疊加產(chǎn)生的合力大于其抗拉強(qiáng)度時(shí)，鋼材就會(huì)產(chǎn)生裂紋或斷裂。根據(jù)塑性變形原理，當(dāng)橫肋與軸線夾角β發(fā)生改變時(shí)，橫肋根部受到的拉應(yīng)力方向也會(huì)發(fā)生改變。隨著鋼筋橫肋與軸線夾角β的逐漸減小，彎曲加工時(shí)橫肋在垂直方向上受到的拉應(yīng)力也會(huì)越來越小。因此，可以通過優(yōu)化孔型設(shè)計(jì)，適當(dāng)?shù)臏p小橫肋與軸線夾角β，降低橫肋在垂直方向上的受力情況，來改善鋼材的彎曲性能。

3.2 改進(jìn)橫肋加工

橫肋根部在受到外力作用時(shí)，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，造成橫肋沿根部發(fā)生斷裂。為了減小橫肋根部的應(yīng)力集中現(xiàn)象，可以通過增大橫肋底寬、增加橫肋與基圓交界處接觸面積的方法來實(shí)現(xiàn)。但由于現(xiàn)有的螺紋銑程序無法實(shí)現(xiàn)橫肋與鋼筋表面弧形加工，因此只能采取兩道工序?qū)M肋進(jìn)行倒角加工。首先將軋輥軋槽利用正常的螺紋銑刀加工完橫肋后，再更換倒角銑刀頭，在橫肋根部位置銑削出一定深度，以達(dá)到增大橫肋底寬、增加橫肋底寬與基圓的接觸面積的目的，從而減少了螺紋鋼在彎曲過程中橫肋根部的受力情況，改善了鋼材的彎曲性能。

3.3 試軋方案制定與實(shí)施

為了便于操作，首先針對HRB400Eφ32螺紋鋼進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與試軋，試軋完成后再推廣至其它規(guī)格。具體試軋方案如下：

（1）根據(jù)φ32螺紋鋼的生產(chǎn)情況，并兼顧橫肋充滿度，適當(dāng)減小其橫肋與軸線夾角β。

（2）根據(jù)橫肋的原有尺寸，設(shè)計(jì)φ32的倒角銑刀刀頭的頂角角度為130°，銑削深度為1mm。

（3）加工出試驗(yàn)孔型，在現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的條件下進(jìn)行試軋?jiān)囼?yàn)。

（4）采用市場上常用的50mm直徑的彎芯進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對橫肋與軸線夾角β和倒角銑刀的頂交角度及銑削深度進(jìn)行優(yōu)化。

（5）試驗(yàn)合格后做好分析及總結(jié)，設(shè)定最終的孔型加工方案。（6）借鑒φ32螺紋鋼的優(yōu)化方案，推廣至其它規(guī)格進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與試軋。

通過反復(fù)試驗(yàn)，并根據(jù)最終試軋結(jié)果顯示，當(dāng)橫肋與軸線夾角β減小至50°時(shí)，既能充分滿足各個(gè)規(guī)格的橫肋充滿度，又能有效減小橫肋在垂直方向上受到的拉應(yīng)力作用；當(dāng)?shù)菇倾姷兜额^的頂角角度為135°，銑削深度為0.5mm時(shí)，所加工的橫肋倒角能夠有效緩解橫肋根部的應(yīng)力集中現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)了改善彎曲性能，降低合金成本，適應(yīng)市場需求的目標(biāo)。

4 結(jié)論

采用控軋控冷工藝技術(shù)，通過優(yōu)化孔型系統(tǒng)、改進(jìn)橫肋加工方式，能夠有效改善鋼材橫肋根部的受力情況，提高鋼材的彎曲性能。既適應(yīng)了市場上鋼筋彎曲加工環(huán)境，又避免了通過增加合金成分、提高控冷溫度的方式來改善鋼材的彎曲性能。由此可減少合金元素的投入，對企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高市場競爭力，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。項(xiàng)目實(shí)施以后，昆玉棒材相較于疆內(nèi)其他鋼鐵企業(yè)，噸鋼可降低合金成本約20元，進(jìn)一步鞏固了我公司工藝技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先的地位，對鋼鐵行業(yè)節(jié)約資源，降低消耗起到了積極的帶動(dòng)作用。