邯鋼萬(wàn)能法軋制鋼軌不對(duì)稱缺陷成因及對(duì)策

于凡　王世杰　戶慶鵬??

摘要：隨著國(guó)內(nèi)鐵路的提速，對(duì)鋼軌的要求也日益提高，各國(guó)鐵路采取高速﹑重載和高密度的運(yùn)輸方案，使鋼軌的服役條件更加惡化，因而對(duì)鋼軌的要求越來(lái)越嚴(yán)格。本文著重分析了應(yīng)用萬(wàn)能軋制法軋制鋼軌的過程中出現(xiàn)不對(duì)稱的缺陷，發(fā)現(xiàn)主要是因?yàn)閷?duì)孔型的設(shè)計(jì)不當(dāng)，使得軋件在出軋機(jī)成品孔時(shí)，由于重力和鋼軌上下表面溫差的作用令鋼軌的頭部下偏、頭部不對(duì)稱現(xiàn)象有所忽略。為了消除這種現(xiàn)象，本文針對(duì)孔型提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而使缺陷得以完善。

關(guān)鍵詞：鋼軌不對(duì)稱缺陷；孔型

2012年6月，邯鋼大型軋鋼廠全線貫通，開始走向了萬(wàn)能軋制法生產(chǎn)鋼軌之路。該軋制法具有孔型法軋制發(fā)難以相比的優(yōu)點(diǎn)，如：調(diào)整更簡(jiǎn)單、控制精度更高、輥耗更小，此外，還可以得到上下形狀對(duì)稱的斷面。在保證壓下工序合理運(yùn)行的前提下，又能將軋輥孔型的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)化。但是，在生產(chǎn)初期，邯鋼等大型廠方卻存在著鋼軌的頭部不對(duì)稱缺陷。為此，本文針對(duì)軋輥在萬(wàn)能軋制法中的裝配質(zhì)量、軋件進(jìn)機(jī)組前的溫度變化及對(duì)孔型的設(shè)計(jì)等相關(guān)因素進(jìn)行分析，以期對(duì)問題的解決提供思路。

1 孔型系統(tǒng)

目前邯鋼大型廠使用的萬(wàn)能軋機(jī)軋制鋼軌時(shí)運(yùn)用的孔型為“箱形孔+帽形孔+軌形孔+萬(wàn)能孔+軋邊孔。其中BD1軋機(jī)配置箱型孔，BD2軋機(jī)配置帽形孔+軌形孔，UF軋機(jī)配置半萬(wàn)能孔型，孔型布置見下圖。

2 鋼軌不對(duì)稱缺陷成因分析

近幾年由于鐵路向高速、重載的道路延伸，開始對(duì)鋼軌的質(zhì)量、尺寸精度及性能有了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。目前使用的鐵路鋪設(shè)過程中多數(shù)會(huì)把鋼軌焊成一個(gè)規(guī)定的長(zhǎng)度，同時(shí)留出一定的空隙進(jìn)行熱膨脹，以減少車輛運(yùn)行時(shí)車輪沖擊鋼軌端部的次數(shù)。此時(shí)，鋼軌焊接的不對(duì)稱精度就成了保證鋼軌質(zhì)量和使用年限的一個(gè)重要參數(shù)，鋼軌的不對(duì)稱精度越高、兩支鋼軌焊合的精確程度越大。下面我們對(duì)可能造成鋼軌不對(duì)稱的原因進(jìn)行分析。

2.1 軋輥裝配質(zhì)量的影響

邯鋼大型廠使用的是德國(guó)SMS公司制造的萬(wàn)能軋機(jī)機(jī)組，該機(jī)組使用液壓輥縫自動(dòng)控制系統(tǒng) （AGC）與張力控制系統(tǒng) （TCS），能夠使軋機(jī)進(jìn)一步提高軋制的精度。另外，因?yàn)檐堓伇仨氁谠诰€標(biāo)定并模擬軋制完成之后才可以上線軋鋼，所以一旦軋輥的裝配出現(xiàn)質(zhì)量問題，上述兩個(gè)過程就無(wú)法順利完成。因此可以判斷，軋輥的裝配質(zhì)量不影響不對(duì)稱缺陷。

2.2 進(jìn)萬(wàn)能機(jī)組前軋件溫度的影響

根據(jù)測(cè)量，我們可以把來(lái)料的溫度分為850～900℃、大于900℃兩組，兩組分別取軋件200根測(cè)量鋼軌頭部的不對(duì)稱情況。將測(cè)量結(jié)果整理統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度大于900℃的不合格率為2.5%；溫度在850～900℃的不合格率為3%。因此可以得出，進(jìn)組前的軋件溫度可以稍微影響不對(duì)稱缺陷。

2.3 孔型設(shè)計(jì)不完善的影響

之前的萬(wàn)能機(jī)組在軋制工藝中使用的孔型設(shè)計(jì)是對(duì)稱的，那時(shí)生產(chǎn)出來(lái)的樣品雖然測(cè)量符合正常的不對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)范圍，但是在成品批量生產(chǎn)時(shí)不對(duì)稱檢查卻超標(biāo)。因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，成品樣需要入水冷卻后再進(jìn)行測(cè)量看是否符合標(biāo)準(zhǔn)，但批量生產(chǎn)的鋼軌成品質(zhì)量測(cè)量是自然空氣冷卻后在進(jìn)行樣品檢查臺(tái)的整根檢測(cè)。為了比較成品的入水冷卻和放在空氣中冷卻試樣這兩種不同冷卻方式下發(fā)生的不對(duì)稱變化的情況，我們?cè)趧傑堉瞥龅哪吵善窡徜撥壣?，切?段相鄰部位、長(zhǎng)度為300mm的試樣，一段使用水冷，一段進(jìn)行空冷，冷卻后測(cè)量發(fā)現(xiàn)：水冷件的頭部不對(duì)稱向下偏離的距離為0.2mm，符合標(biāo)準(zhǔn)；而空冷件的頭部不對(duì)稱向下偏離的距離是0.6mm，不符合標(biāo)準(zhǔn)；而經(jīng)水冷后，頭部上翹0.4mm，上翹后的頭部不對(duì)稱為0.2mm，符合標(biāo)準(zhǔn)。由此可知：熱鋸水冷件的頭部不對(duì)稱合格，但是我們?cè)诔善窚y(cè)量時(shí)卻發(fā)現(xiàn)有不對(duì)稱不符合標(biāo)準(zhǔn)的情況出現(xiàn)，這是因?yàn)?，原?lái)的孔型設(shè)計(jì)為對(duì)稱孔型，沒有考慮到軋件出孔型后因重力和上、下表面溫差造成鋼軌頭部下偏而引起的不對(duì)稱現(xiàn)象。

3 鋼軌不對(duì)稱缺陷解決方案

（1）不對(duì)稱的測(cè)量方式上的改變。為盡量減小取樣與成品檢測(cè)的冷卻與測(cè)量方式不同而造成的誤差，我們可以將中間取水冷樣測(cè)量不對(duì)稱的方式改為取空冷樣測(cè)量不對(duì)稱。

（2）孔型設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案：鋼軌成品頭部下偏是由鋼軌出成品孔型后的自身重力因素造成的，因此我們可以從萬(wàn)能機(jī)組的孔型設(shè)計(jì)上來(lái)盡量避免鋼軌頭部下偏的缺陷。由于BD機(jī)組的孔型設(shè)計(jì)成半成品孔，機(jī)組的中間部分比較厚，并且是連軋機(jī)組，U1和E、E和U2之間存在張力作用，因此頭部由重力引起的下偏不會(huì)影響到BD、U1、E、U2。軋件成品出UF孔型后，沒有了張力的支持，又由于成品孔的中間部位最薄，重力的作用影響就最大。因此，我們可以修改UF孔型，把原來(lái)的對(duì)稱孔型改為以腰和腿的交叉點(diǎn)作為基點(diǎn)上移0.4～0.6mm。

4 結(jié)論

鋼軌軋件出UF成品孔型后因重力原因和上、下表面溫差導(dǎo)致鋼軌頭部下偏，并且此現(xiàn)象與鋼軌形狀和鋼軌單重有關(guān)，一般單重越大，此現(xiàn)象越明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]張銀華.周清躍等中華人民共和國(guó)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，TB/T 23442012.

[2]孫惠民.在萬(wàn)能軋機(jī)上軋制鋼軌，包鋼科技，1993（2）：3440.

作者簡(jiǎn)介：于凡（1989），男，漢族，北京科技大學(xué)，助理工程師，軋鋼工，研究方向：材料工程技術(shù)。