極限規(guī)格H 型鋼產(chǎn)品軋制缺陷分析及優(yōu)化

李 彬，潘 利

（中國(guó)寶武集團(tuán)馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

熱軋H 型鋼是一種具有優(yōu)越力學(xué)性能的經(jīng)濟(jì)斷面型材，其截面模數(shù)大，連接方便，在建筑結(jié)構(gòu)中具有良好的抗壓、抗彎性能，同時(shí)具有利于抗震等特點(diǎn)，廣泛用于工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)、設(shè)備基礎(chǔ)樁、機(jī)械設(shè)備的構(gòu)件、鐵道車輛的大梁、市政及民用建筑等鋼結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用前景十分廣闊[1-3]。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)對(duì)H 型鋼有價(jià)格更低、軋制精度更高、性能更好的預(yù)期，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)而言，低投入和高回報(bào)始終是其最終的追求目標(biāo)。中國(guó)寶武集團(tuán)馬鞍山鋼鐵股份有限公司（全文簡(jiǎn)稱“馬鋼”）作為擁有國(guó)內(nèi)第一條H 型鋼生產(chǎn)線的企業(yè)，多年來(lái)憑借該產(chǎn)品優(yōu)越的產(chǎn)品性能，一直有著中國(guó)名牌的稱號(hào)。但是在生產(chǎn)美標(biāo)W21 系列產(chǎn)品時(shí)，其中W21×57/50/44 三個(gè)極限規(guī)格在開(kāi)坯軋制后存在反舌頭，萬(wàn)能軋制階段反舌頭較長(zhǎng)的問(wèn)題，如圖1 所示，極易發(fā)生翼緣撕裂，甚至插入立輥箱體的事故，其綜合成材率僅為83.88%，大大限制了企業(yè)產(chǎn)能的提升。

圖1 萬(wàn)能軋制后舌頭形狀

本文通過(guò)對(duì)坯型、開(kāi)坯孔型系統(tǒng)、軋制規(guī)程設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新，提出了設(shè)備和工藝改進(jìn)措施，大大降低了該系列產(chǎn)品軋制缺陷，以對(duì)H 型鋼的研究提供參考。

1 馬鋼大H 型鋼生產(chǎn)工藝流程

馬鋼大H 型鋼分廠主要生產(chǎn)工藝[4-5]：步進(jìn)梁加熱爐→高壓水除鱗→二輥可逆開(kāi)坯機(jī)（BD）→串列式（U1-E-U2）萬(wàn)能粗軋機(jī)組→萬(wàn)能精軋機(jī)（UF）→熱鋸→步進(jìn)鏈?zhǔn)嚼浯病伿匠C直機(jī)→冷鋸→精整→打包。目前馬鋼大H 型鋼生產(chǎn)采用的是X-X-H 的軋制方式，X-X-H 的軋制代表的是U1-U2-UF 三個(gè)機(jī)架，U1-U2 是往復(fù)軋制，軋制時(shí)鋼的形狀是X 形狀，UF是成品孔，軋制時(shí)起到整形作用，把軋件從X 形變成H 形，工藝布置如圖2 所示。

圖2 馬鋼大H 型鋼平面布置

2 萬(wàn)能軋制階段翼緣撕裂的原因分析

美標(biāo)W21 系列極限規(guī)格W21×57/50/44 三個(gè)規(guī)格生產(chǎn)過(guò)程中一直存在BD 軋后反舌頭，進(jìn)入萬(wàn)能軋機(jī)軋制時(shí)翼緣延伸較長(zhǎng)，端部翼緣向兩側(cè)擴(kuò)展發(fā)生撕裂的現(xiàn)象。究其原因主要有兩點(diǎn)：一是采用BB1 坯型軋制時(shí)，開(kāi)坯軋制后已經(jīng)有反“舌頭”形貌，在萬(wàn)能軋制階段造成腹板和翼緣的延伸不均衡，由于軋件翼緣部位在自由變形區(qū)，翼緣延伸較長(zhǎng)且外擴(kuò)，易造成翼緣撕裂甚至扎入立輥箱體的生產(chǎn)事故；二是受坯形限制，異形坯在BD 軋制階段采用外形尺寸750 mm×450 mm×120 mm 的BB1 坯型，而為得到合適尺寸的萬(wàn)能來(lái)料，且該孔型系統(tǒng)要兼顧W21 系列其他規(guī)格產(chǎn)品，因此在軋制小規(guī)格產(chǎn)品時(shí)，軋件首先需在箱型孔壓腿，方可在異型孔延伸軋制，BD 階段軋件腿部金屬經(jīng)過(guò)反復(fù)鐓粗，相對(duì)于腹板延伸較多，開(kāi)坯軋制后軋件頭尾端部表現(xiàn)出反舌頭形狀，下頁(yè)圖3 為開(kāi)坯孔型布置。

圖3 開(kāi)坯機(jī)延伸孔型（mm）

進(jìn)入萬(wàn)能軋機(jī)軋制時(shí)，軋件在原規(guī)程軋制下，整個(gè)軋制過(guò)程中翼緣的壓縮比較大，且延伸偏大，這就會(huì)拉縮腹板的金屬量，萬(wàn)能軋制前幾道次軋件腹板的金屬量較多，腹板受翼緣延伸所帶來(lái)的拉力影響不大，就會(huì)產(chǎn)生翼緣拉縮腹板拉不動(dòng)的現(xiàn)象；最后幾道次翼緣部位金屬已不多，翼緣延伸較大，拉動(dòng)腹板金屬，易造成腹板延伸大于翼緣延伸，打破了腹板和翼緣延伸平衡，也就產(chǎn)生了較長(zhǎng)翼緣部位反舌頭現(xiàn)象，甚至在圓角處拉裂。軋制時(shí)很容易發(fā)生頭尾部位扎開(kāi)翼緣插入立輥箱或者側(cè)導(dǎo)板的事故，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重限制了該系列產(chǎn)品的產(chǎn)能提升，因此，對(duì)該系列產(chǎn)品軋制工藝進(jìn)行開(kāi)發(fā)很有必要。

3 改進(jìn)措施

由于該系列W21×57/50/44 三個(gè)規(guī)格產(chǎn)品在萬(wàn)能階段均有產(chǎn)生翼緣撕裂的風(fēng)險(xiǎn)，且新工藝BD 和萬(wàn)能軋制階段采用同一孔型系統(tǒng)，加之產(chǎn)生撕裂的問(wèn)題主要原因集中在BD 階段變形不均勻，限于篇幅，這里僅以W21×44 規(guī)格為例，對(duì)軋制工藝的改進(jìn)做簡(jiǎn)要介紹。

3.1 更改坯料類型

采用BB2 坯型軋制，該坯料尺寸為500 mm×300 mm×120 mm，該坯型在加熱爐執(zhí)行加熱制度工藝，加熱制度的制定以鋼坯加熱均勻、保證鋼坯完全奧氏體化、奧氏體晶粒均勻化為目的[6]，保證加熱段溫度在1 150～1 290 ℃，均熱段溫度在1 200～1 300 ℃。

3.2 優(yōu)化開(kāi)坯孔型和軋制規(guī)程

開(kāi)坯軋制階段是工藝開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵，需要采用合適的坯型，并搭配合適的孔型系統(tǒng)，使得開(kāi)坯后軋件變形為正向舌頭，在萬(wàn)能階段腿腰延伸匹配的前提下，避免產(chǎn)生翼緣撕裂的情況，優(yōu)化后的孔型系統(tǒng)如圖4所示。新孔型系統(tǒng)由4 個(gè)異型孔組成，軋件在異型孔即可完成開(kāi)坯軋制，整個(gè)變形過(guò)程主要為擴(kuò)腰和壓腿高，同時(shí)對(duì)腹板和翼緣變形而言更為適合，由原料至成品各部位變形更均勻，進(jìn)入萬(wàn)能軋制無(wú)反“舌頭”現(xiàn)象發(fā)生。

圖4 開(kāi)坯機(jī)延伸孔型（mm）

采用新的孔型系統(tǒng)和軋制規(guī)程生產(chǎn)W21×57、W21×50、W21×44 規(guī)格時(shí)，軋件在4 個(gè)異型孔中依次完成擴(kuò)腰、壓腿的過(guò)程，BD 軋后還有輕微正向“舌頭”，如圖5 所示。在萬(wàn)能軋制階段，軋件也未發(fā)現(xiàn)有明顯的反舌頭情況，基本改善了軋件翼緣撕裂或者插入立輥箱的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 BD 軋制后舌頭形狀

3.3 優(yōu)化萬(wàn)能軋制規(guī)程

萬(wàn)能軋制階段需根據(jù)BD 軋制后原料尺寸，同時(shí)配合新的軋制規(guī)程，將整個(gè)萬(wàn)能軋制過(guò)程腹板與翼緣的壓縮比控制在1∶1.15，從而使整個(gè)萬(wàn)能軋制過(guò)程腿腰變形較為均勻，得到最終滿足表面尺寸標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品。為進(jìn)一步改善反舌頭的情況，在改善來(lái)料正“舌頭”的基礎(chǔ)上，將整個(gè)變形過(guò)程中翼緣的壓下量適當(dāng)減小，并在一定程度適當(dāng)減小翼緣的延伸量，改善變形翼緣拉縮腹板的情況，可基本消除翼緣扎入立輥箱體的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 優(yōu)化軋輥設(shè)備

馬鋼大H 型鋼生產(chǎn)線采用1-3-1 串列式的萬(wàn)能軋機(jī)，翼緣撕裂事故起因是延伸較長(zhǎng)的翼緣使其處于自由變形區(qū)的端部，從而形成向兩側(cè)擴(kuò)展的形狀，在往復(fù)軋制咬入軋機(jī)瞬間，扎開(kāi)的翼緣首先接觸立輥，容易插入立輥箱體。鑒于此，在每次組產(chǎn)裝配軋輥前，控制好立輥本體和軸承座端蓋之間的空隙，保證立輥輥面與端蓋之間的間隙在3 mm 以內(nèi)，這樣即使出現(xiàn)類似扎開(kāi)或者撕裂的情況，也不至于使翼緣端部插入箱體，可在一定程度減少事故發(fā)生率。

4 結(jié)論

1）優(yōu)化軋制工藝后，成功解決了W21×44 等極限規(guī)格H 型鋼在萬(wàn)能軋制階段翼緣撕裂問(wèn)題，產(chǎn)品表面質(zhì)量和尺寸均符合標(biāo)準(zhǔn)要求；

2）將設(shè)備和軋制工藝相結(jié)合，可降低翼緣撕裂造成的故障發(fā)生率；

3）生產(chǎn)實(shí)踐證明，坯形和軋制規(guī)程優(yōu)化后，W21系列產(chǎn)品綜合成材率由原來(lái)83.88%提升到了91.63%以上，極大釋放了該系列產(chǎn)品產(chǎn)能。